1、微执行器导论一读书笔记摘要：微执行器可用来产生力和机械运动，是微机电系统中的曳要组成部分.侬据侬威源和执行方式的不同，微执行器主要分为的电执行器、热执行器、压电执行器、毡执行器等四大类，本文从原理、制备及应用实例等方面分别对这几类执行潺进行了具体的介绍,并简洁总结了不同执行器的独特性能和优缺点.1、简介MEMS技术的快速发展带来/传感涔和执行零的革命性变更.传雪零足-种检测装比.能感受到被测玳的信息,并健将感受到的信息.并依据肯定规律将其转换为电信号或其他所需形式的信息输出，以满意信息的传输、处理、存储、显示、记录和限制等要求。执行器可接收限制信息并对受控对象施加限制作用,主要用来产朝气械运动
2、力和扭矩.传感器和执行器统称为换能器，利用换健器可以实现信号和能信的转换.目前受到广泛关注的能晶彼域有电能、机械能、化学能、辎射能、磴能和热能,一个系统的能域可以有个或多个不同的能出域组成,在不同环境下能fit可以在各个他域之间进行转换.由于MEMS的微小化和小尺寸效应，激执行器并非是简洁的传统机械的微型化，其疆动方式与传统机械大有不同，共至会采纳多种执行机制来实现特定功能的微执行器驱动，激执行零作为可动部分,其动作范阚的大小、动作效率的凹凸、动作的牢战性等指标确定了系统的成败，它是微机电系统中最Ift要的环节.在微执行器的设计和选择过程中，有以下几个标准必需考虑；扭矩和力的输出实力；（2）
3、位移范附；（3）动态响应速度和带宽；（4）材料来源及加工的难易程度：（5）功耗的能状的转换效率：（6）骄动偏置函数的线性位移：（7）交叉灵敏度和环境稳定性：（8）芯片占用面积等.这些因素在很大程度上彩项微执行器的性能、生产成本的凹凸以及商业化生产的程度等。因此,时微执行器的探讨是跟机电系统的核心内容.是超精密加工技术发展的关键技术基础。2、执行器工作原理、分类及实例激执行器将能朵由非机械能的形式转化为机械能，对于某种特定的执行器羯动，通常会有多种能Ift转换机制.由于对某一传感器和执行过程来讲,能Ift转换的形式有很多,如静电第动、电磁界动、压电驱动、热敏感欢动、破致伸缩删动等，每种转换途径都
4、会要求不同的敏第材料、加工方法及结构设计等，木文将从这几个方面刻不同驱动形式的微执行器作具体介绍和对比总结.2.1静电型微执行器基本原理电容器可以看成是存储相反电曲的两个导体.当电容器的间距和相对位置因外加激励而变更时，电容值也随之变更，这就是静电敏感的机理.当电压（或电场）脩加于两个导体上时,导体之间就会产生龄电力,称为舲电执行,微型潺件所具得的小质埴和较大比表面枳等性能使科作为表面力的静电力具行很大优势应用于微执行渊驱动源.电容器可以用做产生力或者位移的执行器.电容式执行器利用的主要毡带有相反电荷的两个表面之间产生的静电引力，静电斥力的应用较少，依据电极的几何结构来分，电容器主要有平板电容
5、器和叉指（检状驱动）电容推.下面将对这两种结构的原理、陶川等进行具体介绍.平行板电容微执行等平行板电容器是静电型做执行港的基本结构，狭义上来讲,它是由两个宽度方向相互平行的导体平板构成的.当施加电压时.两平行极板间的静电引力为：cCViFF其中C为电容,V为静电势,d为两极板之IWI的距离,由上式可以看出,在其它条件不变的状况下静电力的大小随着平板间距的减小和静电势的增大而快速增加.静电力是一种短程力，当间隙在几个微米砍级时最为有效，电容式静电执行器的电压上限取决于电介旗的击穿电压。目前应用最多的是垂巴于电极的城性运动和转动，可通过堵大初始间距来产牛.更大的运动葩围,但力的大小却因此受限,故应
