表面应力对纳米机械系统静电吸合不稳定性的影响
介观与纳米尺度物理
2016-11-08 v1
摘要
在纳米机电系统（NEMS）框架下，静电吸合不稳定性（EPI）已被证明是一种稳健且通用的方法，用于表征纳米悬臂梁的机械性能。本文旨在研究表面效应，特别是残余表面应力与表面弹性，对微纳米尺度悬臂梁以及双夹紧梁的 EPI 的影响。由于悬臂梁一端自由，其无残余应力，因此只要变形较小，表面应力的应变无关分量（即本征表面应力）对 EPI 无影响。表面应力的应变相关分量（即表面弹性）改变悬臂梁的弯曲刚度，从而引致 EPI 的偏移。对于双夹紧梁，有效残余表面应力发挥作用并修正梁的有效残余应力。考虑表面效应的非线性机电耦合方程被数值求解。本文给出的理论结果表明，EPI 对表面效应非常敏感，尤其当采用双夹紧梁时。结果显示，当厚度低于 50 nm 时，表面效应对悬臂梁 EPI 的影响变得更加显著，而对双夹紧梁的影响即便在亚微米尺度也较为明显。本研究可为 NEMS 开关的设计与表征提供有益见解。此外，这些结果可用于证明在纳米机械传感器系统中利用 EPI 的一种新型表面应力传感方法的概念验证。
引用
@article{arxiv.1611.02222,
title = {Surface stress effects on the electrostatic pull-in instability of nanomechanical systems},
author = {Hamed Sadeghian},
journal= {arXiv preprint arXiv:1611.02222},
year = {2016}
}