《電磁波驅動超材料MEMS微電機關鍵技術研究》是依託華中科技大學，由聶彥擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電磁波驅動超材料MEMS微電機關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：聶彥
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在面向MEMS微電機的運動周期介質微波電磁理論研究基金課題的認識基礎上，本項目進行電磁波驅動的超材料MEMS微電機的套用基礎研究。通過對超材料運動周期波導的基礎研究突破傳統電機功能材料不能高頻工作的技術限制，通過基於微波傳輸線和微波網路的理論模型的分析計算、實驗模型的測試分析，探索並實現MEMS微電機發生橫向諧振而獲得最大電磁力的最佳工作狀態。作為電機學與電磁學交叉領域中的一項基礎研究，研究結果將不僅適用於MEMS中具有新原理、新功能和新結構的連續運動部件的感測器和執行器，而且可能發現新的物理效應並在其它許多相關方面開闢廣泛的研究和套用領域。直接相關的領域還有衛星、宇航、生命科學與工程以及新能源技術中無線能量傳輸後的直接套用和直接（飛輪）存儲等，特別是在涉及RF和微波的系統和套用中會具有獨特的優勢。有關科學問題的解決對電機學、電磁學和材料科學的發展也將起到積極作用。
結題摘要
項目面向MEMS微電機，探索並建立了微波驅動超材料結構的電磁力（矩）計算模型。系統認知了超材料在微波直至太赫茲的寬頻帶範圍內的電磁回響特性及傳輸過程中的幅值、相位以及極化狀態等的調控規律；基於諧振電路理論，研究了超材料結構的諧振頻率對其幾何參數的依賴關係，實現了對其電磁諧振特性與阻抗匹配特性的調控；利用反演法提取等效電磁參數，分析單元結構表面電流和能量分布解釋了電磁回響機理，有效設計超材料介電常數和磁導率並探索單元結構內部機制，突破了傳統功能材料的技術限制；提出了一系列超材料的基本單元結構設計方案，並採用磁控濺射、雷射刻蝕和PCB板等製備工藝加以實現。深入研究了套用於電機的兩種類型超材料結構：針對直線微電機系統的寬邊耦合開口環諧振（BC-SRR）單元結構和針對旋轉微電機系統的共軛十字形單元結構。對於BC-SRR，引入了Maxwell應力張量，計算了結構的電磁力分布；基於結構諧振狀態特殊的電流(電荷)分布與反演算法理論，解釋了單元電磁力的倍增效應；探討了磁(電)諧振模式下結構對應方向電磁力分布差異。研究結果表明：諧振強度決定結構單元電磁力幅值大小，模式決定電磁力方向。對於共軛十字型超材料結構，分析了電諧振模式與雜散模式兩種工作模式下結構對應的電磁力(矩)分布，並對比了各方向上所對應的電(磁)場與電磁力(矩)幅值。研究結果表明：諧振強度決定電磁力矩的大小，模式決定了旋轉方向。採用扭稱實驗原理、3D列印技術搭建測試平台，驗證了電磁力（矩）的存在。實驗結果表明：不同諧振模式下，樣品運動狀態都發生了明顯改變。本項目的研究結果適用於 MEMS中具有新原理、新功能和新結構的連續運動部件的感測器和執行器，而且發現的新物理效應能在其它許多涉及射頻和微波的系統中得以套用。