6、留意运动范围和可用力的性能折中,目前可通过一种抓爬式执行器设计来拱汨远距璃的面内运动*大多数静电执行器至少包含一个由弹簧支撑的可变形平板，在该类器件的设计中要考虑可变形平板在某一倒置电质下引起的静态位移大小.当施加电压时,两平板之间会产生静电力，静电力使得平板间隙有减小的趋势,从而引起位移和机械I可翅力.平衡状态下两个力等大反向。对于恒定的偏汽电压，机械复原力加着极板位置嫉性变更，与静电引力在多个位移处相交,但只有一个是稳定的，可产生他定位移的偏置电压上限成为吸合电压Vp,当偏置电压接着增大超过Vp两种力的Fx曲线再无交点，即静电力无法平衡机械复原力，静电力接存增大，两平板间距快速减小1至完全
7、接触到一起，该现象称为吸仆，至此由新机械力与静电力重新达到平衡.引起吸合所需的电压与位移对于静电微执行器的设计至现重要，可以通过蟀析模型获得,动态系统的吸合效应对系统的性能有若至关次要的影响，叉指电容微执行器与平行板电容器不同，支指电容器通过电极侧壁产生电容。将两姐电极放置于与衬底平行的平面上，一组电极固定，另一组电极可沿一个或多个轴向自由运动，叉指类似于植干上的齿，故该结构也可被称作瓶状驱动器件。叉指电容器的总电容是邻近虢指构成的电容总和,在设计该类型的执行器时，应充分考虑梳齿厚度以及固定梳齿和可动梳尚之间的距离，厚度越大、两者间距越小电容效应越明显。11前葩于梳状驱动的设计有很妥，附见的有
8、两种类型：横向驱动横指器件和纵向驱动检指器件。两者的区分在于自出梳指的运动方向不同，前者沿垂直于梳指纵轴的方向运动，后拧沿桢指纵轮的方向运动.共向横向和纵向桢状驶动在MEMS中较为流行.但也有很多不同的梳指电容器无置和结构偏高这两种主流.叉指电容微执行器常用来产生面内或窗面位格,在直流电压和准静态但火卜受限的位移幅度可通过谐振羯动和机械面轮结构实现大的转动或线性位移.此类型的执行在光开关中常常被运用.2.1.4总结作为MEMS微执行器的主要胆动方式，峥电飘动型做执行器具有以卜几个特点：U）於电力与尺寸的平方成反例,即附电驱动时微机械尺寸愈小单位体积产生的力愈大。（2）采纲电压驱动限制简洁、易于
9、高速化,而且可以实现低功耗使集成化变如简洁.微小间隙产生的ift电场可使静电驱动力馆加.除此之外,附电微执行器的优点可此纳总结为：（I）结构简洁：原理相对简洁，简洁实现，仅需两个导电表面，无福特地的功能材料.（2）功耗低：依序于电压差而非电流，低频应用时即可有很高的能效。（3）响应快：转换速度由充放电时间常数确定，时于良导体时间常数很小.但与此同时静电被感与执行也存在着不行忽视的跳点.一方面淮电执行须要较高电压,在线性静电执行器中，实现几十跟米的位移就往往须要几百伏的电压，而高压则会带来电路困难和材料兼容性方面的问胞。另一方面与葩缘体机械连接的电极上会积累电荷，而电荷会变更潺件的工作特性.2.
