石墨烯壓力傳感器與諧振器的模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、石墨烯具有單個(gè)原子厚度、高電遷移率和高楊氏模量等優(yōu)異的機(jī)械與電學(xué)性能，是應(yīng)用于納機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）的理想材料。近年來，基于石墨烯的納米器件如石墨烯壓力傳感器和諧振器成為研究熱點(diǎn)。這兩種器件具有納米級(jí)、高靈敏度、高諧振頻率等優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)這兩種器件進(jìn)行了理論建模、有限元仿真和實(shí)驗(yàn)研究，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)、制造石墨烯壓力傳感器和諧振器提供了有力的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，論文主要工作如下：
　　首先，利用理論、有限元建模研究石墨烯薄膜的納米力學(xué)性質(zhì)，

2、包括在均布載荷或點(diǎn)載荷下石墨烯薄膜的機(jī)械變形與應(yīng)力應(yīng)變，并深入探究這些物理量與石墨烯尺寸、材料性質(zhì)、邊界條件的關(guān)系。運(yùn)用緊束縛模型計(jì)算石墨烯的能帶分布、費(fèi)米速度與應(yīng)變系數(shù)，并探究能帶分布、費(fèi)米速度與應(yīng)變的關(guān)系。
　　其次，研究不同形狀石墨烯諧振器的振動(dòng)性質(zhì)，并深入探究振動(dòng)性質(zhì)與石墨烯尺寸、薄膜初始張力、材料性質(zhì)以及邊界條件的關(guān)系，尤其對(duì)靜電驅(qū)動(dòng)兩端固支石墨烯梁諧振器進(jìn)行了理論建模與有限元分析。對(duì)石墨烯諧振器用于檢測(cè)微小質(zhì)量進(jìn)行理論

3、和有限元建模，計(jì)算結(jié)果顯示石墨烯質(zhì)量傳感器可檢測(cè)10-22 g的微小質(zhì)量，并探究質(zhì)量靈敏度與檢測(cè)分辨率同吸附質(zhì)量位置、石墨烯尺寸、邊界條件、初始張力的關(guān)系。
　　再次，提出一種新型石墨烯諧振式壓力傳感器，理論和有限元建模結(jié)果表明，這種壓力傳感器的靈敏度比傳統(tǒng)諧振式壓力傳感器高2個(gè)數(shù)量級(jí)，并深入研究影響壓力傳感器靈敏度的因素，包括石墨烯尺寸、壓力膜尺寸、初始應(yīng)變和溫度變化。
　　最后，結(jié)合微加工工藝制造石墨烯壓阻式壓力傳感器，