Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям
жүктеу/скачать 12,63 Mb. Pdf көрінісі
|
Nanomateriali i nanotehnologii bak
| 3.14. Наномашины и наноприборы
3.14.1. Микроэлектромеханические системы (МЭМС) Микроэлектромеханические системы (МЭМС) – наиболее интенсивно развивающийся сектор современной электроники, называемый микроэлектромеханика, который занимается созданием устройств для преобразования электрической энергии в механическое движение. Отличие механического поведения машин в макро и наномире: 1.В наномасштабных объектах отношение площади поверхности к объему детали много больше, чем у устройств макромира, и чисто поверхностные эффекты (например, трение) становятся значительными. 2. В микро и наномире на механическое поведение детали можно существенно повлиять, изменив тонкий слой материала на её поверхности. 3.Молекулярные силы притяжения между нанообъектами могут превышать упругие силы отталкивания (возникает прилипание). 4. Электростатическая сила, превышает электромагнитную силу, на микроразмерах и в наноразмерах становится подавляющей. Пример1. МЕМС – датчик, для активации воздушных подушек безопасности в автомобилях. Рис. 3.37. Схема МЭМС-устройства используемого для приведения в действие подушки безопасности в автомобиле при его столкновении с препятствием. [1] На рис.3.37.а изображено исходное состояние устройства, которое состоит из горизонтальной кремниевой балочки, длиной несколько микрон, прикрепленной к двум вертикальным полым стойкам, имеющие гибкие стенки. Когда автомобиль, движущийся слева направо, сталкивается, горизонтальная балочка продолжает двигаться по инерции вправо, что вызывает изменение зазора между пластинами конденсатора (см. рис. 3.37.б). Это меняет электроемкость конденсатора, который инициирует импульс электрического тока через нагревательную спираль, помещенную в капсуле с азидом натрия 3 NaN . Мгновенное нагревание приводит к взрывообразному разложению содержимого капсулы 3 2 2 2 3 NaN Na N . 175 Выделяющийся газ азот надувает подушку безопасности. Пример 2. Чувствительный детектор постоянных магнитных полей содержит кантилевер - закрепленную с одной стороны консольную балочку субмикронных размеров способную колебаться под действием механического, магнитного или теплового возбуждения. Одна из поверхностей балочки покрыта материалом с хорошими магнитострикционными свойствами. При помещении в магнитное поле материал покрытия меняет свои размеры, что приводит к изгибу кантилевера и изменению резонансной частоты его колебаний. См. рис. 3.38. Нанокантилеверы имеют высокие значения добротности Q=10 5 и низкий уровень термомеханических шумов. Мощности в 10 -12 Вт достаточно для работы НЭМС-прибора с низким отношением сигнал/шум. Рис. 3.38. График зависимости резонансной частоты МЭМС-кантилевера от квадрата обратной длины балки. [1] Пример 3 Оптико-механические МЭМС [9] используют поворотные микрозеркала с двумя степенями свободы установленные на торсионных подвесах. Это позволяет управлять микрозеркалами в целях отключения или переадресовки каждого канала в отдельности. Луч света из каждого входного или выходного световолокна через свою фокусирующую оптику нормально падает на свое поворотное микрозеркало. Матрица микрозеркал находится на единой панели панели. Лучи после микрозеркал падают на большое неподвижное зеркало, расположенное сбоку от пучка, которое перераспределяет лучи между световолокнами. Это зеркало, расположенное сбоку от вертикального пучка световолокон, выполняет роль трехмерного маршрутизатора световых потоков для оптоволоконных каналов связи. Микрозеркала как переключатели света позволяют отключать или переадресовывать каждый канал в отдельности. см. рис.3.39-40. 176 Рис.3.39. Оптико-механическое МЭМС с поворотными микрозеркалами в виде трехмерного маршрутизатора световых потоков фирмы Texas Instrument Inc [9] Рис.3.40. Микромеханический подвес микрозеркала (типа качели) для матричного оптико- механического дисплея фирмы Texas Instrument Inc. [9] жүктеу/скачать 12,63 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|