动态微机电系统——理论与应用 何广平 9787030343161 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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何广平 著

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• 微机电系统
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• 微纳技术
• 理论分析
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• 应用
• 何广平
• 机械工程

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030343161

商品编码：29300403546

包装：平装

出版时间：2012-06-01

基本信息

书名：动态微机电系统——理论与应用

定价：80.00元

作者：何广平

出版社：科学出版社

出版日期：2012-06-01

ISBN：9787030343161

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.558kg

编辑推荐

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　　本书以动态MEMS为主要对象，从功能材料的制备、设计方法、制造工艺与失效模式分析、建模与控制方法以及系统应用的角度，较深入地介绍了当前外的一些主要研究成果。本书主要内容取材于作者所在课题组近年来的一些科研成果，同时也对动态MEMS所涵盖专业领域外的主流前沿技术进行系统归纳，使读者能在较短时间内对动态MEMS的主要技术领域和前沿研究方向有所了解，并从中选择自己感兴趣的主题进一步开展研究。本书内容安排力求深入浅出，引文详实丰富，适合作为初涉本领域的研究生教材，也可供具有研究基础的读者参考。

内容提要

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　　本书以动态微机电系统（MEMS）为主要对象，介绍其相关的功能材料、设计方法、制造工艺以及控制方法。全书共6章，主要内容包括：动态MEMS主要技术领域的简况；动态MEMS中常用的功能材料及其制备方法；动态MEMS器件的主要设计方法及其发展现状；动态MEMS的制造工艺，常见失效模式及其克服方法；动态MEMS的控制理论基础、控制技术及其发展现状、控制实验方法等方面的论述；典型动态MEMS系统剖析。《动态微机电系统》可供材料类、机电工程类、自动控制类、仪器科学类等相关专业的高年级本科生和研究生作为教材使用，也可供从事MEMS功能材料、MEMS器件设计、MEMS制造工艺和MEMS控制技术研究的科技人员参考。

