压电微悬臂梁气体传感器静态弯曲模型的研究.pdf

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1、第24卷第5期传感技术学报Vo1．24No．52011年5月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMav2011ResearchonStaticBendingModelofPiezoelectricMicrocantileverGasSensorsJINGDalei一，WANGFei’，ZHAOXuezeng一，WANGXiaoming，，1．SchoolofMechatronicsEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China；、2．KeyLa

2、boratoryofMicro—SystemsandMicro-StructuresManufacturing，MinistryofEducation，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China}Abstract：Piezoelectricmicrocantileverisakindofbiologicalandchemicalsensorwithhighsensitivityandreduceddimensions．Adsorptionofmoleculesonsurfaceofpiezoele

3、ctricmicrocantilevercancausethemicrocantileverbending．Takingadvantageofthedeflectionofthemicrocantilever，thesurfacecanbegotten．Inthispaper，thechangeofneutrallayerpositioncausedbyadsorption—inducedstressisintroducedintomodeling，thenastaticbendingmodelofmicrocantileverwithmonol

4、ayermoleculesisestablishedbasedonenergymethod．ThecurvatureradiusofpiezoelectriccantileverdecreaseswithdeclineofthethicknessandYoung’Smodulusofcantileverintheconditionofsameadsorptionsurfaceandmassaccordingtotheresult，moreover，thesmallermicrocantileveris，themoresignificantthee

5、ffectofchangeofneutrallayerpositiononstaticdeflectionis．Andthecurveofcurvatureradiuswiththicknessratiohasainflexion，thepositionofinflexionisaffectedbytheratioofYoung’Smodulusofpie—zoelectriclayerandnon—piezoelectriclayer．Keywords：piezoelectricmicrocantilever；gassensors；adsorp

6、tion—potentialenergy；staticbendingEEACC：7230L；2575doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2011．05．001压电微悬臂梁气体传感器静态弯曲模型的研究水景大雷，王飞'，赵学增，王晓明，1．哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨150001；、I2．哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室，哈尔滨150001／摘要：压电微悬臂梁是一种灵敏度高、尺寸小的生化传感器。分子或原子在压电微悬臂梁功能化表面的吸附会引起悬臂梁的静态弯曲，通过静态变形可以得到微悬臂梁的表面应力。将表面应力

7、引起的微悬臂梁中性层位置的变化引入建模过程，并与能量法相结合，建立了压电微悬臂梁在单分子层吸附稳定后的静态弯曲理论模型。结果发现在相同吸附表面积和吸附量条件下，压电微悬臂梁的曲率半径随梁厚度减小而减小，随梁杨氏模量的减小而减小；悬臂梁尺寸越小，考虑中性层位置变化对静态变形影响越大；且曲率半径随膜厚比的变化曲线中存在一个拐点，该拐点位置与两种材料的杨氏模量之比大小有关。关键词：压电微悬臂梁；气体传感器；吸附势能；静态弯曲中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)05—0629—05近年来，微悬臂梁传感器因其具有

8、结构尺寸小、用于生物和化学检测的压电微悬臂梁通常在其灵敏度高、响应频率快、批量生产成本低等优点，在上表面镀一层对待测物质具有敏感作用的敏