納米壓電電子學(xué)中的非線性與復(fù)雜系統(tǒng)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、壓電效應(yīng)可以通過外界施加應(yīng)力產(chǎn)生極化電荷,可以獲得機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換,也可以將應(yīng)力與應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出,從而可以實(shí)現(xiàn)力電耦合。自從2006年王中林院士通過氧化鋅納米線制備納米發(fā)電機(jī)以來,同時(shí)具有壓電特性和半導(dǎo)體特性的壓電半導(dǎo)體納米材料,以至于納米器件與系統(tǒng)的研究,已近成為了納米技術(shù)的熱點(diǎn)和交叉前沿。在實(shí)驗(yàn)與理論研究基礎(chǔ)上,王中林院士在納米技術(shù)前沿領(lǐng)域創(chuàng)立了新的交叉學(xué)科:壓電電子學(xué)。壓電電子學(xué)的力電耦合作用,甚至是壓電光電子學(xué)的壓電

2、、光激發(fā)與半導(dǎo)體三方耦合作用,使得其在納米機(jī)器人,人機(jī)交互系統(tǒng),發(fā)光二極管,光電池,太陽能電池等領(lǐng)域存在重大的潛在應(yīng)用價(jià)值。上述現(xiàn)象與高米器件的物理機(jī)制,均與壓電電荷在特定環(huán)境中的非線性特性有關(guān)。
  本文通過以實(shí)驗(yàn)中的新型壓電半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ),以壓電半導(dǎo)體器件所體現(xiàn)的非線性電流電壓特性為出發(fā)點(diǎn),通過構(gòu)造采用壓電電子學(xué)器件的非線性混沌電路,探索利用非線性動(dòng)力學(xué)的理論研究成果,將非線性與復(fù)雜系統(tǒng)中的研究方法和結(jié)果,應(yīng)用于納米壓電電子

3、學(xué)器件與系統(tǒng)。在拓展非線性和復(fù)雜性科學(xué)應(yīng)用對象的同時(shí),更重要地是試圖為非線性和復(fù)雜系統(tǒng)的研究提供一個(gè)新的平臺(tái)。此外,對納米技術(shù)前沿研究而言,更為重要地是在非線性和復(fù)雜系統(tǒng)方法應(yīng)用中,進(jìn)一步尋找提高器件靈敏度的一般方法和器件與系統(tǒng)設(shè)計(jì)途徑。本文作為初步的探索與嘗試,從利用新型納米壓電電子學(xué)器件來實(shí)現(xiàn)混沌電路的方法出發(fā),研究了壓電電子學(xué)器件的混沌電路的基本特征,同時(shí)還嘗試性地探索將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和方法在壓電電子學(xué)柔性傳感網(wǎng)絡(luò)的可能的應(yīng)用。

4、r>  本文第一章介紹了非線性科學(xué)與復(fù)雜系統(tǒng)的研究背景和發(fā)展?fàn)顩r,簡介了可用于壓電電子學(xué)研究的非線性混沌電路與復(fù)雜系統(tǒng),同時(shí)介紹了從壓電電子學(xué)的發(fā)展背景,概括了壓電電子學(xué)器件的發(fā)展方向與最新進(jìn)展,介紹了經(jīng)典半導(dǎo)體器件物理為基礎(chǔ)的壓電電子學(xué)器件的理論框架以及器件建模與仿真相關(guān)模型的發(fā)展。
  第二章介紹了非線性動(dòng)力學(xué)中的幾個(gè)典型混沌電路的實(shí)現(xiàn),以典型的蔡氏電路作為混沌電路的例子,介紹了電路中含有蔡氏二極管這一非線性電阻下的非線性行為

5、,如周期,混沌。通過將壓電電子學(xué)晶體管的非線性電流-電壓特性進(jìn)行合理簡化,同時(shí)用壓電電子學(xué)晶體管來取代蔡氏電路中的蔡氏二極管,設(shè)計(jì)了外界應(yīng)力調(diào)控的非線性混沌電路,并且通過數(shù)值模擬,計(jì)算了電路的工作狀態(tài),研究了在外界施加的應(yīng)力改變時(shí),電路能夠在不同的工作狀態(tài)之間切換,這種非線性混沌電路方法可以實(shí)現(xiàn)外力控制下的電路狀態(tài)切換。
  第三章首先介紹了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究背景與發(fā)展?fàn)顩r,概述了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上的同步行為,如爆發(fā)式同步、行波與嵌

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