10、 2热敏感微执行翡基本隙理微器件和结构的执行可以通过注入或抽走其中的热队来实现.温度分布的变更通过热膨胀、热收缩或者相变将导致机械位移或着力的输出，微结构通过汲取电租波、欧姆热、热传导和热对流的热St温友可以上升：而通过热传导散热、热对流散热、热辐射散热以及右源热电制冷,微结构的温度可以降低.微尺度下原子的振动证明白温度的存在.当材料中存在温度梯度时就会产生热传递,热情从一点传递到另一点有四种可能的机制：（1）传呼；（2）自然对流：（3）强迫时流：（4）相射.对热传递过程的理解和与驭在热执行器的设计中起着至关重要的基础作用.基于淤膨胀的执行落热膨胀是材料的普遍行为.温度上升后,由半导体金阿、绝
11、缘体材料构成结构的尺寸和体积都会变大.在MEMS领域内，一般有以下三种主要方式的热微执行机构：（I）热双金属片结构、（2）弯曲梁结构、3）热空气结构。对于传序和执行而言,热双金属片效应是很常用的方法。它是把两片热膨胀系数不同的金叔结合成：明治结构,受热时，由于一片件数的热膨张JS大于另一片，双金属片将向热膨胀收小的一方弯曲，这种效应可将微结构的温度变更转变为机械梁的横向位移，热双层片由在纵向上连在一起的两种材料构成,两种材料构成一个机械单元,它们有相同的长度，但热膨胀系数（TEo不同.当温度匀称变更AT时，两层的长度变更不一样.梁向热膨胀系数较小的材料层一书（弯曲.横向的梁弯曲由此产生.很多常
12、用的机电恒温器都运用了这一原理.In温器是一个鳏旋的双层金属城圈。卷丝梁的末端与维电器连接在一起，维电器是含水银的密封玻璃管.当环境温度变更时,线圈的末端M1.斜并触发水侬滴维电零的移动,从而限制加热/冷却电路中的电流.利用此原理制备的执行器种类较多,例如仿照生物纤毛来携带并在平面上横向输送微小物体的人工纤毛执行器等.热双层片执行具有较大的运动范围,且在同等位移下慢盅面枳较小,但其响应速度较慢.同时热双层片的弯曲很简洁产生离面线性位移或角位移-假如分层的热双层片材料堆在乖口.的表面上，就可以产生面内位移，但这种堆炭结构制作比较困成,用弯梁电热执行器可产生面内位格.这是一种基于单一材料的热执行渊
13、弯曲梁结构是用不同尺寸同一种材料组成的双梁结构.在电极上加以适当的电压,冷灯、热转和弯曲段，由于热胃的面积比冷臂小得妥，所以其电阻大，进而发热成比冷臂大得多，因此有较大的热膨胀量，整个结构将向冷曾方向弯曲。停止加热,由于热相散失，梁将回到初始位置。在单一材料材料组成的热执行器中，横向第动热执行落应用广泛，它基于微结构（由同一种导电材料制成的两臂组成）的不对称热膨胀；电流通过时，两行出于横祓面枳或长度不同而具有不同的热功率和热膨胀，从而导致不同的纵向膨胀.热空气结构的基本原理为当电阻发热时,腔内空气温度上升,压力增大,推动原向外膨胀产生位移；当停止加热，腹又回到原来的位置。3. 3压阻传感器压
14、阻效应压阳效应指的是当电阻受到应力和形变时,其阳值会发生变更。该效应于1856年被发觉，为机械能和电能之间供应了一种的洁、干脆的能盘与信号转横机制,目前已广泛应用在MEMS领域的很多传感器中，如压力传感器触觉传感器等.电阻的阻俏由几何尺寸和体电阻率确定，通过施加应变变更阻伯的方法有两种，第一种，电I：H的几何尺寸，包括横截面枳和长度等会的而应力发生变更。其次种，某些材料的电阻电阻率是应变的函数.因而会1.应变的变更而发生变更.电阻率变更引起的电阻阻值的该变Ji1.远大于几何尺寸变更时电阻伤的影响施加在电阻上的应力包含三个葩本田业，一个沿电阻的纵轴，另外两个与纵轴成H角且相互垂出,在纵应力重量卜
