Современное состояние и перспективы развития микросистемной электромеханики
Ключевые слова:
микросистемная и нано- электромеханика, МЭМС и НЭМС, молекулярный монтаж, атомная сборка
Аннотация
Представлен обзор современного состояния электромеханической науки, рассмотрены перспективные направления применения новейших достижений нанотехнологии в тех отраслях, где научно-технический прогресс базируется на комплексном применении электромеханических преобразователей энергии. Рассмотрено современное состояние совершенно нового направления науки — микросистемной электромеханики. Проанализированы широкие спектры его практического применения и перспективы дальнейшего развития. Базовыми объектами исследования микросистемной электромеханики являются системы микроминиатюрных электромеханических преобразователей (МЭМС) и наноэлектромеханических преобразователей энергии (НЭМС). Подробно даны два основных пути создания микро- и наноэлектромеханических преобразователей энергии как базовых элементов МЭМС и НЭМС. Описаны основные технологические приемы конструирования базовых функциональных элементов микросистемной электро- механики, охарактеризованы области их применения в традиционной и новой технике (в информационных и компьютерных технологиях, медицине, аэрокосмических и ракетно-артиллерийских системах и т.д.).
Литература
1. Иосифьян А.Г. Вопросы электромеханики. М.: Энергия, 1975.
2. Иосифьян А.Г. Электромеханика в космосе. М.: Знание, 1977.
3. Копылов И.П. Куда идет электромеханика // Электротехника. 2007. № 12. С. 50—55.
4. Бертинов А.И. и др. Специальные электрические машины. Источники и преобразователи энергии. М.: Энергоатомиздат, 1993.
5. Копылов И.П., Гандилян С.В., Гандилян В.В. Некоторые вопросы обобщенного физико-математического моделирования электромеханических преобразователей энергии // Электротехника. 1998. № 9. С. 25—40.
6. Осин И.Л., Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М.: Изд-во МЭИ, 2003.
7. Гандилян С.В., Гандилян В.В. Некоторые проблемы создания микроминиатюрных электромеханических преобразователей энергии // Электричество. 1999. № 3. С.43—46.
8. Копылов И.П. Электрические машины. Т. 1, 2. М.: Юрайт, 2015.
9. Нанотехнологии в электронике / под ред. Ю.А. Чаплыгина. М.: Техносфера, 2005.
10. Gallacher B.J., Burdess J.S., Harris A.J., Mc- Nie M.E. The Desing and Fabrication of a Multi Axis Vibrating Ring Gyroscope // Proc. Symp. Gyro Techn. Stuttgart, 2001. Pp. 10—20.
11. Muralt P. Micromachined Infrared Detectors Based on Pyroelectric Thin Films // Rep. on Progress in Phys. 2001. V. 64. Pp. 1339—1388.
12. Алферов Ж.И. и др. Наноматериалы и нано- технологии // Микросистемная техника. 2005. № 8. С. 3—13.
13. Губин С.П., Ткачев С.В. Графен и родственные наноформы углерода. М.: URSS, 2012.
14. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Академия, 2005.
15. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления развития / под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса, П. Аливисатоса. М.:Мир, 2002.
16. Lew H.S. Electro-Tension and Torgue in Biological Membranec Modelled as a Dipole Sheet // Fluid Conductors. Biomechanics. 1972. V. 5. Nо. 4. Pp. 126—132.
17. Гандилян С.В., Гандилян У.В. Обобщенное электромеханическое моделирование биоэнергетических систем // Электротехника. 1996. № 6. С. 53—56.
18. Нанобиотехнология биомиметическая мембран / под ред. Д.К. Мартина. М.: Научный мир. 2012.
19. Григорьев В.И., Григорьева Е.В. Бароэлектрический эффект и электромагнитные поля планеты и звезд. М.: Физматлит, 2003.
20. Гандилян С.В., Гандилян У.В. Совмещенные индуктивно-емкостные электрические машины // Известия РАН. Сер. «Энергетика и транспорт». 1993. № 2. С. 50—62.
21. Лапцевич А.А., Гречихин Л.И., Куць Н.Г. Энергетическая база беспилотных летательных аппаратов // Известия высш. учеб. заведений. Сер. «Энергетика». 2010. № 1. С. 64—78.
22. Пятаков А.П., Звездин А.К. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики // УФН. 2012. Т. 182. С. 539—620.
23. Турков В.Е., Жукова С.А., Рискин Д.Д. Реактивные микродвигатели, изготавливаемые по технологии МСТ // Нано- и микросистемная техника. 2014. № 12. С. 7—21.
