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

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

何廣平 著

圖書標籤:

• 微機電係統
• MEMS
• 動態特性
• 建模與仿真
• 傳感器
• 執行器
• 控製
• 理論分析
• 應用案例
• 機械工程
• 電子工程

店鋪： 北京愛讀者圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030343161

商品編碼：29729523398

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

---

　　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

---

　　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

---

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

---

文摘

---

序言

---

動態微機電係統——理論與應用：一部深入探索微觀世界運作奧秘與前沿技術的著作 引言 在科學技術日新月異的今天，微觀世界的探索從未停止。曾經隻存在於科幻小說中的微型設備，如今已悄然滲透到我們生活的方方麵麵，從精密儀器到智能手機，再到醫療診斷，微機電係統（MEMS）的身影無處不在。然而，MEMS的真正魅力遠不止於此。當我們深入探究這些微小器件的“動態”行為時，一個充滿活力、瞬息萬變的微觀宇宙便展現在眼前。《動態微機電係統——理論與應用》正是這樣一部力求撥開迷霧，帶領讀者深入理解MEMS動態學原理，並將其轉化為實際應用的書籍。它不僅是對MEMS技術發展曆程的迴顧，更是對未來創新可能性的前瞻性探索。 第一部分：動態微機電係統理論基礎——揭示微觀世界的運動規律 本書的基石在於對動態微機電係統理論的嚴謹闡述。首先，它將帶領讀者迴顧經典力學在微觀尺度下的適用性，特彆是牛頓運動定律、虛功原理以及拉格朗日方程等在描述微小質量、微小位移和微小力的運動時所扮演的角色。不同於宏觀世界的慣性主導，在微觀尺度下，錶麵效應（如錶麵張力、範德華力）和流體粘滯力變得異常顯著，因此，本書將專門闢章節詳細剖析這些非保守力對MEMS動態行為的影響，並介紹相應的數學模型和分析方法。 接下來，本書將聚焦於微機電係統中常用的彈性材料和微結構的力學特性。讀者將學習如何運用有限元分析（FEA）等數值計算方法，模擬微梁、微闆、微懸臂梁等基本單元的振動模態、固有頻率、阻尼特性以及應力分布。對材料疲勞、蠕變以及在動態載荷作用下的失效機理的深入理解，是確保MEMS設備長期穩定運行的關鍵，本書將在這方麵提供詳實的理論支持。 此外，本書還將深入探討微機電係統的能量轉換機理。MEMS設備往往需要將電能、光能、熱能、機械能等相互轉換，以實現傳感、驅動、信息處理等功能。本書將詳細介紹壓電效應、壓阻效應、靜電效應、熱膨脹效應以及磁緻伸縮效應等物理現象，並闡述它們在MEMS設計中的應用。理解能量轉換的效率、損耗以及響應速度，對於優化MEMS器件的性能至關重要。 在理論層麵，本書還會觸及微流控技術中的流體動力學。當流體在微通道中流動時，其行為往往與宏觀尺度下的情況大相徑庭。層流、湍流、錶麵張力驅動的流動以及微通道中的傳熱傳質現象，都將得到細緻的分析。如何精確控製微流體的運動，實現高效混閤、分離和反應，是微流控MEMS的核心挑戰，本書將提供深入的理論指導。 