15、测得的阳值变更称为纵向压阻相应，同理在旗向应力重址下测得的阻值变更称其为横向乐阻效应.任何一种电阻材料中都存在横向压阻效应和飒向压阻效应，但不同材料中起主导作用的压阻效应有所不同，电阻在应力作用下的限值变更为横向和纵向应力型It作用下电阻变更阻值之和。在传感器中，电阻阻值的变更可通过惠斯侦电桥的电路结构获得.压阻传感器材料应变计指的是花电阻值的变更中起主9作用的是应力导致的电阻尺寸变更的电阳器，多为金M应变计：乐阻器指的是电阻率的者施加应变而变更的电阻,如硅.引起的常用的汽阻传感器材料有以下几种：(1)金属应变计：结构多为金属包层的电料片形式，将其粘附在机械薄膜表面进行应行探讨,应变计的导电通
16、路多为之字形以提高电阻长度和总电阻的大小.就性能而吉，半导体压阻计要优于薄胶金属应变计,但金展在断裂的可承受很大的延Kr1.ft,(2)单晶硅；半仔体压阻计可通过对硅进行选择性掺杂获汨，掺杂单晶硅的压阻系数并特别量,而是受搀杂浓衣、掺杂类型和衬底温度的影响.设计硅压阻时.必需考虑这几个因素的影响.在性能方面，优异的硅半导体压阻器须尽毋满意电阻值可观、压阻系数最大化和温度效应公小化这三个田要他心标准，并在这三者之间折中选取总体最优解.(3)多品硅：相比于单晶硅质阻器,多晶硅压阻器可沉枳在多种材料的衬底上.但其应变系数要小行多.应用于MEMS触域的多晶硅应具书低的应力和良好的保形实力,与应用到电子
17、器件上的多晶硅在微观结构和工艺上上有徜正要区分，压阻传感器目前，压阻敏感效应已广泛应用在很多类型的传感器中.下面介绍一些具彳r代衣性的实例，这些传整器都具力.独特的案件设计、制造工艺以及可达到的性能指标：(I)惯性传骋器：依据牛顿其次定律F=ma可知，当有加速度作用时,质城块受到惯性力与它连接的机械支押元件会发生形变,从而引入应力和形变.通过测St应力的大小就可得到加速度的数俏，应用较多的是掺杂单晶硅压阻加速度计。(2)压力传感落：压力传感器具有高灵尬度和匀称性，因而可广泛应用在商业生产上。典型的表面微加工工之压力传感潺采纳氮化硅作为隔腴,利用多晶硅作为应变传感零.(3)触觉传感器；该传感器用
18、来测状接触力并表征表面轮唬和粗糙度,具有代表性的有多敏塔轴压阻触觉传感器，该传炒器利用的是手尖接触物体时产生的分布应力,做机械加工触觉传尊器有望应用在高密度篥成方面.(4)流出传感器：微结构具有较小的物理尺寸可战小测试时对流状场的影响.因而可应用于流量传厚器，当微结构四周的流体流渤时会产生提升力、拖拽力或动量传递等，这些力会因为微结构形变和应力变更,在微结构上放置压阻.通过测址阻挡就可推断弯曲状况.经典实例包括压阻流里第切应力传感器和金M压阻式流速传感器.2.4压电型微执行压电效应压电效应于1880年被科学家P沁rre等人在自然物质中发觉，包括在机械应力下产生电荷(电荷量:与外力成正比)或电压
