静电马达
自制静电马达全过程
自制静电马达全过程
业余时间，修修改改地耗费一周时间，搞出这么个认为拉风的作品，感兴趣的童鞋们可以准备材料，找找乐子。
材料：一次性塑料杯3只，硬导线若干（我用的是网线），锡箔纸（我用的是香烟包装锡纸）、油笔芯一支、光盘盒、胶带若干、塑料管（其它塑料类也可以）、海绵一块（或卫生纸）、按钉8－10个、子母扣（俗称按扣）一个、合适的螺丝（或螺栓）
1、制作过程：取一只塑料杯，找到杯底中心点（应该会找吧？不会找的，给我发帖）根据子母扣的凸起部分钻个合适的孔，安好子母扣，在跟杯底3－4cm处平均间隔1cm（可以有误差）左右把按钉按图中方式一圈按入。
（我按进8个）尽量使所有的按钉都在同水平线上。
转子部分即告结束。
2、在光盘盒的合适位置按图示安装好，注意一点，油笔芯最好用图中的这种，它的摩擦阻力很小，方便转子灵活、有效地转动。
两条铜线上的锡箔纸条，最好按图示剪，这是我多次实验后的最佳形状，安装这两个纸条时一定要遵循转动灵活，还不能太松也不能很紧，是个细心、耐心的“体力”活，因为它太细也太脆，手稍微哆嗦就报废。
3、取另外两杯子，按图示装配好，左面那个杯底的导线绕3－5圈空心线圈，用胶带粘上。
右面的杯子外面用两张粘一起的香烟锡箔纸围好，用另一条导线铜心部分勒紧。
下图是三只杯子的关系图。
4 、整体装配：按图示装配好，调整好两条导线的位置，锡箔条尖正好能自由地碰到转子的按帽上，同时还能自由地被静电弹开。
这是本装置最费工夫的地方。
6、摩擦塑料棒，放入右边的塑料杯内，见证奇迹时刻的到了，你就乐吧。
静电马达扭力计算公式
静电马达扭力计算公式静电马达是一种利用静电力产生的驱动力来实现机械运动的装置。
它的工作原理是利用静电场的作用力来产生扭矩，从而驱动机械转动。
在设计和使用静电马达时，计算扭力是非常重要的，它可以帮助工程师们确定合适的驱动力和转动速度，从而保证设备的正常运行。
本文将介绍静电马达扭力的计算公式及其应用。
静电马达扭力计算公式的基本原理是利用静电场的作用力来产生扭矩。
静电场是由带电粒子所产生的电场，当带电粒子在电场中运动时，会受到电场力的作用。
在静电马达中，通常会使用带电的绝缘材料或者金属导体来产生静电场，然后利用这个静电场来产生扭矩，从而驱动机械转动。
静电马达扭力的计算公式可以通过以下步骤推导得出。
首先，我们需要知道静电场的电场强度E和带电粒子的电荷量q。
静电场的电场强度可以通过电场的势能和电荷量来计算，即E = F/q，其中F为电场对电荷所做的力。
然后，我们可以根据电场力的定义和力矩的计算公式来计算扭矩。
电场力的定义是F = qE，力矩的计算公式是τ = rFsinθ，其中r为力臂的长度，θ为力矩的作用角度。
将电场力代入力矩的计算公式中，就可以得到静电马达扭力的计算公式。
静电马达扭力的计算公式为τ = qEr sinθ，其中τ为扭力，q为带电粒子的电荷量，E为静电场的电场强度，r为力臂的长度，θ为力矩的作用角度。
这个公式表明，静电马达的扭力与带电粒子的电荷量、静电场的电场强度、力臂的长度和力矩的作用角度都有关系。
通过这个公式，工程师们可以根据静电场的特性和机械结构的设计来计算静电马达的扭力，从而确定合适的驱动力和转动速度。
静电马达扭力计算公式的应用非常广泛。
在静电马达的设计和制造过程中，工程师们可以利用这个公式来确定合适的驱动力和转动速度，从而保证设备的正常运行。
此外，静电马达扭力的计算公式也可以用于静电场的研究和应用。
通过对静电场的电场强度和带电粒子的电荷量进行测量和计算，可以进一步优化静电马达的设计和性能。
静电电动机的工作原理及制作方法
