《压电热弹性机电谐振器的非线性动态稳定性》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2020-03-17
  • 本研究主要针对压电热纳米桥的失稳与非线性特性进行分析。建立了一个具有控制稳定性条件的可调热弹性模型,用于研究不同温度下的系统行为。为了提高性能范围和改善系统特性,在可变形梁的滑动端施加一个压电电压和一个弹簧作为设计参数。利用扩展的哈密顿原理推导出偏微分方程,并采用伽辽金分解法对非线性方程进行离散化,采用分步线性化方法对非线性方程进行求解。为了提高解的精度,分析了振型的数目和电压增量的大小,并在解中使用了足够的数值。通过几个实例的实验、分析和数值计算,验证了该公式和求解方法的有效性。最后,研究了受静电和卡西米尔引力作用的驱动纳米机械手的振动和特征值问题。结果表明,边缘场校正显著地改变了系统频率、静态平衡和拉入特性。研究结果将有助于分析、设计和操作许多可调节的先进纳米系统。

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    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2024-06-05
    • 近日,电子科技大学王曾晖教授、夏娟研究员团队与中南大学周喻教授团队合作报道了基于非层状二维材料β-In2S3的超高频谐振式气压传感器,实现了宽量程(从10?³ Torr直至大气压)、高线性(非线性程度仅为0.0071)和快响应(内禀响应时间低于1微秒)的优异传感性能。研究人员还阐明了纳米机电谐振器的频率设计规律,并成功实验测定了材料弹性模量和器件内应力,为基于二维非层状材料的新型低维纳米器件的晶圆级设计与集成赋能。 二维非层状材料具有应用于纳米机电结构中的潜力,并因其独特的物理特性和表面活性,有望进一步实现性能优异的传感器件。然而,由于纳米机电器件对于材料稳定性和导电性等方面的要求,以及器件制备的难度,这一极具前景的应用范式一直未得到探索。近日,该团队研究人员利用β-In2S3这一具备高载流子迁移率和适中带隙的二维非层状半导体,制备了一系列工作频率在超高频频段的纳米机电谐振器,实现的气压传感性能在同类器件中暂居最优。 研究人员利用圆形纳米鼓膜(图1A−C)的动态响应考察器件弹性特征。通过自主设计并优化的激光干涉位移测量系统,有效地表征了纳米谐振器的超高频段频域动态响应(图1D)。为验证β-In2S3纳米谐振器的气压传感性能,研究人员在10?? Torr至大气压的宽气压范围内不间断追踪器件动态响应,并分析了谐振频率和质量因子的调控机制。研究表明,谐振频率随气压增加而线性增长,响应度高达259.77 ppm/Torr(即每Torr气压变化将引入高达2.328 KHz的频偏),而非线性程度仅为0.0071,揭示了该传感器的优异响应性能(图1E)。此外,耗散因子随气压增加引入的额外空气阻尼呈下降趋势,理论分析表明该传感器在大气压下的响应速度可达0.95微秒。 图1 (A−C)二维β-In2S3纳米机电谐振器的(A)结构示意图、(B)器件显微图及(C)电镜图;(D)谐振器的基模谐振响应实验数据(蓝线)及模型拟合(红线);(E)谐振频率与耗散因子受腔室气压的调控关系(部分气压范围)。 研究人员制备并测试了24个不同厚度和尺寸的β-In2S3纳米谐振器,它们工作频率遍布8.48 MHz至89.97 MHz的宽频率范围(图2A),并呈现与厚度相关的耗散机制(图2B)。通过对谐振器本征频率的理论分析,研究人员提出了不同器件几何所对应的器件弹性特征的分区规律,并在实验数据上得到验证。该研究还确定了β-In2S3材料的杨氏模量(45 GPa)和内建应力(约0.5 N/m内),为基于二维非层状材料的新型纳米机电器件的设计、分析、调控和应用提供了坚实的理论基础。 图2 β-In2S3纳米谐振器的性能及频率设计规律图。(A)实测的基模谐振频率(散点)及理论分析得到的频率设计规律(实线及阴影);(B)从实验数据中提取的耗散因子(Q)与器件尺寸的关系图
  • 《用高频压电谐振器解决问题的电路技术》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:Lightfeng
    • 发布时间:2016-06-27
    • 与国家信息通信技术研究所(NICT)合作的副教授Hiroyuki Ito和东京工业大学的教授Kazuya Masu等人,开发了一种新的算法和电路技术,使高频率的压电谐振器被用于锁相环路(PLL)。经证实,这些低噪声的操作与传统的锁相环相比有良好的性能(FOM)。 这种技术允许高频压电谐振器被用来代替晶体振荡器,这是实现小巧和低成本的无线模块的一个关键问题。这大大有助于创造一种小巧、低成本、高速无线通信系统的物联网时代。高频压电谐振器是小巧的,可以集成,有一个很好的Q值,并且具有优良的抖动性能。高频压电谐振器的共振频率方差和温度可靠性与晶体谐振器的相比有更大的问题。然而,这些问题由于使用信道调整技术的锁相环的研究而得到了解决,这是一个新的算法。