動態微機電係統——理論與應用 何廣平 9787030343161 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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何廣平 著

圖書標籤:

• 微機電係統
• MEMS
• 傳感器
• 執行器
• 微納技術
• 理論分析
• 仿真
• 應用
• 何廣平
• 機械工程

店鋪： 書逸天下圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030343161

商品編碼：29300403546

包裝：平裝

齣版時間：2012-06-01

基本信息

書名：動態微機電係統——理論與應用

定價：80.00元

作者：何廣平

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2012-06-01

ISBN：9787030343161

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.558kg

編輯推薦

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　　本書以動態MEMS為主要對象，從功能材料的製備、設計方法、製造工藝與失效模式分析、建模與控製方法以及係統應用的角度，較深入地介紹瞭當前外的一些主要研究成果。本書主要內容取材於作者所在課題組近年來的一些科研成果，同時也對動態MEMS所涵蓋專業領域外的主流前沿技術進行係統歸納，使讀者能在較短時間內對動態MEMS的主要技術領域和前沿研究方嚮有所瞭解，並從中選擇自己感興趣的主題進一步開展研究。本書內容安排力求深入淺齣，引文詳實豐富，適閤作為初涉本領域的研究生教材，也可供具有研究基礎的讀者參考。

內容提要

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　　本書以動態微機電係統（MEMS）為主要對象，介紹其相關的功能材料、設計方法、製造工藝以及控製方法。全書共6章，主要內容包括：動態MEMS主要技術領域的簡況；動態MEMS中常用的功能材料及其製備方法；動態MEMS器件的主要設計方法及其發展現狀；動態MEMS的製造工藝，常見失效模式及其剋服方法；動態MEMS的控製理論基礎、控製技術及其發展現狀、控製實驗方法等方麵的論述；典型動態MEMS係統剖析。《動態微機電係統》可供材料類、機電工程類、自動控製類、儀器科學類等相關專業的高年級本科生和研究生作為教材使用，也可供從事MEMS功能材料、MEMS器件設計、MEMS製造工藝和MEMS控製技術研究的科技人員參考。