两根导线 第二步：组装 拉去两个易拉罐的拉环，丢掉其中一个。用裁缝线一端与拉环相连，另一 端连在塑料棒的中央，线的长度比易拉罐的高度略短。 两个易拉罐并排放在一起，相隔 10CM 左右。将塑料棒架在两个易拉罐 上，使拉环能够自由摆动。 将一根导线的一端贴在左边的易拉罐上。这是一根地线，它的另一端应该 与水管或者金属的电脑机箱相连。如果这些东西用起来不方便的话，你可以 直接用你的手握着这根线，对这个装置来说，你的身体就是一个很好的“地”。
2. 拉环上的电子移动到了远离右边的易拉罐的那一端，这样就使拉环的 右边带有更多的正电荷。 3. 拉环带正电的一端被右边带有大量负电荷的易拉罐所吸引，使拉环移 向易拉罐并与之相撞。 4. 一旦拉环与易拉罐接触，易拉罐上大量的电子就转移到了拉环上，直 到它们的电荷相同。此时，易拉罐排斥拉环，使它移向左边。 5. 左边易拉罐上的电子被充满了电子的拉环所排斥，移向了易拉罐的左 边，使易拉罐的右边有了更多的正电荷，这些正电荷吸引充满了负电荷的拉 环，使它与易拉罐接触。 6. 现在拉环上多余的电荷移动到了易拉罐上，然后到了地上。此时，拉 环上的电势又恢复到了零，它又开始摆向右边，整个过程又开始了。
静电电动机的工作原理及制作方法
这个玩具做起来非常简单，在家里找些东西，5 分钟就可以把它做起来。 这个玩具是一个高压马达，运转起来就像一个铃铛，中间的铃舍不停地敲击 两个易拉罐，有时每秒钟几次。 第一步：需要的材料 两个空的易拉罐 一个塑料棒，比如圆珠笔 一些裁缝线 一大块铝箔 胶带
Байду номын сангаас
将第二根导线的一端贴在右边的易拉罐上，另一端应该与高压电源相连。 听起来很可怕，但事实上，一个安全的高压电源就是你眼前的电视机或者你 电脑的 CRT 显示器。 在上图中你能看到，这个玩具放置在电视机上。一块大概 17 寸见方的铝
静电发生器的制作方法
静电发生器的制作方法静电发生器是一种能够产生高电压的装置，它能够利用静电现象将电荷分离并积累起来，最终产生静电放电。
静电发生器在实验室、科研机构以及一些电子设备中有着广泛的应用。
下面我将简要介绍一种制作静电发生器的方法。
首先，准备材料和工具。
制作静电发生器所需要的材料主要有一个马达、一块绝缘材料（如塑料板）、两个金属薄片（如铝箔）、一根绝缘支柱和一根绝缘电线。
工具方面，需要准备锯子、钢丝刷、电焊机、螺丝刀、钳子和万用表等。
其次，开始制作静电发生器。
首先，使用锯子将绝缘材料板切割成合适大小的底板。
然后，用钳子和螺丝刀将金属薄片固定在底板的两侧，使其与底板保持一定的距离。
接下来，使用钢丝刷将金属薄片表面进行清洁，以确保良好的电导性。
然后，使用电焊机将绝缘支柱焊接在底板的一侧，作为手柄。
最后，使用万用表测试金属薄片和绝缘材料之间的电阻，确保电阻适当。
最后，测试和使用静电发生器。
将一根绝缘电线的一端连接到绝缘材料的底板上，将另一端插入到一个地线插座中。
打开马达开关，马达开始带动金属薄片在底板上摩擦。
摩擦过程中，金属薄片带有电荷，由于绝缘材料的特性，电荷无法逃逸，从而在金属薄片之间积累的电荷会逐渐增加。
当积累的电荷达到一定程度时，静电会发生，导致静电放电现象。
需要注意的是，制作静电发生器时要注意安全。
使用电焊机和马达时，要佩戴护目镜和手套，避免火花或碎片伤害。
在测试和使用静电发生器时，也要遵循相关的安全规范，尽量避免触摸金属薄片的裸露部分。
以上就是一种制作静电发生器的方法。
通过这种方法，我们可以简单地制作出一个简易的静电发生器，并利用它来进行一些简单的静电实验。
当然，如果需要更高电压或更精确的静电发生器，还需要使用更复杂的制作方法和更专业的材料。
另一种更高压和更精确的静电发生器是基于万氏机构的震荡器。
