基于同步辐射LIGA技术的微纳驱动器件制备及其驱动新方法研究

利用同步辐射LIGA技术研发步距小、速度高（相对于微纳米尺度）、易于微小化、无需导线连接的新型光热驱动机构；研究微纳米尺度光致热膨胀机理，建立运动和动力学模型；建立光机电算一体化的微纳米尺度光热驱动控制系统及装置；开展对光热驱动微开关、光热驱动微马达、光热驱动微动台、光热驱动行走机构等样机的实验及应用研究，实现光热驱动机构样机的不同步长、不同速度、不同形式（如旋转与直线运动）、不同方向的一维和二维光热驱动；发展一种直接用激光束实现微纳米尺度光热驱动的新技术；这是对微纳米尺度热力学研究的重要增补，也是对微驱动技术的拓展与突破，具有较好的理论意义和科学价值，在智能机器人、精密机械与精密仪器、微光学、微型机械电子系统（MEMS）、微纳米技术及航空航天技术等重要领域具有广泛的应用前景。

在许多特殊领域，如MEMS系统及其他微小型系统中，需要采用特种性能的电机、驱动器等作为动力源和运动源. 国内外现有的微小型电机技术主要有电磁感应电机、静电马达、超声波电机、表面声波马达等，均有自身的特点，然后上述马达或驱动机构的主体尺寸虽然可以较小，但都需要通过导线与外部的低压乃至高压控制源相连，总体结构不易微小化，且缺乏独立性；同时，导线连接也制约了它们的应用范畴，例如，由于控制电源和导线连接的存在使之很难工作于独立环境中，不能将驱动机构整体集成于微系统中，也无法实现较远距离或细小管道内等特殊环境下的操控。因此，本项目的研究目标是利用同步辐射LIGA技术研发步距小、速度高（相对于微纳米尺度）、易于微小化、无需导线连接的新型光热驱动机构，开展微纳米尺度光致热膨胀机理研究，建立运动和动力学模型，发展一种直接用激光束实现机构驱动的新技术。本课题通过开展光热膨胀机制的理论研究，揭示不同材料的微纳米尺度光热膨胀机制，建立光热微膨胀的热学模型。利用有限元分析等方法对微膨胀臂及典型的微驱动机构进行仿真研究，揭示不同材料、不同激光功率、不同光斑照射位置等因素对温度场与形变量的影响规律。设计不同微结构（形状不同、尺寸10-1000 µm量级）的光热驱动器，利用北京同步辐射LIGA工作站进行制备研究，用自行研制的光热微驱动平台进行实验研究。结果表明，这种基于金属材料和LIGA技术的光热微驱动的新方法和新技术是完全可行的，对那些需要位移驱动量大、响应速度要求不高的微机电系统来说是一种易于小型化的理想驱动器。这是对微纳米尺度热力学研究的重要增补，也是对微驱动技术的拓展与突破，具有较好的理论意义和科学价值，在智能机器人、精密机械与精密仪器、微光学、微型机械电子系统（MEMS）、微纳米技术及航空航天技术等重要领域具有广泛的应用前景。