Details

Title: Макромасштабная модель нанорезонатора: выпускная квалификационная работа магистра: направление 15.04.03 «Прикладная механика» ; образовательная программа 15.04.03_01 «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг»
Creators: Щербина Василий Александрович
Scientific adviser: Штукин Лев Васильевич
Other creators: Черемская Ирина Александровна
Organization: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Институт прикладной математики и механики
Imprint: Санкт-Петербург, 2020
Collection: Выпускные квалификационные работы; Общая коллекция
Subjects: резонатор; графен; макромасштабная модель; датчик массы; resonator; graphene; macroscale model; mass sensor
Document type: Master graduation qualification work
File type: PDF
Language: Russian
Level of education: Master
Speciality code (FGOS): 15.04.03
Speciality group (FGOS): 150000 - Машиностроение
Links: Отзыв руководителя; Рецензия; Отчет о проверке на объем и корректность внешних заимствований
DOI: 10.18720/SPBPU/3/2020/vr/vr20-4773
Rights: Доступ по паролю из сети Интернет (чтение)
Additionally: New arrival; All documents
Record key: ru\spstu\vkr\15990

Allowed Actions:

Action 'Read' will be available if you login or access site from another network

Group: Anonymous

Network: Internet

Annotation

Открытые в последнее время новые технологии и материалы способствуют разработке принципиально новых наноэлектромеханических систем (НЭМС), в частности, наномеханических резонаторов (НМР). Их уникальные свойства позволяют создавать сверхчувствительные измерительные приборы. Одним из распространенных применений НМР является их использование в качестве детекторов массы. Для этого применения отлично подойдут тонкослойные резонаторы на базе углеродных наноструктур, в частности, графена. Целью данной работы является изготовить макромасштабную модель однослойного графенового НМР в качестве датчика массы. Достоинство НМР из графена – его малая масса, что делает его чрезвычайно чувствительным сенсором при детектировании массы. Основной недостаток – это низкая добротность. Для повышения точности в работе рассматривается способ, основанный на определении частоты срыва нелинейных колебаний. В ходе работы было предложено и реализовано точное измерение частоты срыва резонатора по разностным кривым, показано, что она хорошо подходит для определения добавленной массы. Изготовленная макромодель нанорезонатора позволяет отработать различные алгоритмы измерения массы. Проведённые численные и натуральные эксперименты на макромодели показали сходство в нелинейном поведении с экспериментами с графеновыми резонаторами. Благодаря возможности простой, точной регулировки и режиму автоматизированного съема резонансных кривых, макромодель позволяет легко снять характеристику резонатора как детектора массы, также может помочь рассмотреть различные схемы резонаторов и уточнить влияние их различных параметров, чтобы дать рекомендации при изготовлении графенового детектора массы для повышения его точности и стабильности, получения возможности отстроиться и предусмотреть появление паразитных резонансов от опор или провалов от высших собственных форм.

Recently discovered new technologies and materials contribute to the development of fundamentally new nanoelectromechanical systems (NEMS), in particular, nanomechanical resonators (NMR). Their unique properties allow you to create ultra-sensitive measuring devices. One of the common uses of NMR is their use as mass detectors. Thin-layer resonators based on carbon nanostructures, in particular, graphene, are ideal for this application. The purpose of this work is to make a macroscale model of a single-layer graphene NMR as a mass sensor. The advantage of graphene NMR is its low mass, which makes it an extremely sensitive sensor in the mass detection. The main disadvantage is the low quality factor. To increase the accuracy, a method based on the determination of the resonant frequency of nonlinear oscillations is considered. In the course of the work, an accurate measurement of the breakdown resonant frequency from difference curves was proposed and implemented; it was shown that it is well suited for determining the added mass. The constructed macro-model of a nanoresonator allows working out various algorithms for measuring mass. The numerical and natural experiments performed on macro-model showed similarities in the nonlinear behavior with experiments with graphene resonators. It is simple and precisely adjusted, has the mode of an automatic resonant curve, the macromodel makes it easy to take the resonant and mass detector characteristics, it can also help to consider various resonator circuits and clarify the influence of their various parameters to give recommendations in the manufacture of a graphene mass detector to increase its accuracy and stability, gaining the ability to tune out and provide for the appearance of spurious resonances from supports or dips from higher proper forms.

Document access rights

Network User group Action
ILC SPbPU Local Network All Read
Internet Authorized users SPbPU Read
Internet Authorized users (not from SPbPU)
-> Internet Anonymous

Usage statistics

stat Access count: 0
Last 30 days: 0
Detailed usage statistics