基于MEMS工艺的电热致动器研究进展.pdf

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1、第3期纳米科技灾燥造援12晕燥援3圆园15年6月晕葬灶燥泽糟蚤藻灶糟藻驭Nanot藻糟澡灶燥造燥早赠June圆园15基于MEMS工艺的电热致动器研究进展*王振禄，沈雪瑾，陈晓阳（上海大学机械自动化工程系，上海200072）摘要：MEMS工艺的电热致动器具有与集成电路兼容的驱动电压，大的致动位移和致动力，比静电致动器、压电致动器和磁致动器具有更大的优势，是现阶段致动方式的研究热点，其中，高精度、高可靠度、可控和稳定性好的电热致动器是未来研究的新方向。文章基于MEMS微加工工艺制作的固体材料电热致动器，综述了电热致动器在结构形式、典型应用、模型建

2、立以及测试方法的国内外研究现状和成果，对电热致动器的结构设计、建模分析和测试技术方面的关键技术和存在的主要问题进行了分析和展望，以期为MEMS工艺的电热致动器的设计、分析和测试提供借鉴和参考。关键词：微机电系统；电热致动器；结构形式；建模；测量ResearchProgressonElectrothermalActuatorBasedonMEMSProcessWANGZhen-lu，SHENXue-jin，CHENXiao-yang（DepartmentofMechanicalAutomationEngineering,ShanghaiUniv

3、ersity,Shanghai200072，China）Abstract：Electrothermalactuator(ETA)basedonmicroelectromechanicalsystems(MEMS)ispreferredtoothertypesofactuationmechanismsduetosomeadvancessuchaselectrostatic,piezoelectricandmagneticactuation,andbecomesahotpot.Highprecision,highreliability,contr

4、ollableandstableETAisanewdirectionforfutureresearch.BasedonsolidmaterialelectricactuatorfabricatedbyMEMSmicromachining,Researchstatusathomeandabroadincludingthestructuredesign,typicalapplication,theoreticalmodelingandtestmethodofETAaresystematicallysummarized.Theresultsdemo

5、nstratethelimitationsofexistingETAandkeychallengesassociatedwiththeirstructuredesign,modeling,andperformancecharacterizationforETA,providingreferenceforthedesign,analysisandtestofETAbasedonMEMSprocess.Keywords:MEMS;electrothermalactuator;structuredesign;theoreticalmodeling;

6、testmethod中图分类号：TH11文献标识码：A文章编号：1812-1918（2015）03-0077-11收稿日期：2014-09-01*基金项目：国家自然科学基金项目（No.51075249）77第12卷第3期综述灾燥造援12晕燥援3圆园15年6月SummarizationJune圆园150引言动，输出位移从数纳米到数百微米，能实现亚微米精度的推拉、夹持、定位等机械动作。表1所致动器是微机电系统(Microelectromechanical示为几类典型电热致动器的性能比较。systems,MEMS)的动力部件，是将驱动能量转换成机械

7、位移或机械力的换能器，承担能量转化、1.1V形电热致动器运动传递等重要作用。电热致动器利用温度变化产生形变致动，是现阶段MEMS可行的主要致动图1为较为成熟的V形电热致动器。电流通方式。电热致动器与集成电路的工艺和电压兼过致动器时，焦耳热引起的热膨胀将致动器梁的容、输出力大，具有可重复执行、精度高、可靠顶点向外推，产生面内运动，输出位移和力。改性好的特点，比静电致动器、压电致动器和磁致变梁的横截面形状，改善温度分布，能提高输出[1][2]动器有更大的优势，但也存在响应速度慢、能量性能。损耗大等缺点，在微镜、微马达、微夹钳和微传运动方向动等器件

8、中应用广泛。目前，基于MEMS工艺的电热致动器的研究电流方向集中于功能开发和结构设计。虽然在建模分析、电极电极实验验证和测试等方面取得了一定的成果，但大部分电热致动