基于非局部彈性理論的石墨烯納米梁振動特性研究
發(fā)布時(shí)間：2022-02-13 05:28
由于結(jié)構(gòu)尺寸的降低,石墨烯納米帶會產(chǎn)生明顯的尺度效應(yīng),其諧振特性與宏觀尺度相比必然有較大差異,研究方法也不盡相同,因此基于石墨烯納米梁的振動特性研究對NEMS諧振式傳感器的發(fā)展與應(yīng)用有著重要意義。本文基于非局部彈性理論方法研究石墨烯納米梁非線性振動特性,并采用分子動力學(xué)模擬方法驗(yàn)證該理論的適用性,將石墨烯納米梁的振動特性研究從真空環(huán)境擴(kuò)展到介質(zhì)環(huán)境,為后續(xù)諧振式器件設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容包括:首先,對NEMS器件以及石墨烯的性質(zhì)與應(yīng)用進(jìn)行簡單介紹,并對采用不同研究方法分析石墨烯諧振特性的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。其次,基于非局部彈性理論以及歐拉-伯努利梁模型來分析雙端簡支石墨烯納米梁的非線性橫向自由振動模型。利用哈密頓原理得到納米梁橫向振動的運(yùn)動微分方程,應(yīng)用He變分法得到系統(tǒng)固有頻率的解析解。通過數(shù)值算例的求解與分析得到隨石墨烯納米梁長寬比的增加,固有頻率顯著減小;隨振幅增加或溫度增加,固有頻率均有增加趨勢;非局部參數(shù)對小尺寸納米梁的固有頻率有顯著影響。再次,介紹了分子動力學(xué)模擬方法的基本原理、初始條件設(shè)置,給出了本文的分子動力學(xué)模擬環(huán)境、采用的仿真軟件以及單層石墨烯納...
【文章來源】：西安電子科技大學(xué)陜西省211工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
單層石墨烯結(jié)構(gòu)圖
膜的密度與面內(nèi)張力以及應(yīng)變，引起固有頻率的變化，這使石墨烯諧振器轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量傳感器成為可能；降低環(huán)境溫度，可使石墨烯諧振器擁有更大的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)。圖1.2 石墨烯諧振器示意圖[8]Garcia-Sanchez 等[12]采用機(jī)械剝離法制備石墨烯諧振器，利用外加的射頻電壓靜電驅(qū)動，通過掃描探針顯微鏡（SFM）檢測機(jī)械振動，如圖 1.3 所示，觀察到一類在非均勻應(yīng)力作用下產(chǎn)生納米級振動本征模態(tài)，由其振動幅值在自由邊處最大，無法使用彈性梁理論預(yù)測。圖1.3 石墨烯諧振器與 SFM 懸臂梁示意圖[12]采用液相法制備石墨烯納米薄膜：Robinson 等[13]采用成熟的 Hummers 方法對石墨進(jìn)行氧化，利用氧化還原的方法制成諧振式石墨烯膜傳感器，其品質(zhì)因數(shù)可高達(dá)4000。采用氣相法制備石墨烯納米薄膜：Zhang 等[14]利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）在多晶鎳薄膜上生長石墨烯薄膜。Qi 等[15]提供了一種可以大面積、低溫、低成本的單層或多層石墨烯制備技術(shù)，如圖 1.4 所示
非均勻應(yīng)力作用下產(chǎn)生納米級振動本征模態(tài)，由其振動幅值在自由邊處最大，無法使用彈性梁理論預(yù)測。圖1.3 石墨烯諧振器與 SFM 懸臂梁示意圖[12]采用液相法制備石墨烯納米薄膜：Robinson 等[13]采用成熟的 Hummers 方法對石墨進(jìn)行氧化，利用氧化還原的方法制成諧振式石墨烯膜傳感器，其品質(zhì)因數(shù)可高達(dá)4000。采用氣相法制備石墨烯納米薄膜：Zhang 等[14]利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）在多晶鎳薄膜上生長石墨烯薄膜。Qi 等[15]提供了一種可以大面積、低溫、低成本的單層或多層石墨烯制備技術(shù)，如圖 1.4 所示，在相對低溫（650 ℃）的條件下，通過濕法刻蝕得到的單一連續(xù)石墨薄膜，可以很容易地轉(zhuǎn)移到其它基底上。Zande 等[16]制作了大量具有相同性能的石墨烯陣列，并利用光電驅(qū)動檢測方法測定石墨烯的固有頻率。研究結(jié)果與 Chen 的研究結(jié)果不謀而合，靜電門電壓、溫度?
