×
Shingare，K.B。;S.I.昆达尔瓦尔。

柔性电和表面效应对石墨烯基纳米梁机电行为的影响。 （英语） Zbl 1481.74187号

申请。数学。建模 81, 70-91 (2020).
摘要：在这项新的工作中，利用尺寸相关的Euler-Bernoulli理论、线性压电学和Galerkin加权余量法以及材料强度修正和有限元（FE）研究了石墨烯基纳米复合材料（GNC）梁的机电行为，包括挠曲电和表面效应方法。此外，还建立了分析模型和有限元模型来研究柔性电GNC纳米梁在不同边界条件下的静态响应：悬臂梁、简单支撑和夹持。所建立的模型预测，由于轴向的外加电场，GNC的有效压电系数决定了石墨烯层在横向的驱动能力，两个模型的预测结果一致。结果表明，挠曲电和表面效应对GNC纳米梁的静态响应有显著影响，应予以考虑。GNC纳米梁的机电响应可以通过各种边界条件、纳米梁厚度以及石墨烯体积分数进行定制，以实现各种NEMS所需的耦合机电特性。我们的基础研究揭示了使用非压电石墨烯开发高性能和轻质石墨烯基NEMS的可能性，例如纳米传感器、纳米发电机和纳米谐振器。

引用于4文件

MSC公司：

2015年1月74日 固体力学中的电磁效应

关键词：

石墨烯;纳米复合材料;挠曲电;表面效应;材料强度;有限元;美国电气制造商协会
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{K.B.Shingare}和\textit{S.I.Kundalwal}，应用。数学。模型81，70--91（2020；Zbl 1481.74187）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 北卡罗来纳州夏尔马。；Maranganti，R。；Sharma，P.，关于不使用压电材料的压电纳米复合材料的可能性，J.Mech。物理学。固体。，55, 2328-2350 (2007) ·Zbl 1171.74016号
[2] 尤丁，P.V。；Tagantsev，A.K.，《固体挠曲电基础》，《纳米技术》，24，第432001条，pp.（2013）
[3] 马伟（Ma，W.）。；Cross，L.E.，锆钛酸铅陶瓷中的应变梯度诱导极化，应用。物理学。莱特。，82, 3293-3295 (2003)
[4] Tagantsev，A.K.，晶体电介质中的压电和挠曲电，物理学。版本B，34，5883-5889（1986）
[5] Maranganti，R。；北卡罗来纳州夏尔马。；Sharma，P.，纳米尺度非局部尺寸效应导致的非压电材料中的机电耦合：格林函数解和嵌入夹杂物，Phys。修订版B Condens。材料主管。物理。，74 (2006)
[6] Majdoub，M.S。；Sharma，P。；Cagin，T.，由于柔性电效应，纳米结构中尺寸相关的压电性和弹性增强，Phys。修订版B Condens。材料主管。物理。，77, 1-9 (2008)
[7] Wang，K.F。；Wang，B.L.，具有柔性电效应的纳米单形压电能量采集器的分析模型，Compos。结构。，153, 253-261 (2016)
[8] He，J。；Lilley，C.M.，静态弯曲纳米线弹性行为的表面效应，Nano-Lett，81798-1802（2008）
[9] Huang，G.Y。；Yu，S.W.，表面压电性对压电环机电行为的影响，Phys。统计解决方案。（b） ，243，22-24（2006）
[10] 米勒，R.E。；Shenoy，V.B.，纳米结构元件的尺寸依赖性弹性特性，纳米技术，1139-147（2000）
[11] Yan，Z。；Jiang，L.，压电纳米线机电耦合和弯曲行为的表面效应，J.Phys。D.申请。物理。，44 (2011)
[12] Izumi，S。；Hara，S。；熊井，T。；Sakai，S.，通过分子动力学计算表面应力和表面弹性常数的方法：应用于晶体和非晶硅表面，Thin Solid Films，467253-260（2004）
[13] Ru，C.Q.，纳米线谐振器与表面应力的热弹性耗散，物理学。E低维系统。纳米结构，41，1243-1248（2009）
[14] 刘，C。；Rajapakse，R.K.N.D.，包含纳米级光束静态和动态响应表面能的连续模型，IEEE Trans。纳米技术。，9, 422-431 (2010)
[15] 刘，C。；Rajapakse，R.K.N.D。；Phani，A.S.，具有表面能效应的梁的有限元建模，J.Appl。机械。，78，第031014条pp.（2011）
[16] Chen，W.，压电半空间中Blustein-gulyaev波的表面效应，Theor。申请。机械。莱特。，第1条，第041001页（2011年）
