Micro Mechanical Transducers (Handbook of Sensors and Actuators) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science

作者:Min-hang Bao

出品人:

页数:392

译者:

出版时间:2000-09-01

价格:USD 254.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444505583

丛书系列:

图书标签:

• MEMS
• 传感器
• 微机电系统
• 换能器
• 微机械
• 物理传感器
• 化学传感器
• 生物传感器
• 材料科学
• 工程学

好的，这是一份关于《微机械传感器与执行器手册》（Handbook of Sensors and Actuators）的图书简介，其中不包含《微机械换能器》（Micro Mechanical Transducers）的具体内容，力求详尽且自然流畅。 --- 《微机械传感器与执行器手册》：创新驱动下的多学科前沿指南 前言：微观世界的宏大叙事 在当代工程技术领域，微型化已成为推动技术革新的核心驱动力之一。从医疗诊断到消费电子，从航空航天到工业自动化，对微小尺度上实现高精度传感、高效驱动和智能控制的需求日益迫切。《微机械传感器与执行器手册》正是为回应这一时代需求而编纂的权威性参考资料。本书旨在为研究人员、工程师、设计师以及高年级学生提供一个全面、深入且极具实践指导意义的知识平台，涵盖了微机电系统（MEMS）领域最前沿的技术、材料、设计方法和应用案例。 本书并非仅仅罗列技术清单，而是致力于构建一个从基本原理到复杂系统集成的完整知识体系。我们深刻理解，微系统技术的成功实施，依赖于对材料科学、精密加工、电磁学、流体力学乃至生物工程学的多学科交叉融合。因此，本书的结构设计体现了这一跨学科特性，力求在理论深度与工程实用性之间找到最佳平衡。 第一部分：基础理论与材料科学的基石 微系统技术的实现，首先建立在对微观尺度物理效应的深刻理解之上。本手册的第一部分聚焦于支撑整个领域的理论基础和关键材料体系。 第一章：微纳制造工艺概览 本章首先对微机械制造的主流技术路线进行了系统梳理。重点探讨了经典的硅基半导体加工技术，如湿法和干法刻蚀（包括深反应离子刻蚀，DRIE），以及薄膜沉积技术（如CVD、PVD）在构建复杂三维微结构中的作用。同时，也深入分析了非硅基材料的加工挑战，例如高分子材料（如光刻胶、PDMS）在微流控领域的应用，以及金属和陶瓷材料在需要高强度和耐腐蚀性的执行器中的利用。此外，本章详细阐述了键合技术（如键合、共晶键合）在多层结构集成中的关键作用及其对器件性能的影响机制。 第二章：核心材料的力学与电学特性 微机械器件的性能极限往往受限于所选材料的特性。本章详细考察了结构材料在微尺度下的特殊行为。这包括硅、氮化硅在应力/应变下的尺寸效应，以及高分子材料的粘弹性对长期稳定性的影响。在电学特性方面，重点分析了压电材料（如PZT、AlN）在薄膜状态下的极化和电致伸缩性能，以及磁性材料（如镍、铁合金）在微磁场环境下的磁畴行为。每一部分都辅以必要的本构关系和实验表征方法，为后续的设计优化提供坚实的物理基础。 第三章：微纳尺度下的物理效应分析 本章是理论深度的体现，探讨了在宏观世界中常被忽略，但在微机械系统中占据主导地位的物理效应。这包括表面张力效应、范德华力以及在微小间隙中的静电力对机械结构运动的制约。对于涉及流体的系统，本章深入分析了雷诺数极低情况下的粘性主导流动（Stokes流）以及克努德森数对气体流的影响，这些对于设计微泵、微阀和微流控芯片至关重要。 第二部分：关键传感机制的深度剖析 本书的第二部分聚焦于微型化传感器的设计、建模与优化，涵盖了从光、力、热到化学传感的广泛谱系。 第四章：基于电容和压阻效应的力学传感器 本章详细介绍了如何利用电容变化实现高灵敏度的位移和力测量。