微型機械

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　　微型機械是指集微型機構、微型感測器、微型執行器、微型驅動器、信號處理系統、電子控制電路以及介面和通訊器件等於一體的幾何尺寸極小的微型機電一體化產品。它以毫米甚至微米作為度量單位，必須藉助於專用裝置才能觀察其工作狀況。微型機械的含義十分廣泛，在科技界，它們統稱“微機械”或“微型機械”。^[1]

　　微型機械與一般的機械相比，不僅是體積的縮小，而且在力和運動原理方面、材料特性、加工、測量和控捌方面上都將發生很大的變化，具有以下明顯的特點：

　　(1)在微型機械中，所有幾何變形是如此之小(分子級)，以致於結構內應力與應變之間的線性關係(虎克定律)已不存在；

　　(2)一般機械中，摩擦副錶面受較大的壓力，使局部錶面產生塑性變形：在微型機械中，由於運動質量很小，因而產生的壓力也很輕，錶面形變在彈性範圍之內。此時，摩擦錶面的摩擦力主要是由於錶面之間的分子相互作用力而引起的，再不是由於載荷壓力引起的。研究微型機拭中的摩擦，就要研究零、部件錶面原子和分子層的性質，即所謂“微摩擦”研究微摩擦的且的，就是在壓力和質量小的條件下獲得無磨損的條件；

　　(3)在微型機械中，大量地用到各種各樣的薄膜材料。薄膜的厚度一般在幾十納米到幾十微米這些薄膜材料的機械、物理特性與巨集觀尺寸(和幾個毫米或更大相比)相同的材料的特性有著很大的差別，其加工、製作方法也與大塊材料不一樣。比如，硅材料在巨集觀尺寸上給人的感覺是脆性，材料強度很低。但在薄膜狀態，它確具有很高的韌性，並且不像金屬材料那樣會產生疲勞破壞；再如，壓電材料製成薄膜後，其機、電性能都較塊體的壓電材料有明顯的提高。種種跡象表明：當材料絕對尺寸減小到一定程度時，材料的許多性能將產生巨大變化，有些甚至是質的變化。傳統的關於材料的研究的各種理論和方法，已不完全適合於饊材料特性的研究。因此有必要從微型機械應用角度重新認識、發展和完善傳統的材料科學；

　　(4)微型機械的加工方法，不同於傳統的機械加工方法。目前常規的微型機械製作，主要靠硅技術。由於硅結晶方向的限制，這種常規微結構製作僅限於平面型結構。德國卡爾斯魯厄核研究中心微結構研究所發展了一種技術——LIGA(德文Lithographie，Galvanoforming，Abfovmung的縮寫)技術，該技術包括三個工藝過程：深層同步輻射x射線光刻、電鑄和模鑄成型。它可進行三維任意方向幾何形狀微結構的製作，其結構高度達數百微米，最小尺寸為1m，被加工的材料可以是塑料金屬及陶瓷或這些材料的組合。LIGA技術製作微結構較硅技術有一個很大的飛躍，突破了傳統平面工藝，為微型機械的製作提供了新的技術手段；

　　(5)微型機械的發展要求人們能夠實現原子級尺寸微結構的分辨與加工能力，也就是具備納米級的檢測和控制技術。為此，產生了一系列新原理的檢測和控制技術，其中最典型的代表就是8O年代由美國人發明的掃描隧道顯微鏡。這些技術涉及科學領域多種多樣，絕對不是某一專業的人所能全面掌握和瞭解的，但它們的確是微型機械研究的基礎。

　　此外，從使用的角度而講，微型機械還有以下特點口一：由於它以硅材料為主，其機械性能優良，如強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似鋁，熱傳導率接近銅和鎢，地球錶面有28％的石英，幾乎是取之不盡；由於它的尺寸、體積、質量和慣性小，諧振頻率高、響應快、耗能低、性能穩定，有利於大批量生產，降低成本}它的結構可以復舍，可做成微感測器列陣、多徽執行器系統，甚至更複雜的微系統；將微感測器、微執行器、鐓處理器等集成在一塊晶元上構成高可靠性微型機電系統，具有信號處理和控制功能；通過微型化、集成化可以探索新的原理，新功能的元件和系統，將開闢一個新技術領域，形成批量化產業。