[17] Hadjesfandiari，A.R.，尺寸依赖性压电，国际固体结构杂志，502781-2791（2013）
[18] 李，A。；周，S。；周，S。；Wang，B.，三层微束的尺寸依赖性分析，包括机电耦合，Compos。结构。，116, 120-127 (2014)
[19] 诺沃塞洛夫，K.S。；盖姆，A.K。；M.orozov，S.V。；江博士。；Zhang，Y。；D.ubonos，S.V.公司。；G.coritieva，I.V。；Firsov，A.A.，原子碳薄膜中的电场效应，《科学》，30666-669（2004）
[20] Zhang，Y.B。；Tan，Y.W。；斯托默，H.L。；Kim，P.，石墨烯中量子霍尔效应和berry相的实验观察，《自然》，438201-204（2005）
[21] Balandin，A.A。；Ghosh，S。；Bao，W。；卡利佐，I。；Teweldebran，D。；苗，F。；Lau，C.N.，单层石墨烯的优异导热性，纳米Lett。，8, 902-907 (2008)
[22] Lee，C。；魏，X。；凯萨，J.W。；Hone，J.，单层石墨烯弹性性能和固有强度的测量，科学，321385-388（2008）
[23] Gupta，S.S。；Batra，R.C.，单层石墨烯板的弹性特性和自由振动频率，J.Compute。西奥。纳米科学。，7, 2151-2164 (2010)
[24] Alian，A.R。；Meguid，S.A。；Kundalwal，S.I.，《揭示晶界对多晶碳纳米管力学性能的影响》，碳N Y，125，180-188（2017）
[25] 昆达尔瓦尔，S.I。；Meguid，S.A。；Weng，G.J.，石墨烯中的应变梯度极化，碳NY，117，462-472（2017）
[26] 崔，Y。；南印度昆达尔瓦尔。；Kumar，S.，石墨烯/聚合物纳米复合材料的气体阻隔性能，碳N Y，98，313-333（2016）
[27] Verma，D。；Gupta，S.S。；Batra，R.C.，单层和多层石墨烯纳米带的振动模式定位，计算。马特。科学。，95, 41-52 (2014)
[28] 泽利斯科，M。；Hanlumyuang，Y。；Yang，S。；刘，Y。；雷，C。；李，J。；阿贾扬，P.M。；Sharma，P.，二维石墨烯氮化物纳米片中的异常压电性，国家通讯社。，5 (2014)
[29] Chandratre，S。；Sharma，P.，将石墨烯混叠为压电材料，应用。物理学。莱特。，100，第023114条pp.（2012）
[30] Tripathi，S.N。；Rao，G.S.S。；马图尔，A.B。；Jasra，R.，聚烯烃/石墨烯纳米复合材料：综述，RSC Adv.，7，23615-23632（2017）
[31] 坎帕尔，M。；帕拉帕蒂，V。；Tiwarve，N。；Rao，V.R.，用于能量收集应用的低成本、大面积、柔性石墨烯纳米复合薄膜，IEEE Trans。纳米技术。，16, 259-264 (2017)
[32] 加西亚·马西亚斯，E。；罗德里格斯-坦布尔基，L。；Sáez，A.，功能梯度石墨烯与碳纳米管增强复合板的弯曲和自由振动分析，Compos。结构。，186, 123-138 (2018)
[33] Rafiee，硕士。；拉菲，J。；于振中。；Koratkar，N.，抗屈曲石墨烯纳米复合材料，应用。物理学。莱特。(2009)
[34] 沈，H。；Xiang，Y。；林，F。；Hui，D.，功能梯度石墨增强复合材料层合板在热环境中的屈曲和后屈曲，Compos。B部分，11967-78（2017）
[35] Wu，H。；杨，J。；Kitipornchai，S.，功能梯度多层石墨烯纳米复合材料梁在热环境中的动态不稳定性，Compos。结构。，162244-254（2017）
[36] 陈，D。；杨，J。；Kitipornchai，S.，功能梯度石墨烯增强多孔纳米复合材料梁的非线性振动和后屈曲，Compos。科学。技术。，142, 235-245 (2017)
[37] Kiani，Y。；Mirzaei，M.，用石墨烯增强材料增强温度相关层合梁的非线性热稳定性，Compos。结构。，186, 114-122 (2018)
[38] 张，Z。；李毅。；Wu，H。；张，H。；Wu，H.，基于一阶剪切变形理论的功能梯度氧化石墨烯增强复合梁的力学分析，Mech。高级主管。结构。，6494 (2018)
[39] 南印度昆达尔瓦尔。；Shingare，K.B。；Rathi，A.，柔性电对石墨烯纳米复合梁机电响应的影响，国际力学杂志。马特。设计。，6 (2018)
[40] 王，M。；Xu，Y。；乔·P。；Li，Z.，层压石墨增强复合材料梁弯曲和自由振动分析的二维弹性模型，Compos。结构。，211, 364-375 (2019)
