基于非局部理論的納機(jī)電器件小尺度效應(yīng)研究.pdf

1、近年來，因納米技術(shù)的快速發(fā)展以及其在眾多領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，使納米級材料和結(jié)構(gòu)的研究受到了眾多研究者的持續(xù)關(guān)注。精密和超精密等微細(xì)加工技術(shù)使得精確的制造納米尺度的元器件成為可能，同時這些元器件還被廣泛的應(yīng)用到納機(jī)電系統(tǒng)中。納機(jī)電系統(tǒng)中的一些元器件被廣泛地應(yīng)用到航空、生物醫(yī)學(xué)和微觀電子等領(lǐng)域，由此為越來越多的研究學(xué)者帶來了新的研究興趣和方向。這些納米設(shè)備的廣泛應(yīng)用很大程度上取決于其本身所具有的優(yōu)越的機(jī)械性能。因此，完全有必要對納機(jī)電系統(tǒng)中

2、一些典型的類梁結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能進(jìn)行認(rèn)真地研究和分析。
　　在宏觀的經(jīng)典理論中，一些如范德華力、克什米爾力等微小力是忽略不計的，但這些力在納機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)分析中是非常重要的。宏觀的經(jīng)典理論已經(jīng)不適用于對納機(jī)電系統(tǒng)的分析，要分析納機(jī)電系統(tǒng)中元器件的機(jī)械性能，就需要新的連續(xù)理論。其實，研究納機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)械性能有很多種方法，可以進(jìn)行分子動力學(xué)模擬，可以進(jìn)行實驗研究，也可以運用連續(xù)力學(xué)理論進(jìn)行研究。納米尺度的實驗對實驗器材的要求很高，并且實驗

3、器材昂貴；另外，分子動力學(xué)實驗對計算機(jī)的性能要求也很高，即便是一個由有限個原子構(gòu)成的簡單的納米元器件，也需要很長的時間進(jìn)行計算?；谏鲜鰞煞N方法的局限性，眾多學(xué)者就寄希望于新的連續(xù)理論。
　　本文主要基于非局部理論研究了小尺度效應(yīng)對納米類梁結(jié)構(gòu)的影響，包括對受移動彈簧振子作用納米梁剛度的影響和對納米開關(guān)的吸合行為的影響。在納機(jī)電系統(tǒng)中，微傳動機(jī)構(gòu)是一種比較常見的結(jié)構(gòu)，我們可以將其模型化為受移動振子作用的納米梁結(jié)構(gòu)，因此在本文中研究

4、了小尺度效應(yīng)對受移動彈簧振子作用的納米梁剛度的影響。非局部理論建立在原子晶格動力學(xué)理論及聲子散射實驗觀察的基礎(chǔ)之上，認(rèn)為連續(xù)體內(nèi)一點的應(yīng)力是所有點的應(yīng)變的函數(shù)。在晶格動力學(xué)中觀察到的變形體內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，可以用來作為碳納米管的連續(xù)體模型。非局部理論包含了原子間相互作用力的相關(guān)信息，并且將一種內(nèi)特征尺度作為材料參數(shù)引入到了本構(gòu)方程中。
　　為了檢驗這兩種不同的非局部模型，這里主要引入了宏觀理論進(jìn)行對比。本文分析了兩種不同理論對同樣