目錄

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前言章 緒論 1.1 引言 1.2 MEMS的基本特徵和主要技術領域 1.3 動態MEMS中的常用材料 1.4 動態MEMS的設計方法簡介 1.5 動態MEMS的製造技術簡介 1.6 動態MEMS的控製技術及其發展概況 1.7 MEMS的應用前景 參考文獻第2章 動態MEMS中的功能材料與製備方法 2.1 引言 2.2 動態MEMS壓電材料 2.3 動態MEMS磁緻伸縮材料 2.4 動態MEMS形狀記憶閤金材料 2.5 動態MEMS智能高分子材料 參考文獻第3章 動態MEMS的設計理論與設計方法 3.1 引言 3.2 分布式全柔性微機構的拓撲優化設計方法 3.3 動態MEMS的可靠性設計方法 3.4 電熱微緻動器的魯棒優化設計 3.5 可變電容靜電微電機的優化設計 3.6 動態MEMS設計理論的發展展望 參考文獻第4章 動態MEMS的製造技術 4.1 MEMS的製造技術簡介 4.2 薄膜材料製備技術 4.3 光刻技術 4.4 刻蝕技術 4.5 鍵閤工藝技術 4.6 MEMS製造中常見的失效模式與防止方法 參考文獻第5章 動態MEMS的建模與控製技術 5.1 引言 5.2 典型動態MEMS的動力學模型 5.3 動態MEMS的非綫性特徵及其應用 5.4 動態MEMS控製技術的理論基礎 5.5 動態MEMS的控製器設計 5.6 動態MEMS的控製技術實驗方法 參考文獻第6章 典型動態MEMS剖析 6.1 壓電微緻動器的電荷驅動控製 6.2 壓電微電機 6.3 鏇轉式靜電微緻動器 6.4 PZT微緻動器的製備 參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《微機電係統：原理、設計與前沿探索》 內容簡介 微機電係統（MEMS）作為一項跨越機械、電子、材料、光學、生物醫學等多個學科的尖端技術，正以前所未有的速度滲透到我們生活的方方麵麵。從智能手機中的傳感器，到醫療診斷設備，再到航空航天領域的精密儀器，MEMS無處不在，驅動著科技的進步和社會的發展。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的MEMS技術知識體係，從基礎理論到實際應用，再到最新的研究動態，力求勾勒齣MEMS技術的全景圖。 第一部分：MEMS技術基礎 本部分將係統闡述MEMS技術的基石——微納尺度下的物理原理和工程學概念。 微觀世界的物理學：我們將深入探討適用於微觀尺度的物理現象，包括錶麵張力、靜電力、壓電效應、熱膨脹效應、流固耦閤等。這些效應在宏觀世界可能微不足道，但在微機電係統中卻是驅動和控製的關鍵。我們將以直觀的圖示和清晰的數學模型，揭示這些原理在MEMS器件設計中的應用。例如，靜電力如何在微小的間隙中産生足夠的驅動力，壓電材料如何將電能轉化為機械形變，以及微尺度流體行為的獨特性質。 微機械設計與製造：MEMS器件的製造是其發展的核心。本部分將詳細介紹當前主流的微機械設計方法和製造工藝。我們將涵蓋從傳統的微電子工藝，如光刻、刻蝕（乾法和濕法），到先進的LIGA（X射綫光刻、電鍍、模壓成型）、微注塑、3D打印等技術。每種工藝都將配以詳細的流程圖和典型案例，分析其優缺點、適用範圍以及對器件性能的影響。此外，我們還將探討微機械結構的建模與仿真技術，如何利用有限元分析（FEA）等工具預測器件的力學響應，優化結構設計。 微傳感與微驅動技術：MEMS器件的核心功能在於感知和驅動。本部分將聚焦於兩大核心技術：微傳感器和微驅動器。 微傳感器：我們將深入介紹各類MEMS傳感器的原理與應用，包括但不限於： 慣性傳感器：加速度計（壓阻式、電容式、壓電式）和陀螺儀（角動量守恒式、諧振式），它們是實現姿態感知、運動追蹤的關鍵。 壓力傳感器：基於薄膜變形引起電阻、電容或壓電效應的變化。 微流體傳感器：用於檢測流體的流量、壓力、化學成分等。 光學傳感器：如微鏡陣列（DMD）、光譜儀等。 生物傳感器：用於檢測生物分子、細胞等。 我們將分析不同傳感機製的靈敏度、精度、響應時間、功耗等關鍵性能指標，並討論如何通過結構設計和材料選擇來優化傳感器性能。 微驅動器：我們將詳細介紹實現微觀運動的各種微驅動器，包括： 靜電力驅動器：平行闆驅動器、梳狀驅動器等。 壓電驅動器：利用壓電材料的正逆壓電效應。 熱驅動器：利用熱膨脹效應産生的形變。 微電機：直流電機、步進電機、諧振電機等。 我們將分析不同驅動方式的功率效率、驅動力、驅動行程，以及它們在驅動微機械部件（如微閥、微泵、微開關）中的應用。 第二部分：MEMS應用領域與前沿發展 在掌握瞭MEMS的基礎知識後，本部分將帶領讀者走進MEMS技術廣闊的應用前景，並展望其未來的發展趨勢。 消費電子與移動通信：MEMS傳感器已成為智能手機、平闆電腦、可穿戴設備不可或缺的一部分。本書將深入分析MEMS在這些設備中的具體應用，如： 加速度計與陀螺儀：實現屏幕方嚮自動鏇轉、遊戲控製、步態監測、跌倒檢測等。 麥剋風：提供高品質的音頻輸入，是語音助手、視頻通話的關鍵。 指紋傳感器：為設備提供安全便捷的身份識彆。 MEMS揚聲器：實現更小巧、更高效的音頻輸齣。 我們將探討MEMS技術如何使得這些設備更加智能化、便攜化和功能多樣化。 汽車工業：MEMS技術在提高汽車安全性、舒適性和燃油經濟性方麵發揮著至關重要的作用。 安全氣囊傳感器：微型加速度計能夠快速檢測碰撞，觸發氣囊彈齣。 電子穩定控製（ESC）係統：集成加速度計和陀螺儀，實時監測車輛動態，防止側滑。 胎壓監測係統（TPMS）：實時監測輪胎氣壓，保障行車安全。 發動機控製傳感器：如進氣壓力傳感器、氧傳感器等，優化燃油噴射，降低排放。 毫米波雷達：利用MEMS技術可以實現更小型化、低成本的雷達傳感器，用於自適應巡航控製（ACC）、碰撞預警等高級駕駛輔助係統（ADAS）。 醫療健康與生物技術：MEMS技術正在深刻地改變著醫療診斷、治療和健康監測的方式。 微流控芯片（Lab-on-a-chip）：集成瞭微通道、微泵、微閥、反應室等，能夠在一個芯片上完成復雜的生物化學分析，實現快速、低成本的疾病診斷（如DNA測序、蛋白質檢測、細胞分選）。 微針陣列：用於無痛給藥和生物傳感。 植入式生物傳感器：如連續血糖監測儀、腦電圖（EEG）/心電圖（ECG）傳感器，實現對生理參數的長期實時監測。 微型手術器械：為微創手術提供更精密的工具。 我們將探討MEMS技術如何推動精準醫療、遠程醫療和個性化健康管理的發展。 工業製造與航空航天：在這些領域，MEMS技術以其高精度、高可靠性和小型化的優勢，為提升效率、降低成本和實現極端環境下的應用提供瞭可能。 工業自動化：用於機器人的精密控製、物體的非接觸式測量、環境監測等。 航空航天：慣性導航係統（INS）、姿態控製係統、微型飛行器（MAVs）等，MEMS技術是實現這些復雜係統小型化和性能提升的關鍵。 精密儀器：如顯微鏡、光譜儀、高精度測量設備中的關鍵部件。 MEMS的未來趨勢與挑戰：我們將展望MEMS技術未來的發展方嚮，包括： 嚮更小尺寸和更高集成度發展：納米機電係統（NEMS）的研究與應用。 多功能集成與智能係統：將傳感器、驅動器、信號處理單元甚至微處理器集成在同一芯片上，構建強大的智能係統。 新材料與新工藝的應用：如壓電材料、鐵電材料、半導體材料、生物相容性材料等在MEMS中的創新應用；柔性MEMS、可穿戴MEMS的興起。 能源收集與自供電MEMS：利用環境能量（如振動、熱能、光能）為MEMS器件供電，實現真正的無綫化和獨立運行。 可靠性與封裝技術：針對MEMS器件在極端環境下的工作可靠性問題，以及如何實現高性能、低成本的封裝。 數據安全與隱私：隨著MEMS在物聯網中的廣泛應用，數據安全和用戶隱私保護將成為重要議題。 本書將以嚴謹的學術態度，結閤大量的工程實例和前沿研究成果，為讀者呈現一個生動而深刻的MEMS技術世界。無論是 MEMS領域的初學者，還是希望深入瞭解該技術的工程師、研究人員，抑或是對科技前沿充滿好奇的讀者，都能從中獲得寶貴的知識和啓發。通過閱讀本書，讀者將能夠理解MEMS的“微”之所以能夠産生“宏”大的影響，並為未來的技術創新和産業發展奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

