基于COMSOL Multiphysics的MEMS建模及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金工业

作者:张玉宝

出品人:

页数:198

译者:

出版时间:2007-8

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787502442767

丛书系列:

图书标签:

• COMSOL
• 材料学
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• Multiphysics的MEMS建模及应用
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好的，这是一份针对一本名为《基于COMSOL Multiphysics的MEMS建模及应用》的图书，但不包含该书具体内容的详细图书简介，字数控制在1500字左右。 --- 图书简介：微纳机电系统（MEMS）的原理、设计与前沿探索 本书聚焦于微纳机电系统（MEMS）领域，旨在提供一个全面而深入的理论框架与实践指导，涵盖了从基础物理原理到先进器件设计与制造的全过程。 读者将通过本书，建立起对MEMS系统复杂耦合物理场行为的深刻理解，并掌握如何利用现代仿真工具与实验方法进行系统优化与创新。 第一部分：MEMS基础与核心物理原理 本部分是理解MEMS器件工作机制的基石。它首先系统梳理了微纳尺度下材料行为的特殊性，区别于宏观尺度下的经典力学与电磁学描述。 1. 微纳尺度下的物理学基础 我们将探讨在微米乃至纳米尺度下，惯性力、表面力、体积力的相对重要性变化。重点分析表面效应（如范德华力、静电力、毛细作用力）在MEMS中的主导地位，以及如何通过无量纲化分析（如雷诺数、斯托克斯数、丹尼数等）来判断不同物理效应在特定器件中的主导地位。 2. 关键机电耦合效应 MEMS的核心魅力在于多种物理场的相互作用。本书将详细剖析几种最常见的耦合机制： 静电力学（Electrostatics）： 深入研究平行板、叉指结构中的库仑作用力及其对微结构位移的影响。讨论库仑阻尼效应及其在谐振器中的表现。 压电效应（Piezoelectricity）： 阐述压电材料的本构关系，包括正逆压电效应在传感器和执行器中的应用，并解析其在非均匀应力场下的电荷分布。 热机耦合（Thermo-Mechanical Coupling）： 分析热膨胀、焦耳热效应（Joule Heating）如何影响器件的机械性能和尺寸稳定性。特别关注热梯度驱动的流体流动（如布西涅斯克效应）。 流固耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）： 探讨微通道内流体动力学（如牛顿流体、气体动力学）与弹性固体变形之间的双向作用，这对微泵、微阀的设计至关重要。 3. 材料科学在MEMS中的应用 不同于传统机械工程，MEMS依赖于特定微加工工艺所能实现的先进材料。本章将分类介绍： 硅基材料： 重点讨论单晶硅、多晶硅的机械性能、应力分布及其在梁、膜结构中的应用。 薄膜与聚合物： 介绍氮化硅、氧化硅作为介质层或保护层的特性，以及聚合物材料在柔性电子和生物MEMS中的潜力与挑战。 功能性材料： 探讨形状记忆合金（SMA）、磁性材料（如镍铁合金）在实现智能响应和复杂运动中的作用。 第二部分：典型MEMS器件设计与分析 本部分侧重于将理论原理转化为具体的工程设计，并探讨不同类型器件的设计准则和优化策略。 1. 惯性传感器（加速度计与陀螺仪） 工作原理： 详细解析基于质量-弹簧系统在加速度激励下的动态响应，以及科里奥利力在陀螺仪中的捕获机制。 设计要素： 讨论梳齿（Comb Drive）结构的设计参数对灵敏度和带宽的影响，以及如何通过阻尼腔体设计控制Q因子（品质因数）。 信号调理： 简要介绍信号读取电路的结构，如电容式检测电路的噪声限制与补偿技术。 2. 微振荡器与谐振器 谐振模式分析： 区分横向、扭转和面内模式，理解如何通过结构设计来选择和激发特定的工作频率。 非线性效应： 分析间隙不稳定性（Pull-in）、频率梳现象（Frequency Combs）以及温度漂移问题，并介绍消除或利用这些非线性特性的方法。 3. 微流控芯片（Microfluidics） 流体输运： 深入探讨微米尺度下的低雷诺数流动特征（如斯托克斯流），以及扩散和电驱动流（如电渗流）在混合与分离中的应用。 泵与阀的设计： 比较热驱动、压电驱动和膜片式微泵的优缺点，以及用于实现精确流体控制的集成微阀结构。 4. 光学MEMS（MOEMS） 微镜阵列（DMDs）： 分析德拜莫尔（DMD）器件的工作原理，聚焦于电磁驱动或静电驱动下微镜的偏转角度控制与像素响应时间。 光栅与滤波器： 探讨可调谐光栅的设计，利用微机械变形实现波长选择性。 第三部分：制造工艺与前沿技术展望 本部分将视角转向实际的微纳加工过程和未来发展方向。 1. 硅基微加工技术（Silicon Microfabrication） 光刻与刻蚀： 详细介绍湿法刻蚀与干法刻蚀（特别是深反应离子刻蚀DRIE）在形成高深宽比结构中的作用和工艺窗口控制。 薄膜沉积与掺杂： 讲解LPCVD、PECVD等关键薄膜沉积技术，以及离子注入在形成电学特性区域中的应用。 2. 键合与封装技术 MEMS器件的性能极度依赖于封装环境。本章将讨论关键的封装技术： 晶圆键合： 介绍氧化物键合、直接键合（Direct Bonding）的机理，以及如何通过键合形成真空腔体或微流体通道。 低气压封装： 分析如何通过热焊、玻璃熔封等技术实现低泄漏率、长期稳定的密封结构，以维持高Q值。 3. 前沿与交叉领域 展望MEMS技术在更广阔领域的应用： 生物MEMS/NEMS： 探讨细胞操纵、微流控药物筛选以及生物传感器件的设计挑战，特别是生物相容性和表面功能化问题。 能量收集（Energy Harvesting）： 分析如何将振动、温度梯度或射频能转化为电能，重点关注压电和摩擦纳米发电机（TENGs）的设计。 柔性与可穿戴系统： 探讨利用柔性基底和弹性材料制造的自适应传感与驱动系统。 总结 本书旨在为机械、电子、物理等背景的研究人员和工程师提供一套结构化知识体系。通过对基础物理原理的回归和对工程实现的深入剖析，帮助读者从“黑箱”操作中走出来，真正掌握设计、仿真、制造与优化MEMS系统的核心能力。本书的深度和广度，将成为您探索微纳机电世界不可或缺的指南。

