碳-硅納米管壓力傳感器分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、自碳納米管和硅納米管/線被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，以其特殊的力電特性引起了科學(xué)家廣泛的關(guān)注。特別是在運(yùn)用壓力傳感器方面，可以顯著提高傳感器的靈敏度和量程。因此，本文以碳納米管和硅納米管/線為研究對(duì)象，使用分子動(dòng)力學(xué)方法和壓電理論分析了新型的碳納米管和硅納米管/線壓力傳感器的各項(xiàng)力電性能。研究?jī)?nèi)容和結(jié)果包含以下幾個(gè)方面：
　　(1)首先本文提出了一種新型的碳納米管壓力傳感器。將作用在壓力傳感器頂板上微小的力，通過(guò)連接柱的放大作用，傳遞到碳納米管，

2、使碳納米管在局部接觸的高壓力下發(fā)生偏移。并對(duì)比了碳納米管壓力傳感器與石墨烯納米帶壓力傳感器。獲得了不同溫度下兩種手性碳納米管及石墨烯納米帶的臨界抗彎強(qiáng)度。結(jié)果表明：在同樣的溫度下，扶手型碳納米管的抗彎強(qiáng)度大于螺旋型碳納米管和石墨烯納米帶的。常溫下石墨烯納米帶壓力傳感器的最大靈敏度是碳納米管壓力傳感器最大靈敏度的五倍，但碳納米管壓力傳感器的量程范圍是石墨烯納米帶壓力傳感器量程范圍的兩倍。壓力傳感器的靈敏度，量程范圍以及電導(dǎo)率變化都隨著環(huán)境

3、溫度的升高而下降。
　　(2)其次對(duì)碳納米管束壓力傳感器進(jìn)行了研究探討。碳納米管束的臨界抗彎強(qiáng)度隨溫度的升高而降低。碳納米管束的臨界抗彎強(qiáng)度和單根單壁碳納米管類似，受直徑的影響不大。管束在彎曲作用下，其管壁與管壁間的原子會(huì)相互成鍵降低其抗彎強(qiáng)度，從而導(dǎo)致管束的臨界抗彎強(qiáng)度約為單根管的80％左右。碳納米管束的臨界抗彎強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變要小于單根單壁碳納米管的，碳納米管束壓力傳感器的靈敏度及電導(dǎo)率變化都要小于單根單壁碳納米管壓力傳感器。<

4、br>　　(3)最后對(duì)硅納米管/線壓力傳感器進(jìn)行了研究探討。重點(diǎn)預(yù)測(cè)了不同溫度及直徑等因素對(duì)壓力傳感器量程，靈敏度和電導(dǎo)率的影響。從原子尺度分析了硅納米管/線在壓力作用下其原子結(jié)構(gòu)的演變。在彎曲作用下，硅納米線在各個(gè)溫度范圍內(nèi)臨界抗彎強(qiáng)度都高于硅納米管的，硅納米管/線的臨界抗彎強(qiáng)度皆隨著溫度的升高而急劇降低。在相同溫度下sp2雜化的硅納米管(SiNP)的臨界抗彎強(qiáng)度要高于sp3雜化的硅納米管(SiNT)，而硅納米線的臨界抗彎強(qiáng)度高于兩種