24. Karayn H.S. Gandilayn S.V. Several Issues of Generalized Physical and Mathematical Modeling of Micro- and Nano-Electromechanical Systems (MEMS and NEMS) // Armenian J. Phys. 2016. V. 9 (3). Pp. 244—259.
25. Ковшов А.Н., Назаров Ю.Ф., Ибрагимов И.М. Основы нанотехнологии в технике. М.: Академия, 2009.
26. Альтман Ю. Военные нанотехнологии: возможности применения и превентивного контроля вооружений. М.: Техносфера, 2006.
27. Гандилян С.В. Некоторые вопросы обобщенного физико-математического моделирования микро- и наноэлектромеханических систем // Нано- и микросистемная техника. 2015. № 8. С. 15—32.
28. Харис П. Углеродные нанотрубки и родственные структуры. Новые материалы XXI века. М.: Тех- носфера, 2003.
29. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства // УФН. 2002. Т. 172. № 4. С. 401—438.
30. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / под ред. М. Роко, П. Аливистоса. М.: Мир, 2002.
---
Для цитирования: Караян Г.С., Гандилян С.В., Гандилян В.В. Современное состояние и перспективы развития микросистемной электромеханики // Вестник МЭИ. 2017. № 5. С. 63—70. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-63-70.
#
1. Iosif'yan A.G. Voprosy Elektromekhaniki. M.: Energiya, 1975. (in Russian).
2. Iosif'yan A.G. Elektromekhanika v Kosmose. M.: Znanie, 1977. (in Russian).
3. Kopylov I.P. Kuda Idet Elektromekhanika. Elektrotekhnika. 2007;12:50—55. (in Russian).
4. Bertinov A.I. i dr. Spetsial'nye Elektriches- Kie Mashiny. Istochniki i Preobrazovateli Energii. M.: Energoatomizdat, 1993. (in Russian).
5. Kopylov I.P., Gandilyan S.V., Gandilyan V.V. Nekotorye Voprosy Obobshchennogo Fiziko-Matematicheskogo Modelirovaniya Elektromekhanicheskih Preob- razovateley Energii. Elektrotekhnika. 1998;9:25—40. (in Russian).
6. Osin I.L., Yuferov F.M. Elektricheskie Mashiny Avtomaticheskih Ustroystv. M.: Izd-vo MPEI, 2003. (in Russian).
7. Gandilyan S.V., Gandilyan V.V. Nekotorye Proble- my Sozdaniya Mikrominiatyurnyh Elektromekhanicheskih Preobrazovateley Energii. Elektrichestvo. 1999;3:43—46. (in Russian).
8. Kopylov I.P. Elektricheskie mashiny. T. 1, 2. M.: Yurayt, 2015. (in Russian).
9. Nanotekhnologii v Elektronike / Pod Red. Yu.A. Chap- lygina. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
10. Gallacher B.J., Burdess J.S., Harris A.J., Mc- Nie M.E. The Desing and Fabrication of a Multi Axis Vibrating Ring Gyroscope. Proc. Symp. Gyro Techn. Stuttgart, 2001:10—20.
11. Muralt P. Micromachined Infrared Detectors Based on Pyroelectric Thin Films. Rep. on Progress in Phys. 2001;64:1339—1388.
12. Alferov Zh.I. i dr. Nanomaterialy i Nanotekhnologii. Mikrosistemnaya Tekhnika. 2005;8:3—13. (in Russian).
13. Gubin S.P., Tkachev S.V. Grafen i Rodstvennye
Nanoformy Ugleroda. M.: URSS, 2012. (in Russian).
14. Andrievskiy R.A., Ragulya A.V. Nanostrukturnye
Materialy. M.: Akademiya, 2005. (in Russian).
15. Nanotekhnologiya v Blizhayshem Desyatiletii. Prognoz Napravleniya Razvitiya / Pod Red. M.K. Roko, R.S. Uil'yamsa, P. Alivisatosa. M.:Mir, 2002. (in Russian).
16. Lew H.S. Electro-Tension and Torgue in Biological Membranec Modelled as a Dipole Sheet. Fluid Conductors. Biomechanics. 1972;5;4:126—132.
17. Gandilyan S.V., Gandilyan U.V. Obobshchennoe Elektromekhanicheskoe Modelirovanie Bioenergetiches- kih Sistem. Elektrotekhnika. 1996;6:53—56. (in Russian).
