微机电系统(MEMS)技术的研究与应用

微机电系统是源于微电子加工技术，融合了微机械制造、传感、致动及微控制于一体的系统。其特征尺寸极小，学科交叉广泛；技术研究包括微系统理论、设计建模、微机械加工、微器件集成等多个方面；学科分类涵盖了机械、力学、光学、流体、电磁学、生物学等各领域，在民品和军品领域有许多热点应用。本文介绍了微机电系统发展概况、微机电系统技术关键、微机电系统有关传感器，以及微机电系统热点应用和微机电系统技术的发展前景。     

基于微机电系统CAD研究分析

微机电系统（MEMS）的计算机辅助设计（CAD）是MEMS实现商品化的重要基础,CAD技术在MEMS研究过程中具有非常重要的作用．本文概述了微机电系统CAD的研究进展,并介绍了国外在该领域的研究工作．重点研究了微机电系统中的耦合场分析和宏模型与系统级模拟等关键技术问题,针对其与传统机电系统的不同,总结了微机电系统CAD的特点,并据此提出了微机电系统的设计原则．以便能提高微型机电系统的设计质量,缩短研制周期,使之及早走向工业化．     

微动力机电系统的发展动态与展望

在阐述微动力机电系统研究意义的基础上，对其在国内外的发展动态及趋势进行了回顾，重点介绍了双区燃烧微涡轮机、微型往复式电力发生器、微转子发动机以及作者研究的微热光电动力系统．这种新型的微热光电系统具有无运动部件、热量利用效率高、制造成本低等优点．最后论述了微机电动力系统研究中面临的主要挑战，并重点总结了需要解决的一些基础问题．     

微动力机电系统研究开发以及面临的问题

综述了国外微动力机电系统的研究现状，介绍了它所面临的问题以及解决方法。根据国外研究成果，微动力机电系统分为两大研究方向：微型发动机和微型发电机。这两种微动力机电系统在结构和工作原理上有较大差异，但是都具有微型燃烧室，都需要一个良好的燃烧系统保证高能量输出。微动力机电系统涉及到多种学科领域，每一个问题都需要有综合性的考虑。     

超微型电动机实用化的关键技术及应用前景

电磁型超微型电动机是微机电系统中的关键部件。论述了直径１～３ｍｍ电磁型超微型电动机设计中的若干关键问题，如微型电动机的结构设计、磁路设计，以及微型电动机中的发热、温升和微摩擦问题等。简要地讨论了电磁型微型电动机的应用前景，例举了它在医学内窥镜、微泵、微激光扫描器中的应用。     

微机电系统与微机械学

该文分析了微型机电系统中产生的一系列特殊效应,介绍了微机电系统中新的设计理论和设计方法,以期建立微机械学理论体系。     

梯度功能压电陶瓷微夹钳的设计和操作原理

利用梯度功能压电执行器设计和制作了双悬臂梁结构的微夹钳 ,用作微型机器人操作系统的操作手 .该微夹钳整体尺寸为 1 5　 mm× 2　 mm× 2　 mm,质量为 1 2 0　 mg.建立了梯度功能压电陶瓷悬臂梁的双层复合梁模型 ,从该模型和压电本构方程出发 ,分析梯度功能压电陶瓷微夹钳的操作原理 .理论推导了该悬臂梁的微位移特性 ,由微夹钳的双悬臂梁结构 ,得到微夹钳的顶端张开量 .实际测量了梯度功能压电微夹钳的顶端张开量 ,其实际值与理论推导值有较好的一致性     

微机电系统科学与技术发展趋势

阐明了微机电系统（ＭＥＭＳ）的学科内涵与应用范畴,着重介绍了国外ＭＥＭＳ的研究情况,研究表明微尺度下一些物理现象与宏观世界的存在差别;论述了ＬＩＧＡ加工、刻蚀技术等微制造技术。总结了国内的研究工作,给出了我国在基础理论、材料、工艺、元器件、测试及微系统等方面的研制情况,并提出发展我国微电机电系统的几点建议。     

微流动的研究现状及影响因素

随着微机电系统的发展及其应用领域的不断扩大 ,微器件和微机电系统中涉及到许多微流动问题 ,流体在微尺度槽道中流动的研究引起了人们的重视 随着尺寸的微小化 ,在宏观流动中可忽略的一些影响因素变得重要起来 ,由于尺度效应、表面效应等因素的影响 ,微小槽道中的流动呈现出一些与宏观流动不同的现象 因而对微流动的研究现状进行综述 ,并对影响微流动的尺度效应、表面力、气泡、相对表面粗糙度及流体极性等因素进行分析     

微镜面的自组装制作技术

对最近发展的应力驱动的微结构的自组装技术进行了介绍，利用这种技术可以很方便地把许多微型器件在同一衬底上进行组装，在微光机电系统中有很广阔的应用前景．以制作GaAs微镜面为例，采用有限元分析软件ANSYS对自组装过程进行了模拟．通过模拟得到了优化的样品结构与器件尺寸，并且发现添加合适厚度的应变补偿层对获得平整的镜面非常重要．     

基于光致形变材料的光驱动微夹钳

针对目前微夹钳存在的一些问题,提出了一种基于光致形变材料镧改性锆钛酸铅(PLZT)双晶片的光驱动微夹钳.首先对光微夹钳中的核心部件PLZT陶瓷的光致形变特性进行了研究,建立了PLZT陶瓷的新型光致伸缩模型;其次对PLZT双晶片式悬臂梁结构的驱动特性进行了分析;最后对柔性铰链放大结构进行了设计,并对其柔性铰链的承载能力进行了理论计算.计算结果表明,柔性铰链的承载能力满足使用要求,光微夹钳可实现远程光控而不受电磁干扰,可自主控制夹持与释放动作,其放大机构的放大倍数为24倍,且最大钳口距离可达3.880mm,基本满足大部分微型零件的操作需求,具有很好的通用性和适用性.     

