石墨烯薄膜压力传感器的模型仿真及其挠度特性分析

本文主要探讨了"基于石墨烯薄膜的压敏特性的模型仿真分析"这一主题，着重于石墨烯薄膜在高性能微压力传感器设计中的应用。论文由李成、肖俊、郭婷婷、樊尚春等人合作完成，他们隶属于北京航空航天大学的"惯性技术"重点实验室和仪器科学与光电工程学院。 研究首先针对石墨烯薄膜的力学行为，基于其中心挠度的应力-应变关系，构建了一个基础的石墨烯薄膜压力敏感特性模型。作者们采用ANSYS静力学非线性分析单元进行仿真，针对不同厚度的石墨烯薄膜在均布压强下的挠度变形特性进行了深入的数值解析和有限元分析。研究发现，随着均布压强的增加，预应力对挠度的影响逐渐减小，这表明石墨烯薄膜对压力的响应更为精确。 在模型比较中，作者发现基于贝塞尔方程模型的解析解与ANSYS仿真的结果更加吻合，其相对误差约为1%，这证明了该模型的有效性和准确性。通过仿真，作者揭示了不同厚度石墨烯薄膜的压力敏感特性，为基于石墨烯薄膜的微压力传感器探头设计提供了重要的理论支持。 关键词涵盖了研究的核心内容，包括石墨烯薄膜、挠度特性、模型仿真以及有限元分析。文章引用了2004年曼彻斯特大学关于石墨烯首次发现的研究，强调了石墨烯的导电性、超导特性和优异的机械性能，尤其是在气体探测领域的应用。2011年科罗拉多大学的研究则进一步证实了石墨烯薄膜的不透气性，使其成为潜在的压力传感器敏感材料。 总结来说，这篇研究论文通过对石墨烯薄膜压力敏感性模型的建立和仿真分析，为石墨烯在微压力传感器领域的实际应用提供了关键的理论依据和技术支持，对于推动相关技术的发展具有重要意义。