微納係統技術與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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姚軍，汪為民著 著

圖書標籤:

• 微納係統
• MEMS
• 微機電係統
• 納米技術
• 傳感器
• 微流控
• 生物醫學工程
• 精密儀器
• 工程應用
• 微製造

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030321039

商品編碼：29692332410

包裝：平裝

齣版時間：2011-08-01

基本信息

書名:微納係統技術與應用

定價：50.00元

售價：34.0元,便宜16.0元,摺扣68

作者:姚軍,汪為民著

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2011-08-01

ISBN：9787030321039

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.341kg

編輯推薦

微納結構由於其尺度原因，經典物理中的某些理論、定律和常規的機械加工技術、光學顯微檢測手段已不再適用。因此，現代科技有針對性地發展瞭一套係統有效的研究方法來處理這一問題。姚軍等的《微納係統技術與應用》即以此為基礎，闡述瞭微納結構與係統的原理、發展與應用。全書共7章，章介紹瞭微納係統技術的概念、研究領域、發展現狀和前景；第2章闡述瞭微光學的基本理論和典型器件；第3章介紹瞭微機電係統的材料、傳感器、執行器及幾個典型應用；第4章介紹瞭微機電係統在微光學中的典型應用——微光機電係統；第5章概括瞭一些常見的微納係統技術的微細加工技術；第6章介紹瞭納機電係統；第7章通過實例對微納係統技術的整個研發過程進行瞭分析。

內容提要

　　本書係統闡述瞭微納結構與係統的知識，主要包括微納係統的基本概念、所用材料、加工方法、在多學科交叉領域的具體應用等。另外，本書還詳細探討瞭微納係統領域內一些熱點研究方嚮的*成果，包括MEMS空間光調製器、MEMS開關、光縴傳感器、氣體傳感器等，並按照設計、加工、測試、封裝這一完整流程闡述瞭研發的方法和技巧，通過實例對各個研發環節的實踐經驗進行瞭簡明介紹，這都有助於讀者在實際工作中的參考。
　　本書可供微機械、光學工程、自動控製、先進製造等相關專業的教學、科研和工程技術人員閱讀參考，也可作為相應領域高年級本科生和研究生教材。

目錄

作者介紹

姚軍博士，研究員，博士生導師。1992年9月進入四川大學物理係學習，2001年7月獲得信息光學專業理學博士學位。2001年9月至2007年5月，先後在英國StrathclydeUniversity、Durham University和University CollegeLondon工作，研究方嚮分彆為MEMS、微光學器件設計及檢測和自適應光學。2007年6月入選中國科學院“百人計劃”，進入中國科學院光電技術研究所微細加工光學技術國傢重點實驗室工作，主要研究方嚮為MEMS和自適應光學。2010年入選四川省首批“百人計劃”。近年發錶論文60餘篇，其中，40餘篇被SCI和EI檢索，申請發明20餘項。汪為民碩士，助理研究員。2006年7月畢業於南開大學物理學院物理學基地班，獲理學學士學位，2009年7月畢業於清華大學物理係物理學專業，獲理學碩士學位，同年進入中國科學院光電技術研究所微細加工光學技術國傢重點實驗室工作至今，主要從事MEMS設計與檢測方麵的研究工作。

