[00132352]压电纳米结构元件弯曲特性的表面效应理论研究

纳米结构元件,如纳米线、纳米薄膜或纳米板、纳米管等,具有尺寸小、比表面积大等重要特点,在纳米机电系统中展现前所未有的应用前景。 然而,当纳米结构元件尺寸减小到一定程度时,材料表面性质的问题成为关键,来自表面各方面的因素影响尤为突出。本项目针对于 纳米结构元件弯曲表面效应的理论研究,主要研究了：表面效应对弯曲压电纳米线压电势、纳米双层薄膜静态弯曲,以及纳米压电双层薄膜系统压电势的影响。 1、通过修正的core-shell表面弹性模型,考虑应力一致假设,分别讨论了半径为25nm、35nm、50nm时在5nN外力作用下弯曲时,压电势理论计算值分别为12.4mV/9.67mV、6.2mV,这与实验测量数值约为6～10mV符合很好。 2、通过考虑表面弹性、表面应力、及晶格失配的影响,建立了纳米双层薄膜Timoshenko公式柱对称基本理论。基于此理论,我们分析讨论了Si-Si纳米薄膜以及InAs-GaAs纳米薄膜的卷曲,本理论结果拟合曲线可以很好地与实验结果符合,说明了考虑表面效应对纳米薄膜弯曲问题是正确的,合理的,为研究纳米结构器件的力学问题提供一定理论研究价值。 3、通过二参量理论和压电理论构建纳米压电钛酸钡薄膜发电机的理论模型,为探讨认识压电纳米发电机的理论机制提供一定依据。 4、通过连续介质理论,分别利用欧拉—伯努力梁模型,及弹性板理论研究纳米结构元件弯曲共振行为,为压电纳米结构元件在NEMS中的应用提供一定理论支持。 本项目资助共发表SCI学术论文3篇,其中2篇发表于J.Phys.D：Appl.Phys,一篇发表于Mechanics of Composite Materials。