表面效应对压电纳米梁弯曲行为的影响

杨 帆

（1. 西安科技大学 理学院，陕西 西安 710054；2. 西安交通大学 工程力学系，陕西 西安 710049）

表面效应对压电纳米梁弯曲行为的影响

杨 帆1,2

（1. 西安科技大学 理学院，陕西 西安 710054；2. 西安交通大学 工程力学系，陕西 西安 710049）

基于Euler-Bernouli模型，分析了表面效应对压电纳米梁弯曲行为的影响。基于表面弹性理论和“核壳”模型，采用表面能模型引入表面效应的影响。通过最小势能原理建立起包含表面效应及压电效应的压电纳米梁弯曲行为的控制方程和边界条件。讨论了表面效应对氧化锌悬臂梁结构的压电纳米梁弯曲变形及其产生的感应电荷的影响。结果表明，表面效应使得压电纳米梁的弯曲变形变小，感应电荷量减少。这些结论对设计、校正和测量压电纳米梁及其为基础的纳米器件具有重要的指导意义。

表面能；压电纳米梁；能量原理；弯曲变形；感应电荷；ZnO

随着压电材料应用越来越广泛，人们想将其用于低能耗电子产品中，但传统的压电材料都不适合，于是研制纳米级别的压电材料成为前景不错的全新领域。美国亚特兰大佐治亚理工学院王中林研究小组实验研究分析，用竖直结构的ZnO纳米线把机械能转化为电能的过程，发现ZnO纳米线具有半导体性能和压电效应，用导电的原子力显微镜探针针尖去弯曲竖直生长的ZnO纳米线，使ZnO纳米线的内部和外部分别发生压缩和拉伸变形，从而导致弯曲的ZnO纳米线的内外表面产生正负极化电荷，并借助其半导体性质和其金属尖部的肖特基势垒将电荷暂时存储在体内，然后用导电的原子力显微镜探针接通，向外界输电以实现在纳米尺度上把力学能转化为电能。……