微纳机电系统力学

本教材从物理基本力入手，针对微纳机电系统的力学环境，先后介绍了静电力、电磁力、范德瓦耳斯力、卡西米尔力、毛细力、布朗力、阻尼力在微纳尺度下的作用规律与特性。在材料微尺度效应分析基础上，分别以微机械陀螺系统、微振动俘能器系统为典型案例介绍了受力分析方法、系统建模方法以及机电耦合的动力学分析求解方法。此外，针对纳米尺度的结构，介绍了碳纳米管的力学相关特性及分析方法。 

本教材在简述微纳机电系统技术发展的基础上，从物理基本力入手，针对微纳机电系统的力学环境，先后介绍了静电力、电 磁力、范德瓦尔斯力、卡西米尔力、毛细力在微纳尺度下的作用规律。针对微纳系统结构，介绍了电容静电力、布朗力、阻尼力 对微纳结构系统的作用特性和影响规律。在微纳结构材料的尺度效应分析基础上，分别以微机械振动陀螺系统、微振动俘能器系 统为典型案例介绍了受力分析方法、系统建模方法以及机电耦合的动力学分析求解方法。此外，针对纳米尺度的结构，在介绍碳 纳米管结构、原理及应用的基础上，介绍了碳纳米管的力学相关特性及分析方法。 本教材适用于普通高等院校机电、力学类相关专业的本科生及研究生使用。

高世桥，男，满族，教授，博士生导师，国务院政府特殊津贴获得者，德国洪堡基金会研究会员，德国鲁尔大学客座教授。主要从事固体力学、冲击动力学、非线性结构力学、机电系统控制、微机电技术、动力学与控制等方面的教学及研究工作。承担过多项国家重点项目（包括863、973、国际合作、自然科学基金等）科研工作，获多项科技奖励，发表论文100余篇，出版专著5部。

章 微纳机电系统MEMS/NEMS及其物理力学

微米世界十分奇妙，头发丝的尺度上可以加工制作出微齿轮、微马达、微型泵。纳米世界更是富含玄机，碳纳米管、石墨烯的结构给新材料领域带来无限的商机。现如今，微电子技术的进步日新月异，微机电系统技术的发展突飞猛进，纳机电系统技术的研究也如火如荼。尺度的缩进已接近了分子的尺度。由于可动的微纳米结构和系统已远远超出了肉眼可辨识的范围，给系统规律的认识带来了一系列的亟待研究的问题。从力学分析和系统动态特性认识的角度，传统机械力的作用越来越微弱，取而代之的是，分子间力的作用越来越明显，表面力的作用越来越可观，静电力、电磁力的作用越来越显著。从系统综合性能分析的角度，纯机械的问题越来越少，机电结合的程度越来越紧密，机电耦合的问题越来越突出。

为了全方位认识微纳机电系统的结构组成和工作原理，也为了深入了解微纳机电系统的力学分析方法，本教材从物理基本力入手，针对微纳机电系统的力学环境，先后介绍了静电力、电磁力、范德瓦耳斯力、卡西米尔力、毛细力、布朗力、阻尼力在微纳尺度下的作用规律与特性。在材料微尺度效应分析基础上，分别以微机械陀螺系统、微振动俘能器系统为典型案例介绍了受力分析方法、系统建模方法以及机电耦合的动力学分析求解方法。此外，针对纳米尺度的结构，介绍了碳纳米管的力学相关特性及分析方法。

“微机电系统力学”作为本科生选修课程已引起同学们的广泛关注和极大兴趣，并已连续开课多年。由于没有专门教材，一直以我们撰写的专著作为基本素材。但因论述的角度不同，总感到有些内容和方法作为教材欠妥。因此，专门编写了本教材。期望能对教授者及受教者都有些帮助。

作者多年来一直从事微机电系统的研究，包括微机械陀螺、微加速度传感器、微惯性测量系统、微振动俘能器等。积累了一定的经验和认识，掌握了一些前沿的动态。但该领域的应用范围太广，发展速度也太快，很难对各方面的进展都有所了解。因此，教材中出现的不足之处在所难免，有些论述也会挂一漏万。敬请读者不吝赐教和批评指正。

参与本教材编写的除作者外，尹作宗博士也提供了部分的初稿，高春晖博士参与了有关课程的讨论和资料的整理，李泽章博士参与了相关教改的实施，在此一并表示感谢。撰写本教材参考了大量的文献，除书中所列的以外，还包括所引专著中的大量文献。在此对文献的作者表示衷心的感谢。

感谢北京理工大学出版社对本教材的全面审定和出版，感谢林杰社长、刘派编辑的支持和帮助。