微纳系统技术与应用 姚军,汪为民著 9787030321039 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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姚军，汪为民著 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030321039

商品编码：29691240519

包装：平装

出版时间：2011-08-01

基本信息

书名：微纳系统技术与应用

定价：50.00元

作者：姚军,汪为民著

出版社：科学出版社

出版日期：2011-08-01

ISBN：9787030321039

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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微纳结构由于其尺度原因，经典物理中的某些理论、定律和常规的机械加工技术、光学显微检测手段已不再适用。因此，现代科技有针对性地发展了一套系统有效的研究方法来处理这一问题。姚军等的《微纳系统技术与应用》即以此为基础，阐述了微纳结构与系统的原理、发展与应用。全书共7章，章介绍了微纳系统技术的概念、研究领域、发展现状和前景；第2章阐述了微光学的基本理论和典型器件；第3章介绍了微机电系统的材料、传感器、执行器及几个典型应用；第4章介绍了微机电系统在微光学中的典型应用——微光机电系统；第5章概括了一些常见的微纳系统技术的微细加工技术；第6章介绍了纳机电系统；第7章通过实例对微纳系统技术的整个研发过程进行了分析。

内容提要

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　　本书系统阐述了微纳结构与系统的知识，主要包括微纳系统的基本概念、所用材料、加工方法、在多学科交叉领域的具体应用等。另外，本书还详细探讨了微纳系统领域内一些热点研究方向的*成果，包括MEMS空间光调制器、MEMS开关、光纤传感器、气体传感器等，并按照设计、加工、测试、封装这一完整流程阐述了研发的方法和技巧，通过实例对各个研发环节的实践经验进行了简明介绍，这都有助于读者在实际工作中的参考。
　　本书可供微机械、光学工程、自动控制、先进制造等相关专业的教学、科研和工程技术人员阅读参考，也可作为相应领域高年级本科生和研究生教材。

目录

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作者介绍

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姚军博士，研究员，博士生导师。1992年9月进入四川大学物理系学习，2001年7月获得信息光学专业理学博士学位。2001年9月至2007年5月，先后在英国StrathclydeUniversity、Durham University和University CollegeLondon工作，研究方向分别为MEMS、微光学器件设计及检测和自适应光学。2007年6月入选中国科学院“百人计划”，进入中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室工作，主要研究方向为MEMS和自适应光学。2010年入选四川省首批“百人计划”。近年发表论文60余篇，其中，40余篇被SCI和EI检索，申请发明20余项。汪为民硕士，助理研究员。2006年7月毕业于南开大学物理学院物理学基地班，获理学学士学位，2009年7月毕业于清华大学物理系物理学专业，获理学硕士学位，同年进入中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室工作至今，主要从事MEMS设计与检测方面的研究工作。