18. Nanobiotekhnologiya Biomimeticheskaya Memb- Ran / Pod Red. D.K. Martina. M.: Nauchnyy Mir. 2012. (in Russian).
19. Grigor'ev V.I., Grigor'eva E.V. Baroelektriches- kiy Effekt i Elektromagnitnye Polya Planety i Zvezd. M.: Fizmatlit, 2003. (in Russian).
20. Gandilyan S.V., Gandilyan U.V. Sovmeshchennye Induktivno-emkostnye Elektricheskie Mashiny. Izvestiya RAN. Ser. «Energetika i Transport». 1993;2:50—62. (in Russian).
21. Laptsevich A.A., Grechihin L.I., Kuts' N.G. Energeticheskaya baza Bespilotnyh Letatel'nyh Apparatov. Izvestiya Vyssh. Ucheb. Zavedeniy. Ser. «Energetika». 2010;1:64—78. (in Russian).
22. Pyatakov A.P., Zvezdin A.K. Magnitoelektriches- kie Materialy i Mul'tiferroiki. UFN. 2012;182:539—620. (in Russian).
23. Turkov V.E., Zhukova S.A., Riskin D.D. Reaktivnye Mikrodvigateli, Izgotavlivaemye po Tekhno- logii MST. Nano- i Mikrosistemnaya Tekhnika. 2014;12: 7—21. (in Russian).
24. Karayn H.S. Gandilayn S.V. Several Issues of Generalized Physical and Mathematical Modeling of Micro- and Nano-Electromechanical Systems (MEMS and NEMS). Armenian J. Phys. 2016;9 (3):244—259.
25. Kovshov A.N., Nazarov YU.F., Ibragimov I.M. Osnovy Nanotekhnologii v Tekhnike. M.: Akademiya, 2009. (in Russian).
26. Al'tman Yu. Voennye Nanotekhnologii: Vozmozhnosti Primeneniya i Preventivnogo Kontrolya Vooruzheniy. M.: Tekhnosfera, 2006. (in Russian).
27. Gandilyan S.V. Nekotorye Voprosy Obob- shchennogo Fiziko-matematicheskogo Modelirovaniya Mikro- i Nanoelektromekhanicheskih Sistem. Nano- i Mikrosistemnaya Tekhnika. 2015;8:15—32. (in Russian).
28. Haris P. Uglerodnye Nanotrubki i Rodstvennye Struktury. Novye Materialy XXI Veka. M.: Tekhnosfera, 2003. (in Russian).
29. Eletskiy A.V. Uglerodnye Nanotrubki i ih Emissionnye Svoystva. UFN. 2002;172;4:401—438.
30. Nanotekhnologiya v Blizhayshem Desyatiletii. Prognoz Napravleniya Issledovaniy / Pod Red. M. Roko, P. Alivistosa. M.: Mir, 2002. (in Russian).
---
For citation: Karayan G.S., Gandilyan S.V., Gandilyan V.V. Microsystems Electromechanics: the Current State and Prospects for Further Development. MPEI Vestnik. 2017; 5: 63—70. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-63-70.
2. Иосифьян А.Г. Электромеханика в космосе. М.: Знание, 1977.
3. Копылов И.П. Куда идет электромеханика // Электротехника. 2007. № 12. С. 50—55.
4. Бертинов А.И. и др. Специальные электрические машины. Источники и преобразователи энергии. М.: Энергоатомиздат, 1993.
5. Копылов И.П., Гандилян С.В., Гандилян В.В. Некоторые вопросы обобщенного физико-математического моделирования электромеханических преобразователей энергии // Электротехника. 1998. № 9. С. 25—40.
6. Осин И.Л., Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М.: Изд-во МЭИ, 2003.
7. Гандилян С.В., Гандилян В.В. Некоторые проблемы создания микроминиатюрных электромеханических преобразователей энергии // Электричество. 1999. № 3. С.43—46.
8. Копылов И.П. Электрические машины. Т. 1, 2. М.: Юрайт, 2015.
9. Нанотехнологии в электронике / под ред. Ю.А. Чаплыгина. М.: Техносфера, 2005.
10. Gallacher B.J., Burdess J.S., Harris A.J., Mc- Nie M.E. The Desing and Fabrication of a Multi Axis Vibrating Ring Gyroscope // Proc. Symp. Gyro Techn. Stuttgart, 2001. Pp. 10—20.
11. Muralt P. Micromachined Infrared Detectors Based on Pyroelectric Thin Films // Rep. on Progress in Phys. 2001. V. 64. Pp. 1339—1388.
12. Алферов Ж.И. и др. Наноматериалы и нано- технологии // Микросистемная техника. 2005. № 8. С. 3—13.
