设计出1种能够模拟基于单晶硅材料微机电器件侧面摩擦副摩擦磨损状况的试验机，有效模拟可动MEMS器件摩擦副之间磨损的真实状况，介绍了试验机测试机构的工作原理并从理论计算及有限元模拟分析2方面对其结构模态进行分析，在超净间内（千级、室温、相对湿度RH约50％），利用光学显微镜、CCD图像采集系统及计算机对梳齿驱动器的谐振频率及摩擦副的动态摩擦系数进行了测试．结果表明：采用所研制的试验机测得的谐振频率为5600，与理论计算及模拟分析的结果（5590和5641）非常接近；摩擦副的动态摩擦系数在0．24～0．35之间；动态摩擦系数随着施加在摩擦副上的正压力变化而变化．

为自适应调节和改善可展结构动力学性能,研制了一种具有传感和作动双重功能的智能主动杆.利用压电材料的正逆压电效应,建立了压电微位移作动器的设计模型.给出了智能主动杆的组成和工作原理.研制了一种用于自适应可展结构的新型智能主动杆.该主动杆由压电作动器、微位移传感器、压力传感器等组成,具有输出微位移和压力,及对位移和压力监测的功能.

采用原子力显微镜测试了微悬臂梁构件的弯曲变形规律.发现构件的弹性支撑是试验数据和理论计算出现误差的主要原因.引入支撑扭转等效刚度对探针-样品等效刚度计算公式进行修正.修正结果对大有效长度的构件与实测结果吻合良好.对短有效长度微悬臂梁,其误差原因主要为支撑的影响以及测试探针的大变形,论文进一步提出研究的建议.

为研制电流变液作为钳位介质的大行程高精度蠕动式进给机构，以压电陶瓷作为驱动元件，沸石／硅油型电流变液作为钳位介质，研制了蠕动式压电电流变液直线式进给机构样机，并利用计算机编程对机构的进给运动进行了控制，发现机构运动中存在负位移现象并研究了压电陶瓷驱动电压、电流变液钳位电压以及电流变液充放电时间对机构负位移的影响，建立了机构的动力学模型，对影响负位移大小的因素进行了定性探讨。结果表明，机构运动过程中，极板所受的作用力主要是钳位力、阻尼力和压电陶瓷的驱动力，增大钳位力，减小阻尼力，增大驱动力同时减缓驱动力的变化速率，对减小负位移有利。

微观黏滑和黏附失效是微机电系统中的常见现象,该现象主要是由于受包括静电力、范德华力及毛细力等各种表面力所起的主导作用而产生的.采用黏着接触理论和运动分析方法,得到了微观摩擦试验中黏滑出现的无量纲黏滑数,表微观黏滑是接触表面特性、形貌参数、接触载荷及滑动速度等综合作用的结果,进而获得黏滑现象的各种临界参数,提出了黏滑行为控制的表面修饰与形貌设计依据;针对微构件的黏附失效,采用Laplace公式并结合微构件的变形分析,探究了毛细力作用下微构件的变形特征与失稳行为,发现其变形过程中存在着不稳定的临界点,对应黏附行为的发生,进而提出了微构件防黏附的结构设计.

为了能够比较真实地模拟微机电器件侧面摩擦副之间的摩擦磨损状况，进而对MEMS器件的摩擦学规律进行研究，设计了一种基于单晶硅材料的片上微摩擦测试机构。利用微机械体硅工艺及键合技术，把系统中的测试机构、加载机构以及力传感器集成在一个单一的芯片上。对结构的临界驱动电压、静态摩擦力及正压力进行了理论推导。最后，在显微镜下对该机构的静态摩擦因数进行了测试。测试结果表明：随着施加在摩擦副上的正压力的增加，摩擦因数相应减小。

为了解构件尺寸的微型化给材料的强度带来的影响,利用纳米硬度计通过微悬臂梁的弯曲试验法来测量多晶硅微构件弯曲强度,利用电磁驱动微拉伸装置测试了抗拉强度.试验研究表明,多晶硅微构件的弯曲强度和抗拉强度表现出随构件尺寸的减小而增加的尺寸效应.统计分析表明,多晶硅微构件的平均弯曲强度为(2.885±0.408)GPa,其平均抗拉强度为(1.36±0.14)GPa.研究结果为微机械构件的可靠性设计提供依据.

讨论了在大气环境或有液体的环境下,表面张力对微加工悬臂梁结构粘附的影响,以及真空条件下Casimir量子力对微机械薄膜微腔结构的稳定性和粘附的影响.建立了Casimir量子力作用下粘附问题的实际粗糙模型理论.对不同表面力作用下的抗粘附结构研究结果表明,微悬臂梁和薄膜微腔结构的稳定性和粘附与材料的弹性特性、材料的表面特性、结构的长度、厚度以及构件与基体之间的间隙有关,而与结构的宽度无关.给出了抗粘附结构参数设计的对数坐标图.

为了了解构件尺寸的微型化给材料的强度和弹性模量带来的影响,利用纳米硬度计通过微悬臂梁的弯曲实验来测量其力学特性.该方法可精确测量微悬臂梁纳米级弯曲形变,但必须考虑压头在微悬臂梁上的压入及微悬臂沿宽度方向的挠曲.试验研究表明,多晶硅微悬臂梁的平均弹性模量为156 GPa ±(4.52～9.83)GPa,其失效断裂强度表现出对构件有效体积和表面积的尺寸效应.由实验测得的失效强度得到KC=1.62 MPa *m1/2,计算出的缺陷尺寸a为58～117 nm.

微机电系统是面向21世纪的新科技.由于目前尚处于开创时期,人们对它还缺乏统一的全面认识.试图对微机电系统产生的背景、组成特征、发展现状及应用前景进行全面分析.在此基础上,提出和论述了未来发展中的几个关键问题.