初次接觸這個領域時，我常常感到無從下手，網絡上的資料零散且缺乏係統性，很多博客文章講的都是碎片化的知識點，難以構建一個完整的知識體係。直到我拿起瞭這本專著，纔真正體會到“係統性”的強大力量。作者在構建整體框架時，顯然是下瞭大功夫的，它從最基礎的物理學原理齣發，逐步遞進到材料選擇、設計優化，最後落腳到實際的控製算法和係統集成。這種由淺入深的邏輯推進，使得我可以像搭積木一樣，一塊塊地夯實基礎，然後再去理解那些復雜的耦閤效應。特彆是關於“微納加工技術”的那幾個章節，描述得尤為細緻，連一些關鍵的工藝參數和潛在的誤差來源都考慮進去瞭，這對於一個需要進行實際實驗驗證的研究生來說，簡直是寶貴的“避坑指南”。我常常在實驗遇到瓶頸時，翻閱書中的相關章節，總能找到一些新的思路或者被提醒注意一些容易忽略的細節。它不僅僅是知識的羅列，更像是一位經驗豐富的前輩，在你耳邊輕聲指導，那種沉穩的、曆經打磨的專業語調，讓人感到無比信服。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗中，我感受到瞭作者在學術嚴謹性與可讀性之間找到瞭一個絕佳的平衡點。那些教科書式的、乾巴巴的公式推導固然重要，但如果通篇都是如此，閱讀的積極性很容易就會消退。這本書的敘述風格非常清晰且富有邏輯層次感，他善於用精煉的語言對復雜概念進行提煉，同時又會在關鍵轉摺點插入一些富有洞察力的評論或對比。比如，在比較兩種不同的激勵方式時，作者會用一種近乎對話的口吻來分析各自的優缺點及其適用範圍，使得原本枯燥的參數比較瞬間生動起來。此外，書中引用的參考文獻也非常權威和前沿，這保證瞭其內容的先進性。對於需要撰寫綜述或進行課題立項的科研人員來說，這本書提供瞭一個極佳的起點和參考係。它不僅提供瞭知識的“是什麼”，更深入地探討瞭“為什麼會這樣”以及“未來如何發展”，這種前瞻性的視野，是許多同類書籍所缺乏的深度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的魅力在於其對“跨學科融閤”的精妙處理。動態微機電係統本身就是一個集成瞭力學、電學、光學、材料科學甚至計算科學的復雜領域，而作者的高明之處在於，他沒有讓任何一個分支顯得過於孤立或突兀。在討論到結構阻尼時，他會自然地引入相關的振動理論，然後馬上銜接上如何通過新型阻尼材料的微觀結構來調控宏觀性能，接著又會用一套簡潔的電學模型來描述這種能量的轉換和耗散過程。這種無痕的知識遷移能力，極大地拓寬瞭讀者的視野。我以前總覺得某些領域的知識點是割裂的，閱讀這本書的過程中，我清晰地看到瞭它們是如何相互作用、相互影響的。這種整閤性的視角，對於當前研究中越來越強調的“多物理場耦閤分析”而言，提供瞭堅實的理論基礎和方法論支持。可以說，這本書不僅僅是教你如何“做”微機電係統，更重要的是，它教你如何用一種更全麵、更立體的科學思維去“理解”這個係統。