文摘

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序言

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微纳技术：开启微观世界的无限可能 导论：尺寸的革命 人类文明的进步，常常伴随着对自然规律的深刻理解和对物质世界的精妙操控。从石器时代的简单工具，到工业革命的机械巨兽，再到信息时代的电子脉冲，每一次技术飞跃都标志着人类对物质尺寸的掌控能力的提升。如今，我们正站在一个前所未有的技术革命的门槛上——微纳技术。它将人类的视野从宏观世界拓展到微观尺度，开启了前所未有的技术创新和应用潜力。 微纳技术，顾名思义，是指在微米（10^-6米）到纳米（10^-9米）尺度上进行测量、操纵、制造和应用的技术。在这个尺度上，物质展现出许多宏观世界中难以想象的奇特性质，例如量子效应、表面效应的显著增强等。这些独特的性质为新材料、新器件、新工艺的开发提供了无限的可能。 一、 微纳技术的核心——制造与操控 微纳技术之所以能够实现对微小世界的精细控制，离不开一系列先进的制造和操控技术。 微纳加工技术： 这是微纳技术的基础。最核心的加工技术之一是光刻技术，它通过使用紫外线或极紫外线将设计好的图形转移到涂覆有光刻胶的基板上，进而通过化学蚀刻或沉积形成微纳结构。随着技术的不断进步，光刻的分辨率不断提高，从最初的微米级别逐渐向纳米级别迈进。 紫外光刻（UV Lithography）：是目前工业界最成熟的微纳加工技术，广泛应用于集成电路制造。 深紫外光刻（DUV Lithography）：使用波长更短的紫外光，可以实现更高的分辨率，制造更精密的器件。 极紫外光刻（EUV Lithography）：使用极紫外光，是当前最先进的光刻技术，能够制造7纳米及以下工艺节点的芯片。 电子束光刻（Electron Beam Lithography, EBL）：利用聚焦的电子束直接在光刻胶上绘制图形，分辨率极高，可以达到纳米甚至亚纳米级别，但速度较慢，常用于研发和掩模版制造。 聚焦离子束（Focused Ion Beam, FIB）：利用聚焦的离子束进行材料的刻蚀、沉积和成像，常用于微纳结构的精确加工、失效分析和原型制作。 纳米压印光刻（Nanoimprint Lithography, NIL）：通过将预先制作好的纳米图案模板压印到聚合物材料上，实现大面积、高分辨率的纳米结构复制，成本相对较低，具有潜力。 微纳操控技术： 在制造出微纳结构后，如何对其进行精确的操纵和组装是另一大挑战。 微机电系统（MEMS）和纳米机电系统（NEMS）：利用微纳加工技术制造集成了机械结构和电子功能的微小器件，能够实现各种运动、传感和驱动功能。MEMS技术已经广泛应用于加速度计、陀螺仪、压力传感器等，而NEMS则在更小的尺度上展现出更高的灵敏度和更低的功耗。 原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）：利用极其尖锐的探针扫描样品表面，可以获得原子级别的三维形貌图像，并且能够实现对单个原子或分子的精确操控，例如“推”动原子、书写纳米文字等。 微流控技术（Microfluidics）：在微通道内对微量流体的流动、混合、分离和反应进行精确控制的技术。它将生物、化学、医学等领域的研究带入了微观世界，实现了高效、低成本的分析和诊断。 分子自组装（Molecular Self-Assembly）：利用分子间的相互作用力，使分子能够自发地排列形成有序的纳米结构，是一种“自下而上”的制备方法，具有高效、低成本、可拓展性强的优点。 二、 微纳技术催生的革命性应用 微纳技术的蓬勃发展，正在深刻地改变着我们生活的方方面面，并在众多领域催生出颠覆性的应用。 信息技术领域： 集成电路（IC）：这是微纳技术最成功的应用领域。芯片上的晶体管尺寸不断缩小，性能不断提升，推动了计算机、智能手机、通信设备等电子产品的飞速发展。摩尔定律的持续有效，很大程度上归功于微纳加工技术的进步。 高密度存储器：利用纳米技术制造更高密度、更快的存储器件，满足日益增长的数据存储需求。 微型传感器：制造体积小、功耗低、灵敏度高的传感器，集成到各种设备中，实现更智能化的监测和控制。 生物医药领域： 微流控芯片（Lab-on-a-Chip）：将实验室的功能集成到微小芯片上，实现快速、低成本的疾病诊断、药物筛选、基因分析等。这有望实现个性化医疗和早期疾病筛查。 纳米药物递送系统：利用纳米载体将药物精确递送到病灶部位，提高药物疗效，减少副作用。纳米粒子还可以用于靶向治疗癌症等疾病。 生物传感器：用于检测生物分子（如DNA、蛋白质、葡萄糖等）的微型传感器，在健康监测、食品安全、环境监测等领域具有重要应用。 组织工程与再生医学：利用微纳支架技术构建模拟人体组织的微环境，促进细胞生长和分化，用于修复受损的组织和器官。 能源领域： 高效太阳能电池：利用纳米材料改善光电转换效率，制造更轻薄、更高效的太阳能电池，推动可再生能源的发展。 微型能源器件：开发微型电池、燃料电池等，为可穿戴设备、植入式医疗器械等提供微型化、长效的能源解决方案。 催化剂：纳米材料因其巨大的比表面积和独特的电子结构，在催化反应中表现出优异的性能，可用于清洁能源生产和污染物转化。 