微型机械薄膜结构在量子力作用下的稳定性和粘附问题

稳定性和粘附在微型机械的制造和运动过程中是很重要的问题。由于微型机械运动构件之间的间隙通常处于微米、纳米量级，因此需考虑量子力学的影响，如Casimir力。首先对两平行的多晶硅平板之间的Casimir力进行了分析，并考虑表面粗糙度、导电常数和温度的影响，然后讨论了Casimir力对微腔的薄膜结构的作用。当只考虑Casimir力作用时，该结构存在稳定的平衡态和不稳定的非平衡态，由量纲-数K值决定。如果K值大于极值K1，该结构就会塌陷。极值K1随薄膜与固定面之间的距离变化而变化。这为评价该系统在给定尺寸参数、材料特性和没有其他力的影响下的稳定性提供了依据，而且可设计出高L/δ比值、不出现塌陷的微型机械薄膜微腔结构。