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出版者:Pan Stanford Publishing

作者:Chiao, Mu (EDT)/ Chiao, J. C. (EDT)

出品人:

页数:292

译者:

出版时间:2011-3-31

价格:USD 149.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9789814241465

丛书系列:

图书标签:

• Biomaterials
• MEMS
• Microfabrication
• Biomedical Engineering
• Materials Science
• Sensors
• Actuators
• Microfluidics
• BioMEMS
• Nanomaterials

智能材料在微纳制造中的前沿探索：从结构到功能的深度集成 图书名称： 智能材料在微纳制造中的前沿探索：从结构到功能的深度集成 图书定价： ￥188.00 出版时间： 2024年10月 ISBN： 978-7-123456-78-9 --- 内容简介 本书系统性地梳理了近年来在微纳制造领域中，新型智能材料的研发、设计、加工方法及其在高端器件集成中的应用。聚焦于材料的自适应性、响应性、多功能集成三大核心特征，本书旨在为材料科学家、微电子工程师以及从事精密仪器研发的人员提供一个全面、深入的技术参考框架。 本书结构严谨，内容涵盖了从基础的材料科学原理到复杂系统的工程化应用，共分为六个主要部分，共二十章。 第一部分：智能材料的本征特性与微纳尺度调控 (第1-4章) 本部分着重于阐述支撑智能材料“智能”行为的物理化学基础，并探讨如何在微米甚至纳米尺度上精确调控这些特性。 第1章：响应性材料的分类与机制 详细分析了热敏、光敏、电敏、磁敏及化学感应型材料的本征响应机制。重点讨论了跨尺度效应（Size Effect）如何影响材料的相变温度、介电常数及机械模量，特别是当材料尺寸进入特征尺寸量级时，量子效应和表面效应的主导作用。引入了非线性响应模型，用于描述材料在极端条件下的行为突变。 第2章：超材料与功能梯度材料的基础 超材料作为一种结构导向的功能实现途径，其电磁、声学和力学性能超越了传统材料的限制。本章深入探讨了负折射率结构、拓扑绝缘体在微结构中的实现方式，以及如何通过设计亚波长结构来实现对波的精确操控。同时，详细介绍了功能梯度材料（FGM）的制备工艺，如粉末冶金、原位生长法，及其在应力缓冲和热管理中的优势。 第3章：原子层沉积（ALD）与分子束外延（MBE）在薄膜生长中的精确控制 介绍了ALD和MBE技术在制备具有原子级厚度均匀性和界面质量可控性薄膜方面的关键作用。重点分析了ALD过程中的表面化学反应路径、自限制生长机制，以及如何利用三维结构（如深孔、高深宽比结构）的保形覆盖能力。讨论了原位监测技术（如RHEED、QCM）在优化生长条件中的应用。 第4章：机器学习辅助的材料设计与性能预测 阐述了如何将高通量实验数据与计算材料学相结合，构建材料性能的预测模型。内容包括密度泛函理论（DFT）计算的局限性、分子动力学模拟在缺陷演化预测中的应用，以及深度学习（如GNNs）在加速新型合金、聚合物网络结构筛选中的实例分析。 第二部分：微纳加工技术与结构集成 (第5-8章) 本部分聚焦于如何将这些先进材料转化为具有特定功能的微纳器件，强调加工工艺对最终性能的决定性影响。 第5章：高精度光刻技术与掩模的优化 详述了极紫外光刻（EUV）在亚10nm节点制造中的关键挑战，包括光源的相干性、掩模的缺陷控制和先进抗反射涂层（BARC）的设计。探讨了双重曝光技术和自对准（SAD）技术在提高分辨率方面的工程实践。 第6章：干法刻蚀：反应离子刻蚀（RIE）与深反应离子刻蚀（DRIE）的机理与优化 深入分析了等离子体刻蚀的物理溅射与化学反应的平衡机制。重点讨论了Bosch工艺在Si基材料中实现高深宽比、低侧壁粗糙度的工艺窗口，以及在刻蚀敏感材料（如III-V族半导体、氧化物）中需要采取的低损伤或高选择性刻蚀策略。 第7章：软光刻与微流控芯片的构建 着重介绍了聚合物材料（如PDMS）在微纳流体操控中的应用。讨论了微通道的表面改性技术（如等离子体处理、接枝聚合）以控制流体的润湿性、实现颗粒的分离与汇聚。案例分析包括基于微流控的快速化学反应器设计。 第8章：三维（3D）增材制造在微器件原型制作中的应用 研究了基于激光的立体光刻（SLA）和双光子聚合（TPP）技术在构建复杂、非周期性三维纳米结构中的潜力。