文摘

序言

《微納係統技術與應用》圖書簡介 內容概述 《微納係統技術與應用》是一部深入探討微納係統（Micro- and Nano-Electromechanical Systems, MEMS/NEMS）領域核心技術、前沿進展及其廣泛應用的書籍。本書係統性地梳理瞭微納係統的設計、製造、錶徵以及驅動與傳感等關鍵環節，並在此基礎上，詳細介紹瞭微納技術在生物醫學、通信、能源、環境監測、消費電子、航空航天等多個重要領域的創新性應用。本書旨在為相關領域的科研人員、工程師、研究生以及對微納技術感興趣的讀者提供一個全麵、深入的學習和參考平颱。 章節詳情 第一部分：微納係統技術基礎 第一章：微納係統的概念與發展曆程 1.1 微納係統的定義與範疇 詳細闡述微機電係統（MEMS）和納機電係統（NEMS）的基本概念，區分其尺寸、製造工藝和性能特點。 探討微納係統作為集成化、微型化、智能化器件的獨特優勢，例如體積小、功耗低、成本效益高、可批量生産等。 分析微納係統在現代科技發展中的戰略地位，以及其作為“芯片上的實驗室”（Lab-on-a-chip）和“萬物互聯”（Internet of Things, IoT）關鍵支撐技術的作用。 1.2 微納係統的發展簡史與裏程碑 追溯微納係統技術從早期萌芽到蓬勃發展的關鍵曆史階段。 介紹矽微機械加工技術的誕生與演進，如體矽微加工（Bulk Micromachining）和錶麵矽微加工（Surface Micromachining）等。 迴顧MEMS傳感器（如壓力傳感器、加速度計）和執行器（如微閥、微泵）等早期代錶性産品的齣現及其對相關産業的推動作用。 分析納米技術與微納係統的結閤，NEMS的興起及其在更高靈敏度和集成度方麵的潛力。 展望微納係統技術的未來發展趨勢，例如多功能集成、生物兼容性、可穿戴設備、柔性電子等。 第二章：微納係統的設計與建模 2.1 微機械結構的設計原理 深入講解微機械結構的幾何設計、材料選擇及其對性能的影響。 介紹梁、膜、懸臂梁、齒輪、彈簧等基本微結構的設計方法和力學分析。 探討微納係統中材料的特殊性，如矽、聚閤物、金屬、陶瓷等在微納尺度下的力學、電學、熱學特性。 講解錶麵效應、體積效應、量子效應等在微納尺度下對材料性能的影響。 2.2 微納係統的多物理場耦閤建模 闡述微納係統往往涉及多種物理場（力學、電學、熱學、流體、光學、化學等）的相互作用，需要進行多物理場耦閤分析。 介紹有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）在微納係統設計與仿真中的應用，重點講解其在應力、應變、位移、電勢、溫度分布等方麵的計算。 講解靜電驅動、壓電驅動、熱驅動、磁緻伸縮驅動等不同驅動方式的機理及其在模型中的體現。 介紹微納傳感器中應變、電容、壓阻、壓電、熱敏等傳感機製的建模方法。 探討模型簡化技術，以提高仿真效率，如降維模型、等效電路模型等。 第三章：微納係統的製造工藝 3.1 微加工技術 3.1.1 光刻技術：詳細介紹光刻的基本原理、掩模版製作、光刻膠、曝光、顯影等工藝流程，以及其在定義微納結構圖案中的核心作用。 3.1.2 刻蝕技術：區分乾法刻蝕（如反應離子刻蝕 RIE、深矽刻蝕 Bosch 工藝）和濕法刻蝕，深入講解其機理、選擇性、各嚮異性等特性，以及在材料去除中的關鍵作用。 3.1.3 薄膜沉積技術：介紹物理氣相沉積（PVD，如濺射、蒸發）和化學氣相沉積（CVD，如PECVD）等技術，講解薄膜的成膜機理、厚度控製、均勻性以及對器件性能的影響。 3.1.4 錶麵微加工與體矽微加工：詳細對比兩種主要矽微加工方法的工藝流程、適用範圍、優缺點，以及如何通過堆疊工藝製造復雜的三維微結構。 3.2 納米製造技術 3.2.1 電子束光刻（EBL）：介紹EBL的高分辨率特性，用於製造亞微米甚至納米尺度的結構，並討論其在周期性結構製造和圖案轉移中的應用。 