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯諧振特性研究進(jìn)展[J]. 邢維巍,張晨霄,樊尚春,李成. 無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2016(07)
[2]計(jì)算機(jī)分子模擬——2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)簡介[J]. 唐赟,李衛(wèi)華,盛亞運(yùn). 自然雜志. 2013(06)
[3]應(yīng)變石墨烯納米帶諧振特性的分子動力學(xué)研究[J]. 顧芳,張加宏,楊麗娟,顧斌. 物理學(xué)報(bào). 2011(05)
本文編號：3622722
【文章來源】：西安電子科技大學(xué)陜西省211工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
單層石墨烯結(jié)構(gòu)圖
膜的密度與面內(nèi)張力以及應(yīng)變，引起固有頻率的變化，這使石墨烯諧振器轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量傳感器成為可能；降低環(huán)境溫度，可使石墨烯諧振器擁有更大的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)。圖1.2 石墨烯諧振器示意圖[8]Garcia-Sanchez 等[12]采用機(jī)械剝離法制備石墨烯諧振器，利用外加的射頻電壓靜電驅(qū)動，通過掃描探針顯微鏡（SFM）檢測機(jī)械振動，如圖 1.3 所示，觀察到一類在非均勻應(yīng)力作用下產(chǎn)生納米級振動本征模態(tài)，由其振動幅值在自由邊處最大，無法使用彈性梁理論預(yù)測。圖1.3 石墨烯諧振器與 SFM 懸臂梁示意圖[12]采用液相法制備石墨烯納米薄膜：Robinson 等[13]采用成熟的 Hummers 方法對石墨進(jìn)行氧化，利用氧化還原的方法制成諧振式石墨烯膜傳感器，其品質(zhì)因數(shù)可高達(dá)4000。采用氣相法制備石墨烯納米薄膜：Zhang 等[14]利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）在多晶鎳薄膜上生長石墨烯薄膜。Qi 等[15]提供了一種可以大面積、低溫、低成本的單層或多層石墨烯制備技術(shù)，如圖 1.4 所示
非均勻應(yīng)力作用下產(chǎn)生納米級振動本征模態(tài)，由其振動幅值在自由邊處最大，無法使用彈性梁理論預(yù)測。圖1.3 石墨烯諧振器與 SFM 懸臂梁示意圖[12]采用液相法制備石墨烯納米薄膜：Robinson 等[13]采用成熟的 Hummers 方法對石墨進(jìn)行氧化，利用氧化還原的方法制成諧振式石墨烯膜傳感器，其品質(zhì)因數(shù)可高達(dá)4000。采用氣相法制備石墨烯納米薄膜：Zhang 等[14]利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）在多晶鎳薄膜上生長石墨烯薄膜。Qi 等[15]提供了一種可以大面積、低溫、低成本的單層或多層石墨烯制備技術(shù)，如圖 1.4 所示，在相對低溫（650 ℃）的條件下，通過濕法刻蝕得到的單一連續(xù)石墨薄膜，可以很容易地轉(zhuǎn)移到其它基底上。Zande 等[16]制作了大量具有相同性能的石墨烯陣列，并利用光電驅(qū)動檢測方法測定石墨烯的固有頻率。研究結(jié)果與 Chen 的研究結(jié)果不謀而合，靜電門電壓、溫度?
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯諧振特性研究進(jìn)展[J]. 邢維巍,張晨霄,樊尚春,李成. 無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2016(07)
[2]計(jì)算機(jī)分子模擬——2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)簡介[J]. 唐赟,李衛(wèi)華,盛亞運(yùn). 自然雜志. 2013(06)
[3]應(yīng)變石墨烯納米帶諧振特性的分子動力學(xué)研究[J]. 顧芳,張加宏,楊麗娟,顧斌. 物理學(xué)報(bào). 2011(05)
本文編號：3622722
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