目录

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前言章 绪论 1.1 引言 1.2 MEMS的基本特征和主要技术领域 1.3 动态MEMS中的常用材料 1.4 动态MEMS的设计方法简介 1.5 动态MEMS的制造技术简介 1.6 动态MEMS的控制技术及其发展概况 1.7 MEMS的应用前景 参考文献第2章 动态MEMS中的功能材料与制备方法 2.1 引言 2.2 动态MEMS压电材料 2.3 动态MEMS磁致伸缩材料 2.4 动态MEMS形状记忆合金材料 2.5 动态MEMS智能高分子材料 参考文献第3章 动态MEMS的设计理论与设计方法 3.1 引言 3.2 分布式全柔性微机构的拓扑优化设计方法 3.3 动态MEMS的可靠性设计方法 3.4 电热微致动器的鲁棒优化设计 3.5 可变电容静电微电机的优化设计 3.6 动态MEMS设计理论的发展展望 参考文献第4章 动态MEMS的制造技术 4.1 MEMS的制造技术简介 4.2 薄膜材料制备技术 4.3 光刻技术 4.4 刻蚀技术 4.5 键合工艺技术 4.6 MEMS制造中常见的失效模式与防止方法 参考文献第5章 动态MEMS的建模与控制技术 5.1 引言 5.2 典型动态MEMS的动力学模型 5.3 动态MEMS的非线性特征及其应用 5.4 动态MEMS控制技术的理论基础 5.5 动态MEMS的控制器设计 5.6 动态MEMS的控制技术实验方法 参考文献第6章 典型动态MEMS剖析 6.1 压电微致动器的电荷驱动控制 6.2 压电微电机 6.3 旋转式静电微致动器 6.4 PZT微致动器的制备 参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《微机电系统：原理、设计与前沿探索》 内容简介 微机电系统（MEMS）作为一项跨越机械、电子、材料、光学、生物医学等多个学科的尖端技术，正以前所未有的速度渗透到我们生活的方方面面。从智能手机中的传感器，到医疗诊断设备，再到航空航天领域的精密仪器，MEMS无处不在，驱动着科技的进步和社会的发展。本书旨在为读者提供一个全面而深入的MEMS技术知识体系，从基础理论到实际应用，再到最新的研究动态，力求勾勒出MEMS技术的全景图。 第一部分：MEMS技术基础 本部分将系统阐述MEMS技术的基石——微纳尺度下的物理原理和工程学概念。 微观世界的物理学：我们将深入探讨适用于微观尺度的物理现象，包括表面张力、静电力、压电效应、热膨胀效应、流固耦合等。这些效应在宏观世界可能微不足道，但在微机电系统中却是驱动和控制的关键。我们将以直观的图示和清晰的数学模型，揭示这些原理在MEMS器件设计中的应用。例如，静电力如何在微小的间隙中产生足够的驱动力，压电材料如何将电能转化为机械形变，以及微尺度流体行为的独特性质。 微机械设计与制造：MEMS器件的制造是其发展的核心。本部分将详细介绍当前主流的微机械设计方法和制造工艺。我们将涵盖从传统的微电子工艺，如光刻、刻蚀（干法和湿法），到先进的LIGA（X射线光刻、电镀、模压成型）、微注塑、3D打印等技术。每种工艺都将配以详细的流程图和典型案例，分析其优缺点、适用范围以及对器件性能的影响。此外，我们还将探讨微机械结构的建模与仿真技术，如何利用有限元分析（FEA）等工具预测器件的力学响应，优化结构设计。 微传感与微驱动技术：MEMS器件的核心功能在于感知和驱动。本部分将聚焦于两大核心技术：微传感器和微驱动器。 微传感器：我们将深入介绍各类MEMS传感器的原理与应用，包括但不限于： 惯性传感器：加速度计（压阻式、电容式、压电式）和陀螺仪（角动量守恒式、谐振式），它们是实现姿态感知、运动追踪的关键。 压力传感器：基于薄膜变形引起电阻、电容或压电效应的变化。 微流体传感器：用于检测流体的流量、压力、化学成分等。 光学传感器：如微镜阵列（DMD）、光谱仪等。 生物传感器：用于检测生物分子、细胞等。 我们将分析不同传感机制的灵敏度、精度、响应时间、功耗等关键性能指标，并讨论如何通过结构设计和材料选择来优化传感器性能。 微驱动器：我们将详细介绍实现微观运动的各种微驱动器，包括： 静电力驱动器：平行板驱动器、梳状驱动器等。 压电驱动器：利用压电材料的正逆压电效应。 热驱动器：利用热膨胀效应产生的形变。 微电机：直流电机、步进电机、谐振电机等。 