基于悬浮式H型石墨烯的纳机电加速度计设计

作     者：谷妍霞 刘文耀 李伟 杨泽宇 田昊源 唐军 刘俊 GU Yanxia;LIU Wenyao;LI Wei;YANG Zeyu;TIAN Haoyuan;TANG Jun;LIU Jun

作者机构：中北大学量子传感与精密测量仪器山西省重点实验室山西太原030051 中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2022YFB3203400) 国家自然科学基金资助项目(U21A20141,62273314,51821003) 

出 版 物：《测试技术学报》 (Journal of Test and Measurement Technology)

年 卷 期：2025年第39卷第2期

页      码：138-147页

摘      要：石墨烯因超薄的薄膜厚度和优异的电学、机械性能成为纳机电系统领域膜材料的理想选择,在传感领域有极大的应用潜力。现有的二维材料纳机电加速度传感器尽管表现出小体积优势,但器件灵敏度亟需提升。提出了基于悬浮式H型石墨烯-质量块的纳机电加速度谐振器结构,探究了H型石墨烯的特性。仿真了H型石墨烯薄膜尺寸、质量块尺寸对谐振频率的影响,确定了石墨烯谐振器的尺寸。通过梁与质量块交界处的传感动力学分析,解释了谐振器灵敏度提升与应力分布的关联机制。最终,传感器位移灵敏度达到47.30 nm/nN,与体积相同的传统悬浮式石墨烯加速度计相比,不增加质量块尺寸,灵敏度可提高3.76倍,品质因数可提升2.46倍。该设计为加速度计、陀螺仪、位移传感等低成本、高灵敏度、超小型化纳米机械传感器的性能改进提供参考。

主 题 词：悬浮石墨烯 力学特性 有限元法 高灵敏加速度计 纳机电系统 

学科分类：070207[070207] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-仪器类] 0702[理学-物理学类] 

D　O　I：10.62756/csjs.1671-7449.2025019

馆 藏 号：203157570...