硅微加工技术的进步,使得纳机电系统(NEMS)的实现成为可能。随着器件尺寸的缩小,纳米器件的比表面积增加。纳米材料表面吸附分子或原子引起的吸附效应可用于高性能传感器,而表面缺陷、表面弛豫和表面重构等表面效应对器件的影响不能再忽略,而是很大程度上改变了器件原来的特性。 对于纳机电器件的研究主要有三种方法：一种是从物理原理上突破,第二种是运用实验的方法进行求证,第三种是借助于分子动力学方法及其相关的软件进行计算。由于加工条件的不成熟以及实验环境的要求苛刻,本文采用第一种结合第三种方法研究厚度在纳米量级的悬臂梁吸附分子后的静态弯曲情况以及相应的表面应力。 由于纳米材料本身尺寸的减小使得材料出现了非线性特性,传统宏观材料的连续体理论不再适用,需要建立新的理论和模型来描述纳米材料的物理特性。本文应用半连续模型来描述纳米材料的性质,即在厚度方向上由于为纳米级尺寸,采用离散理论进行分析；而在长度和宽度方向上,由于尺寸比厚度方向大得多,仍然采用连续体理论进行分析。这种近似既满足了既考虑了精度要求,又保证了计算的简便性,是十分合理的。 对于整个系统来说,吸附过程伴随着能量的相互转换。整个吸附系统的能量包括吸附质分子之间的作用势能、吸附质和吸附剂分子之间的作用势能以及悬臂梁本身的弯曲势能。当吸附达到稳定后,整个系统的能量将达到最小值,这就是所谓的“能量法”。根据这一转化关系,可以建立包含悬臂梁弯曲后曲率半径的关系式,相应的,悬臂梁末端位移以及表面应力都可以得到。基本思路就是从最基本的原子间作用力出发,运用能量法,从吸附过程中原子势能和梁的弯曲势能之间的转化关系入手,建立吸附引起的纳米悬臂梁的弯曲及应力模型。 最后,对所建模型进行验证。由于现有的加工条件不允许对研究对象进行吸附实验,故借助于分子动力学方法对所建模型进行验证。这里基于以分子动力学为基础的商用软件Material Studio建立和理论研究相对应的吸附模型,运用forcite模块进行模拟,得到吸附稳定后悬臂梁的状态,读取需要的数据,进行数据处理得到最终结果,和理论值进行比较验证,结果两者相符的很好。 在证实了所建理论模型正确的基础上,进一步对其进行相关的分析和讨论。考察悬臂梁各个方向的尺寸对吸附结果的影响。