震荡器由一个旋转的玻璃盘和一个静电软臂构成。
以下是制作万氏震荡器的方法：1. 准备材料和工具：一个马达，玻璃盘，静电软臂，绝缘材料板（如塑料板），导线和电焊机。
中学物理静电演示实验研究
中学物理静电演示实验研究周小燕【摘要】分析了中学物理教学法静电演示实验所存在的困难，建议从实验的材料和趣味性来提高静电演示实验教学效果，并介绍一些低成本高教育价值静电实验，以期望对中学物理教学法演示实验课程的开展有所帮助。
%Beginning with the analysis of the problems in the electrostatic experiments in the course of middle school physics teaching methodology ,this paper suggested the importance of materi-als and interestingness ,and introduced some low cost ,highly effective electrostatic teaching experi-ments ,in order to promote the development of experiments of middle school physics teaching method-ology .【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P15-18)【关键词】静电实验;物理教学;演示实验【作者】周小燕【作者单位】湛江师范学院物理科学与技术学院，广东湛江524048【正文语种】中文【中图分类】G633.71 引言中学物理静电实验一般包括2类：一是摩擦起电，二是应用高压静电源(主要是感应起电机)所做的各种静电感应实验. 同时静电有2个特点：一是电压很高，可以达到103～104 V，使通常情况下的绝缘体失去绝缘性而变成导体. 如用玻璃棒、橡胶棒分别与丝绸和毛皮摩擦，可以产生103 V电势，而感应起电机在适宜的温度和相对湿度下，可产生成4×104～6×104 V电压. 二是实验时物体起电所产生的电量少，电量也只有约10-6 C. 电荷不断地通过空气中的水汽或静电仪器的绝缘部分向外释放而很快减少，电压高易漏电，电量少经不起漏. 静电现象很弱或很不明显[1]. 所以不可否认，对于很多物理教师而言，特别是物理专业师范大学生而言，静电实验还是属于不可捉摸, 难于把握的一类实验，特别是在相对湿度大的天气，更是难上加难. 为此笔者查阅了大量有关静电实验的资料，通过亲自动手实验和教学实践，发现静电实验其实并不是很难演示成功，关键在于选择合适的材料和实验. 而且只要选材合适，静电实验还是很具有趣味性. 本文利用身边常见的物品，如空心吸管、纸巾、氖泡、纸杯、大头针、塑料瓶、易拉罐等这样的小物品演示静电实验，效果明显，而且趣味性很强.2 摩擦起电实验摩擦起电是大家熟知的现象. 其原理是通过摩擦，每个物体都有一些电子脱离原子的束缚，跑到另一物体上去. 但由于不同物体向对方转移的电子数目往往不等，就造成了一个物体失去电子，另一个物体得到电子，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电. 因此,所谓摩擦起电就是通过摩擦作用，使电子从一个物体转移到另一个物体的过程[2]. 一般物理书中演示摩擦起电的实验是用丝绸摩擦后的玻璃棒，或是用毛皮摩擦后橡胶棒去接触验电器，若验电器的指针张开，就说明物体摩擦后带电. 但一般教科书上所介绍的用丝绸摩擦玻璃棒和用皮毛摩擦橡胶棒起电效果不佳，原因不是这些材料摩擦时不能起电，而是玻璃棒和橡胶棒不易保持住电荷. 