微纳机构抗粘附研究进展.pdf

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1、2010年第29卷第12期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)5微／纳机构抗粘附研究进展岳陆游，何兴春，丁建宁，杨继昌，马皓晨(1．江苏大学机械工程学院，江苏镇江212013；2．常州大学机械与能源工程学院，江苏常州213164)摘要：粘附现象是微／纳机构中特有的现象，在构件材料强度满足要求的条件下，微／纳机构中的粘附和摩擦是造成其失效的主要原因。如何防止或减轻粘附已成为微／纳机电系统(MEMS／NEMS)领域的研究热点。介绍了微／纳机构中的粘附问题，分析了粘附

2、机理和各种粘附接触模型，说明了表面能法和微凸体积分法防粘附设计微／纳机构的原理，最后阐述了释放干燥工艺、减少实际接触面积和降低表面能等各种抗粘附措施。关键词：微／纳机电系统；粘附；模型；设计中图分类号：TH112文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)12--0005-04Developmentofmicro／nano--machineanti——adhesionstudyYUELu—you，HEXing．chun，DINGJian—ning，，YANGJi—chang，MAHao—chen(1．Sc

3、hoolofMechanicalEngineering，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China；2．SchoolofMechanicalandNewEnergyEngineering，ChangzhouUniversity，Changzhou213164，China)Abstract：Adhesionisapeculiarphenomenonofmicro／nano—machine．Whenthestrengthofthecomponent’Smaterialmeetsthe

4、demand．theadhesionandfrictioninthemicro／nano—machinesarethemaincauseoftheirfailure．Toovercomeorreduceadhesionhasbecomethehotspotinthemicro／nano—electromechanicalsystems(MEMS／NEMS)researchfield．Theadhesionissueinthemicro／nano—machinesiSintroduced．Themechanismso

5、fadhesionandvariousadhensivemodelsusedinadhesivecontactareanalyzed．Themicro／nano—machines’designprincipleofanti—adhesionusingsurfaceenergymethodandasperityintegralmethodisillustrated．Variousanti—adhesionmethodssuchasreleasedryprocesses，realcontactareareducing，

6、andsurfaceenergyreducing，arepresented．Keywords：MEMS／NEMS；adhesion；model；design0引言对较简单方便，但材料表面能的影响因素多，故测量误差较微型机械的研究，最初是由美国斯坦福大学于1970年大J；也可首先从微观考虑球形微凸体的粘附接触变形，开始的，2O世纪80年代以后，美国、日本和西欧各国相继再积分后用于实际的工程粗糙表面，该法计算较复杂，但能将此项研究列为重要发展领域J。MEMS通常包括弹簧、更深刻地刻划问题的实质。悬臂梁、薄膜、铰链和齿轮

7、等微／纳型基本单元，在这些典型1．1粘附机理和表面能法防粘附结构设计结构的制造或使用过程中，由于微型机械的表面积与体积国内外已有很多文献对粘附的机理进行研究，表明产之比相对提高，表面效应和尺寸效应增强，相邻构件或构件生粘附的主要原因是表面张力、静电力、范德华力、Casimir与基体问经常发生粘附。粘附已成为造成微机械失效的主力等表面力作用j。应力的大小与微／纳机构的材料、表要原因之一，其控制的好坏直接影响着MEMS的商品化。面状况、所处环境的湿度、温度、相对运动等因素有关。基于粘附控制的重要性，本文重点阐述了近年国

8、内外在粘1．1．1表面张力和毛细力附理论控制研究和抗粘附实验研究所取得的一些成果，并液体表面张力是由于液面及其附近的分子聚合力不平就几种新的粘附控制方法作了简单介绍。衡而产生，其结果是液面趋于收缩，并具有类似于展开的弹1抗粘附设计理论研究进展性膜特性。丁建宁等人研究了表面张力对多晶硅微悬微／纳机构设计时，可从表面能或粘附功分析，该法相臂梁结构稳定性和粘附的影