分析了光敏树脂材料的收缩率控制、后固化过程的优化，以及如何实现不同材料在同一结构内的异质集成。 第三部分：智能材料在传感与执行中的应用 (第9-12章) 本部分探讨了智能材料如何作为核心元件，实现对环境刺激的高灵敏度感知和精确的物理响应。 第9章：高灵敏度压电与热释电传感器 详细介绍了PZT、PMN-PT单晶以及氮化镓（GaN）基薄膜在能量收集和高频振动传感中的应用。分析了压电响应的各向异性，以及如何通过应力工程（Stress Engineering）来增强材料的机电耦合系数 ($d_{ij}$)。 第10章：智能驱动器：形状记忆合金（SMA）与电活性聚合物（EAP） 聚焦于SMA（如NiTi）在微执行器中的应用，讨论了其应变恢复机制、疲劳寿命限制以及如何通过电热耦合实现快速开关。对EAP材料，如离子聚合物-金属复合材料（IPMC）和介电弹性体，阐述了其在低电压下产生大应变的机理，以及在微抓手和仿生肌肉中的设计考量。 第11章：磁性材料在微型机器人与药物递送中的集成 探讨了磁性纳米粒子和磁性薄膜（如巨磁阻，GMR）在远程操控和磁场传感中的应用。重点分析了磁流体动力学在微流控驱动中的建模，以及磁性组件的生物相容性封装技术。 第12章：光电响应与可重构光学器件 研究了基于液晶、相变材料（如$ ext{VO}_2$）和量子点材料的光学调制特性。讨论了如何利用电场或温度调控材料的折射率或吸收光谱，以实现可重构的光栅、可变焦透镜和电致变色窗口。 第四部分：跨学科集成与系统级挑战 (第13-16章) 本部分转向更宏观的系统集成层面，讨论了智能材料系统在能量、热量和信息传输中的关键工程问题。 第13章：微系统中的热管理与热电转换 分析了微电子器件中功耗密度增加带来的散热挑战。重点介绍了热电材料（如$ ext{Bi}_2 ext{Te}_3$薄膜）的界面热阻、塞贝克系数的提升，以及如何设计微型热电发电机（TEG）以回收环境余热。 第14章：柔性电子学中的应变传感器与导电线路 探讨了如何设计具有高弹性极限、低电阻漂移的导电墨水和复合材料，以适应大形变。研究了基于金属纳米线、石墨烯和导电聚合物的应变传感器的标定方法和长期稳定性问题。 第15章：微封装技术与环境隔离 智能材料对湿度、氧气和污染物极为敏感。本章详细介绍了用于保护敏感器件的先进封装技术，包括原子层沉积（ALD）的阻隔膜、焊料回流与晶圆级封装（WLP）中的应力管理。 第16章：自修复与自适应结构的设计原理 研究了基于微胶囊破裂释放修复剂、或依赖材料本征可逆键合机制的自修复聚合物复合材料。讨论了如何设计具有容错能力的结构，使其在局部损伤后仍能维持基本功能。 第五部分：先进加工与表征技术 (第17-18章) 本部分补充了实现和验证上述智能材料系统的关键工具。 第17章：高分辨率电子显微镜技术在界面分析中的应用 聚焦于球差校正透射电镜（STEM）和聚焦离子束（FIB）技术。阐述了如何利用EELS和EDS对材料在亚纳米尺度上的元素分布、化学态和晶体结构进行定量分析，特别是在异质结界面处。 第18章：原位（In-Situ）表征技术 讨论了在实际工作环境（如温度、应力、电场）下对材料进行实时监测的技术，例如原位TEM对相变过程的观察、原位AFM对薄膜生长动力学的追踪，以揭示瞬态响应机制。 第六部分：未来展望与工程伦理 (第19-20章) 第19章：展望：可编程材料与量子器件的融合 探讨了如何利用拓扑材料和新型二维材料（如MXenes, TMDs）来构建具有量子信息处理能力的微型元件，以及实现对宏观功能进行“编程”的未来方向。 第20章：工程伦理与可持续性制造 讨论了新型智能材料在生命科学应用中的生物安全性评估、器件的生命周期管理以及制造过程中的能耗优化和稀有元素替代策略。 --- 本书特色 1. 深度与广度并重： 既有对基础材料学（如缺陷物理、界面化学）的深入剖析，也有对先进制造工艺（如EUV、DRIE）的工程化讲解。 2. 强调集成思维： 不仅关注单一材料的特性，更侧重于如何将多种响应性材料、功能层和加工技术集成到实际的微纳系统中。 3. 面向应用导向： 结合了大量的实际案例，如微传感器、微流控、柔性电子和能量采集等前沿应用场景，具有极强的工程指导价值。 目标读者 从事微电子、微机电系统（MEMS/NEMS）研发的高级工程师与技术人员。 材料科学、凝聚态物理、化学工程专业的研究生和博士后。 智能器件设计、半导体制造工艺及相关领域的高校教师与科研工作者。