3.2.2 聚焦離子束（FIB）：講解FIB的精確定位、材料去除和沉積能力，以及其在納米結構加工、缺陷修復和原位錶徵中的應用。 3.2.3 自組裝技術：探討利用分子間作用力、化學反應或物理現象實現的納米結構的自組織過程，如納米顆粒自組裝、DNA自組裝等。 3.2.4 3D打印（增材製造）技術：介紹微納尺度的3D打印技術，如微立體光刻（Micro-Stereolithography, µSL）、激光誘導前嚮轉移（Laser-Induced Forward Transfer, LIFT）等，以及其在快速原型製作和復雜結構製造中的優勢。 3.3 後處理與集成技術 介紹微納器件製造完成後所需的後處理步驟，如錶麵清洗、鈍化、封裝等。 講解微納係統與宏觀係統的連接技術，如鍵閤技術（鍵閤片鍵閤、晶圓鍵閤）、封裝技術（蓋帽封裝、芯片級封裝）、電氣連接技術等。 探討多芯片集成（Multi-chip integration）和三維集成（3D integration）在提高係統性能和功能方麵的策略。 第四章：微納係統的驅動與傳感 4.1 微納執行器 4.1.1 靜電驅動：詳細解釋靜電力在微機械結構中的應用，如梳狀驅動器、懸掛驅動器等，分析其優點（低功耗、高集成度）和局限性（驅動電壓高、易粘附）。 4.1.2 壓電驅動：介紹壓電效應，講解壓電薄膜（如PZT）在微納執行器中的應用，如壓電驅動微鏡、微泵，分析其響應速度快、驅動力大的特點。 4.1.3 熱驅動：闡述基於熱膨脹效應或熱應力效應的驅動原理，介紹雙金屬片、熱膨脹驅動器等，分析其驅動力大但響應慢的特點。 4.1.4 電磁驅動：講解微型綫圈與磁場的相互作用産生的驅動力，介紹微型揚聲器、微型馬達等。 4.1.5 其他驅動方式：簡要介紹形狀記憶閤金（SMA）驅動、流體動力驅動等。 4.2 微納傳感器 4.2.1 壓阻式傳感器：講解應力或形變引起的電阻變化，介紹矽壓阻效應及其在壓力傳感器、加速度計中的應用。 4.2.2 壓電式傳感器：利用壓電材料在受力時産生電荷的原理，介紹壓電式加速度計、麥剋風、生物傳感器等。 4.2.3 電容式傳感器：分析結構形變引起的電容變化，介紹用於測量位移、壓力、濕度等。 4.2.4 熱敏式傳感器：講解溫度變化對材料電阻或電壓的影響，介紹熱敏電阻、熱電偶等。 4.2.5 光學傳感器：介紹利用微納結構與光相互作用的傳感器，如微型光譜儀、光電探測器。 4.2.6 生物化學傳感器：結閤生物或化學識彆元件，實現對特定物質的檢測，如生物分子傳感器、氣體傳感器。 4.3 信號處理與接口電路 討論微納傳感器輸齣信號的微弱性和噪聲問題，介紹放大電路、濾波電路的設計。 講解模數轉換（ADC）和數模轉換（DAC）在數字信號處理中的作用。 介紹與微納器件集成的ASIC（專用集成電路）的設計考慮。 第二部分：微納係統應用領域 第五章：生物醫學領域的應用 5.1 微流控芯片（Lab-on-a-chip） 詳細闡述微流控技術在實現液體精確控製、混閤、分離、反應等功能方麵的原理。 介紹微流控芯片在基因診斷（PCR）、蛋白質分析、細胞分選、藥物篩選、臨床檢測等方麵的應用。 討論微流控技術與微納傳感器的結閤，構建高通量、低成本的生物分析平颱。 5.2 生物傳感器 介紹基於微納技術的生物傳感器，例如電化學生物傳感器、光學生物傳感器、壓電生物傳感器等。 講解如何將酶、抗體、DNA等生物識彆分子與微納換能器結閤，實現對葡萄糖、病原體、腫瘤標誌物等特定生物分子的靈敏檢測。 5.3 植入式微納器件 介紹微型化、低功耗的植入式醫療設備，如人工耳蝸、起搏器、藥物輸送係統、神經接口等。 探討微納器件在組織工程、細胞培養、體內監測等方麵的潛在應用。 5.4 微針陣列 介紹利用微納加工技術製造的微針陣列，用於無痛給藥、疫苗接種、皮膚穿透性研究等。 討論微針的材料、尺寸、形狀設計以及與藥物載體的結閤。 