特别是空气不够干燥时，这些通常视为绝缘体的材料，在高压之下，漏电较快[3]. 最精彩的物理实验在于能利用生活中最简单的材料来达到教学效果的实验演示. 其实利用纸巾、空心吸管、氖泡、大头针就可以很好的演示摩擦起电的实验.2.1 吸管贴墙实验吸管贴墙实验是利用纸巾轻轻地摩擦空心吸管，然后往墙上一点，吸管就稳稳地贴在墙上. 因此可以利用吸管贴成各种形状的图案. 原理很简单，因为墙上有很多微小的小颗粒，类似于小碎纸，将吸管紧紧的吸在墙上. 说明用纸巾摩擦后的空心吸管带电.2.2 氖泡发光实验验电笔中的氖泡是充有氖气的短型放电管，一般氖泡的起辉电压大约60 V. 而在静电实验中，各种材料如用玻璃棒、橡胶棒分别与丝绸和毛皮摩擦，可产生上千伏电势，这些电压足以使氖泡中的两电极中任意一个电极出现明显的橙色辉光. 用纸巾轻轻地摩擦空心吸管几次，然后将氖泡1个电极沿着空心吸管的表面慢慢移动，氖泡会断断续续地发出橙色闪光，同时也发出噼啪放电声. 尽管氖泡发出的橙色辉光滞留时间不长，但只要房间内的光线较暗，就能看清氖泡内橙色的闪烁光，如图1所示. 实验表明，空心吸管经纸巾擦后带上了大量电荷.图1 氖泡发光实验2.3 旋转的吸管旋转的吸管实验第一步，在第1根空心吸管在中间插1根大头针，接着把将它套在第2根空心吸管上，将其固定. 然后用纸巾轻轻地摩擦第1根吸管，接着摩擦第3根空心吸管，将摩擦过的吸管靠近第1根空心吸管的一端，该端吸管受到排斥，第1根吸管跟着第3个吸管相反的方向发生旋转；接着用摩擦过吸管的纸巾靠近第1根空心吸管，该端吸管受到吸引作用，吸管跟着纸巾的方向旋转. 根据塑料吸管的运动情况，可以很清晰地演示电荷之间同性相斥异性相吸的现象，效果良好，如图2所示.图2 带电吸管使得另一根吸管不断旋转3 感应起电实验感应起电现象是当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相吸或相斥作用，导体中的自由电荷便会产生趋向或远离带电体的运动，使导体靠近带电体的一端带异种电荷，远处的一端带同种电荷. 在高中物理教材中，如图3所示演示静电感应实验.图3 静电感应实验图3中C是带正电的物体，A和B是1对用绝缘支柱支持的导体，两者紧密接触，它们下部分别贴有金属箔(2片)，当A和B不带电时金属箔是闭合的，一旦A或者B带电，由于有一部分电荷要分配到金属箔片上，两金属箔片在电荷间排斥力的作用下将要分开. 该实验是起初导体A 和B 均不带电，当把带正电的物体C 移近导体A时，导体A和B上的箔片均张开, 说明导体A和B由于感应均带电[2].该实验可以很好地演示感应起电，但是该实验的成功率不高,而且缺少趣味性. 其实除了教材中静电感应演示实验外，物理中教法演示实验可以加入一些趣味性的实验，丰富内容的同时也增加静电实验的趣味性. 利用空心吸管、易拉罐、空塑料瓶、纸杯、锡箔纸、水等常见物品也可以很好地演示感应起电实验.3.1 滚动的易拉罐如图4所示，将空易拉罐放在光滑的桌面上，然后用纸巾轻轻地摩擦吸管，接着让吸管接近易拉罐，慢慢移动吸管，可以看到易拉罐跟着吸管的移动方向慢慢地滚动. 该实验原理是由于易拉罐靠近带负电的吸管，由于感应起电，靠近吸管附近一侧的易拉罐带正电，由于异性电荷相吸引，所以易拉罐跟着吸管移动而滚动. 该实验现象可以很明显地演示导体的感应起电现象.图4 易拉罐跟着带电的吸管滚动3.2 转弯的水滴如图5所示，在空的塑料瓶底端扎一小孔，向塑料瓶中装满水. 接着将它固定在高架台上，底端放一个盛水盆，即有一股线状水滴流入水盆中. 用纸巾摩擦多次吸管后，用带电的吸管靠近水流附近，可以很明显地看到水流向着吸管方向偏转，同时水流四处散开. 