微机电系统技术及其应用

微机电系统是一个新型的多学科交叉的研究领域 ,具有广阔的应用前景。在概述微机电系统发展状况的基础上 ,归结分析了微机电系统在组成结构及特征、材料特性及加工工艺、力学行为等方面异于宏观机械的一些新特征 ,并对微机电系统的主要应用领域进行了讨论。     

对微机电系统发展趋势和面临挑战的思考

近年来,微机电系统在技术进步和应用数量上有了长足的发展。介绍了微机电系统的特点,分析了微机电系统的发展趋势,对微机电系统面临的挑战进行了探讨。     

微机电系统的科学研究与技术开发

着重论述了当前国际上微机电系统的相关基础理论研究、微机电系统制造工艺技术的发展、微机电系统发展动态与趋势，最后强调了探索适合我国国情的微机电系统发展途径的重要性。     

微机电系统二维线圈能量接收性能的研究

介绍了空间两线圈互感及铁磁芯线圈自感的计算，以此为基础对微机电系统能量接收线圈二维正交绕组的接收性能进行了研究。分析了改变次级线圈位置和夹角，以及有铁磁芯和无铁磁芯情况对系统耦合系数的影响。通过仿真和实验验证了理论分析的结论：二维次级线圈在不同的姿态下均可以得到较好的互补效果，防止传输效率过低。结果还表明：铁磁芯可显著增强系统的耦合性能。然后，根据系统微型化的要求选用合适的电子元器件，对后续整流电路进行了设计，研制了微型整流电路。利用自行设计微机电系统进行的实验表明：本文设计的二维无线能量传输系统的效率及稳定性可以满足实际需求。     

基于拓扑优化的微夹钳设计

采用以互能和应变能比值作为目标函数的柔性结构拓扑优化方法完成了微夹钳的概念设计.结合具体的夹持对象和工作环境,在微夹钳概念设计基础上确定了微夹钳的最终结构形式.采用有限元法分析了微夹钳的传动比与夹持力,并在万能工具显微镜下测量了微夹钳原型的传动比与夹持力.试验结果表明:当微夹钳钳口尺寸为0.45mm时,微夹钳的平均传动比为22.89,最大夹持力为356.16mN,并且钳口的位移和夹持力与压电陶瓷的输入位移有良好的线性关系,与有限元计算结果基本吻合.这表明连续体拓扑优化方法在微夹钳的设计中有着重要指导作用.     

基于RP的MEMS设计制造技术

在介绍快速成形技术以及微机电系统与微细加工技术的基础之上,对比分析了一些基于快速成形技术微细加工方法的优缺点及其最新研究成果.概述了MEMS设计存在的不足,介绍了与微器件再设计相关的基本材料信息库的建立与完善,借鉴虚拟制造的建模方法,以微集成机构为产品对象的桌面式微型工厂建模研究.在此基础上建立网上微器件设计中心.     

微系统研究展望

微系统是在微米/纳米尺度上开展研究工作的，涉及到多种科学和技术领域，含微电子、微机械、微光学、化学、生物技术和材料等，它是多种技术的综合和多学科交叉的前沿领域，已显示出强大的生命力。微系统研究在传统理论和技术基础上起步和发展，人们在硅片上制作微型机械、微马达和光路系统微型化的惊喜之余，又引起了一些困惑和思考。人们必将冲破传统科学技术和思想，通过科研有所创新和突破，不断开拓进取，真正成为高新技术的生长点和面向市场新的经济增长点，开创21世纪新兴产业，这是当前迫切需要研究的课题。 现在，微系统研究的热点是：微域的科学和技术基础；新的信息获取、传输和处理技术；超精密检测和操作；微系统新材料和微制造技术。     

微/纳机电系统中的毛细黏附作用

毛细作用在所有尺度中都存在,但是在微/纳尺度下尤为重要.随着微/纳机电加工技术的迅速发展及深入研究,微/纳机电器件得到广泛应用.在微/纳机电器件的加工和使用过程中,毛细黏附作用影响其可靠性,进而影响微/纳机电器件的商品化.鉴于毛细黏附问题对微/纳机电器件性能的重要影响,本文综述毛细黏附力对微/纳机电系统器件性能的影响效果,微/纳尺度的毛细黏附力作用规律,以及毛细黏附控制技术.     

自感知压电微夹钳研究

采用双晶片型压电悬臂梁制作一种双悬臂梁结构的微夹钳,可用于微操作系统中的微夹持器．在一般微操作系统中,需要外加微力传感器才能组成闭环控制系统,这必将影响夹钳的工作特性．为简化系统,借助于电荷提取电路提取压电双晶片上的电荷,并通过软件进行状态观测,可直接得到压电夹钳尖端上的夹持力,同时还能观测到夹钳尖端的位移,称其为自感知执行器．实验证明了上述自感知方法的有效性．