第六章：通信與信息技術的應用 6.1 光通信領域的微納器件 介紹微光機電係統（MOEMS）在光通信中的應用，如可調諧光濾波器、光開關、光調製器、微鏡陣列（用於光束轉嚮）。 講解MEMS微鏡陣列在可編程光網絡、光縴到戶（FTTH）中的作用。 6.2 無綫通信與射頻（RF）MEMS 介紹RF MEMS開關、電容器、電感器等器件在射頻電路中的應用，如用於提高信號質量、降低功耗、實現頻率可調。 討論RF MEMS在智能手機、無綫通信基站、雷達等領域的應用前景。 6.3 傳感器網絡與IoT 講解微納傳感器作為物聯網（IoT）節點的核心組成部分，如何實現對環境（溫度、濕度、氣體、光照）和物理量的監測。 探討微納傳感器在智能傢居、智慧城市、工業自動化等領域的應用。 第七章：能源與環境領域的應用 7.1 微型能量采集器 介紹利用振動（壓電、壓阻）、光能（光伏）、熱能（溫差電）等環境能量源為微納設備供電的微型能量采集器。 討論其在為無綫傳感器節點、可穿戴設備等提供自給式能源方麵的潛力。 7.2 微型燃料電池 介紹微型燃料電池的結構、工作原理以及在微型電子設備中的供能應用。 探討其在便攜式電子設備、微型機器人等方麵的優勢。 7.3 環境監測傳感器 介紹微納氣體傳感器（如NH3、CO、VOCs）、微納水質傳感器（如pH、重金屬離子）等。 討論其在空氣質量監測、飲用水安全、工業廢氣檢測等領域的應用。 7.4 微型過濾器與分離器 介紹用於過濾空氣、水、生物樣本的微納尺度過濾器。 討論其在空氣淨化、水處理、生物分離等領域的應用。 第八章：其他領域的應用 8.1 消費電子 介紹MEMS加速度計、陀螺儀在智能手機、平闆電腦、遊戲機中的姿態檢測與交互應用。 講解MEMS麥剋風、揚聲器在音頻設備中的應用，以及MEMS觸摸屏。 8.2 汽車電子 介紹MEMS在汽車安全係統（如安全氣囊傳感器、電子穩定控製ESC）、發動機控製、導航係統中的應用。 討論其在提高汽車性能、安全性和燃油經濟性方麵的重要作用。 8.3 航空航天 介紹MEMS在慣性導航係統（INS）、姿態控製、微型傳感器、微型推進器等方麵的應用。 探討其在微型衛星、無人機（UAV）等平颱上的應用潛力。 8.4 工業自動化與機器人 介紹MEMS傳感器在精密測量、過程控製、設備狀態監測中的應用。 討論微納技術在製造微型機器人、執行器方麵的潛力。 8.5 科學儀器 介紹MEMS在掃描探針顯微鏡（SPM）、微型質譜儀、微型光譜儀等精密測量儀器中的應用。 結論與展望 本書最後將總結微納係統技術的發展現狀，分析當前麵臨的技術挑戰（如可靠性、成本、集成度、標準化等），並對微納技術的未來發展方嚮進行展望，例如與人工智能、大數據、新材料的融閤，以及在柔性電子、生物電子、量子信息等新興領域的突破。 《微納係統技術與應用》旨在為讀者提供一個深入、全麵、實用的微納係統知識體係，激發創新思維，推動該領域的科學研究和技術進步。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我一開始是帶著懷疑的心態開始閱讀的，因為市麵上這類介紹性的書籍往往要麼過於淺薄，要麼就是晦澀難懂。然而，這本書成功地找到瞭一個絕佳的平衡點。它的語言風格非常清新，帶著一種探索未知的好奇心，仿佛作者本人就是一個熱情的嚮導，帶著你走過那些精密的“迷宮”。特彆讓我印象深刻的是，書中對一些關鍵製造流程的描述，比如光刻、蝕刻等步驟，竟然能寫齣一種近乎詩意的畫麵感，讓你仿佛能“看”到那些納米級彆的操作正在發生。這種情感化的敘事方式，極大地提升瞭閱讀的趣味性，使得原本枯燥的工藝流程變得引人入勝。它不僅僅是知識的傳遞，更像是一種對精密製造藝術的贊美。對於剛入門的新手來說，這本書提供的信心是無價的，它讓你相信，通過學習和努力，你也能夠理解並駕馭這些“微小世界”的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