因为当带电吸管或者带电的橡胶棒靠近水流时，由于静电感应，使得线状的水流感应带上相反的电荷，由于异性电荷相吸，水滴就向着带电吸管方向偏转. 同时由于水滴因为带上同种电荷排斥向四周散开[4]. 该实验现象明显，而且材料很容易获取，可以很明显地演示静电感应现象.图5 线状的水流靠近带电的橡胶棒方向发生偏转3.3 静电铃铛如图6所示，2个空的易拉罐，分别在适当的位置刮掉表面镀膜露出金属部分，然后让2个易拉罐相隔2～4 cm站立，刮掉镀膜的地方面对面. 然后用1根吸管横着悬挂在易拉罐上，下面悬挂着金属环，金属环的高度刚好是易拉罐刮掉膜处. 然后把起电机上2根放电杆前端的金属小球靠近1个易拉罐，当安装和调整好以后,摇动起电机或者将带电的PVC管靠近，就会看到金属环左右摆动撞击易拉罐，发出叮、叮、叮的铃声. 该实验原理是起电机起电后，由于感应起电，使2个易拉罐带上异种电荷，金属环在2个易拉罐的中间,处于不稳定平衡状态，很容易偏离平衡位置而摆向某个易拉罐. 假设首先是摆向带正电的易拉罐，当金属环与易拉罐碰撞时，金属环获得正电荷，而随即被带正电荷的易拉罐排斥，且被带负电的易拉罐吸引，摆向带负电的易拉罐. 同理，当金属环与易拉罐碰撞时，金属环获得负电荷，而随即被带负电荷的易拉罐排斥，且被带正电的易拉罐吸引，摆向带正电的易拉罐，这样金属环在2个易拉罐之间来回摆动，撞击易拉罐而有节奏地发出铃声[5].图6 静电铃铛3.4 静电马达静电马达也是比较有趣的静电感应实验，也叫富兰克林电动机. 常用的电动机都是由直流电和交流电供电，通过电磁转换，磁场作用驱动转子运动. 静电马达可以把电能直接转化成机械能. 静电马达利用高压静电来供电. 根据静电感应和高压静电的尖端放电能驱动纸杯转动. 取1块绝缘泡沫板，在它中心安装1根圆珠笔笔芯. 将剪好的条状的锡箔纸8条，均匀地贴在透明的一次性杯子上. 将贴着锡箔纸的杯子倒扣在圆珠笔芯上使其能轻易地自由转动. 再将2条条状的锡箔纸的一端剪成锯齿状，分别对称地放在纸杯两侧. 然后把起电机上2根放电杆前端的金属小球靠近1个锯齿状的纸杯纸，当安装和调整好以后摇动起电机. 这时可以看到贴着锡箔纸条的杯子飞快地转动起来. 静电马达的原理是因为高压静电使得靠近锯齿状的锡箔纸带电，另一侧的锯齿状的锡箔纸由于感应带上相反的电荷. 两侧的锡箔纸带上高压电后，锯齿产生尖端放电现象，此时，空气被大量电离，其中，与锡箔纸所带电荷同种的电荷飞向纸杯锡箔纸上，并只附在纸杯一侧的锡箔纸上，因为纸杯是绝缘材料，这些电荷在绝缘体上不能流动. 这样，纸杯受到来自两侧带电锡箔纸的静电斥力力矩的作用下开始旋转. 当纸杯旋转180°后，纸杯上锡箔纸的电荷的极性就会发生变化，因此纸杯可以不停地旋转[5]. 如图7所示.图7 静电马达4 结束语从教学实践过程中发现，学生普遍欢迎这种由简易的材料而又比较具有趣味性小实验，因为这些小的实验除了在实验室外，平时也可以动手演示这些实验，形象生动地将静电的原理展示给学生,使得他们对静电演示实验有进一步认识. 利用生活中随手可得的材料演示物理实验，同样达到很好的教学效果，这是物理中教法实验所要教给学生的另一个重要的教学目标. 实际上，积极探寻由简易材料所做的静电实验并以此指导实践，是做好物理中教法演示实验的有效途径. 对我们从事其他物理中教法实验的研究及其实验教育同样也会大有裨益.【相关文献】[1] 吴永熙，王明怡，刘军．谈谈静电实验[J]. 大学物理，2002，21(2)：37-38.[2] 赵凯华，张维善．新概念高中物理读本[M]. 第2版．北京：人民教育出版社，2008.[3] 罗星凯．中学物理疑难实验专题研究[M]. 桂林：广西师范大学出版社，1998.[4] 刘贵兴，方鸿辉，倪闽景．创新物理实验[M]. 上海：上海教育出版社，2007.[5] 周鉴恒．轻松学物理的第一本书[M]. 台北：如何出版社，2005.。