我们将分析不同驱动方式的功率效率、驱动力、驱动行程，以及它们在驱动微机械部件（如微阀、微泵、微开关）中的应用。 第二部分：MEMS应用领域与前沿发展 在掌握了MEMS的基础知识后，本部分将带领读者走进MEMS技术广阔的应用前景，并展望其未来的发展趋势。 消费电子与移动通信：MEMS传感器已成为智能手机、平板电脑、可穿戴设备不可或缺的一部分。本书将深入分析MEMS在这些设备中的具体应用，如： 加速度计与陀螺仪：实现屏幕方向自动旋转、游戏控制、步态监测、跌倒检测等。 麦克风：提供高品质的音频输入，是语音助手、视频通话的关键。 指纹传感器：为设备提供安全便捷的身份识别。 MEMS扬声器：实现更小巧、更高效的音频输出。 我们将探讨MEMS技术如何使得这些设备更加智能化、便携化和功能多样化。 汽车工业：MEMS技术在提高汽车安全性、舒适性和燃油经济性方面发挥着至关重要的作用。 安全气囊传感器：微型加速度计能够快速检测碰撞，触发气囊弹出。 电子稳定控制（ESC）系统：集成加速度计和陀螺仪，实时监测车辆动态，防止侧滑。 胎压监测系统（TPMS）：实时监测轮胎气压，保障行车安全。 发动机控制传感器：如进气压力传感器、氧传感器等，优化燃油喷射，降低排放。 毫米波雷达：利用MEMS技术可以实现更小型化、低成本的雷达传感器，用于自适应巡航控制（ACC）、碰撞预警等高级驾驶辅助系统（ADAS）。 医疗健康与生物技术：MEMS技术正在深刻地改变着医疗诊断、治疗和健康监测的方式。 微流控芯片（Lab-on-a-chip）：集成了微通道、微泵、微阀、反应室等，能够在一个芯片上完成复杂的生物化学分析，实现快速、低成本的疾病诊断（如DNA测序、蛋白质检测、细胞分选）。 微针阵列：用于无痛给药和生物传感。 植入式生物传感器：如连续血糖监测仪、脑电图（EEG）/心电图（ECG）传感器，实现对生理参数的长期实时监测。 微型手术器械：为微创手术提供更精密的工具。 我们将探讨MEMS技术如何推动精准医疗、远程医疗和个性化健康管理的发展。 工业制造与航空航天：在这些领域，MEMS技术以其高精度、高可靠性和小型化的优势，为提升效率、降低成本和实现极端环境下的应用提供了可能。 工业自动化：用于机器人的精密控制、物体的非接触式测量、环境监测等。 航空航天：惯性导航系统（INS）、姿态控制系统、微型飞行器（MAVs）等，MEMS技术是实现这些复杂系统小型化和性能提升的关键。 精密仪器：如显微镜、光谱仪、高精度测量设备中的关键部件。 MEMS的未来趋势与挑战：我们将展望MEMS技术未来的发展方向，包括： 向更小尺寸和更高集成度发展：纳米机电系统（NEMS）的研究与应用。 多功能集成与智能系统：将传感器、驱动器、信号处理单元甚至微处理器集成在同一芯片上，构建强大的智能系统。 新材料与新工艺的应用：如压电材料、铁电材料、半导体材料、生物相容性材料等在MEMS中的创新应用；柔性MEMS、可穿戴MEMS的兴起。 能源收集与自供电MEMS：利用环境能量（如振动、热能、光能）为MEMS器件供电，实现真正的无线化和独立运行。 可靠性与封装技术：针对MEMS器件在极端环境下的工作可靠性问题，以及如何实现高性能、低成本的封装。 数据安全与隐私：随着MEMS在物联网中的广泛应用，数据安全和用户隐私保护将成为重要议题。 本书将以严谨的学术态度，结合大量的工程实例和前沿研究成果，为读者呈现一个生动而深刻的MEMS技术世界。无论是 MEMS领域的初学者，还是希望深入了解该技术的工程师、研究人员，抑或是对科技前沿充满好奇的读者，都能从中获得宝贵的知识和启发。通过阅读本书，读者将能够理解MEMS的“微”之所以能够产生“宏”大的影响，并为未来的技术创新和产业发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的魅力在于其对“跨学科融合”的精妙处理。动态微机电系统本身就是一个集成了力学、电学、光学、材料科学甚至计算科学的复杂领域，而作者的高明之处在于，他没有让任何一个分支显得过于孤立或突兀。在讨论到结构阻尼时，他会自然地引入相关的振动理论，然后马上衔接上如何通过新型阻尼材料的微观结构来调控宏观性能，接着又会用一套简洁的电学模型来描述这种能量的转换和耗散过程。这种无痕的知识迁移能力，极大地拓宽了读者的视野。我以前总觉得某些领域的知识点是割裂的，阅读这本书的过程中，我清晰地看到了它们是如何相互作用、相互影响的。