13. Губин С.П., Ткачев С.В. Графен и родственные наноформы углерода. М.: URSS, 2012.
14. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Академия, 2005.
15. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления развития / под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса, П. Аливисатоса. М.:Мир, 2002.
16. Lew H.S. Electro-Tension and Torgue in Biological Membranec Modelled as a Dipole Sheet // Fluid Conductors. Biomechanics. 1972. V. 5. Nо. 4. Pp. 126—132.
17. Гандилян С.В., Гандилян У.В. Обобщенное электромеханическое моделирование биоэнергетических систем // Электротехника. 1996. № 6. С. 53—56.
18. Нанобиотехнология биомиметическая мембран / под ред. Д.К. Мартина. М.: Научный мир. 2012.
19. Григорьев В.И., Григорьева Е.В. Бароэлектрический эффект и электромагнитные поля планеты и звезд. М.: Физматлит, 2003.
20. Гандилян С.В., Гандилян У.В. Совмещенные индуктивно-емкостные электрические машины // Известия РАН. Сер. «Энергетика и транспорт». 1993. № 2. С. 50—62.
21. Лапцевич А.А., Гречихин Л.И., Куць Н.Г. Энергетическая база беспилотных летательных аппаратов // Известия высш. учеб. заведений. Сер. «Энергетика». 2010. № 1. С. 64—78.
22. Пятаков А.П., Звездин А.К. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики // УФН. 2012. Т. 182. С. 539—620.
23. Турков В.Е., Жукова С.А., Рискин Д.Д. Реактивные микродвигатели, изготавливаемые по технологии МСТ // Нано- и микросистемная техника. 2014. № 12. С. 7—21.
24. Karayn H.S. Gandilayn S.V. Several Issues of Generalized Physical and Mathematical Modeling of Micro- and Nano-Electromechanical Systems (MEMS and NEMS) // Armenian J. Phys. 2016. V. 9 (3). Pp. 244—259.
25. Ковшов А.Н., Назаров Ю.Ф., Ибрагимов И.М. Основы нанотехнологии в технике. М.: Академия, 2009.
26. Альтман Ю. Военные нанотехнологии: возможности применения и превентивного контроля вооружений. М.: Техносфера, 2006.
27. Гандилян С.В. Некоторые вопросы обобщенного физико-математического моделирования микро- и наноэлектромеханических систем // Нано- и микросистемная техника. 2015. № 8. С. 15—32.
28. Харис П. Углеродные нанотрубки и родственные структуры. Новые материалы XXI века. М.: Тех- носфера, 2003.
29. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства // УФН. 2002. Т. 172. № 4. С. 401—438.
30. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / под ред. М. Роко, П. Аливистоса. М.: Мир, 2002.
---
Для цитирования: Караян Г.С., Гандилян С.В., Гандилян В.В. Современное состояние и перспективы развития микросистемной электромеханики // Вестник МЭИ. 2017. № 5. С. 63—70. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-63-70.
#
1. Iosif'yan A.G. Voprosy Elektromekhaniki. M.: Energiya, 1975. (in Russian).
2. Iosif'yan A.G. Elektromekhanika v Kosmose. M.: Znanie, 1977. (in Russian).
3. Kopylov I.P. Kuda Idet Elektromekhanika. Elektrotekhnika. 2007;12:50—55. (in Russian).
4. Bertinov A.I. i dr. Spetsial'nye Elektriches- Kie Mashiny. Istochniki i Preobrazovateli Energii. M.: Energoatomizdat, 1993. (in Russian).
5. Kopylov I.P., Gandilyan S.V., Gandilyan V.V. Nekotorye Voprosy Obobshchennogo Fiziko-Matematicheskogo Modelirovaniya Elektromekhanicheskih Preob- razovateley Energii. Elektrotekhnika. 1998;9:25—40. (in Russian).
6. Osin I.L., Yuferov F.M. Elektricheskie Mashiny Avtomaticheskih Ustroystv. M.: Izd-vo MPEI, 2003. (in Russian).
7. Gandilyan S.V., Gandilyan V.V. Nekotorye Proble- my Sozdaniya Mikrominiatyurnyh Elektromekhanicheskih Preobrazovateley Energii. Elektrichestvo. 1999;3:43—46. (in Russian).
8. Kopylov I.P. Elektricheskie mashiny. T. 1, 2. M.: Yurayt, 2015. (in Russian).
9. Nanotekhnologii v Elektronike / Pod Red. Yu.A. Chap- lygina. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
10. Gallacher B.J., Burdess J.S., Harris A.J., Mc- Nie M.E. The Desing and Fabrication of a Multi Axis Vibrating Ring Gyroscope. Proc. Symp. Gyro Techn. Stuttgart, 2001:10—20.
