范德华纳机电器件和系统的力学和创制

利用共振原理的谐振器是多类微机电器件/系统的核心，具有广泛和重要的军、民应用，但在走向纳机电器件/系统时遭遇了一些内在困难，例如至今还没有出现纳陀螺。我们发现的仅适合微纳米尺度的利用范德华相互作用的高频振荡器，吸引了国内外大量的理论、计算和实验研究。与同等频率的谐振器相比，范德华振荡器具有振幅大、速度快、耗散低等重要特征，特别是我们最近实验发现的范德华石墨振荡器可采用成熟的MEMS技术批量制备，可望成为创制具有高精度、低能耗、高输出功率的纳机电器件/系统的新原理核心器件。本项目研究内容分为三方面：范德华型纳机电器件/系统的非线性振荡行为的研究；范德华型振荡器的材料、构型、和性能的优化设计和制备；范德华振荡器电磁加载、力/电/磁检测和以范德华石墨台/滑片振荡器基础的若干新原理器件的发明。这些研究将不仅填补多方面的研究空白，也将为实现潜在的重大技术突破奠定基础。

利用共振原理的谐振器是多类微机电器件/系统的核心，具有广泛和重要的军、民应用，但在走向纳机电器件/系统时遭遇了一些内在困难。与同等频率的谐振器相比，范德华振荡器具有振幅大、速度快、耗散低等重要特征，可望成为创制具有高精度、低能耗、高输出功率的纳机电器件/系统的新原理核心器件。本项目根据项目计划书要求，在项目执行4年期间，通过项目负责人的认真组织，参加单位的密切配合和合作，圆满完成了本项目的指标和要求。在“范德华型纳机电器件的回复机制”、“范德华型纳机电器件的振荡行为和能量耗散机制”、“范德华型纳机电器件的超高速检测方法及特性表征”等方面取得了重要的进展和成果，达到国际领先的水平。例如，本项目在范德华型纳机电器件的回复机制及大尺度超润滑的研究成果发表后，获得了本领域的专家高度评价。超润滑的奠基者平野元久教授和摩擦学国际权威学者Michael Urbakh教授在Physics World中对上述成果评论道：“这是在超润滑现象超越纳米尺度所迈出的一大步(Big Advance)。”；“这可以推动超润滑领域和更广泛意义上的摩擦研究领域的突破性进展。这项工作开辟了制备石墨润滑剂来提高润滑性能的新方向。“. 本项目在Physical Review Letters、ACS Nano、Nano Letters、Journal of the Mechanics and Physics of Solids、Physical Review B、Physical Review E、Applied Physics Letters、Nanotechnology等重要期刊和会议发表论文49篇，其中SCI论文44篇(影响因子大于3和Journal of the Mechanics and Physics of Solids上17篇)。申请发明专利7项。项目组成员在国际会议上做邀请报告11次，担任会议主席4次，组织国际会议和研讨会5次；本项目培养博士后和研究生25人，并且形成了一支在国际上相关领域具有一定影响的合作紧密、多学科交叉的研究队伍，为本方向的继续深入研究奠定了基础。以本项目负责人作为首席科学家、以本项目成员为主要骨干，2012年获得了国家重大研究计划项目一项。