Моделирование микромеханических элементов датчиков силы и перемещений на основе углеродных нанотрубок Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Известия ТРТУ

Специальный выпуск

УДК 621.38.049

А.Ю. Трегубенко, А.А. Федотов

МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДАТЧИКОВ СИЛЫ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Для биологических и сейсмологических исследований существует потребность в создании чувствительных датчиков наноперемещений и силы [1].

Углеродные нанотрубки обладают уникальными свойствами: высокая механическая прочность, химическая стабильность, модуль упругости (~1-5ТПа) [2] и (200kHz) -ми размерами (меняющиеся в значительных пределах, в зависимости от условий синтеза) [3].

Целью работы является моделирование и анализ условий и режимов деформации углеродных нанотрубок с различными параметрами в составе микромехани-ческих чувствительных элементов наносистемной техники и возможности применения углеродных нанотрубок в качестве элементов инерциальных датчиков. В рамках классических моделей теоретической механики углеродная трубка рассматривалась как горизонтальная балка, закрепленная с одного (консольная) и двух концов (банка типа «мост»).

В результате моделирования были получены зависимости стрелы прогиба углеродной нанотрубки под собственным весом и под действием площадки никеля

« ».

замыкания от длины нанотрубки и от зазора между электродами датчика, а также зависимости перемещения балки под действием внешней силы. Расчетные зависимости получены для различных диаметров нанотрубки.

Полученные результаты исследования могут быть положены в основу новых методик проектирования микромеханических датчиков наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок. Модель позволяет рассчитать условия и режимы деформации и может применяться для расчета параметров наномеханических датчиков различных типов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Changhong Ke, Horacio D. Espinosa Nanoelectromechanical Systems and Modeling // Handbook of Theoretical and Computational Nanotechnology, Michael Rieth and Wolfram Schommers (eds.). 2005. v.1. p.1-38.

2. Avouris Ph., Hertel T., Martel R., Schmidt T.,. Shea H.R, Walkup R.E. Carbon nanotubes: nanomechanics, manipulation, and electronic devices // Applied Surface Science. 1999. v. 141. p.201-209.

3. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Avouris Ph. Carbon nanotubes: synthesis, structure, properties, and applications (Topics in applied physics) // Springer -Verlag: Berlin. 2001. p.1-448.