微纳机电系统
一.引言
?/p>
/
纳米科学与技术是当今集机械工程、仪器科学与技术、光学工程、生物医学工程与
微电子工程所产生的新兴、边缘、交叉前沿学科技术。微
/
纳米系统技术是以微机电系统?/p>
研究核心,以纳米机电系统为深入发展方向,并涉及相关微型化技术的国家战略高新技术?/p>
微机电系?/p>
(Micro Electro Mechanical System, MEMS )
和纳机电系统
(Nano Electro
Mechanical
System,
NEMS
)
是微?/p>
/
纳米技术的重要组成部分?/p>
逐渐形成一个新的技术领域?/p>
MEMS
已经在产业化道路上发展,
NEMS
还处于基础研究阶段?/p>
从微小化和集成化的角度,
MEMS (
或称微系?/p>
)
指可批量制作的、集微型机构、微型传
感器?/p>
微型执行器以及信号处理和控制电路?/p>
直至接口?/p>
通讯和电源等于一体的微型器件?/p>
系统?/p>
?/p>
NEMS(
或称纳系?/p>
)
?/p>
90
年代末提出来的一个新概念?/p>
是继
MEMS
后在系统特征?/p>
寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体的系统?/p>
一般指特征尺寸在亚纳米到数
百纳米,以纳米级结构所产生的新效应
(
量子效应、接口效应和纳米尺度效应
)
为工作特?/p>
的器件和系统?/p>
二.微纳系统的意义、应用前?/p>
由于?/p>
/
纳机电系统是一门新兴的交叉和边缘学科,学科还处于技术发展阶段,在国?/p>
外尚未形成绝对的学科和技术优势;?/p>
/
纳米技术还是一项支撑技术,它对应用背景有较?/p>
的依赖性,
目前它的主要应用领域在惯导器件、军事侦察、通信和生物医学领域,
以及微型
飞机和纳米卫星等产品上?/p>
2.1.
重要的理论意义和深远的社会影?/p>
?/p>
/
纳米系统技术是与其它广泛学科具有互动作用的重要的综合技术,涉及学科领域?/p>
泛?/p>
?/p>
/
纳米系统技术是认识和改造微观世界的高新技术,
?/p>
/
纳米系统是结构集成化?/p>
功能
智能化的产物。微
/
纳米系统表现出的智能化程度高、实现的功能趋于多样化。例如,微机
电系统不仅涉及到微电子学?/p>
微机械学?/p>
微光学?/p>
微动力学?/p>
微流体学?/p>
微热力学?/p>
材料学?/p>
物理学、化学和生物学等广泛学科领域,而且会涉及从材料、设计、制造、控制、能源直?/p>
测试、集成、封装等一系列的技术环节?/p>
?/p>
/
纳米系统技术的发展以之为基础,反过来也将带动相关学科和技术的发展。世界上
著名的大学,如美国麻省工学院、加州大学伯克利分校?/p>
卡麦基隆大学,以及圣地亚国家?/p>
验室等无不把发展?/p>
/
纳米技术作为重要的研究方面。我国一些著名大学尽管研究方向侧?/p>
不一,但也无一例外地重点发展微
/
纳米技术,实现学科群跨越式发展?/p>
2.2.
巨大的经济效?/p>
微机电系统在美?/p>
欧?/p>
日等发达国家已经形成了一个新兴产业,
仅美国微机电系统
2005
年的商业产值预计可?/p>
650
亿美元?/p>
以控制汽车安全气囊展开的微加速度计为例,
估计未来
几年内,
由分立组件构成的传统加速度计将全部被微加速度计所代替?/p>
传统加速度计的单件
成本超过
50
美元,而基?/p>
MEMS
技术的同类微加速度计的单件成本仅为
5
?/p>
10
美元。相?/p>
之下,微加速度计更小、更轻、更可靠,功能更趋于完善?/p>
2.3.
国防建设的要?/p>
现代军事装备正朝着微型化?/p>
集成化?/p>
高精度方向发展,
微机电系统充分适应了这一?/p>
势,
特别是在活动空间狭小?/p>
操作精度要求高,
功能高度集成的航空航天等领域有广阔的?/p>
用潜力。微型飞?/p>
(
UAV)
在未来战争中日益显示出特殊地位,成为最具发展潜力的现代作战
武器之一?/p>
利用微机械数组进行机翼流体状态检测,
并通过微致动来实现宏观飞行控制有望
改变传统飞机的模式,
并改善其机动性能?/p>
微型喷射技术可以有效地实现导弹?/p>
卫星等航?