1、硅微加工技術(shù)的進(jìn)步,使得納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)的實(shí)現(xiàn)成為可能。隨著器件尺寸的縮小,納米器件的比表面積增加。納米材料表面吸附分子或原子引起的吸附效應(yīng)可用于高性能傳感器,而表面缺陷、表面弛豫和表面重構(gòu)等表面效應(yīng)對(duì)器件的影響不能再忽略,而是很大程度上改變了器件原來(lái)的特性。 對(duì)于納機(jī)電器件的研究主要有三種方法：一種是從物理原理上突破,第二種是運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行求證,第三種是借助于分子動(dòng)力學(xué)方法及其相關(guān)的軟件進(jìn)行計(jì)算。由于加工條件的不成熟

2、以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求苛刻,本文采用第一種結(jié)合第三種方法研究厚度在納米量級(jí)的懸臂梁吸附分子后的靜態(tài)彎曲情況以及相應(yīng)的表面應(yīng)力。 由于納米材料本身尺寸的減小使得材料出現(xiàn)了非線性特性,傳統(tǒng)宏觀材料的連續(xù)體理論不再適用,需要建立新的理論和模型來(lái)描述納米材料的物理特性。本文應(yīng)用半連續(xù)模型來(lái)描述納米材料的性質(zhì),即在厚度方向上由于為納米級(jí)尺寸,采用離散理論進(jìn)行分析；而在長(zhǎng)度和寬度方向上,由于尺寸比厚度方向大得多,仍然采用連續(xù)體理論進(jìn)行分析。這種

3、近似既滿足了既考慮了精度要求,又保證了計(jì)算的簡(jiǎn)便性,是十分合理的。 對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),吸附過(guò)程伴隨著能量的相互轉(zhuǎn)換。整個(gè)吸附系統(tǒng)的能量包括吸附質(zhì)分子之間的作用勢(shì)能、吸附質(zhì)和吸附劑分子之間的作用勢(shì)能以及懸臂梁本身的彎曲勢(shì)能。當(dāng)吸附達(dá)到穩(wěn)定后,整個(gè)系統(tǒng)的能量將達(dá)到最小值,這就是所謂的“能量法”。根據(jù)這一轉(zhuǎn)化關(guān)系,可以建立包含懸臂梁彎曲后曲率半徑的關(guān)系式,相應(yīng)的,懸臂梁末端位移以及表面應(yīng)力都可以得到?；舅悸肪褪菑淖罨镜脑娱g作用力

4、出發(fā),運(yùn)用能量法,從吸附過(guò)程中原子勢(shì)能和梁的彎曲勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系入手,建立吸附引起的納米懸臂梁的彎曲及應(yīng)力模型。 最后,對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證。由于現(xiàn)有的加工條件不允許對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn),故借助于分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證。這里基于以分子動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的商用軟件Material Studio建立和理論研究相對(duì)應(yīng)的吸附模型,運(yùn)用forcite模塊進(jìn)行模擬,得到吸附穩(wěn)定后懸臂梁的狀態(tài),讀取需要的數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到最終結(jié)果,