NEMS-纳机电系统

2011-08-14 15:47:40来源: 互联网
机电系统(Nano-Electromechanical System,简称NEMS)是20世纪90年代末、21世纪初提出的一个新概念。可以这样来理解这个概念,即NEMS是特征尺寸在1~100nm、以机电结合为主要特征,基于纳米级结构新效应的器件和系统。从机电这一特征来讲,可以把NEMS技术看成是MEMS技术的发展。但是,MEMS的特征尺寸一般在微米量级,其大多特性实际上还是基于宏观尺度下的物理基础,而NEMS的特征尺寸达到了纳米数量级,一些新的效应如尺度效应、表面效应等凸显,解释其机电耦合特性等需要应用和发展微观、介观物理。也就是说,NEMS的工作原理及表现效应等与MEMS有了甚至是根本性的不同。因此,从更本质上说,NEMS技术已经是纳米科技的一个重要组成部分和方向。

    目前,世界各地在NEMS及其相关方面开展的研究工作主要有:

    (1) 谐振式传感器,包括质量传感、磁传感、惯性传感等;

    (2) RF谐振器、滤波器;

    (3)微探针热读写高密度存储、纳米磁柱高密度存储技术;

    (4)单分子、单DNA检测传感器以及NEMS生化分析系统(N-TAS);

    (5)生物电机;

    (6)利用微探针的生化检测、热探测技术;

    (7)热式红外线传感器;

    (8)机械单电子器件;

    (9)硅基纳米制作、聚合物纳米制作、自组装;等等。

    为什么要研究发展NEMS系统?因为人们希望对微小的力和位移进行测量。超导器件约瑟夫森结中电流的震荡,迈克耳逊干涉仪等都可以归结为对微小位移的测量。集成化的NEMS系统能够对10^-21克的质量和10^-21牛顿的力进行测量。这么灵敏的探测器可以帮助我们测量单个核子的核自旋,进而对大分子的三维结构能够进行实时测量。

    NEMS系统中的振子频率一般高达几十兆赫兹,最高的频率达到10^9赫兹。振子的震动是与电场耦合着的,可以受电场控制。纳米光机械系统(NOMS)也与此类似,不过与机械振子耦合的不是电场,而是光场。与NEMS不同,NOMS也可以用作光学器件,完成一些非线性光学的实验,或者作为一些特殊的光源。

    有两种研究途径被研究者视为标准的NEMS研究方法。一种方法,自上而下,可以总结为“用一套工具来制作一套更小的工具”。例如,一个用毫米量级的工厂制作出来微米量级的工具,可以用来制作纳米量级的器械。另一种方法自下而上,可以被认为是组装原子和分子,使之达到期间所要求的复杂度和功能。这种过程可能用到自组装或分子生物系统。

关键字:机电系统

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/0814/article_1156.html
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