第二部分：動態微機電係統設計與仿真——從概念到實現的橋梁 理論的價值最終體現在實踐之中。本書的第二部分將把抽象的理論轉化為具體的工程實踐，重點在於MEMS的設計流程與仿真技術。讀者將學習一套完整的設計方法論，從功能需求分析、器件原理選擇、結構設計、材料選擇，到性能指標的定義和驗證。 本書將詳細介紹當前主流的MEMS設計工具和仿真軟件，例如COMSOL Multiphysics、ANSYS等，並結閤實際案例，演示如何利用這些工具進行多物理場耦閤仿真。仿真內容將涵蓋結構的力學行為、電磁場分布、流體流動特性、熱力學過程以及它們之間的相互作用。通過仿真，設計者可以預測器件的性能，優化結構參數，評估潛在的設計缺陷，從而大大縮短研發周期，降低製造成本。 特彆值得一提的是，本書將強調在動態MEMS設計中，對非綫性效應的考慮。許多MEMS器件在工作時會錶現齣顯著的非綫性，例如大位移引起的幾何非綫性，強電場或磁場引起的材料非綫性，以及流體邊界層效應等。忽視這些非綫性因素可能導緻仿真結果與實際性能齣現嚴重偏差。因此，本書將提供係統的方法來識彆、建模和處理這些非綫性問題，確保設計的魯棒性。 此外，本書還將探討MEMS製造工藝對動態性能的影響。不同的製造技術，如光刻、蝕刻、薄膜沉積、鍵閤等，都會在MEMS器件的錶麵形貌、精度和材料特性上留下痕跡，進而影響其動態性能。本書將分析常見的MEMS製造工藝及其優缺點，以及如何根據器件的動態性能要求選擇閤適的製造工藝。 第三部分：動態微機電係統應用——賦能未來科技的無限可能 理論的嚴謹與設計的精巧，最終服務於廣泛的應用。本書的第三部分將聚焦於動態微機電係統在各個領域的前沿應用，展示MEMS技術如何為現代科技的發展注入新的活力。 在消費電子領域，本書將探討MEMS在智能手機、可穿戴設備中的應用，如高精度加速度計、陀螺儀、麥剋風、生物傳感器等。這些微型器件的動態響應速度和精度直接影響著設備的交互體驗和功能實現，例如，用於遊戲控製的運動傳感器，用於健康監測的心率傳感器，以及用於語音輸入的微型麥剋風。 在汽車工業，MEMS的應用已深入到安全、性能和舒適性等各個方麵。本書將介紹應用於汽車安全氣囊的壓力傳感器、用於發動機控製的溫度和壓力傳感器、用於導航和姿態控製的慣性測量單元（IMU）等。這些器件的快速、準確的動態響應是保障行車安全的關鍵。 在醫療健康領域，MEMS技術正以前所未有的方式改變著診斷、治療和監護。本書將詳細介紹用於疾病早期診斷的微型生物傳感器，用於藥物遞送的微泵和微閥，用於微創手術的微型機器人，以及用於生理信號監測的植入式微型傳感器。例如，用於血糖監測的連續血糖傳感器，以及用於心血管疾病診斷的微型導管。 在工業自動化與航空航天領域，MEMS的高可靠性、小型化和低功耗特性使其成為理想的選擇。本書將探討應用於精密製造的微型執行器、用於環境監測的微型氣體傳感器、用於姿態控製和導航的慣性傳感器，以及用於結構健康監測的微型應力傳感器。 本書還將深入探討MEMS在新能源、通信、科學研究等新興領域的應用。例如，在太陽能電池中的微型光學元件，在光通信係統中的微型光開關，以及在基礎科學研究中的微型實驗平颱。 結論 《動態微機電係統——理論與應用》不僅僅是一本技術手冊，更是一扇通往微觀世界神奇之門的鑰匙。它旨在為工程師、研究人員、學生以及任何對微觀技術充滿好奇的讀者，提供一套係統、全麵、深入的知識體係。通過對理論的精闢解讀，對設計的嚴謹指導，以及對應用的廣泛描繪，本書將激勵讀者深入探索MEMS技術的無限可能，並將其轉化為推動社會進步的強大動力。本書將幫助您理解那些看不見卻至關重要的微小力量，是如何塑造著我們觸手可及的未來。

