石墨烯壓力傳感器與諧振器的模擬及實驗研究.pdf

1、石墨烯具有單個原子厚度、高電遷移率和高楊氏模量等優(yōu)異的機械與電學性能，是應用于納機電系統(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。這兩種器件具有納米級、高靈敏度、高諧振頻率等優(yōu)點。本文對這兩種器件進行了理論建模、有限元仿真和實驗研究，為進一步設計、制造石墨烯壓力傳感器和諧振器提供了有力的理論和實驗基礎，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性質，

2、包括在均布載荷或點載荷下石墨烯薄膜的機械變形與應力應變，并深入探究這些物理量與石墨烯尺寸、材料性質、邊界條件的關系。運用緊束縛模型計算石墨烯的能帶分布、費米速度與應變系數(shù)，并探究能帶分布、費米速度與應變的關系。
　　其次，研究不同形狀石墨烯諧振器的振動性質，并深入探究振動性質與石墨烯尺寸、薄膜初始張力、材料性質以及邊界條件的關系，尤其對靜電驅動兩端固支石墨烯梁諧振器進行了理論建模與有限元分析。對石墨烯諧振器用于檢測微小質量進行理論

3、和有限元建模，計算結果顯示石墨烯質量傳感器可檢測10-22 g的微小質量，并探究質量靈敏度與檢測分辨率同吸附質量位置、石墨烯尺寸、邊界條件、初始張力的關系。
　　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個數(shù)量級，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、初始應變和溫度變化。
　　最后，結合微加工工藝制造石墨烯壓阻式壓力傳感器，