压电粘弹性微梁的粘附分析

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摘要：以处于粘附状态下的压电粘弹性微梁为研究对象，通过引入参数剥离数表示其粘附特征，分析了压电电压、粘弹性参数和几何参数对处于粘附状态下压电粘弹性微梁剥离数的影响.结果表明，压电电压能有效提高微梁的剥离数，这给通过压电电压修复已处于粘附状态的压电微梁提供了理论依据和参考.同时，微梁的几何参数对微梁的剥离数也有着重要影响，这对微梁的设计造成了一定的限制.

关键词：压电粘弹性微梁；粘附；粘弹性；压电效应；几何参数；剥离系数

中图分类号：O345 文献标识码：A

微梁结构是MEMS中主要的结构之一，其主要用于微型开关[1]，传感器[2]，执行器[3]等.由于微结构的尺寸远小于宏观物体的尺寸，其有着显著的尺寸效应和表面效应，这使得其在制造和工作的过程中，容易受到周围环境的温度[4]和湿度[5]等因素和结构间的微观力[6-7]的影响.加上微结构尺寸小，结构本身抵抗这些不利因素影响的能力比较脆弱，这使得MEMS在制造、运输和使用的过程中容易发生粘附失效.为了揭示微结构粘附失效的力学机理，学者们从粘附力的产生[8]，影响因素[9]以及粘附变形[10]等方面对其进行了大量研究，努力寻求相应的解决方法，并取得了丰富的成果.

上述研究主要基于弹性理论.研究表明，一些用于制造MEMS结构的材料本身既具有蠕变现象，又具有明显的压电效应[11-12]，所以研究压电粘弹性微结构的粘附失效行为，揭示其力学机理，并讨论剥离修复粘附状态下的微结构的方法和理论有着重要的实际意义.本文以压电粘弹性微梁为研究对象，分析了S型粘附微梁的力学特性，讨论了压电电压、粘弹性特性和几何参数对粘附微梁剥离数的影响，同时分析了通过压电电压对粘附微梁进行剥离修复的可能性.

1基本方程

3结论

本文通过标准固体材料模型及连续介质理论，提出一个考虑微梁的压电效应和粘弹性特性下的粘附悬臂微梁的EulerBernoulli梁模型，并分析了压电效应，粘弹性特性和微梁的几何参数对微梁剥离数的影响.结果表明，作用在微梁上的压电电压越大，粘附微梁的剥离数越大，这给实际工程中通过压电效应来修复已粘附的压电微梁提供了理论依据和参考.此外，材料的粘弹性特性和微梁的几何参数对微梁的剥离数有着重要的影响，其对微梁的设计造成了一定的限制.

参考文献

[1]BALMA D， A LAMBERTI A， MARASSO S L， et al. Piezoelectrically actuated MEMS microswitches for high current applications[J]. Microelectronic Engineering， 2011，88（8）： 2208-2210.

[2]LIU X， MARTIN M， LI X J， et al. Paperbased piezoresistive MEMS sensors[J]. Lab on a Chip， 2011，11（13）： 2189-2196.

[3]NADA Y， MEDHAT M， MARTY F， et al. Mechanical displacement multiplier： 250μm stable travel range MEMS actuator using frictionless simple compliant structures[C]//Micro Electro Mechanical Systems （MEMS）， 2012 IEEE 25th International Conference on.Piscataway， N J： IEEE， 2012： 1161-1164.

[4]胡， 董景新， 刘云峰. 温度、预载电压对 MEMS 加速度计输出的影响[J]. 中国惯性技术学报， 2009， 17（4）： 464-468.

[5]唐洁影， 陈龙龙， 宋竞. 振动作用对 MEMS 微结构湿汽吸附的影响[J]. 纳米技术与精密工程， 2009，7（2）： 173-177.

[6]LI G H， LABORIANTE I， LIU F， et al. Measurement of adhesion forces between polycrystalline silicon surfaces via a MEMS doubleclamped beam test structure[J]. Journal of Micromechanics and Microengineering， 2010， 20（9）： 95015-95023.

[7]LUI H， GAO S， NIU S， et al. Analysis on the adhesion of microcomb structure in MEMS[J]. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics， 2010， 33（3）：979-984.

[8]DELRIO F W， DE BORER M P， KNAPP J A， et al. The role of van der Waals forces in adhesion of micromachined surfaces[J]. Nature materials， 2005， 4（8）： 629-634.

[9]NINGBO L， PING Y. Effect of temperature on nanoscale adhesion for MEMS[J]. International Journal of Materials and Product Technology， 2008， 31（2）： 354-364.

[10]DE BOER M P， MICHALSKE T A. Accurate method for determining adhesion of cantilever beams[J]. Journal of Applied Physics， 1999， 86（2）： 817-827.

[11]FANG T H， CHANG W J， LIN C M. Nanoindentation and nanoscratch characteristics of Si and GaAs[J]. Microelectronic Engineering， 2005， 77（3/4）： 389-398.

[12]SODERKVIST J， HJORT K. The piezoelectric effect of GaAs used for resonators and resonant sensors[J]. Journal of Micromechanics and Microengineering， 1994， 4（1）：28-34.

[13]SCHAPERY R A. A method of viscoelastic stress analysis using elastic solutions[J]. Journal of the Franklin Institute， 1965， 279（4）： 268-289.

[14]MASTRANGELO C， HSU C. Mechanical stability and adhesion of microstructures under capillary forces―part II： experiments[J]. Microelectromechanical System， 1993， 2（1）： 44-55.