納米壓電電子學中的非線性與復雜系統(tǒng)研究.pdf

1、壓電效應可以通過外界施加應力產生極化電荷，可以獲得機械能到電能的轉換，也可以將應力與應變信號轉換為電信號輸出，從而可以實現力電耦合。自從2006年王中林院士通過氧化鋅納米線制備納米發(fā)電機以來，同時具有壓電特性和半導體特性的壓電半導體納米材料，以至于納米器件與系統(tǒng)的研究，已近成為了納米技術的熱點和交叉前沿。在實驗與理論研究基礎上，王中林院士在納米技術前沿領域創(chuàng)立了新的交叉學科：壓電電子學。壓電電子學的力電耦合作用，甚至是壓電光電子學的壓電

2、、光激發(fā)與半導體三方耦合作用，使得其在納米機器人，人機交互系統(tǒng)，發(fā)光二極管，光電池，太陽能電池等領域存在重大的潛在應用價值。上述現象與高米器件的物理機制，均與壓電電荷在特定環(huán)境中的非線性特性有關。
　　本文通過以實驗中的新型壓電半導體器件為基礎，以壓電半導體器件所體現的非線性電流電壓特性為出發(fā)點，通過構造采用壓電電子學器件的非線性混沌電路，探索利用非線性動力學的理論研究成果，將非線性與復雜系統(tǒng)中的研究方法和結果，應用于納米壓電電子

3、學器件與系統(tǒng)。在拓展非線性和復雜性科學應用對象的同時，更重要地是試圖為非線性和復雜系統(tǒng)的研究提供一個新的平臺。此外，對納米技術前沿研究而言，更為重要地是在非線性和復雜系統(tǒng)方法應用中，進一步尋找提高器件靈敏度的一般方法和器件與系統(tǒng)設計途徑。本文作為初步的探索與嘗試，從利用新型納米壓電電子學器件來實現混沌電路的方法出發(fā)，研究了壓電電子學器件的混沌電路的基本特征，同時還嘗試性地探索將復雜網絡理論和方法在壓電電子學柔性傳感網絡的可能的應用。

4、r>　　本文第一章介紹了非線性科學與復雜系統(tǒng)的研究背景和發(fā)展狀況，簡介了可用于壓電電子學研究的非線性混沌電路與復雜系統(tǒng)，同時介紹了從壓電電子學的發(fā)展背景，概括了壓電電子學器件的發(fā)展方向與最新進展，介紹了經典半導體器件物理為基礎的壓電電子學器件的理論框架以及器件建模與仿真相關模型的發(fā)展。
　　第二章介紹了非線性動力學中的幾個典型混沌電路的實現，以典型的蔡氏電路作為混沌電路的例子，介紹了電路中含有蔡氏二極管這一非線性電阻下的非線性行為

5、，如周期，混沌。通過將壓電電子學晶體管的非線性電流-電壓特性進行合理簡化，同時用壓電電子學晶體管來取代蔡氏電路中的蔡氏二極管，設計了外界應力調控的非線性混沌電路，并且通過數值模擬，計算了電路的工作狀態(tài)，研究了在外界施加的應力改變時，電路能夠在不同的工作狀態(tài)之間切換，這種非線性混沌電路方法可以實現外力控制下的電路狀態(tài)切換。
　　第三章首先介紹了復雜網絡的研究背景與發(fā)展狀況，概述了復雜網絡動力學基礎上的同步行為，如爆發(fā)式同步、行波與嵌