如果用一個詞來概括我的閱讀感受，那一定是“啓發性”。這本書的價值遠超其字麵信息本身，它更像是一個思維的催化劑。作者在論述技術原理的同時，不斷地拋齣開放性的問題和對未來可能性的展望，迫使讀者跳齣既有的知識框架進行思考。我個人特彆喜歡其中關於柔性電子和生物醫學交叉應用的部分，那些大膽的設想和嚴謹的邏輯支撐，讓人對接下來的技術發展充滿期待。閱讀過程中，我多次停下來，對著書中的圖錶進行自己的推演和思考，感覺自己的批判性思維得到瞭極大的鍛煉。這本書的排版和圖示設計也值得稱贊，清晰簡潔的示意圖完美地補充瞭文字的不足，使得抽象的概念得以直觀化。對於科研人員和創新驅動的工程師來說，這本書提供的不僅僅是知識，更是一種探索未知的驅動力和方法論。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是打開瞭新世界的大門，我原本對這個領域隻是略有耳聞，覺得高深莫測，但讀完之後纔發現，原來那些看似遙不可及的技術，竟然和我們的日常生活如此緊密相連。作者的敘述方式非常生動，沒有那種讓人望而生畏的術語堆砌，而是用瞭很多形象的比喻和貼近生活的例子，把那些復雜的物理原理和工程實現講得通俗易懂。尤其是關於傳感器和執行器部分的闡述，簡直是匠心獨運，讓我清晰地看到瞭一個微小尺度上的“世界工程”。它不僅僅是理論的堆砌，更像是一本實戰指南，指導讀者如何將這些前沿技術從概念轉化為實際的應用。我特彆喜歡它在案例分析部分的處理，每一個案例都剖析得絲絲入扣，讓我真切地感受到技術進步帶來的巨大潛力。這本書對於任何想跨入這個領域，或者隻是想對現代精密工程有一個全麵認識的人來說，都是一本不可多得的佳作。讀完後，我對未來科技的發展方嚮有瞭更清晰的認知，那種豁然開朗的感覺，實在難以言喻。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期。它並沒有將焦點局限於某一個特定的子領域，而是以一種宏觀的視角，將各個關鍵技術模塊有機地串聯起來，展現齣整個技術體係的協同效應。我尤其欣賞它在“係統集成”方麵的探討，很多傳統書籍往往隻關注單個器件的性能，但這本書著重論述瞭如何將不同的微納單元集成到一個功能完善的係統中去，這纔是實現實際應用的關鍵瓶頸。作者對於係統設計中的權衡取捨、誤差分析以及可靠性保障等方麵進行瞭深入的剖析，這些都是實務操作中至關重要的經驗。讀罷全書，我感覺自己對“係統思維”的培養受益匪淺，不再僅僅關注某一個零件的優劣，而是學會從整體效率和魯棒性角度去評估技術方案的價值。這對於提升項目規劃和解決復雜工程問題的能力，有著立竿見影的幫助。

評分☆☆☆☆☆

這是一部結構嚴謹、邏輯性極強的專業著作，閱讀體驗堪稱教科書級彆的典範。它沒有過多地去渲染那些花哨的應用前景，而是腳踏實地，從基礎的材料科學、微加工工藝講起，層層遞進，構建起一個完整且自洽的技術知識體係。我必須贊揚作者在內容組織上的功力，不同章節之間的銜接極其自然，前一章的知識點是下一章深入探討的基石，這種由淺入深、循序漸進的編排方式，極大地降低瞭理解復雜概念的認知負荷。雖然技術細節非常紮實，但作者巧妙地穿插瞭一些曆史迴顧和關鍵技術突破的背景介紹，使得閱讀過程不至於枯燥。對於有一定基礎的工程技術人員而言，這本書無疑是一本極好的案頭參考書，裏麵的公式推導和實驗數據分析都非常詳盡可靠，可以作為深入研究的重要支撐。我個人認為，它最大的價值在於提供瞭一個係統性的框架，幫助讀者跳齣單一技術的局限，從整體上把握這個交叉學科的脈絡。