本文關(guān)鍵詞：石墨烯納機電諧振器的非線性振動特性研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯納機電諧振器 非線性 連續(xù)體模型 分子動力學

【摘要】：納機電系統(tǒng)(Nano-electromechanical System,NEMS)在基礎(chǔ)研究及應(yīng)用方面越來越受到人們的重視,小尺寸、高諧振頻率的NEMS諧振器可以做典型的納機電器件。由于石墨烯諧振器具有低功耗、高靈敏度、超小的質(zhì)量和超高的品質(zhì)因數(shù)等特點,因此其在傳感器以及通信方面有著廣泛的應(yīng)用。當諧振器尺寸進入納米尺度后,在外加激勵的作用下很快就會進入非線性區(qū)域,具有明顯的非線性效應(yīng)。在這種情況下,采用線性理論分析將會出現(xiàn)較大的誤差,本文將引入非線性控制方程來分析石墨烯納米梁諧振器的振動特性,并對石墨烯諧振器進行分子動力學仿真。具體的研究內(nèi)容如下:首先,對石墨烯的性質(zhì)和研究現(xiàn)狀做了簡要介紹,并對目前國內(nèi)外關(guān)于納機電諧振器的研究進展進行了綜述。其次,基于宏觀連續(xù)體模型理論,引入范德華力對諧振器振動特性的影響,構(gòu)建了石墨烯納米梁諧振器在靜電驅(qū)動方式下的非線性控制方程。通過有限差分法對諧振器的振動特性進行動態(tài)分析,并利用頻譜分析方法FFT對數(shù)值動態(tài)分析得到的時域撓度曲線進行頻譜分析。數(shù)值仿真結(jié)果表明,在交流幅值不變的情況下,當直流電壓較小時,諧振器的頻率向右偏移,即出現(xiàn)“彈簧變硬”效應(yīng);當直流電壓較大時諧振頻率向左偏移,即出現(xiàn)“彈簧變軟”效應(yīng)。并且這種頻率偏移受交流幅值的影響較小,主要受直流電壓的影響。最后,本文采用了一種在分子動力學仿真中進行的靜電力等效方法,基于分子動力學方法對石墨烯諧振器在不同外力作用下的諧振頻率進行模擬仿真和結(jié)果分析。將分子動力學方法和連續(xù)體模型理論方法的仿真數(shù)據(jù)進行比較,結(jié)果表明分子動力學仿真得到的諧振頻率比連續(xù)體模型理論得到的諧振頻率高。這是因為在MD仿真過程中,對石墨烯納米梁施加外力的同時會有一個預(yù)張力存在,并且預(yù)張力會隨著外力的增大而增大。本文從連續(xù)體模型理論方法和分子動力學方法兩方面對石墨烯納機電諧振器的非線性特性進行了研究,為后續(xù)開展實驗研究提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持,并為石墨烯納機電諧振器在質(zhì)量傳感器和力學傳感器方面的應(yīng)用提供一些理論參考。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯納機電諧振器 非線性 連續(xù)體模型 分子動力學
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH-39;TB53;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號對照表11-12
• 縮略語對照表12-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 石墨烯簡介及其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 石墨烯簡介16-18
• 1.2.2 石墨烯的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文的主要工作及內(nèi)容安排19-21
• 第二章 石墨烯納機電諧振器的非線性振動模型21-29
• 2.1 概述21-22
• 2.2 微納機電諧振器的驅(qū)動方式22-25
• 2.3 石墨烯納機電諧振器的連續(xù)體建模25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第三章 石墨烯納機電諧振器的非線性振動分析29-41
• 3.1 控制方程求解方法29-34
• 3.1.1 有限差分法29-33
• 3.1.2 頻譜分析方法33-34
• 3.2 納米諧振梁的數(shù)值方法仿真結(jié)果分析34-39
• 3.2.1 求解pull-in電壓（吸合電壓）35-36
• 3.2.2 不同條件下諧振頻率分析36-39
• 3.3 本章小結(jié)39-41
• 第四章 石墨烯諧振器分子動力學建模41-53
• 4.1 分子模擬方法概述41-43
• 4.2 分子動力學方法仿真的基本步驟和技術(shù)43-48
• 4.2.1 分子動力學仿真步驟43-44
• 4.2.2 分子動力學仿真的初始條件設(shè)定44-48
• 4.3 石墨烯諧振器的分子動力學建模48-49
• 4.4 分子動力學弛豫仿真49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 第五章 石墨烯納米梁諧振器分子動力學仿真及分析53-59
• 5.1 靜電力等效方法53-54
• 5.2 分子動力學仿真過程54-55
• 5.3 分子動力學仿真結(jié)果分析55-57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 第六章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 全文總結(jié)59
• 6.2 本文的不足及未來工作展望59-61
• 6.2.1 本文存在的不足59-60
• 6.2.2 工作展望60-61
• 參考文獻61-65
• 致謝65-67
• 作者簡介67-68
• 1.基本情況67
• 2.教育背景67
• 3.攻讀碩士學位期間的研究成果67-68

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 高世橋,曲大成;微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J];科技導(dǎo)報;2004年04期

，

本文編號：974218