静电电机工作原理
静电电机工作原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊静电电机那神奇的工作原理呀！
你说这静电电机，就好像是一个小魔法师，能把静电的力量变戏法一样地利用起来。
咱可以把静电想象成一群调皮的小精灵，在静电电机这个大舞台上蹦蹦跳跳地玩耍。
静电电机里有个关键的部分，就像是一个指挥家，指挥着这些小精灵按照特定的路线和节奏行动。
当电荷聚集起来，就好像是小精灵们找到了自己的队伍，然后它们就顺着特定的通道，欢快地奔跑起来。
你看啊，这些电荷在电机里流动，就如同小河流淌一样自然而又神奇。
它们推动着各种部件转动，就好像是小精灵们齐心协力推动着一个大轮子。
这时候，电机就开始工作啦，是不是特别有意思？
咱再想想，生活中不也有很多类似的奇妙现象吗？比如说，风吹动风车转动，不也是一种力量的传递和转化嘛。
静电电机就像是把看不见摸不着的静电，变成了实实在在能做事的动力。
而且啊，静电电机的结构虽然不复杂，但里面的门道可不少呢！每个小零件都有它独特的作用，就像是一场精彩的演出，每个演员都不可或缺。
它们相互配合，才能让静电电机这个大魔术完美呈现。
你说，这静电电机是不是很了不起？它能把静电这种看似普通的东西，变得如此神奇和有用。
这就好像我们每个人，看似平凡，但只要找到自己的位置，发挥出自己的特长，也能创造出不平凡的事情呀！
总之呢，静电电机的工作原理就是这么有趣又神奇，它让我们看到了科学的魅力和无限可能。
怎么样，是不是对静电电机有了更深的认识和喜爱呢？。
静电电机原理
静电电机原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊静电电机原理。
你说这静电电机啊，就好像是一个小小的魔法盒子。
想象一下，电就像是一群调皮的小精灵，在这个盒子里跑来跑去，然后产生了神奇的力量，让机器转起来啦！
静电电机的核心呢，就是利用静电的力量。
这静电啊，平时咱可能感觉不咋明显，但在静电电机里可就大显身手啦。
它就像个隐藏的大力士，平时不声不响，关键时刻能推动好多东西呢！
咱可以把静电电机的工作过程看成一场精彩的表演。
首先呢，电荷们开始聚集起来，就像演员们在后台准备登场。
然后，它们在特定的结构里穿梭、流动，这就好比演员们在舞台上尽情表演各种高难度动作。
最后，这些电荷的运动产生了机械能，让电机转起来啦，这不就像是表演结束后观众们热烈的掌声嘛！
静电电机的应用可不少呢！虽然它可能不像那些大型机器那么显眼，但在一些小地方也能发挥大作用呀。
比如说在一些小电器里，它就默默工作着，为我们的生活提供便利。
你说这静电电机是不是很神奇？它就像是一个小小的宝藏，等待着我们去挖掘它更多的奥秘。
我们身边的好多东西，其实都蕴含着这样有趣的科学原理呢。
静电电机虽然小，但它的力量可不容小觑啊！它就像是一个低调的英雄，不张扬却很有本事。
我们在生活中也要像静电电机一样，不一定要做出惊天动地的大事，但可以在自己的小角落里默默发光发热呀！所以啊，可别小看了这小小的静电电机原理，它里面的学问大着呢！
原创不易，请尊重原创，谢谢!。
LIGA相关技术
浅谈LIGA相关技术LIGA技术首先是由德国卡尔斯鲁厄核物理研究中心研究出来的，被公认为是一种全新的三维微细加工技术。
LIGA这一词源自德文缩写，LI指深度X射线刻蚀，G指电铸成型，A指的是塑料铸模。
LIGA技术是深度X射线曝光、微电铸和微复制工艺的完美结合。
SLIGA是指牺牲光刻电铸成型工艺。
其中的S是指牺牲层。
