范德華力作用下納米梁結(jié)構(gòu)抗粘附穩(wěn)定性研究.pdf

1、本文理論研究了范德華力對納米梁結(jié)構(gòu)表面靜態(tài)粘附及靜電驅(qū)動納米梁吸合現(xiàn)象的影響，為納米器件的設(shè)計(jì)提供參考。 首先，通過一定工藝手段去除其他表面力對粘附的影響，考察范德華力對表面粘附的影響。以實(shí)際自相似分形分布粗糙表面為模型，針對微表面接觸產(chǎn)生彈性和塑性兩種不同變形情況，推導(dǎo)了范德華粘附能計(jì)算公式，并進(jìn)一步分析表面形貌參數(shù)對范德華能的影響。 其次，以廣泛采用的靜電驅(qū)動納米梁結(jié)構(gòu)為對象，研究了范德華力對其吸合現(xiàn)象的影響。擴(kuò)展了

2、現(xiàn)有的一維集總法和能量法模型，推導(dǎo)了考慮范德華力作用與忽略范德華力作用兩種情況下臨界電壓的關(guān)系表達(dá)式。用一種數(shù)值迭代算法計(jì)算了在范德華力和靜電力共同作用下，納米尺度的懸臂梁和兩端固定梁的臨界電壓，并與一維集總法計(jì)算結(jié)果對比，兩種計(jì)算結(jié)果較接近。分析了不同梁結(jié)構(gòu)尺寸對臨界電壓的影響情況。研究表明，對于不同的梁結(jié)構(gòu)和初始間距，雖然臨界電壓不同，但發(fā)生吸合時(shí)臨界撓度值都為初始間距的1/3左右。范德華力作用下靜態(tài)臨界電壓為忽略范德華力時(shí)的1/4

3、～1/3倍。 再次，用ANSYS軟件模擬了范德華力和靜電耦合作用下梁的彎曲變形情況，將模擬得到的臨界電壓，撓度變形值與數(shù)值迭代計(jì)算結(jié)果做對比，兩種計(jì)算法得到的數(shù)值較一致。模擬了梁變形過程中結(jié)構(gòu)非線性對彎曲的影響，并分析了范德華力對靜電驅(qū)動梁彎曲及靜態(tài)臨界電壓的影響。結(jié)果表明，大變形情況下?lián)隙戎翟龃?。最后，研究了范德華力與靜電力耦合作用下梁的動態(tài)運(yùn)動特性，對比了動態(tài)與靜態(tài)兩種臨界電壓。通過ANYSYS模擬，考察了納米梁的固有頻率及