纳米机电系统(NEMS)作为MEMS技术的延伸和发展,正受到越来越多的关注。碳纳米管作为一种新型的纳米材料,有着许多优良的机电特性。如良好的导电性,极高的强度、弹性、抗疲劳性以及低密度。基于碳纳米管的NEMS开关与传统的MEMS开关相比,也有着很多优点,如极高的特征频率,极小的体积等,因此研究NEMS开关对于通信、军事等技术方面都将有巨大的推动作用。本文主要研究基于碳纳米管的NEMS开关的性能和设计。根据连续体力学原理,利用有限元分析软件ANSYS的Multiphysics模块建立了纳米开关的有限元模型,并对其进行静电-结构耦合场仿真分析。PULL-IN电压是MEMS/NEMS开关中一个极为重要的参数,它的大小影响到开关的正常工作以及能量损耗,因此本文着重研究了不同驱动电压下开关的位移,并进一步得到器件的PULL-IN电压。利用ANSYS中耦合场分析的三种重要方法,分别对NEMS开关进行建模分析,并比较三种方法的优缺点。三种方法分别是基于MFS(Multi-field (TM) Solver)的顺序耦合法,基于三维ROM144单元的降阶模型(ROM)方法和基于TRANS126单元的直接耦合法。ANSYS的三种耦合场分析方法各有所长,可以根据研究重点的不同加以选择。根据研究需要,分别建立和研究了悬臂梁式NEMS开关以及两端固定式NEMS开关的模型。此外,着重分析了有限运动学(大变形)对NEMS开关性能的影响。仿真结果表明,大变形会大大增加两端固定式的NEMS开关的pull-in电压,而对于悬臂梁式NEMS开关的影响较小。通过对比,我们还可以看到开关的尺寸参数(如半径、长度)和材料性质的变化对开关性能变化的影响。仿真结果可以较好地与理论值吻合,说明有限元仿真分析在NEMS设计中的可行性。