基于非局部弹性理论的石墨烯纳米梁振动特性研究
发布时间：2022-02-13 05:28
由于结构尺寸的降低,石墨烯纳米带会产生明显的尺度效应,其谐振特性与宏观尺度相比必然有较大差异,研究方法也不尽相同,因此基于石墨烯纳米梁的振动特性研究对NEMS谐振式传感器的发展与应用有着重要意义。本文基于非局部弹性理论方法研究石墨烯纳米梁非线性振动特性,并采用分子动力学模拟方法验证该理论的适用性,将石墨烯纳米梁的振动特性研究从真空环境扩展到介质环境,为后续谐振式器件设计和工程应用奠定了理论基础。主要研究内容包括:首先,对NEMS器件以及石墨烯的性质与应用进行简单介绍,并对采用不同研究方法分析石墨烯谐振特性的研究现状进行了综述。其次,基于非局部弹性理论以及欧拉-伯努利梁模型来分析双端简支石墨烯纳米梁的非线性横向自由振动模型。利用哈密顿原理得到纳米梁横向振动的运动微分方程,应用He变分法得到系统固有频率的解析解。通过数值算例的求解与分析得到随石墨烯纳米梁长宽比的增加,固有频率显著减小;随振幅增加或温度增加,固有频率均有增加趋势;非局部参数对小尺寸纳米梁的固有频率有显著影响。再次,介绍了分子动力学模拟方法的基本原理、初始条件设置,给出了本文的分子动力学模拟环境、采用的仿真软件以及单层石墨烯纳...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单层石墨烯结构图
膜的密度与面内张力以及应变，引起固有频率的变化，这使石墨烯谐振器转变为质量传感器成为可能；降低环境温度，可使石墨烯谐振器拥有更大的谐振频率和品质因数。图1.2 石墨烯谐振器示意图[8]Garcia-Sanchez 等[12]采用机械剥离法制备石墨烯谐振器，利用外加的射频电压静电驱动，通过扫描探针显微镜（SFM）检测机械振动，如图 1.3 所示，观察到一类在非均匀应力作用下产生纳米级振动本征模态，由其振动幅值在自由边处最大，无法使用弹性梁理论预测。图1.3 石墨烯谐振器与 SFM 悬臂梁示意图[12]采用液相法制备石墨烯纳米薄膜：Robinson 等[13]采用成熟的 Hummers 方法对石墨进行氧化，利用氧化还原的方法制成谐振式石墨烯膜传感器，其品质因数可高达4000。采用气相法制备石墨烯纳米薄膜：Zhang 等[14]利用化学气相沉积技术（CVD）在多晶镍薄膜上生长石墨烯薄膜。Qi 等[15]提供了一种可以大面积、低温、低成本的单层或多层石墨烯制备技术，如图 1.4 所示
非均匀应力作用下产生纳米级振动本征模态，由其振动幅值在自由边处最大，无法使用弹性梁理论预测。图1.3 石墨烯谐振器与 SFM 悬臂梁示意图[12]采用液相法制备石墨烯纳米薄膜：Robinson 等[13]采用成熟的 Hummers 方法对石墨进行氧化，利用氧化还原的方法制成谐振式石墨烯膜传感器，其品质因数可高达4000。采用气相法制备石墨烯纳米薄膜：Zhang 等[14]利用化学气相沉积技术（CVD）在多晶镍薄膜上生长石墨烯薄膜。Qi 等[15]提供了一种可以大面积、低温、低成本的单层或多层石墨烯制备技术，如图 1.4 所示，在相对低温（650 ℃）的条件下，通过湿法刻蚀得到的单一连续石墨薄膜，可以很容易地转移到其它基底上。Zande 等[16]制作了大量具有相同性能的石墨烯阵列，并利用光电驱动检测方法测定石墨烯的固有频率。研究结果与 Chen 的研究结果不谋而合，静电门电压、温度?
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯谐振特性研究进展[J]. 邢维巍,张晨霄,樊尚春,李成. 无机材料学报. 2016(07)
[2]计算机分子模拟——2013年诺贝尔化学奖简介[J]. 唐赟,李卫华,盛亚运. 自然杂志. 2013(06)
[3]应变石墨烯纳米带谐振特性的分子动力学研究[J]. 顾芳,张加宏,杨丽娟,顾斌. 物理学报. 2011(05)
本文编号：3622722
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单层石墨烯结构图
膜的密度与面内张力以及应变，引起固有频率的变化，这使石墨烯谐振器转变为质量传感器成为可能；降低环境温度，可使石墨烯谐振器拥有更大的谐振频率和品质因数。图1.2 石墨烯谐振器示意图[8]Garcia-Sanchez 等[12]采用机械剥离法制备石墨烯谐振器，利用外加的射频电压静电驱动，通过扫描探针显微镜（SFM）检测机械振动，如图 1.3 所示，观察到一类在非均匀应力作用下产生纳米级振动本征模态，由其振动幅值在自由边处最大，无法使用弹性梁理论预测。图1.3 石墨烯谐振器与 SFM 悬臂梁示意图[12]采用液相法制备石墨烯纳米薄膜：Robinson 等[13]采用成熟的 Hummers 方法对石墨进行氧化，利用氧化还原的方法制成谐振式石墨烯膜传感器，其品质因数可高达4000。采用气相法制备石墨烯纳米薄膜：Zhang 等[14]利用化学气相沉积技术（CVD）在多晶镍薄膜上生长石墨烯薄膜。Qi 等[15]提供了一种可以大面积、低温、低成本的单层或多层石墨烯制备技术，如图 1.4 所示
非均匀应力作用下产生纳米级振动本征模态，由其振动幅值在自由边处最大，无法使用弹性梁理论预测。图1.3 石墨烯谐振器与 SFM 悬臂梁示意图[12]采用液相法制备石墨烯纳米薄膜：Robinson 等[13]采用成熟的 Hummers 方法对石墨进行氧化，利用氧化还原的方法制成谐振式石墨烯膜传感器，其品质因数可高达4000。采用气相法制备石墨烯纳米薄膜：Zhang 等[14]利用化学气相沉积技术（CVD）在多晶镍薄膜上生长石墨烯薄膜。Qi 等[15]提供了一种可以大面积、低温、低成本的单层或多层石墨烯制备技术，如图 1.4 所示，在相对低温（650 ℃）的条件下，通过湿法刻蚀得到的单一连续石墨薄膜，可以很容易地转移到其它基底上。Zande 等[16]制作了大量具有相同性能的石墨烯阵列，并利用光电驱动检测方法测定石墨烯的固有频率。研究结果与 Chen 的研究结果不谋而合，静电门电压、温度?
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯谐振特性研究进展[J]. 邢维巍,张晨霄,樊尚春,李成. 无机材料学报. 2016(07)
[2]计算机分子模拟——2013年诺贝尔化学奖简介[J]. 唐赟,李卫华,盛亚运. 自然杂志. 2013(06)
[3]应变石墨烯纳米带谐振特性的分子动力学研究[J]. 顾芳,张加宏,杨丽娟,顾斌. 物理学报. 2011(05)
本文编号：3622722
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