[41] Shingare，K.B。；Kundalwal，S.I.，具有柔性电效应的石墨烯纳米复合板的静态和动态响应，机械。材料。，134, 69-84 (2019)
[42] Gradinar博士。；穆查·克鲁琴斯基，M。；Schomerus，H。；Fal’Ko，V.I.，应变石墨烯带中伪磁朗道能级的传输特征，物理学。修订稿。，110，第266801条pp.（2013）
[43] 巴哈蒙，D.A。；齐，Z。；帕克，H.S。；佩雷拉，V.M。；Campbell，D.K.，石墨烯中应变纳米气泡诱导的电子限制的电导特征，纳米尺度，715300-15309（2015）
[44] 南印度昆达尔瓦尔。；Ray，M.C.，《模糊纤维增强复合材料的微观力学分析》，国际机械杂志。马特。设计。，7149-166（2011年）
[45] Gao，X.L。；Li，K.，碳纳米管增强聚合物复合材料的剪切拉模型，国际固体结构杂志。，42, 1649-1667 (2005) ·Zbl 1120.74419号
[46] Song，Y.S。；Youn，J.R.，聚合物基碳纳米管复合材料的有效弹性特性建模，聚合物（吉尔夫），471741-1748（2006）
[47] 江，B。；刘，C。；张，C。；梁，R。；Wang，B.，最大纳米管体积分数及其对纳米管增强复合材料整体弹性性能的影响，Compos。B部分工程，40，212-217（2009）
[48] 南印度昆达尔瓦尔。；Ray，M.C.，碳纳米管波纹度对模糊纤维增强复合材料弹性性能的影响，J.Appl。机械。，80，第021010条pp.（2013）
[49] Benveniste，Y。；Dvorak，G.J.，《压电复合材料中的均匀场和普遍关系》，J.Mech。物理学。固体。，40, 1295-1312 (1992) ·Zbl 0763.73046号
[50] 埃斯特瓦，M。；Spanos，P.，界面略微减弱的纳米管增强复合材料的有效弹性性能，J·M技术。马特。结构。，4, 887-900 (2009)
[51] Ray，M.C.，具有改进的有效压电常数的压电复合材料的微观力学，国际力学杂志。马特。设计。，3, 361-371 (2006)
[52] Smith，W.A。；Auld，B.A.，《1-3复合压电材料建模：厚度-模式振荡》，IEEE Trans。超声波。铁电极。频率控制。，38, 40-47 (1991)
[53] Hill，R.，纤维增强材料的力学性能理论：II。非弹性行为，J.Mech。物理学。固体。，12, 213-218 (1964)
[54] 雷，M.C。；Pradhan，A.K.，垂直增强1-3压电复合材料在智能结构主动阻尼中的性能，smart Mater。结构。，15, 631-641 (2006)
[55] 阿卜杜拉希，A。；佩科，C。；Millán博士。；阿罗约，M。；Arias，I.，《电介质固体中挠曲电效应的计算评估》，J.Appl。物理。，116，第093502条pp.（2014）
[56] X·梁。；胡，S。；Shen，S.，基于应变-颗粒效应的Bernoulli-Euler介质束模型，J.Appl。机械。，80，第044502条pp.（2013）
[57] 梁，X。；胡，S。；Shen，S.，表面和挠曲电对压电纳米梁的影响，Smart Mater。结构。，23，第035020条pp.（2014）
[58] Shijie，Z。；谢，Z。；Wang，H.，具有表面和挠曲电效应的压电纳米梁的理论和有限元建模，机械。高级主管。结构。，1-10 (2018)
[59] Davis，C.L。；Lesieutre，G.A.，预测电阻分流压电陶瓷阻尼的模态应变能方法，J.Sound Vib。，184, 129-139 (1995) ·Zbl 0973.74571号
[60] Kim，J.S。；Wang，K.W。；Smith，E.C.，《通过机械共振和电气剪裁合成高压压电驱动系统》，J.Intell。马特。系统。结构。，16, 21-31 (2005)
[61] 安东·S·R。；Sodano，H.A.，《压电材料集电综述》（2003-2006），Smart Mater。结构。，16，R1-R21（2007）
[62] 比比，S.P。；M.J.都铎。；怀特，N.M.，《微系统应用的能量收集振动源》，Meas。科学。技术。，17，R175-R195（2006）
[63] Trindade，医学硕士。；Benjeddou，A.，压电自适应结构的有效机电耦合系数：临界评估和优化，机械。高级主管。结构。，16, 210-223 (2009)
[64] 穆尼奥斯·亨德斯，A。；迪亚兹，G。；卡尔德隆·穆尼奥斯，W.R。；Leal-Quiros，E.，《石墨的热电模型：载流子密度和固有石墨棒焦耳加热的分析》，J.Appl。物理。，122，第245107条，第（2017）页
