單晶硅納米梁的動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、隨著納機(jī)電系統(tǒng)的迅速發(fā)展和應(yīng)用,準(zhǔn)確描述納米結(jié)構(gòu)的物理特性成了設(shè)計(jì)、優(yōu)化和制造納米器件的關(guān)鍵。當(dāng)材料的尺度下降到納米尺度時(shí),小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子效應(yīng)等等,都變得顯著起來(lái)。目前納米領(lǐng)域的研究手段很多,借助先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段能夠很好的將納米世界展現(xiàn)于人們的眼前,同時(shí),人們發(fā)現(xiàn)了很多與宏觀世界截然不同的、有益或有害的現(xiàn)象。然而,在分析與研究這些有趣的現(xiàn)象時(shí),由于納米尺度的力學(xué)特性、材料特性不同于體材料或微米尺度的材料,人們發(fā)現(xiàn)連續(xù)介質(zhì)理論不

2、再能夠完全正確地解釋它們。與此同時(shí),借助“分子動(dòng)力學(xué)”這種并非新興的理論以及基于此而發(fā)展起來(lái)的一些商業(yè)軟件,已經(jīng)能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算能力完全仿真由數(shù)個(gè)原子組成的原子體系,分析其各種特性。然而,更大一些的尺寸由于包含的原子數(shù)目太多,計(jì)算機(jī)模擬已經(jīng)行不通。于是,關(guān)注的目光又投向了理論建模工作。 本文首先對(duì)前人所提出硅納米梁的半連續(xù)體模型進(jìn)行完善修正,包括應(yīng)變勢(shì)能半連續(xù)體模型,雙端固支梁受力彎曲的半連續(xù)體模型和雙端固支梁諧振頻率的

3、半連續(xù)體模型。同時(shí),利用分子動(dòng)力學(xué)軟件-Material Studio對(duì)該模型進(jìn)行模擬驗(yàn)證。結(jié)果表明,該模型能夠較好地解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果；宏觀尺寸下,模型與實(shí)際情況相吻合。分別提出了(100)和(110)納米線受力彎曲的半連續(xù)體模型。根據(jù)應(yīng)變勢(shì)能模型,由虛功原則和能量變分方法,提出該半連續(xù)體模型,并將該模型與連續(xù)介質(zhì)模型結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果顯示,在宏觀尺寸下,兩種模型十分吻合,誤差小于5％。分別提出了(100)和(110)納米線諧振頻率的半連續(xù)