考虑气体扩散表面应力的纳米梁非线性振动分析

万 磊， 刘灿昌， 孔维旭， 贺成泰， 党 壮， 周长城

(山东理工大学 交通与车辆工程学院，山东 淄博 255049)

近年来，气体物质扩散信息的检测成为研究热点问题之一，常用的检测方法比如化学方法和生物方法存在检测时间较长、检测费用高等问题，利用物理方法(如传感器)进行检测可以避免这些问题。纳米梁具有高固有频率、高承载能力、高灵敏度和低功耗等特点，常用于制作各种传感器，在生化传感中有很好的应用前景。

物质扩散对纳米梁的影响正逐步引起科研工作者的注意。Yang等[1-2]利用线弹性梁理论和Moutier方法分析了单层和双层梁结构中扩散引起的梁弯曲，提出了线性黏弹性材料中扩散引起的应力差分形式的三维本构关系。孙静[3]研究了固体的表面应力对纳米梁的内力与屈曲的影响。刘同庆等[4]理论分析了吸附效应对双端固支纳米谐振梁特性的影响，推导了吸附效应影响下的频率偏移。Boettinger等[5]计算了由于扩散引起的单相和双相金属片的依赖时间的弯曲，将梁理论和扩散弯曲耦合。Zhang等[6]研究了小尺寸和表面效应的轴向预拉伸黏弹性纳米梁振动分析。Jou等[7]提出了一种通用公式，将层状结构的弯曲曲率变化率与外涂层中的溶液扩散时间相关联。Zhang[8]通过测量共振频率的偏移来确定微悬臂梁所受的吸附诱导产生的表面应力和质量。Wang等[9]研究了具有表面效应的纳米级压电双悬臂梁试件的非线性断裂力学。Huang等[10]研究了吸附物和小尺寸悬臂的相互作用，建立了吸附引起悬臂共振频率变化的模型。……