中文摘要：

利用微机电（MEMS）技术加工的静电驱动屈曲型微驱动器，基于纵横弯曲理论，通过结构设计和调节电极使微梁预先获得轴向挤压屈曲势能，再横向低压驱动，利用微梁屈曲组合变形时的能量释放和刚度变化而表现出的"突跳"特性，使存储的轴向势能快速释放，将弹性力转变为驱动力，以实现微驱动器大位移、低电压、快速响应驱动目的。该驱动器在RF开关、光开关、可编程光栅、指向可变相控阵天线、飞弹鱼雷引信控制、航天器整流罩脱落触发、笔记本电脑防撞击保护及物联网智能尘埃等领域具有应用价值。本项目理论结合试验，根据非线性大挠度理论、能量变分原理、微观连续介质论、库仑定律和气体分子运动论，分析微驱动器非线性屈曲组合变形、接触粘附、极板边缘效应、气膜阻尼等问题；通过求解拉格朗日-麦克斯韦机电组合动力方程，精确控制微梁屈曲变形，以获取大变形、低压、高速响应（驱动电压≤3V，响应时间≤7μs，驱动位移≥10μm）驱动机理。

结论摘要：

针对目前MEMS驱动器件存在变形小、快速慢、可靠性低的问题，本项目通过四年的研究工作，基于纵横弯曲理论，提出一种大变形、快速响应的新型MEMS微驱动器。该驱动器通过结构设计和调节电极，使微梁预先获得轴向挤压屈曲势能；再横向低压驱动，利用微梁纵横加载组合变形时的能量释放和刚度变化而表现出的“突跳”特性，使存储的轴向势能快速释放，将弹性力转变为驱动力。 按照项目预期任务要求，完成了项目预定的微尺度力（静电力边缘效应、Casimir力、范德瓦尔斯力、气膜阻尼力）、轴向载荷（装配应力和温度应力）、纵横弯曲微驱动器的拉格朗日-麦克斯韦动力方程建立与求解、样件加工、测试等的研究内容；经过仿真辅助实验测试，获得大变形（变形>10.861μm）、快速响应（响应时间<5.454μs）。变形量远大于传统横向单向加载驱动器的变形量，同时响应时间较短。 在此基础上，还研究了轴向调节电压、温度应力和装配应力对微驱动器的变形和响应的影响。研究发现，通过纵横加载，可以有效增加驱动器的驱动位移，减小驱动器的驱动时间。该驱动器在RF开关、光开关、可编程光栅、指向可变相控阵天线、飞弹鱼雷引信控制、航天器整流罩脱落触发、笔记本电脑防撞击保护及物联网智能尘埃等领域具有应用价值。 在研究期间发现“抖动”现象，此现象严重影响微驱动器可靠性。因此，在完成预期研究内容基础上，增加纳米接触研究内容。利用分子动力学，揭示了微驱动器极板之间“抖动”纳米接触现象，发现原子迁移是导致微驱动器“抖动”现象、影响微驱动器可靠性的直接因素。此外，在纵横弯曲基础上，提出了一种多级调节谐振器，实现多频段工作。谐振频率由17.7MHz到24.7MHz之间可调，调谐范围高达395480ppm，远高于目前传统单向加载调频谐振器调节范围。 研究期间，发表论文28篇，其中SCI论文11篇（含2篇录用论文、6篇会议论文）；EI论文23篇（含6篇Inspec数据库检索收录）；出版专著2部（分别获得国家“十三五”优秀科技图书和“十三五”国家规划教材）；国家发明专利13项（发明专利授权5项，软件著作权授权1项，发明专利公开7项）；培养高层次人才11名（毕业硕士生7名，毕业博士生1名，在站博士后1名，待毕业博士生2名）；参与国际国家有关MEMS标准制定7项。