[01291086]基于跨尺度集成制造的金属基微纳器件

本项研究属于仪器仪表、先进制造和电子信息学科，涉及硬件设计、集成制造、机电一体化和传感等多学科交叉领域。

微型化、智能化和多功能集成已成为硬件技术发展的趋势，机电集成率先突破，需要除硅以外更多材料参与以提升集成制造水平。

基于跨尺度集成制造的金属基微纳器件，结构功能材料兼容，微米纳米尺度集成，工艺、器件和应用开发取得了一系列创新成果：

（1）发明了高度集成的金属基微纳跨尺度集成制造技术，实现了兼容多种金属材料、多元结构形式、结构/功能材料，跨宏微纳尺度集成制造。提出了通用图形化方法，结构功能材料同样适用，几乎囊括各种成膜材料，为高度集成制造奠定基础;掌握了典型低应力薄膜制备方法，可实现数十层微结构堆叠集成;发明了一维纳米材料植布技术，使此类功能独特的纳米材料，与微结构适度可控集成，并形成牢固的机械和电结合;发明了一维纳米材料植入金属、玻璃、聚合物等基体表面的方法，开辟了一维纳米材料规模化应用新途径。

（2）发明了金属基微结构材料力学性能测试新技术，研制了高精度的单轴微拉伸测试平台。

开发了多种原位微拉伸样件设计制备方法，可原位提取镍和铜等微结构材料的力学参数，成为金属基MEMS器件仿真设计的基础。

（3）发明功能微结构高度集成的金属基MEMS惯性开关，实现了传统精密机械惯性开关向平面化设计和集成化制造体系的革命性转变，使器件体积/重量同比下降超过一个数量级，并具有高阈值精度、高抗过载、碰撞接通延时、快速响应和规范封装等优势。

（4）发明了接触延时、紧约束和压膜阻尼抑制结构，研制了高阈值精度纵向集成和抗冲击横向敏感器件，并在此基础上成功开发了多方向敏感的三轴和全向MEMS开关。

（5）发明了可集成双稳态机构，创新研制了静电、电磁和电热驱动的多种低功耗MEMS继电器。提出了电磁驱动结合永磁锁定的创新设计，提高了电磁继电器的响应速度;提出了分布式驱动机制，显著降低了静电机制继电器的驱动电压;提出了永磁锁定的电热驱动机制，大幅度降低了电热继电器通断保持的功耗。

（6）发明了微纳超疏水蒙皮和碳纳米管修饰电极等微纳复合效应功能器件，开发建立了跨宏微纳尺度集成制造的成套工艺，成功研制了纳米化修饰的金属微结构阵列超疏水蒙皮、高稳定性冷场发射X射线管和低开启电压场发射辅助PDP器件。