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微机电系统压力传感器石墨烯/氮化硼膜片键合及应变行为

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石墨烯和六方氮化硼(h-BN)层状材料的垂直堆叠组成的范德瓦尔斯异质结构,是制造高质量石墨烯器件的理想模型.我们提出了一种新型压力传感器的结构,在Si/SiO2衬底上用石墨烯/h-BN异质结构作为压力敏感薄膜.通过分子动力学模拟的方法,从分子原子层面得到了石墨烯和石墨烯/h-BN异质结构的应力-应变关系,发现单层石墨烯的弹性模量约为907 GPa,随着温度的升高,弹性模量数值会变小.进而分析了石墨烯/h-BN异质结构的力学特性和温度特性,得出异质结构的弹性模量为1343 GPa,异质结构的力学参数对温度的敏感性比石墨烯低.其次,根据密度泛函理论和CASTEP分析了石墨烯/h-BN异质结构键合时的能量变化以及三种不同构型的几何优化,得出AB型(一个碳在氮上,另一个在六方氮化硼的中心)为最优构型,带隙打开最大为3.803 eV.计算得到了此构型的能带结构与态密度.这些结果为石墨烯/h-BN异质结构压力传感器的设计与制作提供了一定的理论基础与依据.
Bonding and strain behavior of graphene/boron nitride diaphragm of micro-electro-mechanical system pressure sensor

秦亚飞、曾雨、王冬、杨友朋、卢鑫雨

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昆明理工大学 机电工程学院,昆明 650093

异质结构 压力传感器 分子动力学模拟 密度泛函理论 能量变化

国家自然科学基金云南省基础研究专项面上项目

52165066202101AT070106

2022

10.13801/j.cnki.fhclxb.20210913.001

复合材料学报
北京航空航天大学 中国复合材料学会

复合材料学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.933
ISSN：1000-3851
年,卷(期)：2022.39(7)
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