19、的正压电效应和电场作用下产朝气板形变或力的逆/反压电效应(也叫电致伸缩效应).1893年Wi1.1.iam通过数学假设和试验论证得出具有正压电效应的材料同时也具有逆压电效应。压电材料包括自然(如石英)和人工合成(如钛酸候和钠钛酸铅等)两大类.利用压电效应制备的传感擀应用包括微麦克风、声波调制解调揖以及用于水下、地下物体观测或声学观测的冷波成像系统方面.到目前为止，压电材料可广泛应用在MEMS传感器和执行器方面.如利用薄腴压电材料的声换能器，用于液体和颗粒的泵与网、加速收计、扬声器和微麦克风.微镜等.压电材料之所以具有压电效应与材料的品格结构亲密相关.压电晶体由很多取向各弁的微晶组成，因而晶体的
20、宏观行为与单个微晶不同，相邻晶明的极化方向相差90度或180哎，整个材料中的晶痪随机分布,因此整体不显现核化或压电效应.要实现晶体题意方向的出电特性，就须要在高温下将晶体置于强电场中，在电场作用下，与电场方向近似平行的晶的增多，而其他取向的晶畴削减，因而在电场方向上材料被拉伸,当电场去除后.晶聪被锁定在近似时准的取向上，造成晶体的残氽板化和永久变形.由机械作用、电作用或热等作用引起退极化会造成晶体局部或整体的压电效应消逝,因而极化处理之后的过程应特别当心.压电元件的性质随时间变更，由于能V自发降低的老化效应，材料可能会发生退化.材料的老化速度可以通过添加夏令材料元素或f加速老化进行限制.压电材
21、料选用合适的材料运用到电路制作和MEMS器件时须要擦合考虑各方面的因素，如材料是否具有压电性、压电系数、材料成本、材料合成的难切程度、退化速度等。卜面介绍一些常用的压电材料.(I)石英；石英是一种白然的压电材料，其谐振频率对温度的依靠性可忽视不计，应用最多的是手表中的振荡器.(2)PZT：PZT材料的结构和特性地制备方法的不同而有所变更.因其具有很高的J卡电耦作系数，PZT体系以多晶(陶遵)结构形式得到了广泛的应用。(3)PVDF;PVDF足-种具有单链的合成含氟魔合物，它具有压电性、热势电性以及铁电性、高化学校定性、机械柔韧性以及生物兼容件等诸多特性.PVDF拉伸膜具行很好的柔恸性，易于制成
22、超声换能器.在制备泄腹时滞留理，加热和拉伸怖可变更压电效应.(4)ZnO:MEMS领域中，通常通过磁控溅射将ZnO沉积到不同材料上，沉枳后的笥膜具有很拓的出脚力,可通过热退火减小预应力.(5)其它材料：除上述介绍的几种常见材料外，还有一些其它的材料具有压电效应.如氨化铝是种常见的薄膜材料,但其压电系数低,没有ZnO应用广泛:钛酸银、锯酸锂等在声学领域而非MEMS额域具有更广泛的运用.压电材料的性质受有限温子迁移率的影响，即在执行涔应用中，压电材料不能供应长期保持的稳定实力，因而在设计静电工作条件的压电执行器时，必需考虑漏电效应。应用压电执行器通过利用逆压电效应在压电材料上加不同的驱动电压以实现
23、驱动的功能.与其它形式的驱动相比，压电执行器具有结构简治、无噪声、限制便利等优点，压电执行器的驱动电压在Kb100V之间，主要问即是存在非线性现象，压电执行器主要有微泵、微网、微弹簧等.其中乐电执行器打典型的应用是乐电微泵:在压电圈费（PZT）材料薄膜上加上驱动电压，利用PZT的逆压电效应产生上下振动，从而实现册动腔内体枳和压力的变更，完成液体的招动.压电执行渊最主要的缺点是位移小、驱动电压大这些性能缺陷可通过双压电原理进行改善，实现大位移驱动，具体操作是通过在疆动结构的弹性层两侧椰贴上压电材料，加上相反电压，实现双压电效应.此外当外加电压频率和悬臂梁固有频率样时，振动阴度地大，其四周气体流淌
