Micro (Mems) And Nanotechnologies for Space Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:George, Thomas (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:70

装帧:Pap

isbn号码:9780819462794

丛书系列:

图书标签:

• Microtechnology
• Nanotechnology
• Space Applications
• MEMS
• Sensors
• Actuators
• Materials Science
• Aerospace Engineering
• Instrumentation
• Miniaturization

微纳技术在太空应用中的革新与前沿：展望下一代空间系统的构建 图书名称： [请在此处填写您的图书名称，例如：《空间探索中的前沿微纳技术集成》] 简介： 本书记载的知识体系聚焦于尖端微电子、机械系统（MEMS）以及纳米技术在当代及未来太空任务中的深度集成与应用潜力。全书深入剖析了这些颠覆性技术如何重塑航天工程的固有范式，从根本上提升了卫星、深空探测器以及在轨服务平台的设计灵活性、功能密度和运行效率。我们不再仅仅满足于传统的、宏观尺度的解决方案，而是转向利用材料科学和精密制造的最新突破，实现前所未有的系统小型化、智能化和高可靠性。 第一部分：微纳系统在空间环境中的基础物理与挑战 本部分奠定了理解微纳技术在极端太空环境下运行的理论基础。首先，详细阐述了真空、高能辐射、剧烈温差变化以及微重力环境对微纳器件性能、寿命和可靠性的独特影响。我们探讨了材料在这些应力下的物理化学行为变化，特别关注了长期暴露导致的表面氧化、晶格损伤以及粘附问题。 空间辐射对微纳器件的影响： 重点分析了电离辐射（如质子和重离子）如何引起半导体材料中的单粒子效应（SEE），包括翻转（SEU）和闩锁（SEL）。深入研究了抗辐射加固（Rad-Hard）设计策略，特别是在基于硅和新型宽禁带半导体（如SiC、GaN）的微电子集成电路中的实现方法。 热机械稳定性分析： 空间任务中巨大的热循环是微纳系统的主要失效源之一。本章提供了精确的热应力分析模型，涵盖了不同材料（如硅、氮化铝、复合材料）的热膨胀失配导致的应变累积和微裂纹的形成机制。讨论了热管理设计中，如何利用相变材料（PCM）和微流控散热技术来维持器件的苛刻温度窗口。 微重力下的流体与机构行为： 对于微流控（$mu$TAS）和流体动力学应用至关重要。深入研究了毛细力、表面张力在微重力条件下的主导作用，这直接影响了燃料输运、冷却回路和化学分析仪器的性能。同时，探讨了MEMS执行器和传感器的动力学行为，如何与微重力下的惯性环境耦合。 第二部分：微纳技术驱动的空间载荷与子系统革新 本篇聚焦于将微纳技术转化为具体、可部署的空间硬件的能力，这代表了航天工程向“更小、更快、更强”的范式转变。 高精度微纳光电器件与遥感： 详细介绍了下一代空间光学系统中的变革。涵盖了基于MEMS的可重构光学系统，例如微镜阵列（DMD）在自适应光学、快速扫描和波束控制中的应用。阐述了超表面（Metasurfaces）技术如何取代传统厚重的透镜组，实现超薄、轻量化的成像和光谱采集设备，极大地降低了有效载荷的尺寸、重量和功率（SWaP）需求。 先进微推进系统（Micropropulsion）： 这是实现小型卫星星座和在轨服务（OOS）的关键。系统性地评估了多类微推进技术： 冷气微推器： 重点分析了微阀门的设计与寿命，以及如何通过精确的气体动力学控制实现微牛顿级别的推力矢量。 电热/电喷射推进器： 深入探讨了基于MEMS的喷嘴阵列设计、离子源微加工技术以及高效率燃料雾化技术，例如微型霍尔推力器和电喷射推进器（EET）在姿态控制和轨道维持中的性能优化。 高集成度MEMS传感器与惯性导航： 阐述了下一代空间导航的核心。详细介绍了高精度、抗振动的硅基和石英挠性器件陀螺仪和加速度计的制造工艺（如深反应离子刻蚀 DRIE）。讨论了这些系统如何与星敏感器、激光雷达（LiDAR）融合，构建自主、高鲁棒性的深空导航系统。 第三部分：纳米材料与结构在极端环境下的功能化 此部分展望了纳米尺度材料在提升空间系统韧性和功能性方面的潜力，超越了传统半导体范畴。 自适应与自修复结构： 介绍了利用纳米复合材料和形状记忆聚合物来设计具有环境响应能力的结构部件。讨论了嵌入式纳米传感器网络如何实时监测结构健康（SHM），以及利用微胶囊或形状记忆合金实现微裂纹的闭合与修复，显著延长任务寿命。 高效能源采集与存储： 探讨了利用纳米结构提高空间能源系统的性能。包括： 纳米光伏电池： 论述了量子点和钙钛矿材料在提升太阳能电池的辐射耐受性和特定光谱响应方面的优势。 微型储能装置： 介绍了基于纳米线和二维材料（如石墨烯）的高功率密度微型超级电容器和固态电池在为高瞬时功耗的微纳执行器供电中的应用。 先进表面工程与防护： 针对空间碎片和原子氧腐蚀问题，研究了纳米涂层技术。包括具有超疏水、低摩擦或高反射特性的自清洁表面设计，以及用于防止空间静电荷积累（ESAD）的导电纳米薄膜。 第四部分：面向未来任务的集成化与系统设计方法论 本书的最后一部分将视角从单个器件提升到系统层面，探讨如何有效地将这些微纳元件集成到复杂的空间平台中。 异构系统集成与封装技术： 强调了3D异构集成（Heterogeneous Integration）对于实现高密度功能块的必要性。深入分析了倒装芯片（Flip-Chip）、晶圆键合（Wafer Bonding）和先进的微互连技术（如TSV，Through-Silicon Vias）在保障高带宽和低寄生参数方面的关键作用。 自主化与片上系统（SoC）设计： 讨论了如何利用低功耗、高计算密度的微处理器和FPGA，结合片上集成的模拟前端，实现任务级的实时自主决策能力。这包括对传感器数据进行即时处理、故障诊断和快速重构的能力，这对于远距离深空通信延迟高的任务尤为关键。 增材制造（3D打印）与微纳结构的制造约束： 探讨了增材制造技术，尤其是聚焦于微米分辨率的直接激光烧结（DLS）和光聚合技术，在快速原型设计和制造复杂内部几何结构（如微通道）方面的应用，并分析了其在航天应用中对材料性能和表面粗糙度的严格要求。 本书旨在为从事空间科学、航天工程、材料科学以及微电子设计领域的专业人士、研究人员和高年级学生提供一个全面、深入且具有前瞻性的参考，以指导下一代小型化、高效率和高可靠性空间系统的开发工作。

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