这种整合性的视角，对于当前研究中越来越强调的“多物理场耦合分析”而言，提供了坚实的理论基础和方法论支持。可以说，这本书不仅仅是教你如何“做”微机电系统，更重要的是，它教你如何用一种更全面、更立体的科学思维去“理解”这个系统。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和印刷质量简直让人眼前一亮，沉甸甸的手感，内页纸张的光洁度也处理得恰到好处，即便长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。封面设计简洁却不失专业感，那种深邃的蓝色调配合着精密的线条图，一下子就抓住了技术爱好者的眼球。我特别喜欢它在排版上的用心，图文的结合非常紧密，那些复杂的数学公式和原理图被清晰地划分在不同的模块里，即便是初次接触这个领域的读者，也能大致跟上作者的思路。当然，作为一本理论性较强的书籍，内容的深度自然是不用多说的，但令人惊喜的是，它并没有仅仅停留在高深的理论层面，而是通过大量的实例分析，将那些抽象的概念具象化了。比如，在讲解某一传感器的工作机制时，作者会穿插介绍它在实际某个微小设备中的应用场景，这种“理论到实践”的无缝衔接，极大地提高了阅读的兴趣和吸收效率。翻开这本书，我感觉自己像是在进行一场精心策划的学术考察，每翻过一页，都有新的知识点被系统地梳理和呈现出来，整体的阅读体验非常流畅且愉悦，这对于一本专业技术书籍来说，是难能可贵的品质。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验中，我感受到了作者在学术严谨性与可读性之间找到了一个绝佳的平衡点。那些教科书式的、干巴巴的公式推导固然重要，但如果通篇都是如此，阅读的积极性很容易就会消退。这本书的叙述风格非常清晰且富有逻辑层次感，他善于用精炼的语言对复杂概念进行提炼，同时又会在关键转折点插入一些富有洞察力的评论或对比。比如，在比较两种不同的激励方式时，作者会用一种近乎对话的口吻来分析各自的优缺点及其适用范围，使得原本枯燥的参数比较瞬间生动起来。此外，书中引用的参考文献也非常权威和前沿，这保证了其内容的先进性。对于需要撰写综述或进行课题立项的科研人员来说，这本书提供了一个极佳的起点和参考系。它不仅提供了知识的“是什么”，更深入地探讨了“为什么会这样”以及“未来如何发展”，这种前瞻性的视野，是许多同类书籍所缺乏的深度。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于我个人而言，更像是一部值得反复研读的工具书和启发源泉。我不是那种只读一遍就束之高阁的读者，反而经常在处理手头项目时，会不自觉地拿起它来查阅某个特定的细节或模型验证。它的内容组织结构非常便于快速定位，索引系统做得十分人性化，你可以迅速找到关于特定谐振器设计或信号处理链的部分。更让我欣赏的是，书中并没有将理论模型“理想化”到脱离实际的程度，而是坦诚地指出了现有模型在处理非线性效应、温度漂移等实际工程难题时的局限性，并指明了未来需要进一步研究的方向。这种对“不完美”的坦诚，反而增强了这本书的可信度。它没有给我一个“万能钥匙”，而是给了我一套“高级工具箱”，让我能够在面对真实世界的复杂挑战时，能够有理论依据去选择最合适的工具，去尝试解决问题，而不是盲目地套用公式。这本书的价值，在于它真正培养了读者解决实际问题的能力和批判性思维。

评分☆☆☆☆☆

初次接触这个领域时，我常常感到无从下手，网络上的资料零散且缺乏系统性，很多博客文章讲的都是碎片化的知识点，难以构建一个完整的知识体系。直到我拿起了这本专著，才真正体会到“系统性”的强大力量。作者在构建整体框架时，显然是下了大功夫的，它从最基础的物理学原理出发，逐步递进到材料选择、设计优化，最后落脚到实际的控制算法和系统集成。这种由浅入深的逻辑推进，使得我可以像搭积木一样，一块块地夯实基础，然后再去理解那些复杂的耦合效应。特别是关于“微纳加工技术”的那几个章节，描述得尤为细致，连一些关键的工艺参数和潜在的误差来源都考虑进去了，这对于一个需要进行实际实验验证的研究生来说，简直是宝贵的“避坑指南”。我常常在实验遇到瓶颈时，翻阅书中的相关章节，总能找到一些新的思路或者被提醒注意一些容易忽略的细节。它不仅仅是知识的罗列，更像是一位经验丰富的前辈，在你耳边轻声指导，那种沉稳的、历经打磨的专业语调，让人感到无比信服。