24、形成风.这样的小“风扇”可用在半导体器件的冷却奘度上.2. 5微磁执行器基本原理快磁性材料在横场的作用下会发生磁化,微微执行淞利用碳性材料和梭场来产生力、力矩或者激结构的位移，它是通过感体和外部直流感场的相互作用来工作的，磁体可以分为硬磁体和软疏体两大类，硬屐体极化后剩癌大，可用在指南针等设备匕软屈体具有很低的款余碳化，且只有在偏置的外部整场下才能表现出内部的磁化,可用在变出零芯上等.用指南针作例介绍碳执行器的原理：当成性材料的隧化方向与本地磁场级不平行时,指南针受到破力矩作用发生偏转，史至内部法场线与外部磁场线平行.与静电、热、压电执行器相比.磁他执行器可以在数,寇米内产生作用力动作幅度大：
25、它无落引规因而降低了封装和运用的困难程度，同时在自由空间存在相刻较大的磁场不会对人和自然环境造成危宙.偎执行器还可以用无源永屈体（成本低且工作时不消耗能贵）供应足此强的外部破场,可以为微观尺度涔件供应客观的力和扭矩.微磁器件的制备在微零件上沉积钛描材料的方法种类较多，其中最常用的是电镀，电镀槽中放置有相反电极和含有所需梭性材料的离子化学溶液电解液,金M沉积的工作片上需加上相对于对电极的负偏置电压.由于屈力和磁性元件的横裁面有关,一般采纳厚铁磁体来产生大的力和力矩：电镀法可制备出厚度较大的薄膜，其速率由电流密度限制，密度越大电镀星快，在操作中应考虑电流密度过高时的发热问题和表面粗糙何起,对于不导
26、电的储片,须要在其表面涂上金属薄膜层（籽晶层）来实现负的偏徨电压.籽晶层材料通常由铜、铝或金组成.为了增加籽晶层和衬底之间的粘附力，会在两者之间添加钛或珞的金间层。俄性城圈的设计和制造在微执行器的制番中同样起着举足轻重的作用.螺线管的传统加工工艺是在铁破线圈上缠绕导线.但此方法难以用于微型器件,因为微器件的尺寸很小且缺乏自动化工具，目前运用坦普诩且可以制备的电磁体形式使单层、空心的平面践圈，这种线偕由于缺少极芯旦横向分布的金麻线远离线圈中心等特点而不能产生很强的疏通量密度.A1.集成的铁芯以及缠烧的线圈可以实现更有效的电整线圈.依据磁芯方向的不同线圈可以分为硬通址与衬底平行或垂直两大类。多层蚣
27、圈可通过堆充的形式实现，三处战圈可通过激接触式印刷技术,三推祖装技术等方式制;在衬底表面.磁执行器实例探讨微磁执行器可以依据思体的种类及包含的澈结构迸行分类，磴场的来源有四类：永感体、集成的电费戕圈、外部螺找管以及多种粗场混合源。芯片上产生力的微结构有三种，分别是：永久破体、软破体和集成电磁线圈.因而微执行零的有12种的组合可能.下面介绍几种具有代表性的实例：(1) UJ变感阻做马达：由全集成的定子和线圈现成，定子由集成的电极体制成,料子由软磁性材料制成.q达行两组显磁极.一组在定子上，一组在转子上。当激励相位线曲时.就近激励定子电极的转子磁极会吸引到定于磁极。定子的旋转使定子磁极与转手磁极对
28、准.将激励相位线圈的电流关闭，下个相位起先激励使之连续运动,在此设计中全部相位的电极都是依据相反极性成对排列.这使得邻近极板间的路径很短.依据依次漱励一组或更多组排列的定子统圈来产生连续的转子转动.(2)底性梁执行器：可用于空气动力学的世性梁执行潞由刚性折板组成，该刚性折板由在一面且单掂固定的两根恐留梁支撑，每个刚性折板都是由作为支撑结构的多品段和电镀的帙磁材料构成,当外部磁场出现时，铁磁片内部发生磁化-在非匀称破场中,俄片上产生力矩使折板发生移动，(3)双向磁性梁执行器：将永磁体阵列电被在哪总曾梁的末端，以利用磁体阵列的垂F1.各项异性来实现垂出横执行,驱动该执行零的电槌体为商用电感.(4)