材料科学领域： 新型纳米材料：如碳纳米管、石墨烯、量子点等，它们具有卓越的力学、电学、光学和热学性能，为开发高性能复合材料、电子器件、传感器等提供了可能。 表面工程：通过在材料表面进行微纳结构的构筑，赋予材料特殊的性能，如超疏水、自清洁、抗磨损、抗菌等。 航空航天与国防领域： 微型传感器与执行器：用于监测和控制飞行器状态，提高性能和安全性。 轻质高强复合材料：利用纳米技术提升材料的力学性能，减轻结构重量。 微型侦察与监视设备：体积小巧，隐蔽性强，可用于侦察和情报收集。 三、 面临的挑战与未来展望 尽管微纳技术取得了巨大的成就，但仍面临诸多挑战： 成本与规模化生产： 许多先进的微纳制造技术成本高昂，难以实现大规模、低成本的生产。 集成与互联： 将不同功能的微纳器件有效地集成在一起，并实现相互之间的通信和协作，仍然是一个复杂的问题。 可靠性与稳定性： 微小器件的可靠性、稳定性和长期性能的保证，尤其是在复杂环境下，需要进一步研究。 生物相容性与环境影响： 纳米材料在生物体内的安全性以及其在环境中的降解和潜在影响，需要审慎评估。 设计与模拟： 随着微纳结构的复杂性增加，精确的设计和高效的模拟工具变得尤为重要。 尽管存在挑战，微纳技术的未来无疑是充满希望的。随着基础科学的不断突破和工程技术的持续进步，我们有理由相信，微纳技术将继续在以下几个方向发展： 从MEMS到NEMS的延伸： 更加精细的纳米机械和纳米电子器件将不断涌现，带来更高性能和更多创新应用。 智能化的微纳系统： 集成先进的感知、计算和执行能力，实现更加自主和智能化的微纳系统。 生物与技术的深度融合： 更加深入地探索生命科学，开发更多用于健康、医疗和生物制造的微纳技术。 可持续发展与绿色制造： 发展更环保、更节能的微纳制造工艺，以及利用微纳技术解决环境问题。 跨学科的协同创新： 物理、化学、材料、电子、生物、医学等学科的交叉融合，将是推动微纳技术发展的核心驱动力。 微纳技术是一场关于尺寸的革命，它正在重塑我们的世界，开启人类探索微观奥秘、创造无限可能的新篇章。从精密的电子芯片到救死扶伤的医疗器械，从清洁高效的能源技术到前沿的科学研究，微纳技术的身影无处不在，并将持续引领着下一轮技术革新。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的排版和字体选择，透露出一种老派的工匠精神，与现在市面上许多追求视觉冲击力的技术书籍截然不同。它似乎不太在乎读者的“阅读体验”，而更专注于内容的“知识密度”。我记得我第一次通读完关于精密定位和驱动机制的那一章时，不得不停下来，在草稿纸上画了大量的示意图来辅助理解。作者在描述那些机械结构时，文字的精确性几乎可以让你在脑海中构建出那个纳米级的部件。这种对细节的执着，让人肃然起敬。它不像某些流行读物那样给你一个快速的概览，然后让你在兴奋中迷失方向。这本书要求你慢下来，去品味每一个技术名词背后的物理实质。对我来说，它更像是一部“工具书”与“理论基石”的完美结合体。每当我遇到新的技术难题，我都会习惯性地回到这本书中查找相关的基本原理，很多时候，那些看似陈旧的章节里，反而隐藏着解决当前复杂问题的关键线索。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值体系非常稳定，它构建了一个跨越了时间考验的知识框架。我之所以这么看重它，是因为它没有过多地追逐那些昙花一现的热点技术，而是将笔墨集中在了那些构成微纳系统核心竞争力的基础科学和工程原理上。这种定力，在信息爆炸的今天显得尤为可贵。我曾经尝试阅读一些专注于某一特定应用场景（比如生物传感或MEMS陀螺仪）的专著，但往往读完后，总觉得对整个技术领域的全局观有所欠缺。而这本书，通过对“系统”二字的深刻剖析，强迫你跳出单一器件的局限性，去思考如何将不同尺度的物理过程、不同的材料特性有效地整合在一起。它没有直接给出如何制造出最快芯片的秘诀，但它教会了我一套如何设计一个高效、稳定、可制造的微纳系统的通用思维模型。对于那些志在长期深耕于此领域，渴望成为架构师而非单纯执行者的人来说，这本书提供的是一种内功心法，是能够指导未来几十年技术路线选择的智慧结晶。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当朴实，透着一股严谨的学术气息。光是看到“微纳系统技术与应用”这几个字，我就能想象到作者们在各自的研究领域深耕了多少年。我记得当时买这本书的时候，其实是对微纳技术整体概念的初步探索，希望能建立一个比较宏观的认知框架。这本书没有太多花哨的图表或引人注目的营销辞藻，它更像是一份老派的、值得信赖的教科书，扎扎实实地把基础理论铺陈开来。阅读过程中，我感觉自己像是在攀登一座知识的高峰，每翻过一页，视野就开阔一分。特别是关于材料选择和加工工艺的部分，作者的论述极其细致，从理论推导到实际操作中的难点分析，都处理得非常到位。我尤其欣赏作者在介绍前沿技术时，总能将它们巧妙地嵌入到已有的经典理论体系中，让人明白“新”并非空中楼阁，而是建立在坚实的基础之上的。对于初入这个领域的学生或者希望系统回顾基础的工程师来说，这本书提供了绝佳的路线图，让你知道该往哪个方向深挖，哪些是必须掌握的核心。它不急于让你成为专家，而是先打好地基，保证你未来的每一步都走得稳健有力。

