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基于石墨烯的纳机电谐振器的仿真与工艺设计

作　者: 牛翔宇
导　师: 王卫东
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 石墨烯 纳机电谐振器 分子动力学 制备方法 动态特性
分类号: TP211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 86次
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内容摘要


石墨烯是一种由单层碳原子组成二维蜂巢状结构的新型碳质材料，具有高刚度和低密度的特性，是用于制作纳机电系统（NEMS）器件的理想材料。纳机电谐振器作为一种典型的NEMS器件，以其低功耗、高灵敏度等特点在传感器以及通信领域有着广泛的应用。本文针对基于石墨烯的纳机电谐振器进行研究，对其相关特性进行了分析，给出了制备工艺。主要工作如下：首先，综述了纳机电系统的定义和纳机电谐振器的国内外研究现状，并基于宏观连续体理论对纳谐振器进行的理论建模与数值计算，在此基础上对谐振器的动态特性进行研究。接着，介绍了石墨烯材料的结构特点，并对石墨烯薄层进行了物理建模，采用分子动力学方法对石墨烯纳米带进行了的弛豫、应力加载以及谐振频率进行仿真与分析。最后，基于化学气相淀积法和微机电系统加工工艺，设计了一种批量制备石墨烯谐振梁的工艺方法。本文通过对石墨烯谐振器的研究为石墨烯谐振器的设计、制作和研究奠定良好的理论和实验基础。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 石墨烯概述  8-10
    1.1.1 石墨烯的简介及基本性质  8-9
    1.1.2 石墨烯的国内外研究现状  9-10
  1.2 纳机电系统  10-12
    1.2.1 纳机电系统的定义  10-11
    1.2.2 纳机电系统的研究现状  11-12
  1.3 纳机电谐振器概述  12-14
    1.3.1 纳机电谐振器的研究现状  12-13
    1.3.2 石墨烯纳机电谐振器的研究现状  13-14
  1.4 本文研究的目的与意义  14
  1.5 论文的主要工作  14-16
第二章 纳机电谐振器的理论基础与仿真分析  16-26
  2.1 纳机电谐振器的理论基础  16-18
    2.1.1 纳机电谐振器的工作原理  16
    2.1.2 纳机电谐振器外部激励方式  16-18
  2.2 静电力驱动双端固支纳米梁的运动方程  18-19
    2.2.1 纳米梁的宏观连续体理论描述  18-19
    2.2.2 运动方程非线性项  19
  2.3 数值求解方法  19-23
    2.3.1 数值求解方法  20-22
    2.3.2 数值解法验证  22-23
  2.4 仿真与结果分析  23-24
  2.5 本章小结  24-26
第三章 分子动力学仿真概述  26-36
  3.1 分子动力学简介  26-27
    3.1.1 分子动力学概念  26
    3.1.2 分子动力学发展历史  26-27
    3.1.3 分子动力学适用范围  27
  3.2 分子动力学仿真的基本流程  27-28
  3.3 分子动力学术语的详细阐述  28-33
  3.4 常用分子动力学仿真软件  33
  3.5 本文仿真的软硬件环境  33-34
  3.6 本章小结  34-36
第四章 石墨烯分子动力学仿真及分析  36-54
  4.1 石墨烯物理模型  36-39
    4.1.1 石墨烯晶格结构  36-37
    4.1.2 石墨烯谐振梁模型  37-38
    4.1.3 仿真参数及单位制  38-39
  4.2 弛豫过程  39-44
    4.2.1 仿真方法及过程  39-40
    4.2.2 仿真结果及分析  40-44
  4.3 应力加载过程  44-47
    4.3.1 仿真方法及过程  44-45
    4.3.2 仿真结果及分析  45-47
  4.4 谐振频率仿真及分析  47-52
    4.4.1 仿真参数设置  48
    4.4.2 仿真结果  48-51
    4.4.3 仿真分析  51-52
  4.5 本章小结  52-54
第五章 石墨烯纳机电谐振器工艺设计  54-60
  5.1 静电力驱动石墨烯纳谐振器结构设计  54-55
  5.2 工艺设计方案  55-58
    5.2.1 石墨烯制备  55-56
    5.2.2 石墨烯转印  56-57
    5.2.3 基底的后续处理  57-58
  5.3 本章小结  58-60
第六章 总结与展望  60-62
  6.1 论文总结  60
  6.2 存在问题及前景展望  60-62
致谢  62-64
参考文献  64-68
作者在读期间科研成果  68-70
附录一  70-72
附录二  72-76
附录三  76-79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 一般自动化元件、部件 > 机电元件、部件
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