29、平板扭转执行器：介绍了两种类型的执行器，一种是利用洛伦兹力的平板扭转执行器：另种是运用片上电博的多轴平板扭翔执行器：前者的UJ动城圈电俄光学扫描镜沿单轴旋转,后者的微憧则可沿两个轴旋转.可产生较强的电破场.(5)混合磁执行器；用于可锁存的、双桧态的电开关。该开关的独特之处在于双向思化可以通过运用其次个机场很快发牛.反转，因而施加小的电流就可以实现力矩和开关位置的转换.2.6不同执行器的总结与比较在设计执行器时，呆先确定的是运用何种收感方式，然后再综合考虑其它问题，包括噪出、具触度、温度率扰以及工艺等.在选择执行着方式时，必需细致考虑该方式或材料满意主要及次要标准的能量，执行器因其敏感源及其实现
30、方式的不同在结构和性能上具有很大的差别以及独特的优缺点，表1对上述介绍的几种执行器进行了比较和总结，在实际商业生产中.可依据实现目的的不同进行选择.表1不同执行21优缺点比较总结执行方式优点缺点静电执行然构简洁、功耗小材料向沾、的反逋度快高工作电压、官折中驱动力和位移、佥双合效应限制然执疔运动范围较大、同等位秒下&X面枳小、他应速度迨中功耗大、温度依It性强压电执行由应速度快、位移量枝大材料制备困难退极化产收彩方压电效应优级条件下性能下降磁执行无需引线、可运用强跋力作为偏五、角0秒较大制造工,田取片上爆线管赳备困难不管实行何种执行方式，微执行器都具有以下几个主要特点：微型化：不但有利于在狭窄空
31、间作业,也降低了微执行器的成本；（2）位移或变形一般都特别小,J提高运动的精度：（3）利用各种功能材料的制动,免去了中间传动机构,削减运动误差和传动噪声：（4）利用结构上上柒成的压电晶体,热电阻和限制元件等，使微结构紧凑效果更稳定率於。除了上述具体介绍的几种具有代表性且应用广泛在MEMS器件中的执行涔之外，其它形式的敬律和执行方式也在不同领域得到了广泛应用,例如（1）形态记忆合金执行器：由于发生为氏体相变和逆马氏体相变所致.形态记忆合金具布力的输也大和形变量大的优点.它们分别是压电材料的十倍左右,但响应速度比较慢而且形变呈阶跃性变更,因此限制了其应用。为了提高晌应速度并符其应用于做执行游上，一
32、方面采纳薄板娃和薄膜状等小体枳材料：另一方面具有优越性能的新型的形态记忆材料已在开发之中：（2）隧道效应敏感：依据就道效应可设计出力传感器、红外传煨器、磁强计、加速度计和压力传感器等功能性器件。它们的灵敏度很高.但却具有困难的加工工名和品费的生产成本.（3）光学敏感执行器：在入射光的作用下材料产生应变,即干脆将光能转变为机械能.一般认为其机制是光电效应和逆压电效应的迭加所致，利用光致伸缩效应可以设计制作新代无畿遥控器件，这种涔件具有无电磁噪声污染的优点.实际应用中要求光致伸缩材料应具掠蚊窝的光电效应和发快的响应速度：（4）生物执行携：（5）气动，水力激励执行器：（6）混合执行战等.随着MEMS
33、执行器在各个领域的应用，执行器的种类将会越来越多，执行器的性能也会得到进步的提升。3MEMS经典实例分析上述介绍的实例大都来自于学术刊物,多同限于试验室中，下面介绍一些羟典的商业实例，这些产品很好地实现了设计、材料、制造和商业化之间的折中，给人们的生活带来了极大的便利.（I）血压传感器：就机枪和就机械和电子中元的困难性来说，血压传感涔是最简洁的传盛涔.但因为医疗产品的特别性，它双婴面临医疗健康机构制定的严格规莅。硅MEHS血压传感器的问世大人削减了医疗成本，使一次性血压传感器成为可能，同时将污染的可能性降到最小，既保障了低医疗风险，也减轻了病人的负担.在血压传感器的设计中，压阻式敏感更具有技术
