【摘 要】
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石墨烯作为新型的纳米材料,具有优异的力学和电学特性,从而成为最为适合NEMS(Nano-Electromechanical system)器件研究的理想材料之一。纳米谐振器是石墨烯纳米带的一个重要
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石墨烯作为新型的纳米材料,具有优异的力学和电学特性,从而成为最为适合NEMS(Nano-Electromechanical system)器件研究的理想材料之一。纳米谐振器是石墨烯纳米带的一个重要潜在应用方向。为得到高性能且稳定的石墨烯纳米谐振器,研究不同条件下石墨烯纳米带的杨氏模量及其谐振频率就显得尤为重要。为此,本文利用Materials Studio软件中基于分子动力学的Forcite模块计算了多种尺寸及不同手性的石墨烯纳米带的杨氏模量与谐振频率,并计算了金原子掺杂的石墨烯纳米带的谐振频率。探索石墨烯纳米带各种结构参数对其杨氏模量与谐振频率的影响,为构建基于石墨烯纳米带的纳米谐振器提供理论依据。主要研究模型和结论如下:
针对长度小于12nm的石墨烯纳米带,在室温(298 K)下计算杨氏模量的结果表明:石墨烯纳米带的杨氏模量随长度的增加而减小,而纳米带的边界类型(扶手椅型或锯齿型)及宽度对其杨氏模量的影响不明显。
以本征或掺杂的石墨烯纳米带构建双端固支梁结构模型,改变石墨烯纳米带长宽值以及金原子的掺杂位置和数量,并分别对固支梁结构的振动特性进行模拟,计算结果表明:①本征石墨烯纳米带长度小于16nm,宽长比在1／6～1／2之间时,双端固支梁结构的谐振频率随着石墨烯纳米带长度的增大而减小,而石墨烯纳米带宽度对固支梁结构的谐振频率的影响不明显。②分别由锯齿型和扶手椅型边界的石墨烯纳米带构建的双端固支梁结构,其谐振频率随石墨烯纳米带长度和宽度的变化规律相类似,即石墨烯纳米带边界类型的差异不会对其谐振频率产生显著影响。③对于金原子掺杂的石墨烯纳米带,双端固支梁的谐振频率随金原子掺杂数目的增大而减小,其原因是由于掺杂金原子会引起固支梁体密度的增大,而固支梁体密度的增大会导致谐振频率的减小。④对于金原子掺杂的石墨烯纳米带,金原子的掺杂位置愈靠近固支梁的中心固支梁的谐振频率愈小。
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