石墨烯纳机电谐振器初始张力的分子动力学研究

摘要

作为一种典型的纳机电器件，纳机电谐振器在传感器、加速度计、高频信号处理和通信等领域都有一定的应用。在纳机电器件加工工艺中存在的热失配、晶体生长时的晶格不匹配、蒸发、溅射等缺陷，都会导致谐振梁中存在一定的初始张力。由于具有卓越的力学、电学等性能，石墨烯成为制作纳机电谐振器的理想材料。对于石墨烯纳机电谐振器来说，初始张力对其有很大的影响。本文采用分子动力学方法，研究了影响石墨烯谐振梁初始张力的因素，主要工作如下：
　　首先，本文简要介绍了纳机电系统、石墨烯及石墨烯谐振器的研究现状，并针对纳机电谐振器的相关理论，包括工作原理和激励方式作了简要的介绍，叙述了纳机电谐振器的主要部件——谐振梁的建模方法和应力计算方法。
　　其次，针对分子动力学仿真的定义和基本原理，以及分子动力学模拟中的初值、时间步长、系综、边界条件及势函数等初始条件的设定作了简要说明，并详细介绍了本文仿真中所用到的初始条件及软件。
　　然后，建立石墨烯纳米带模型并分析其弛豫过程。通过大量的分子动力学仿真实验，研究了石墨烯纳米带的长宽比、仿真系统的温度和压强对双端固支石墨烯纳米带初始张力的影响。结果表明，石墨烯纳米带的长宽比和仿真系统温度对石墨烯纳米带的初始张力影响较大，系统压强的影响较小。
　　最后，采用分子动力学方法研究了基底对石墨烯纳米带初始张力的影响。通过建立SiO2基底模型，研究了石墨烯与SiO2基底之间的初始距离双端固支石墨烯纳米带初始张力的影响；通过建立相同尺寸的铜、金、镍基底，本文还研究了金属基底对自由弛豫的石墨烯纳米带的初始张力的影响。结果表明初始距离的大小石墨烯纳米带初始张力的影响很大；金属基底上石墨烯纳米带的初始张力很小，基底材料对初始张力的影响也很小。
　　本文采用分子动力学方法，研究了影响石墨烯谐振梁初始张力的因素，这项工作为改善石墨烯纳机电谐振器的力学特性提供了理论参考，并且能为后续开展相应方面的实验研究提供理论依据和数据支持。

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第一章 绪论

1.1纳机电系统概述

1.2石墨烯材料概述

1.3本文的研究目的和内容安排

第二章 纳机电谐振器的理论基础

2.1纳机电谐振器

2.2纳机电谐振器谐振梁的建模方法

2.3本章小结

第三章 分子动力学仿真概述

3.1分子动力学方法简介

3.2分子动力学的初始条件的设定

3.3本文涉及的分子动力学仿真

3.4本章小结

第四章 双端固支型石墨烯纳米带初始张力的分子动力学研究

4.1石墨烯纳米带的分子动力学建模及弛豫仿真过程

4.2长宽比对石墨烯纳米带初始张力的影响

4.3模拟体系温度和压强对初始张力的影响

4.4本章小结

第五章 基底对石墨烯纳米带初始张力的影响

5.1基底上石墨烯的性能研究现状

5.2二氧化硅基底上双端固支石墨烯纳米带的初始张力

5.3金属基底上自由弛豫的石墨烯纳米带的初始张力

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2本文不足及工作展望

参考文献

致谢

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