SLIGA技术是H.Guckle教授等人结合硅面加工技术和常规LIGA技术而开发出的一种新工艺。
在这个工艺中，牺牲层用于加工形成与基片完全相连或部分相连或完全脱离的金属部件。
利用SLIGA技术可以制造活动的微器件。
开发研究LIGA技术的初始目的是为了加工出能够将铀同位素进行分离的特别微小的管嘴LIGA技术从首次报导至今，短短十多年飞速发展，引起人们极大的关注，发达国家纷纷投入人力、物力、财力开展研究，目前己研制成功或正在研制的LIGA产品有微传感器、微电机、微执行器、微机械零件和微光学元件、微型医疗器械和装置、微流体元件、纳米尺度元件及系统等。
为了制造含有叠状、斜面、曲面等结构特征的三维微小元器件，通常采用多掩模套刻、光刻时在线规律性移动掩模板、倾斜/移动承片台，背面倾斜光刻等措施来实现。
LIGA它能够制造平面尺寸在微米级、结构高度达几百微米的微结构。
其工艺流程如图。
主要工艺过程如下：1)深度X射线曝光将光刻胶涂在有很好的导电性能的基片上，然后利用同步X射线将X光掩模上的二维图形转移到数百微米厚的光刻胶上。
刻蚀出深宽比可达几百的光刻胶图形。
X光在光刻胶中的刻蚀深度受到波长的制约。
若光刻胶厚度10-1000微米应选用典型波长为0.1-1纳米的同步辐射源。
显影将曝光后的光刻胶放到显影液中进行显影处理" 曝光后的光刻胶如（ＰＭＭＡ）分子长键断裂，发生降解，降解后的分子可溶于显影液中，而未曝光的光刻胶显影后依然存在。
这样就形成了一个与掩模图形相同的三维光刻胶微结构。
2)微电铸利用光刻胶层下面的金属薄层作为阴极对显影后的三维光刻胶微结构进行电镀。
电子科大微机电系统(MEMS)概论课件 第一章
力学
流体
声学
传热学 光学
MEMS
电/磁学
生物学
化学
量子力学
一、MEMS的形成与发展
1、MEMS的形成基础
与机械电子学的关系
• 基本组成相同 • 不是简单的提升
定子
转子
扭矩传 递齿轮
LIGA工艺生成的微马达
MEMS系统框图
MEMS的组成要素：微型传感器、微执行器、信号处理控制电路、通 信系统、微电子电源
Electron Devices ED-35
724–30
旋转式静电微电机 Rotary Electrostatic Micromotor
Fan Long-Shen, Tai Yu-Chong and
Muller R S 1989 IC-processed
Aelcetcutarotostrasti2c0m4i1c–r7omotors Sensors
阻量 ＝势能变化 / 速度、电流或流量的变化 容量 ＝质量或位移变化/ 势能变化 惯量 ＝势能变化/ 流量（速度或电流）每秒的变化
三、MEMS的制造方法概述
MEMS与IC工艺追求不同 • 从二维到“假三维” 、 “真三维” • 以IC平台发展起来为主，非IC工艺日渐丰富
三、MEMS的制造方法概述
5)IC器件主要是电信号，而MEMS器件有机械、光、电、多种信号；
6)IC主要是表面加工工艺，而MEMS有多种加工工艺；
7)IC主要是半导体材料，而MEMS有多种加工材料。
机械学 机械功能
(输入/输出 )
•“系统Systems”——结构,设备,系统水平
MEMS——21世纪微型化的前沿技术
2、MEMS的特点
微型机械 VS 普通机械
静电发电机的原理
静电发电机是一种利用静电原理产生电能的装置。
其工作原理主要基于静电感应和静电场的能量转换。
静电发电机的基本结构主要由两个部分组成：一个是带有静电的转子，另一个是固定的电容器。
当带有静电的转子旋转时，它与固定的电容器之间产生电场。
在电场的作用下，电容器上会感应出电荷。
这些电荷可以被收集起来，作为电能使用。