[65] G.M.奥德加德。；克兰西，T.C。；Gates，T.S.，《纳米粒子/聚合物复合材料力学性能建模》，《聚合物》（吉尔夫出版社），46，553-562（2005）
[66] 李，Z。；邹，H。；Liu，P.，通过热诱导相分离制备的多孔聚酰亚胺薄膜的形态和性能，RSC Adv.，537837-37842（2015）
[67] X.赵。；张，Q。；陈，D。；Lu，P.，石墨烯基聚乙烯醇复合材料的增强机械性能，大分子，2357-2363（2010）
[68] Khan，U。；Young，K。；奥尼尔，A。；Coleman，J.N.，由填充纳米管和石墨烯的聚酯制成的高强度复合纤维，J.Mater。化学。，22, 12907-12914 (2012)
[69] 纪，X。；Xu，Y。；张伟。；崔，L。；Liu，J.，石墨烯/聚合物复合纤维的功能化、结构和性能综述，合成。A部分申请。科学。制造，87，29-45（2016）
[70] Spanos，K.N。；Georgantzinos，S.K。；Anifantis，N.K.，石墨烯纳米复合材料的机械性能：多尺度有限元预测，合成。结构。，132, 536-544 (2015)
[71] Pettermann，H.E。；Suresh，S.，《综合单元模型：压电1-3复合材料中耦合效应的研究》，《国际固体结构杂志》。，37, 5447-5464 (2000) ·Zbl 0982.74020号
[72] Odegard，G.M.，《压电聚合物复合材料的本构建模》，《压电聚合物复合材料本构模型》，《材料学报》，52，5315-5330（2004）
[73] Papageorgiou，D.G。；Kinloch，I.A。；Young，R.J.，石墨烯和石墨烯基纳米复合材料的机械性能，Prog。马特。科学。，90, 75-127 (2017)
[74] Young，R.J。；Kinloch，I.A。；龚，L。；Novoselov，K.S.，石墨烯纳米复合材料的力学：综述，合成。科学。技术。，72, 1459-1476 (2012)
[75] Yang，L。；Phua，S.L。；Toh，C.L。；张，L。；Ling，H。；Chang，M。；周，D。；Dong，Y。；Lu，X.，《聚多巴胺涂层石墨烯作为聚氨酯中的多功能纳米填料》，RSC Adv.3，6377-6385（2013）
[76] 龚，L。；Young，R.J。；Kinloch，I.A。；里亚兹，I。；贾利勒，R。；Novoselov，K.S.，优化石墨烯增强聚合物基纳米复合材料，ACS Nano，62086-2095（2012）
[77] 甘博阿，D。；Priolo，硕士。；A.哈姆。；Grunlan，J.C.，注：冲洗和干燥程序对使用自动沉积系统生长多层薄膜的影响，《科学评论》。仪器。，81 (2010)
[78] He，J.，拉伸载荷下各向同性纳米线的有效杨氏模量和泊松比的表面应力，AIP Adv，5（2015）
[79] 胡锦明。；Zhang，W.M。；钟，Z.Y。；彭，Z.K。；Meng，G.，表层厚度对非局部纳米线屈曲和振动的影响，Phys。莱特。第节。A Gen.At.固态物理。，378, 650-654 (2014) ·Zbl 1331.82085号
[80] 张，C。；Chen，W。；Zhang，C.，关于具有表面效应的压电板中反平面剪切波的传播，Phys。莱特。第节。A Gen.At.固态物理。，376, 3281-3286 (2012)
[81] 张，C。；朱，J。；Chen，W。；Zhang，C.，考虑表面效应的压电壳体二维理论，《欧洲力学杂志》。A/固体。，43, 109-117 (2014) ·Zbl 1406.74483号
[82] Kogan，S.M.，晶体中载流子非均匀变形和声散射期间的压电效应，苏联固体物理学，52069-270（1964）
[83] Nguyen，T.D。；毛，S。；Yeh，Y.W。；Purohit，P.K。；McAlpine，M.C.，纳米柔性电，高级材料。，25, 946-974 (2013)
[84] 祖布科，P。；加泰罗尼亚语，G。；Tagantsev，A.K.，《固体中的挠曲电效应》，年。修订版材料。研究，43，387-421（2013）
[85] Chu，B。；Salem，D.R.，《几种热塑性和热固性聚合物的挠曲电性》，Appl。物理学。莱特。，101，第103905条，第（2012）页
[86] 蒋，X。；黄，W。；Zhang，S.，柔性电纳米发电机：材料、结构和器件，纳米能源，21079-1092（2013）
[87] 张，S。；Xu，M。；X·梁。；Shen，S.，剪切挠曲电系数μ1211聚偏氟乙烯，J.Appl。物理。，第117条，第204102页（2015年）
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。