11. Muralt P. Micromachined Infrared Detectors Based on Pyroelectric Thin Films. Rep. on Progress in Phys. 2001;64:1339—1388.
12. Alferov Zh.I. i dr. Nanomaterialy i Nanotekhnologii. Mikrosistemnaya Tekhnika. 2005;8:3—13. (in Russian).
13. Gubin S.P., Tkachev S.V. Grafen i Rodstvennye
Nanoformy Ugleroda. M.: URSS, 2012. (in Russian).
14. Andrievskiy R.A., Ragulya A.V. Nanostrukturnye
Materialy. M.: Akademiya, 2005. (in Russian).
15. Nanotekhnologiya v Blizhayshem Desyatiletii. Prognoz Napravleniya Razvitiya / Pod Red. M.K. Roko, R.S. Uil'yamsa, P. Alivisatosa. M.:Mir, 2002. (in Russian).
16. Lew H.S. Electro-Tension and Torgue in Biological Membranec Modelled as a Dipole Sheet. Fluid Conductors. Biomechanics. 1972;5;4:126—132.
17. Gandilyan S.V., Gandilyan U.V. Obobshchennoe Elektromekhanicheskoe Modelirovanie Bioenergetiches- kih Sistem. Elektrotekhnika. 1996;6:53—56. (in Russian).
18. Nanobiotekhnologiya Biomimeticheskaya Memb- Ran / Pod Red. D.K. Martina. M.: Nauchnyy Mir. 2012. (in Russian).
19. Grigor'ev V.I., Grigor'eva E.V. Baroelektriches- kiy Effekt i Elektromagnitnye Polya Planety i Zvezd. M.: Fizmatlit, 2003. (in Russian).
20. Gandilyan S.V., Gandilyan U.V. Sovmeshchennye Induktivno-emkostnye Elektricheskie Mashiny. Izvestiya RAN. Ser. «Energetika i Transport». 1993;2:50—62. (in Russian).
21. Laptsevich A.A., Grechihin L.I., Kuts' N.G. Energeticheskaya baza Bespilotnyh Letatel'nyh Apparatov. Izvestiya Vyssh. Ucheb. Zavedeniy. Ser. «Energetika». 2010;1:64—78. (in Russian).
22. Pyatakov A.P., Zvezdin A.K. Magnitoelektriches- kie Materialy i Mul'tiferroiki. UFN. 2012;182:539—620. (in Russian).
23. Turkov V.E., Zhukova S.A., Riskin D.D. Reaktivnye Mikrodvigateli, Izgotavlivaemye po Tekhno- logii MST. Nano- i Mikrosistemnaya Tekhnika. 2014;12: 7—21. (in Russian).
24. Karayn H.S. Gandilayn S.V. Several Issues of Generalized Physical and Mathematical Modeling of Micro- and Nano-Electromechanical Systems (MEMS and NEMS). Armenian J. Phys. 2016;9 (3):244—259.
25. Kovshov A.N., Nazarov YU.F., Ibragimov I.M. Osnovy Nanotekhnologii v Tekhnike. M.: Akademiya, 2009. (in Russian).
26. Al'tman Yu. Voennye Nanotekhnologii: Vozmozhnosti Primeneniya i Preventivnogo Kontrolya Vooruzheniy. M.: Tekhnosfera, 2006. (in Russian).
27. Gandilyan S.V. Nekotorye Voprosy Obob- shchennogo Fiziko-matematicheskogo Modelirovaniya Mikro- i Nanoelektromekhanicheskih Sistem. Nano- i Mikrosistemnaya Tekhnika. 2015;8:15—32. (in Russian).
28. Haris P. Uglerodnye Nanotrubki i Rodstvennye Struktury. Novye Materialy XXI Veka. M.: Tekhnosfera, 2003. (in Russian).
29. Eletskiy A.V. Uglerodnye Nanotrubki i ih Emissionnye Svoystva. UFN. 2002;172;4:401—438.
30. Nanotekhnologiya v Blizhayshem Desyatiletii. Prognoz Napravleniya Issledovaniy / Pod Red. M. Roko, P. Alivistosa. M.: Mir, 2002. (in Russian).
---
For citation: Karayan G.S., Gandilyan S.V., Gandilyan V.V. Microsystems Electromechanics: the Current State and Prospects for Further Development. MPEI Vestnik. 2017; 5: 63—70. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-63-70.