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阅读这本书的过程中，我深切感受到了作者在知识体系构建上的深厚功底。它并非仅仅罗列操作步骤，而是深入剖析了背后的物理机制和数学模型，这对于真正想理解和掌握仿真精髓的工程师和研究人员来说，是至关重要的。例如，在讲解特定传感器的设计优化时，作者不仅展示了如何设置边界条件，更详细阐述了为什么选择这种特定的耦合方式，以及不同参数组合对最终输出性能的量化影响。这种“授人以渔”的教育方式，远比单纯的“复制粘贴”式教程更有价值。我发现，很多我在实际工作中遇到的瓶颈问题，通过对照书中的理论推导和仿真流程，都能找到新的突破口。这种将理论的深度和实践的操作性完美结合的叙事手法，使得这本书在众多仿真类教材中脱颖而出，成为了我案头常备的工具书之一。

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我对比了市面上其他几本相关的技术书籍，发现这本书在对软件特定模块的定制化能力挖掘上做得尤为出色。它没有停留在软件自带的功能演示上，而是花费了大量的篇幅来讲解如何通过脚本语言接口（如API）来扩展软件的功能，实现那些标准界面无法直接配置的高级功能。这对于追求极致仿真精度和个性化流程搭建的高端用户来说，价值不可估量。通过书中的讲解，我成功实现了一个原本认为需要定制化开发才能完成的复杂多步迭代求解流程，极大地提高了工作效率。这表明作者对该软件平台的理解已经达到了近乎“源码级”的深度，书中传递的知识已经超越了单纯的“使用”，而上升到了“驾驭”的高度。

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这本书的案例选择极具代表性和前瞻性，它们覆盖了从微型驱动器到生物医学传感器等多个前沿领域，展现了该仿真软件在处理多物理场耦合问题时的强大能力。我特别留意了其中关于流固耦合（FSI）的部分，作者通过一个高精度的案例，清晰地展示了如何准确捕捉微纳尺度下流体与弹性结构之间的相互作用力。这种贴近实际工程挑战的案例，极大地拓宽了读者的视野。更难得的是，作者没有将这些案例视为孤立的实例，而是贯穿了“问题提出—理论建模—仿真实现—结果验证—优化迭代”的完整科学研究链条。这对于培养具备完整工程思维的专业人才来说，无疑起到了关键性的引导作用，它不仅仅是软件操作手册，更是一部小型的方法论指南。

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从语言风格上讲，这本书保持了一种非常成熟、冷静的学术口吻，但同时又避免了过度晦涩的术语堆砌，使得理解曲线在陡峭爬升的同时，坡度保持在可接受的范围内。作者在关键概念的引入处，总能用精准而凝练的语言进行界定，确保读者对核心概念的理解不产生歧义。在解释复杂算法的内在逻辑时，作者展现出了惊人的清晰度，仿佛有一位经验丰富的导师在旁边细致地为你拆解每一个数学符号背后的物理意义。这种平衡感使得这本书既能满足资深专家的深入查阅需求，也对有志于进入该领域的初学者保持了必要的友好度。我很少在技术书籍中发现如此流畅且逻辑严密的文本组织，阅读过程几乎没有感到任何阅读上的挫败感。

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这本书的排版和装帧确实让人眼前一亮，拿到手里就感觉分量十足，沉甸甸的，让人对里面的内容充满了期待。封面设计简洁大气，透露出一种严谨的学术气息，这对于一本专注于复杂工程问题求解的书来说，无疑是一个很好的开端。内页的纸张质量也相当不错，印刷清晰，图文排版布局合理，即便是涉及大量复杂公式和原理图的地方，也能保持极佳的可读性。我特别欣赏作者在章节划分上的用心，结构逻辑性很强，从基础概念的引入，到具体案例的展开，层层递进，使得即便是初次接触该领域的新手，也能比较顺畅地跟上作者的思路。这种对细节的关注，在学术著作中是难能可贵的，它极大地提升了阅读体验，让人愿意花费更多时间去深入研读其中的每一个章节。整体来看，这是一本在制作工艺和视觉呈现上都达到了很高水准的专业书籍。

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