基于碳納米管的NEMS開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)、仿真及工藝研究.pdf

1、納米機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）作為MEMS技術(shù)的延伸和發(fā)展，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。碳納米管作為一種新型的納米材料，有著許多優(yōu)良的機(jī)電特性。如良好的導(dǎo)電性，極高的強(qiáng)度、彈性、抗疲勞性以及低密度。基于碳納米管的NEMS開(kāi)關(guān)與傳統(tǒng)的MEMS開(kāi)關(guān)相比，也有著很多優(yōu)點(diǎn)，如極高的特征頻率，極小的體積等，因此研究NEMS開(kāi)關(guān)對(duì)于通信、軍事等技術(shù)方面都將有巨大的推動(dòng)作用。
　　本文主要研究基于碳納米管的NEMS開(kāi)關(guān)的性能和設(shè)計(jì)。根據(jù)連續(xù)體力學(xué)原理，利用

2、有限元分析軟件ANSYS的Multiphysics模塊建立了納米開(kāi)關(guān)的有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行靜電-結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)仿真分析。PULL-IN電壓是MEMS/NEMS開(kāi)關(guān)中一個(gè)極為重要的參數(shù)，它的大小影響到開(kāi)關(guān)的正常工作以及能量損耗，因此本文著重研究了不同驅(qū)動(dòng)電壓下開(kāi)關(guān)的位移，并進(jìn)一步得到器件的PULL-IN電壓。利用ANSYS中耦合場(chǎng)分析的三種重要方法，分別對(duì)NEMS開(kāi)關(guān)進(jìn)行建模分析，并比較三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。三種方法分別是基于MFS(Multi

3、-field(TM) Solver)的順序耦合法，基于三維ROM144單元的降階模型(ROM)方法和基于TRANS126單元的直接耦合法。ANSYS的三種耦合場(chǎng)分析方法各有所長(zhǎng)，可以根據(jù)研究重點(diǎn)的不同加以選擇。根據(jù)研究需要，分別建立和研究了懸臂梁式NEMS開(kāi)關(guān)以及兩端固定式NEMS開(kāi)關(guān)的模型。此外，著重分析了有限運(yùn)動(dòng)學(xué)（大變形）對(duì)NEMS開(kāi)關(guān)性能的影響。仿真結(jié)果表明，大變形會(huì)大大增加兩端固定式的NEMS開(kāi)關(guān)的pull-in電壓，而對(duì)于懸