基于非局部弹性理论的纳米开关失稳特性研究.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2017年第2期基于非局部弹性理论的纳米开关失稳特性研究‘周霓1，罗光兵2，蒋浩宏1，白胜1，阳圣莹1(1四川省农业科学院服务中心，成都610066；2成都铁路局成都动车段动车技术中心，成都610051)摘要：对纳米开关在静电力和分子力作用下的稳定特性进行了研究，给出了非局部弹性理论下的非线性控制方程和边界条件。采用满足载荷边界条件的线性分布载荷近似代替非线性的静电力和分子力的作用，求得了纳米开关的失稳电压。同时研究了纳米开关无电场力时，仅在分子力作用下达到失稳的最小间隙和最大

2、长度。关键词：纳米开关；非局部弹性理论；小尺度效应中图分类号：TH703文献标志码：A文章编号：1671—3133(2017)02—0122—05DOI：10．16731／i．cnki．1671—3133．2017．02．025Theinstabilitycharacteristicresearchedofnano．switchwithnonlocalelasticitytheoryZhouNil，LuoGuangbin92，JiangHaohon91，BaiShen91，YangShengyin91(1ServiceCenter，SichuanAcademyofAgr

3、iculturalSciences，Chengdu610066，China；2TechnicalCenterofChengduEMUDepot．，ChengduRailwayBureau，Chengdu610051，China)Abstract：InvestigatedtheinstabilityCharacteristicofnano-switchsubjectedtoanelectrostaticforceduetoan印pliedvoltageandintermoleeularforcein．Boththenonlineargoverningequationanb

4、oundaryconditionswithnonlocaleffectaredevised．Alinearloadmodelwhichissuitforfoundryconditionsisproposedtoapproximatewithnonlinearintermolecularandelectrostaticinterac—tions，thepull—involtagesofnano—switchareobtained．Thesmallestofgapradioandthelongestoflengtharediscussedonlywithintermolec

5、ularforceaswell．Keywords：llano-switch；nonlocalelasticitytheory；smallscaleeffect0引言生物工程、信息和纳米技术是当前三大前沿科技，微纳米机电系统作为新的技术领域并得到了广泛研究¨引。微纳米开关是微纳电子机械系统的重要组成部分，典型的微纳米开关是由两片平行的电极板组成，一片固定，另一片可以自由摆动。在许可的电压作用下，上层可动的电极类似于悬臂梁弯曲，在静电力和分子力作用下向固定电极弯曲。当所加电压达到了闭合电压时，上极板就会发生坍塌并粘附到固定电极板使该系统失效，这种现象就叫闭合失稳。在纳米尺寸

6、下，量子效应将会产生巨大的影响，当间隙大于材料表面的吸收波长时，迟滞现象就非常显著，两极板表面的分子间作用力表现为Casimir力。若低于该波长就没有明显的迟滞现象，分子间作用力·四川省农业科学院自主课题(2015QNJJ-023)122就表现为范德华力。Yang等人M1采用LDL模型分析了悬臂和夹支纳米开关的失稳特性；Ramezani等人”]用分参模型研究了微型开关在分子力和静电力作用下的失稳特性；Sadeghian等人[6‘7o采用差分法研究了微电子开关的失稳电压；Lin等人∞o研究了Casimir力作用下的纳米开关的非线性特性。由于纳米开关的尺度太小，不适合使用经

7、典弹性理论来研究小尺度效应下的纳米结构。鉴于此，Eringen等人[91建立了非局部弹性理论。本文运用Eringen的非局部弹性理论并考虑小尺度效应的影响，研究了纳米开关在静电力和分子力作用下的失稳特性，并与文献[4]、文献[5]做了对比，结果表明：本文的结果是可信的，本文的计算模型和计算方法对小尺度效应下纳米开关的失稳研究具有较好的借鉴作用。周霓，等：基于非局部弹性理论的纳米开关失稳特性研究2017年第2期1非局部弹性理论非局部弹性理论表明：在考虑小尺度效应的纳米尺度结构中，某一点的应力不仅和该点的应变有关，还与弹性体内所有点的应变有关