内容涵盖了平行板电容器的几何优化、可变间隙和可变重叠面积的设计策略。对于压阻式传感器，本章深入探讨了半导体材料的压阻效应，包括如何通过应变片布局最大化灵敏度，以及如何补偿温度漂移。应用案例集中在加速度计、陀螺仪和压力传感器的结构设计与噪声抑制技术。 第五章：光学与声学微型传感器 光学传感在非接触测量和生物医学领域具有不可替代的地位。本章详细阐述了集成光波导、微镜阵列（如DMDs）在光通信和成像中的应用。在声学方面，重点剖析了声表面波（SAW）器件的机理，及其在温度、湿度和气体组分传感中的高灵敏度优势。讨论了如何将这些光学和声学元件与CMOS工艺兼容集成。 第六章：热学传感与环境监测 本章专注于热电效应、电阻温度检测（RTD）以及热流传感器的设计。详细解释了热量传递在微结构中的局域化，以及如何利用微型加热器和温度敏感元件构建高分辨率的红外辐射传感器。环境传感器的设计侧重于化学传感薄膜的界面效应，如金属氧化物半导体（MOS）和聚合物薄膜在吸附特定分子后引起的电学性能变化。 第三部分：高效能微型执行器的实现 微机械执行器是实现物理世界干预和运动控制的核心部件。本部分侧重于驱动原理、效率优化及复杂运动的实现。 第七章：基于静电力和压电效应的驱动器 静电力驱动器因其结构简单、响应速度快而在微定位领域占据重要地位。本章深入研究了静电梳齿驱动器的耦合分析，包括阻尼效应和陷阱电荷问题。对于压电执行器，重点讨论了逆压电效应驱动下弯曲梁和位移放大机构的设计，并探讨了如何通过材料配比优化以提升其机电耦合系数和工作范围。 第八章：电磁与热驱动器的设计考量 电磁驱动器因其大行程和高输出力矩在扫描设备和微电机中应用广泛。本章详细分析了微型线圈与磁场交互的理论，并讨论了集成永磁体的工艺挑战。热驱动器，尤其是双金属/双材料梁，因其结构坚固和易于驱动的特点，在热激活开关和锁定机构中备受青睐。本章提供了优化热应力分布和减少热漂移的实用设计准则。 第九章：新型驱动机理与自适应控制 本章面向未来研究方向，探讨了新兴的驱动技术，如形状记忆合金（SMA）微驱动器在生物相容性应用中的潜力。此外，本章强调了执行器控制的重要性，介绍了基于反馈的阻尼控制和非线性系统的滑模控制在提高微机械系统鲁棒性和定位精度方面的应用。 第四部分：系统集成与应用前沿 本手册的最后部分将焦点从单个元件转移到系统的集成与实际应用，展现了微机械技术如何解决复杂的工程难题。 第十章：封装、互连与可靠性工程 从器件到系统的跨越，封装是决定最终性能和寿命的关键环节。本章系统阐述了键合封装、焊料互连以及压力和湿度敏感封装的技术细节。重点分析了封装诱导的应力如何影响内部微结构的工作状态，并介绍了可靠性评估方法，如加速寿命测试和失效分析技术，确保微系统的长期可靠运行。 第十一章：微流控与生物集成系统 微流控技术是当前发展最迅速的应用领域之一。本章详细介绍了微泵、微阀的设计原理及控制策略，以及如何利用数字微流控技术进行试剂的点阵操作。在生物集成方面，本章探讨了细胞捕获与分选的微结构设计，以及如何将微传感器与生物分子识别元件（如抗体、酶）进行功能化集成，以实现高灵敏度的生物检测。 第十二章：面向工业与消费电子的集成方案 本章聚焦于当前产业化的成功案例。内容涵盖了微振镜在光束扫描中的应用、微型喷墨打印头的高速驱动技术，以及在惯性导航系统（INS）中如何实现高精度、低功耗的多轴惯性传感器集成。同时，也讨论了如何通过ASIC电路设计实现传感器信号的片上调理和智能化，从而构建完整的“传感器-信号处理”一体化解决方案。 --- 《微机械传感器与执行器手册》以其跨越材料、物理、设计与工程应用的广度与深度，为所有致力于微系统创新的专业人士，提供了一个不可或缺的工具箱和知识宝库。本书不仅记录了当前的技术成就，更指明了未来突破性的研究方向。

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