石墨烯納機電諧振器的非線性振動特性研究.pdf

1、納機電系統(tǒng)（Nano-electromechanical System，NEMS）在基礎研究及應用方面越來越受到人們的重視，小尺寸、高諧振頻率的NEMS諧振器可以做典型的納機電器件。由于石墨烯諧振器具有低功耗、高靈敏度、超小的質量和超高的品質因數(shù)等特點，因此其在傳感器以及通信方面有著廣泛的應用。
　　當諧振器尺寸進入納米尺度后，在外加激勵的作用下很快就會進入非線性區(qū)域，具有明顯的非線性效應。在這種情況下，采用線性理論分析將會出現(xiàn)較

2、大的誤差，本文將引入非線性控制方程來分析石墨烯納米梁諧振器的振動特性，并對石墨烯諧振器進行分子動力學仿真。具體的研究內容如下：
　　首先，對石墨烯的性質和研究現(xiàn)狀做了簡要介紹，并對目前國內外關于納機電諧振器的研究進展進行了綜述。
　　其次，基于宏觀連續(xù)體模型理論，引入范德華力對諧振器振動特性的影響，構建了石墨烯納米梁諧振器在靜電驅動方式下的非線性控制方程。通過有限差分法對諧振器的振動特性進行動態(tài)分析，并利用頻譜分析方法 FF

3、T對數(shù)值動態(tài)分析得到的時域撓度曲線進行頻譜分析。數(shù)值仿真結果表明，在交流幅值不變的情況下，當直流電壓較小時，諧振器的頻率向右偏移，即出現(xiàn)“彈簧變硬”效應；當直流電壓較大時諧振頻率向左偏移，即出現(xiàn)“彈簧變軟”效應。并且這種頻率偏移受交流幅值的影響較小，主要受直流電壓的影響。
　　最后，本文采用了一種在分子動力學仿真中進行的靜電力等效方法，基于分子動力學方法對石墨烯諧振器在不同外力作用下的諧振頻率進行模擬仿真和結果分析。將分子動力學方

4、法和連續(xù)體模型理論方法的仿真數(shù)據(jù)進行比較，結果表明分子動力學仿真得到的諧振頻率比連續(xù)體模型理論得到的諧振頻率高。這是因為在 MD仿真過程中，對石墨烯納米梁施加外力的同時會有一個預張力存在，并且預張力會隨著外力的增大而增大。
　　本文從連續(xù)體模型理論方法和分子動力學方法兩方面對石墨烯納機電諧振器的非線性特性進行了研究，為后續(xù)開展實驗研究提供理論基礎和數(shù)據(jù)支持，并為石墨烯納機電諧振器在質量傳感器和力學傳感器方面的應用提供一些理論參考。