評分☆☆☆☆☆

這本書的寫作風格是極其內斂且富有節奏感的，它不像某些暢銷書那樣試圖用誇張的語言來渲染技術的前沿性，而是用一種近乎冷靜的、如同精密儀器測量般精確的筆觸來構建知識體係。我個人特彆欣賞它在處理數學推導時的那種剋製——該詳細展開的地方毫不含糊，保證瞭推導的嚴密性；但對於那些讀者普遍熟悉的背景知識，又能做到恰到好處的概括，避免瞭不必要的冗餘，極大地提高瞭閱讀效率。在一些關鍵性的概念闡述上，作者往往會用一種對比性的敘述方式，先指齣傳統方法的局限性，再引入新的理論模型來解決這些問題，這種“問題導嚮”的敘事策略，使得學習過程充滿瞭發現和豁然開朗的體驗。對於我這種對理論深度有要求的讀者來說，這種教科書式的嚴謹度，確保瞭每一次閱讀都能有所收獲，而不是走馬觀花地瀏覽概念。

評分☆☆☆☆☆

我注意到這本書在對“係統集成”這個核心概念的處理上，展現齣瞭超越一般學科劃分的宏大視野。很多相關書籍要麼隻關注器件的物理實現，要麼隻關注上層的控製算法，很少能將兩者有機地、深入地結閤起來。而這部作品的獨特之處在於，它清晰地闡述瞭微機電係統從納米尺度上的本構關係，如何層層纍積、傳遞影響，最終決定宏觀係統層麵的性能和穩定性。書中對於“跨尺度建模”和“多物理場耦閤”的論述，尤為精彩，它不僅僅是羅列瞭不同的物理場方程，而是深入探討瞭在微觀尺度下，諸如錶麵效應、量子效應與傳統連續介質力學之間的銜接點。這種係統性的視角，對於培養未來能夠設計齣復雜、高可靠性微係統的工程師來說，是至關重要的，它提供瞭一個將分散的知識點整閤為一個有機整體的思維框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的配圖質量和數量，絕對是業內頂尖水準。我發現很多復雜的三維結構和場分布，如果僅僅依靠文字描述，即便理論再紮實，讀者也難免在腦海中産生模糊的印象。然而，這本書中的每一張圖錶，無論是有限元分析的結果可視化，還是實驗裝置的示意圖，都製作得極為清晰、信息密度高，並且圖注標注得非常到位。特彆是那些關於諧振器模式和阻尼機製的動畫（在某些電子版中可見）或者剖麵圖，簡直是教科書級彆的範例。這些精良的視覺輔助材料，極大地降低瞭理解那些抽象物理現象的門檻。我甚至發現，有些我以前花瞭大量時間試圖在腦中構建的復雜運動軌跡，通過書中一張精心繪製的示意圖，瞬間就變得清晰明瞭，這無疑是提升學習效率的捷徑，也體現瞭編撰者對讀者學習體驗的深切關懷。

評分☆☆☆☆☆

這部鴻篇巨製，厚實得像是能直接當鎮紙用，裝幀設計走的是那種低調的學術風，封麵上的那幾個技術名詞組閤在一起，立刻就能讓人感受到一種嚴謹和深邃。我一開始翻開這本書，就被它的目錄吸引住瞭，裏麵的章節劃分簡直像是一張精密的手術圖譜，從基礎的物理原理剖析到復雜的器件設計與集成，再到實際係統層麵的控製策略，層層遞進，邏輯清晰得讓人幾乎找不到可以吐槽的空隙。特彆是關於那些納米尺度的結構動力學部分，作者似乎是下瞭死功夫去梳理那些極其微觀層麵的摩擦、阻尼和熱效應，用數學語言描述得既精確又富有洞察力，完全不像有些教科書那樣堆砌公式，而是真正地在引導讀者去理解“為什麼”會産生這樣的行為。讀完前幾章，我就感覺自己的知識體係裏那些原本鬆散的節點，一下子被一種強大的理論框架強行連接起來瞭，這對於任何想在微係統領域深耕的人來說，都是一種無價的指引，它提供的不是現成的答案，而是思考問題的全新維度和工具箱。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我抱著一種“姑且一試”的心態開始閱讀這本專業的著作，畢竟市麵上關於這個領域的書籍汗牛充棟，真正能讓人耳目一新的不多。但這本書的“應用”部分，徹底顛覆瞭我的預期。它沒有停留在純理論的象牙塔裏，而是非常務實地探討瞭如何將那些復雜的、在紙麵上看起來美輪美奐的模型，轉化為能實際工作的微型設備。書中對幾種典型的執行器和傳感器的工作機製進行瞭非常詳盡的案例分析，比如基於壓電效應的微泵、用於生物醫學成像的微鏡陣列等等。特彆值得稱贊的是，作者在討論這些應用時，並沒有迴避實際工程中常見的“妥協”與“優化”，他們坦誠地分析瞭材料限製、加工誤差以及環境因素對最終性能的製約，並且提供瞭相應的工程解決方案和設計流程。這種直麵現實的坦率，讓這本書的實用價值遠超一般的理論教材，它更像是一位經驗豐富的前輩，在手把手地教你如何把理論的藍圖變成可觸摸的産品原型。