评分☆☆☆☆☆

我是在工作的一个瓶颈期接触到这本书的，当时我们团队正在为一个微流控芯片的设计方案而争执不下，陷入了重复试验的泥潭。当时抱着“死马当活马医”的心态翻阅了这本专著，希望能从中找到一些全新的设计哲学。这本书最让我惊喜的不是它教了我们如何做，而是它提供了一种看待问题的全新视角——“系统集成思维”。作者反复强调，微纳系统不是简单元件的堆砌，而是一个高度耦合的、相互影响的整体。我特别关注了其中关于多物理场耦合效应的讨论，那部分内容简直像一道闪电，瞬间照亮了我们项目组困扰已久的问题。它让我意识到，我们过去只关注了流体动力学，却忽略了热应力和电场对通道壁面形貌的微妙影响。这本书的深度在于它敢于触及学科交叉的前沿地带，并且能够用清晰的语言将复杂的数学模型转化为工程师可以理解和应用的设计约束。它更像是一本高级研修班的讲义，迫使读者必须调动自己已有的知识储备，才能真正跟上作者的思路，是一种高强度的智力对话。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，说实话，对于非专业背景的人来说，可能需要一定的耐心和反复咀嚼。我个人是带着一种“攻坚克难”的心态去对待它的，毕竟涉及“微纳”这种精细到极致的领域，对思维的逻辑性和空间想象能力要求很高。我发现作者在组织章节结构时，遵循了从宏观到微观，再从原理到实现的递进逻辑，这种编排方式极大地帮助了我的理解。例如，在讨论到某个复杂的集成电路设计时，作者并没有直接抛出最终的结构图，而是先用了好几章的篇幅，去详细阐述驱动这个设计的物理限制和化学反应规律。这种循序渐进的叙述方式，虽然拉长了初期的阅读时间，但一旦你理解了背后的物理机制，后续那些复杂的公式和应用场景就变得水到渠成了。我印象特别深刻的是其中关于表面张力和范德华力的应用分析，作者用非常精妙的比喻和实际案例，将这些肉眼不可见的微观作用力描绘得栩栩如生，让我对微观世界的操作原理有了更直观的感受。这本书的价值不在于提供现成的“答案”，而在于教会你如何“提问”和“分析问题”的方法论。