評分☆☆☆☆☆

這本書對於我個人而言，更像是一部值得反復研讀的工具書和啓發源泉。我不是那種隻讀一遍就束之高閣的讀者，反而經常在處理手頭項目時，會不自覺地拿起它來查閱某個特定的細節或模型驗證。它的內容組織結構非常便於快速定位，索引係統做得十分人性化，你可以迅速找到關於特定諧振器設計或信號處理鏈的部分。更讓我欣賞的是，書中並沒有將理論模型“理想化”到脫離實際的程度，而是坦誠地指齣瞭現有模型在處理非綫性效應、溫度漂移等實際工程難題時的局限性，並指明瞭未來需要進一步研究的方嚮。這種對“不完美”的坦誠，反而增強瞭這本書的可信度。它沒有給我一個“萬能鑰匙”，而是給瞭我一套“高級工具箱”，讓我能夠在麵對真實世界的復雜挑戰時，能夠有理論依據去選擇最閤適的工具，去嘗試解決問題，而不是盲目地套用公式。這本書的價值，在於它真正培養瞭讀者解決實際問題的能力和批判性思維。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和印刷質量簡直讓人眼前一亮，沉甸甸的手感，內頁紙張的光潔度也處理得恰到好處，即便長時間閱讀，眼睛也不會感到疲勞。封麵設計簡潔卻不失專業感，那種深邃的藍色調配閤著精密的綫條圖，一下子就抓住瞭技術愛好者的眼球。我特彆喜歡它在排版上的用心，圖文的結閤非常緊密，那些復雜的數學公式和原理圖被清晰地劃分在不同的模塊裏，即便是初次接觸這個領域的讀者，也能大緻跟上作者的思路。當然，作為一本理論性較強的書籍，內容的深度自然是不用多說的，但令人驚喜的是，它並沒有僅僅停留在高深的理論層麵，而是通過大量的實例分析，將那些抽象的概念具象化瞭。比如，在講解某一傳感器的工作機製時，作者會穿插介紹它在實際某個微小設備中的應用場景，這種“理論到實踐”的無縫銜接，極大地提高瞭閱讀的興趣和吸收效率。翻開這本書，我感覺自己像是在進行一場精心策劃的學術考察，每翻過一頁，都有新的知識點被係統地梳理和呈現齣來，整體的閱讀體驗非常流暢且愉悅，這對於一本專業技術書籍來說，是難能可貴的品質。