碳纳米管压阻微悬臂梁红外热探测器

研究了一种压阻复合层微机械悬臂梁红外探测器,建立了其热挠曲理论模型。为提高探测器的红外吸收特性,应用了一种新型红外吸收层材料—碳纳米管,利用IC工艺和微机械加工技术设计制作了一种硅/铝/碳纳米管三层微机械悬臂梁红外探测器。该探测器基于硅和铝两种材料热膨胀系数的差异,存在双物质效应,不同温度下梁的挠度不同,其形变可通过梁根部的压敏电桥检测。实验探索出了在微机械悬臂梁上涂覆碳纳米管吸热层的工艺方法。实验研究了具有碳纳米管薄膜吸热层的三层微机械悬臂梁红外热探测器对红外辐射的响应规律,结果表明,涂覆碳纳米管吸热层使响应灵敏度提高近1倍。此种探测器样管的制作研究为开发新型的红外热探测器提供了新的可能。

碳纳米管弹性模量的研究

本文从精巧的实验测量和独到的理论计算两方面对碳纳米管杨氏弹性模量的研究方法、实验原理、基本理论、主要发现及意义等进行讨论。实验测量方法主要包括 CNTs 自由端振动法、AFM 探针偏折或拉伸 CNTs 等;理论计算方法主要涉及到连续体模型,分子动力学模拟或两者相结合的混合方法。

基于能量法的载流单层碳纳米管振动特性研究

以非局部弹性理论为基础,考虑了碳纳米管的小尺度效应;采用欧拉-伯努利梁模型,基于能量法给出了载流单层碳纳米管的振动频率近似解;并通过具体算例,应用振动频率近似解公式求解了悬臂单层纳米管的频率值,进而研究了管内流体流速、碳纳米管小尺度参数对悬臂梁一阶振动频率及振型的影响,并将得到的结论与已有文献的结果进行比较,证明了振动频率近似解的正确性。

低温循环下碳纳米管薄膜增强GFRP弯曲性能研究

分别将层间预埋碳纳米管薄膜(CNTF)和碳黑薄膜的GFRP层合板进行低温循环(-58℃~室温)处理,之后进行悬臂梁弯曲试验。通过观察微观图像、分析载荷-位移曲线和对比弯曲极限载荷,研究GFRP层合板低温循环后两种薄膜对GFRP层合板弯曲性能的影响和增强机理。试验结果表明:CNTF对层合板的增强作用最明显,并且受低温循环影响最小;碳黑薄膜也有一定增强作用,但略弱于CNTF。

基于嵌入式碳纳米管的悬臂梁生物检测技术

随着先进微纳米加工技术的研究与应用,生物检测技术正朝着高精度、高特异性、无需标识、并行高速及低成本的方向发展。悬臂梁作为一种力学检测技术在生物检测领域有着广泛的应用。但是由于信号读取方式的限制,检测的灵敏度一直不尽人意。文中提出一种全新的基于嵌入式单壁碳纳米管的悬臂梁测试技术,将悬臂梁的应力传输系数GF值在仿真环境下由原来硅材料的200左右,提高至355。并且最后得出结论,需要提高检测灵敏度,应该尽量减小碳纳米管的尺寸。

悬臂碳纳米管纯弯问题的非局部弹性解

基于Eringen非局部弹性理论和圆柱壳半无矩理论,研究了悬臂碳纳米管的纯弯曲问题。计及小尺度效应的影响,给出了单臂碳纳米管的应力-应变关系,得到了内力场和位移场的理论解。研究结果表明,对半径较小的碳纳米管,尺度效应较为明显。随着碳纳米管的半径增大,尺度效应逐渐减小。当碳纳米管的半径大于或等于8 nm时,可以忽略尺度效应的影响。

红外光激励的CNF复合微悬臂梁稳态响应特性

研究了红外光源激励下,以碳纳米管薄膜为吸光层的复合结构微悬臂梁的光热响应特性.建立了温度分布理论模型和光热挠曲理论模型,进而得到其一维温度分布与激光照射位置的关系.由光热挠曲模型,对碳纳米管薄膜的厚度进行了优化设计,最后计算得到微悬臂梁的挠曲量随激光功率线性增加,结果表明以碳纳米管薄膜作为吸光层的复合结构微悬臂梁使光热探测灵敏度提高了1.2倍.研究结果表明,该类碳纳米管薄膜为吸光层的复合结构微悬臂梁作为高灵敏度光热传感器的可能性.

低温循环CFRP飞机翼尖小翼性能研究

本文针对飞机反复起降的低温循环环境对CFRP翼尖小翼悬臂弯曲性能的影响,利用理论推导和力学试验方法探究并证实了低温循环对CFRP飞机翼尖小翼抗悬臂弯曲性能的削弱作用,为CFRP复合材料在低温循环下的性能研究提供参考。

磁场对不同温度场中输流悬臂碳纳米管颤振稳定性的影响

论文在采用经典欧拉-伯努利梁模型的基础上,引入考虑小尺度效应的非局部弹性理论,着重研究不同温度场中输流悬臂单层碳纳米管系统(SWCNT)在外加纵向磁场作用下的颤振失稳问题.基于哈密顿原理获得了该流固耦合系统的振动控制方程及相应的边界条件,应用微分变换法(DTM法)求解此高阶偏微分方程,通过数值计算研究了不同温度场中施加纵向磁场对系统动力学特性的影响.结果表明:纵向磁场在不同温度场中都将增强输流悬臂碳纳米管的动态稳定性.然而,这种增强程度却与温度场的变化量有关,在不同温度变化量下,磁场的逐渐增强对系统稳定性的增强程度有一个峰值,这意味着,实际应用中,为了提高这类流固耦合系统的动态稳定性,一味提高纵向磁场强度并不可取.

温度场作用下悬臂输流碳纳米管的颤振失稳分析

以非局部弹性理论为基础,采用欧拉-伯努利梁模型,考虑碳纳米管的小尺度效应,应用哈密顿原理获得了温度场作用下的悬臂输流单层碳纳米管(SWCNT)的振动控制方程以及边界条件,依靠微分变换法(DTM法)对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了温度场中悬臂单层输流碳纳米管的振动与颤振失稳问题.结果表明:管内流体流速、温度场中温度变化情况与小尺度参数都会对系统振动频率以及颤振失稳临界流速产生影响.其中,小尺度效应将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;而高温场与低温场对系统动态失稳的影响不同,低温场中随温度变化值的增加,系统的稳定性提高;高温场这一作用效果恰好与之相反.