34、优势，（2）微麦克风：微麦克风是压力传感器的变更形式，但比压力传厚器更困难，它是很多消费类产品(如电脑、手机、助听器等)中的低成本元件,且因其尺寸小和价格低廉等诸多优势已成为YEMS技术和商业化的求要方向.在器件设计中电容式敏感是MEMS默麦克风最常运用的敏感原理，隔膜应力的存在可以通过采纳单品睚作为隔膜材料解决。具有代表性的为KngIeS公司生产的微麦克风.(3)加速僮传感器：加速计是MEMS中的高演产品,可以用来测量镂性加速度、振动、冲击和倾角，它的设计与工艺相当困难，电容式敏将和压阻式敏感在该产品的设计中占优势地位.但前者因其灵敏度高、技术成然等受到更加广泛的应用,在实际应用中,加速度传
35、礴零多和我它传感器结合运用来完成更多的功能，例如能量存储,医疗应急监刈和希密操作等.加速度传心案在工业和人类社会中具有无限潜力。商业化实例：AD公司和MEMSIC公司生产的加速度传将器.(力陀螺：陀摞仪可以用来测盘角速度.在早期的时快,陀螺仪成本高、产址低，只用于高端应用如军小方面，陋着社会的发展，陀螺仪的应用越来越接近生活。陀螭仪的设计可以用到很多敏感测崎原理，包括光学和热学原理，值取常用的是荔于运动物体上产生的Corio1.is力，就技术和设计来讲，陀保仪可能是最困碓的.它须要真空封装，困难的电路以及良好的抗干扰实力.商业生产中，InvenSense公司制备的陀螭仪因体积小、功耗低等优点在
36、市场上占据主导地位。开发适用于工业和消费市场的MEMS产品比制备试验室器件更困难.它必需具有优异的性能、低廉的成本才能取代已经存在的问题,研发MI-MS产品须要考虑以下几个主要因索：(D勒度和性能:(2)可重复性和牢捷性；(3)成本管理：市场、投资和竞争等。4总结由微执行器作为H1.要组成部分的微风电系统在11常生活国民经济和国家平安等领域有着巨大的潜在应用前景,对人类的日常生活及将来发展等方面产生用耍的影响，它们不仅可以降低微机电系统的成本,而且还可以完成很多大尺寸机电系统无法完成的任务.例如在医疗领域通过采纳微愫作潞和遥控微机器人实现自动微创手术和给药，从而削减衲人的苦痛，并且推愈快;包含
37、微撷动器的微系统在汽车航空航天等方面的应用将提高产品的牢独性和运用寿命等,随着新材料新技术和新工名的不断开发,新型的性能优越的微执行器将会源源不断地问世，MEMS技术也会因此得到巨大的提升。参考文献I1.1.Chang1.iU著.黄庆安洋.微机电系统基础M,北京:机械工业出版社,2007|2)宫峰飞.激驱动器的原理与应用|几电子元件与材料.2003,22(6):33-36张嬴微执行器的应用探讨国.电气技术与自动化.2OIO3%2)4S11S3|4陈兵芽,刘莹.胡敏等.微执行的探讨与展望.微纳电子技术.2(X)5.12:561565杨服高建忠,赵玉龙等1.种MEMS热微执行器的设计与制作J微纳电子技术2005(4):175-179
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