M-EMS全稱Micro Electromechanical System，微機電系統。是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內部結構一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智慧型系統。主要由感測器、動作器(執行器)和微能源三大部分組成。
基本介紹
- 中文名：M-EMS
- 外文名：Micro Electromechanical System
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 釋義：微機電系統
簡介,研究內容,發展歷史,系統特點,發展目標,
簡介
M-EMS全稱Micro Electromechanical System，微機電系統。是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內部結構一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智慧型系統。主要由感測器、動作器(執行器)和微能源三大部分組成。微機電系統涉及物理學、半導體、光學、電子工程、化學、材料工程、機械工程、醫學、信息工程及生物工程等多種學科和工程技術，為智慧型系統、消費電子、可穿戴設備、智慧型家居、系統生物技術的合成生物學與微流控技術等領域開拓了廣闊的用途。
M-EMS是一個獨立的智慧型系統，可大批量生產，其系統尺寸在幾毫米乃至更小，其內部結構一般在微米甚至納米量級。例如，常見的M-EMS產品尺寸一般都在3mm×3mm×1.5mm，甚至更小。微機電系統在國民經濟和軍事系統方面將有著廣泛的套用前景。主要民用領域是電子、醫學、工業、汽車和航空航天系統。
研究內容
1.理論基礎: 在當前M-EMS所能達到的尺度下，巨觀世界基本的物理規律仍然起作用，但由於尺寸縮小帶來的影響(Scaling Effects)，許多物理現象與巨觀世界有很大區別，因此許多原來的理論基礎都會發生變化，如力的尺寸效應、微結構的表面效應、微觀摩擦機理等，因此有必要對微動力學、微流體力學、微熱力學、微摩擦學、微光學和微結構學進行深入的研究。這一方面的研究雖然受到重視，但難度較大，往往需要多學科的學者進行基礎研究。
2.技術基礎研究:主要包括微機械設計、微機械材料、微細加工、微裝配與封裝、集成技術、微測量等技術基礎研究。
3.微機械在各學科領域的套用研究。美國已研製成功用於汽車防撞和節油的微機電系統加速度表和感測器，可提高汽車的安全性，節油10%。僅此一項美國國防部系統每年就可節約幾十億美元的汽油費。微機電系統在航空航天系統的套用可大大節省費用，提高系統的靈活性，並將導致航空航天系統的變革。在軍事套用方面，美國國防部高級研究計畫局正在進行把微機電系統套用於個人導航用的小型慣性測量裝置、大容量數據存儲器件、小型分析儀器、醫用感測器、光纖網路開關、環境與安全監測用的分散式無人值守感測等方面的研究。該局已演示以微機電系統為基礎製造的加速度表，它能承受火炮發射時產生的近10.5個重力加速度的衝擊力，可以為非制飛彈藥提供一種經濟的制導系統。構想中的微機電系統的軍事套用還有:化學戰劑報警器、敵我識別裝置、靈巧蒙皮、分散式戰場感測器網路等。
發展歷史
微機電系統是從微感測器發展而來的，已有幾次突破性的進展:
70年代微機械壓力感測器產品問世；80年代末研製出矽靜電微馬達；90年代噴墨列印頭，硬碟讀寫頭、矽加速度計和數字微鏡器件等相繼規模化生產充分展示了微系統技術及其微系統的巨大套用前景。
系統特點
1)微型化:M-EMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、回響時間短。
2)以矽為主要材料，機械電器性能優良:矽的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似鋁，熱傳導率接近鉬和鎢。
3)批量生產:用矽微加工工藝在一片矽片上可同時製造成百上千個微型機電裝置或完整的M-EMS。批量生產可大大降低生產成本。
4)集成化:可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個感測器或執行器集成於一體，或形成微感測器陣列、微執行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成複雜的微系統。微感測器、微執行器和微電子器件的集成可製造出可靠性、穩定性很高的M-EMS。
5)多學科交叉:M-EMS涉及電子、機械、材料、製造、信息與自動控制、物理、化學和生物等多種學科，並集約了當今科學技術發展的許多尖端成果。
發展目標
M-EMS發展的目標在於，通過微型化、集成化來探索新原理、新功能的元件和系統，開闢一個新技術領域和產業。M-EMS可以完成大尺寸機電系統所不能完成的任務，也可嵌入大尺寸系統中，把自動化、智慧型化和可靠性水平提高到一個新的水平。21世紀M-EMS將逐步從實驗室走向實用化，對工農業、信息、環境、生物工程、醫療、空間技術、國防和科學發展產生重大影響。
微機電系統是微米大小的機械系統，其中也包括不同形狀的三維平板印刷產生的系統。這些系統的大小一般在微米到毫米之間。在這個大小範圍中日常的物理經驗往往不適用。比如由於微機電系統的面積對體積比比一般日常生活中的機械系統要大得多，其表面現象如靜電、潤濕等比體積現象如慣性或熱容量等要重要。它們一般是由類似於生產半導體的技術如表面微加工、體型微加工等技術製造的。其中包括更改的矽加工方法如壓延、電鍍、濕蝕刻、乾蝕刻、電火花加工等等。微機電系統是指集微型感測器、執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源於一體的微型機電系統，是一個獨立的智慧型系統。主要由感測器、作動器和微能源三大部分組成。微機電系統具有以下幾個基本特點，微型化、智慧型化、多功能、高集成度。微機電系統。它是通過系統的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統微機電系統。微機電系統涉及航空航天、信息通信、生物化學、醫療、自動控制、消費電子以及兵器等套用領域。微機電系統的製造工藝主要有積體電路工藝、微米/納米製造工藝、小機械工藝和其他特種加工工種。微機電系統技術基礎主要包括設計與仿真技術、材料與加工技術、封裝與裝配技術、測量與測試技術、集成與系統技術等。