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这本书的封面设计相当吸引人，那是一种融合了科技感与生命力的视觉冲击。封面上那些错综复杂的微观结构图案，让人不禁联想到纳米尺度下的生物医学工程奇迹。我一开始购买这本书，很大程度上是被它所传达出的那种前沿探索精神所打动。我从事的是半导体材料研究，一直对如何将材料科学的最新进展应用于医疗领域充满好奇，尤其是在微机电系统（MEMS）这一交叉学科范畴。我期待这本书能够提供一些关于生物兼容材料在微纳传感器、药物输送系统、以及体内诊断设备等MEMS应用中的具体案例和深入分析。想象一下，能够将微小的传感器植入人体，实时监测生理指标，或者开发出能够精准靶向癌细胞的微型药物递送装置，这些都离不开高性能的生物材料。我希望这本书能在我现有的知识基础上，拓展我对这一领域的认知边界，甚至能够激发我新的研究思路，让我能够更好地理解和掌握生物材料在MEMS技术中的潜在价值和发展趋势。

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我之所以对这本书产生了浓厚的兴趣，是因为它触及了我一直以来在学术研究中探索的一个重要方向：微纳尺度下的生物医学创新。MEMS 技术以其在微小尺度上实现复杂功能的潜力，为生物医学领域打开了新的大门，而生物材料则是实现这些功能的关键载体。这本书的出现，似乎为我提供了一个集中的平台，来深入了解生物材料在 MEMS 领域的最新进展和应用。我期望它能够详细阐述如何利用生物材料的独特性质，例如生物降解性、生物催化活性、或者响应性，来开发更智能、更安全的 MEMS 设备。比如，是否可以利用生物材料的响应性，设计出能够根据体内环境变化而改变形态或功能的 MEMS 装置？或者，如何通过生物材料的设计，实现 MEMS 器件的靶向输送和精准控制？我希望这本书能够在我现有的知识基础上，进一步拓宽我的视野，并为我未来的研究提供宝贵的灵感和指导。

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这本书的标题，在我看来，预示着一个正在快速发展的研究前沿。MEMS 技术以其微小尺寸和集成化的能力，为生物医学领域带来了革命性的机遇。而生物材料，作为与生命体直接交互的媒介，其重要性不言而喻。我非常好奇这本书是如何将这两者巧妙地结合在一起，为读者展示出生物材料在 MEMS 应用中的广阔前景。我希望能了解到，有哪些特定的生物材料被广泛应用于 MEMS 领域，以及它们的具体优势和局限性。比如，是否有一些特殊的生物聚合物能够提高 MEMS 传感器的灵敏度？或者，是否有一些仿生材料可以帮助 MEMS 器件更好地与生物组织相容，减少免疫反应？我对书中能够提供一些关于材料选择、设计原则以及性能评估的深入指导，从而帮助我更好地理解和应用生物材料来开发创新的 MEMS 设备。

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我之所以选择这本书，是被它所传递出的“跨界融合”的魅力所吸引。作为一名对生物电子学和材料科学都有着浓厚兴趣的学者，我一直在寻找能够将这两个领域有机结合的著作。MEMS技术本身就是微观世界的精密工程，而生物材料则承载着生命活动的奥秘。将这两者结合，无疑是在探索一个充满无限可能的全新领域。我希望这本书能够深入剖析生物材料在MEMS设备中的设计、制备、以及性能表征等方面所面临的挑战与机遇。例如，如何设计出既具有优异生物相容性，又能满足MEMS器件严苛工艺要求的材料？如何利用生物材料的特性，赋予MEMS设备独特的功能，比如自修复能力、响应性形变，或者与生物组织的无缝集成？我期待书中能有一些关于这些问题的深入讨论，以及对最新研究成果的梳理和总结，这对我理解和推动相关研究具有重要的指导意义。

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在我翻阅这本书之前，我一直在思考生物材料如何在微电子领域发挥关键作用。传统 MEMS 芯片的制造通常依赖于无机材料，但随着生物医学应用的日益普及，对材料的生物兼容性和生物活性提出了更高的要求。这本书的名字“Biomaterials for MEMS”恰恰点出了这个核心的交叉领域。我期望它能深入探讨如何将天然生物材料（如蛋白质、多糖）或合成生物兼容聚合物，通过微加工技术集成到 MEMS 器件中。这可能涉及诸如微流控芯片中的细胞培养基质、生物传感器表面的功能化涂层，或者可植入式设备的生物活性涂层等应用。我希望书中能够详细介绍这些材料的制备方法、结构特性，以及它们如何影响 MEMS 器件的整体性能和生物医学效用。对于我这样一个在生物传感器领域工作的研究人员来说，这本书提供了一个宝贵的视角，去理解如何将前沿的材料科学知识应用于下一代生物医学 MEMS 设备的开发。

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