微驱动技术是微机电系统技术的发展主流之一，而微致动器则是实现微驱动的基本单元。微致动器的驱动方式大致可分为静电力（Electrostatic Force）驱动、热膨胀力（Thermal Force）驱动、电磁力（Electromagnetic Force）驱动、形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）驱动及压电力（Piezoelectric Force）驱动等。
利用热膨胀（Thermal Expansion）现象设计及制作热动式微致动器（Micro Thermal Actuator）是微机电系统领域中的一个重要研究课题。适当的设计可以使微致动器不但具有输出力大的优点，而且亦能产生相当大的输出位移。1988年，Riethmuller及Benecke首先提出应用双金属效应作为驱动方式的微致动器结构[502]。其工作原理为利用两种不同材料热膨胀系数的不同（在温度升高时产生不同的膨胀变形量），根据其膨胀系数的大小来决定其弯曲致动方向，进一步利用弯曲时的力量来推动其他的微结构。1990年，Judy和Howe利用单一材料本身受热膨胀变形来作微致动器[503]。由于仅利用单一材料膨胀变形，虽然有几何形状的优化设计，但是该微致动器变形量最大也只有几微米。1992年，Guckel等人以镍为材料，利用LIGA技术制造高深宽比的微热致动器[139]。这种微结构由粗细不同的两根悬[504]臂梁所组成，如图7.1所示。当通电加热后，细悬臂梁因具有较大的电流密度而温度上升，形成“热”悬臂梁；粗悬臂梁则温度较低从而形成“冷”悬臂梁。温度的不同导致了两根悬臂梁的膨胀变形量不同，这使得微致动器将朝“冷”悬臂梁方向做弧状变形运动，这种微热致动器已广泛应用于微机电系统中。1997年，Comtois提出由多个微热致动器通过不同布署的方式以便获得更大输出力的方法[505]。1998年，Reid等人更设计出了不同尺寸的热动式微致动器，可应用于微光学镜片，微马达的移动、转动及定位，微爪、微型自动组装结构等[506]。
上述微热致动器（热动式微致动器）的设计都是基于设计人员的直观感觉和经验，还缺乏系统的设计理论。微热致动器的结构优化问题是一个多场耦合及多学科协同下的优化设计问题，它包括热场、电场、结构场的相互作用与影响。由于多物理场的耦合作用，微热致动器结构的最优拓扑关系往往与直观感觉和经验相差甚远，因此微热致动器的概念设计在微热致动器的设计过程中具有非常重要地位。结合多物理场，用连续体结构拓扑优化方法对微热致动器进行设计研究是一种崭新的方法。但是，目前应用连续体结构拓扑优化方法设计微热致动器的例子还比较少，相关的研究主要集中于Sigmund等人的工作[279，282-283]。(www.xing528.com)
图7.1 Guckel设计的微热致动器
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
