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微机电系统中如果有某一个物理场的发生变化，就会引起微构件的相应变形。而变形后的微构件又将反过来对该物理场和其他物理场的性质对施加一定影响；然后变化后的物理场又将重新引起微构件的变形，如此反复循环，最终实现微机械场和其他的物理场的相对稳定平衡。可以看出，微机械构件的变形成为完成这种相互影响、相互作用的关系的纽带 [2]，其过程如图1.2所示。

1.2.2 微机电系统多物理场的解耦

如何正确分析完整的微机电系统的物理模型，是一个非常复杂的问题。涉及到多领域的跨学科融合，多种专业知识的综合应用，如弹性力学、电磁场理论、工程热力学、表面化学、和机械设计原理等。系统中所包含的各种物理场之间的相互作用耦合起来共同作用，使微构件产生变形。所以，微机械系统的整体物理模型也就可以认为是若干个单物理场模型构成，这些单独的物理模型间的相互影响便构成了微机械系统的整体物理模型[2]。本文将微机械系统整体的 个多物理场分成机械场与 个其他物理场模型来考虑，如图1.3所示。

1.3 静电力和静电驱动微器件

静电力作为驱动力在微机电系统中被广泛采用。然而在常规尺度的机械结构中，却很难见到利用静电力作为驱动力来驱动机械结构的，究其原因即是在常规尺度的机械结构中静电力实在太小，根本没有驱动机械结构的能力。但是在微机械结构中，考虑到微机械的尺寸效应的影响，静电力在这种情况下则会体现出它非凡的价值。

1.3.1 静电力

两点电荷之间的静电力公式为我们所熟知，静电力驱动微结构上的静电力正是来自于由结构上携带的电荷之间的相互作用。对于无限大的平行板电容，两极板之间的静电力的典型公式为[1]：        

如果约定用l代表结构特征长度，那么长度：    表面积：    体积： 

由此可以看出，静电力作为面积力与特征长度的二次方成正比。如果结构特征尺寸 缩小时，静电力的减少量比体积力的变化量小得多，这就是微结构中静电力驱动的基本原理。

1.3.2 静电驱动典型微器件

经过近三十年的发展，微机电系统已经形成了一个非常活跃的市场，微机电系统凭借其体积小、重量轻、功率低、机械电子耦合等一系列优势，在诸多领域有着十分广阔的应用前景。目前已有汽车防撞气囊、微加速度传感器和微陀螺仪等成功的应用实例。

目前为止已经有一些商品化或比较成熟的MEMS产品，如压力传感器、微加速度传感器、微马达、微开关等。其中比较典型的静电力驱动MEMS器件是数字电镜，它已经成功地应用到数字显示产品中。数字光处理器产品中最核心的器件就是数字电镜，其中采用MEMS技术的数字光处理器投影机具有投影画面均匀、色彩鲜艳、清晰度高等优点[3]。与此同时，各科研机构的研究人员也正致力于各种用途的静电驱动MEMS微开关[4-6]的研究。

和数字电镜相比，微马达虽然在结构上相对更为复杂一些[7]，但绝大多数仍采用静电力来驱动。静电驱动微马达在结构形式上可分为旋转式和直线式两种[8]，静电驱动微马达在日后的生物技术领域有着广阔的应用前景，其中直线马达可以用于微喷嘴、硬盘读写磁头、原子力显微镜等对驱动精度要求很高的机构。

目前，应用相当广泛的静电力显微镜[9-10] 也是静电驱动微结构的典型案例。它是一种探针式的扫描显微镜，通过采集针尖与试样间静电力的大小来反映试样表面信息。此外，静电力作为驱动力在微型梁、生物微系统、微光开关、微机电显示器、微齿轮等MEMS器件上也应用得相当广泛。 (责任编辑：qin)