纳机电系统（NEMS）是在特征尺寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电系统,具有超高的谐振频率、高品质因数、超低功耗和小的尺寸质量等优异性能,因此NEMS器件在高频振荡信号的产生与处理、超高灵敏质量探测等方面具有很好的应用前景。对重金属的分析检测一直是国内外研究和关注的热点,现有的水环境中重金属离子的检测方法存在不能现场在线检测或灵敏度不够高等问题。纳米梁/线是NEMS典型结构,利用纳米梁质量改变引起高频振动频移的原理实现水环境中重金属离子的痕量检测,具有灵敏度高,传感单元微小,可实现快速检测等优点。本文针对这种新型检测方法开展研究,主要工作如下:1.对纳米梁高频振动特性以及通过纳米梁频移检测加载质量的原理进行了推导分析,调研了各类NEMS谐振器检测驱动方法,确定采用静电驱动方法和压阻检测方法。基于上述原理设计了固支梁、悬臂梁、U型梁和H型梁结构,利用ANSYS软件对振动模态和谐振频率进行了仿真,确定纳米梁谐振频率理论值。2.选定具有矩形横截面的[110]、[111]和[112]三种典型晶向的硅基纳米双端固支梁,采用分子动力学方法仿真了其振动特性。结果显示一阶谐振频率随其尺寸的变化规律同宏观规律类似;谐振频率模拟值与基于连续体理论的计算值存在很大差异;相同尺寸下不同晶向的梁谐振频率存在差异且与宏观大小顺序相反。本文利用微观纳米梁表面效应的显著程度的差别解释了各种差异的原因。3.针对重金属铅离子(Pb²⁺)的吸附,对硅基纳米梁表面修饰材料进行了制备与表征。选定对Pb²⁺和硅梁都具有良好亲和力的巯基功能化的介孔硅纳米颗粒,采用软模板法制备,TEM、SEM、EDS等表征。结果显示修饰在硅金复合实验片上的纳米颗粒小球密集、分布较均匀、大小一致、直径约30nm,且能够吸附足够量的Pb²⁺。4.设计了各类硅基纳米谐振梁版图、工艺流程,对重点工艺讨论分析。然后在中科院苏州纳米所采用0.5μm工艺加工,记录详细工艺参数,总结了梁释放过程中铝金电极由于未涂胶保护被侧蚀而导致外翻、释放工艺中埋氧层SiO₂刻蚀不完全等问题,提出相应解决方案,实现硅基纳米谐振梁加工。采用Polytec激光多普勒测振仪在常温常压进行了测试,成功检测到一阶谐振频率在0.736MHz～1.608MHz的双端固支梁的振动。