在静电发电机的旋转过程中，转子上的静电会使转子周围的空气分子发生极化现象，形成一圈环绕转子的电场。
这个电场随着转子的旋转而不断改变方向，使得电容器上的电荷不断发生变化。
这种变化形成了闭合的电流回路，从而产生了电能。
此外，当带有静电的转子旋转时，由于静电屏蔽作用，其周围的空气分子不会被完全极化，因此在转子与空气分子之间形成了一个相对稳定的等电位区域。
在这个区域内，空气分子的电位与转子的电位非常接近，从而形成了一个相对稳定的电场。
这个电场随着转子的旋转而不断改变方向，使得电容器上的电荷不断发生变化，从而产生了电能。
静电发电机的工作原理是基于静电感应和静电场的能量转换。
通过旋转带有静电的转子，静电发电机可以将机械能转化为电能。
mems 静电驱动微马达
mems 静电驱动微马达
静电驱动微马达（EDMA）是一种用于控制微型机械部件（如微型电机、微压发
生器和微力夹具等）的微型电机技术，其使用静电场技术通过带有相应分压的集电极上的负静电来驱动动作结构的移动。
EDMA优势在于其效率高、功耗低，
它可以在一定的尺寸范围内提供定位和振动控制，并且可以通过便携性低和低成本来减少整体系统尺寸，从而增强应用性能和可靠性。
EDMA技术可以将微小的静力转换为有效的动力，从而用于驱动大型机械系统的运动控制，比如微型电机、旋转平台、活塞系统等。
此外，它还可以用于有效控制高精度技术如弹性素技术（NIST）的定位、以及复杂的机械应用，如微电路制造、机器视觉和辐射散装技术等。
MEMS致动器原理
压电致动 Piezoelectric actuators
压电效应：
某些电介质，当沿着某一方向发生变形时，内部 产生极化现象，在表面产生电荷，电荷极性与外 力方向有关，外力去掉后电荷消失。 逆压电效应：在这种电介质的极化方向施加电压， 会产生变形。压电致动器利用的就是这种效应。 压电材料：石英晶体、压电陶瓷、高分子压电材 料等。压电陶瓷属于铁电体类物质。
3 1 11 3 2 2 2
硅
b2
t2 l2 = l1 b1 t1
a热膨胀系数，t厚度，b宽度，r变形量（曲率半径）
两层厚度和宽度相同，则：
1+ k 2 (5 + ) r= 3∆α∆T k t
0.4 mm Mechanical Stop
Mirror
Principle and Features
William Tang, Ph.D. EECS Dept., 1990
Formulae
电场能量： 静电力： C
Energy must include capacitance between the stator and the rotor and the underlying ground plane, which is typically connected at the rotor voltage.
Used as sensors as well as delay lines, filters, correlators, pulse compressors, etc. in communications and electronic systems; invented by Prof. R. M. White, EECS Dept., UC Berkeley, 1965.
静电马达原理
静电马达原理
静电马达原理有两种：一种是利用介电驰豫原理，另一种是利用电容可变原理。
1.利用介电驰豫原理的静电电动机一般被称为静电感应电动机或异步介电感应电动机。
其具体原理如下：如果将一个介电转子置于旋转电场中，那么就会在转子表面感应出电荷，由于介电驰豫，这些电荷滞后于旋转电场，这些感应电荷与旋转电场之间的偏移就产生了一个作用在转子上的转矩。
如果转子由多种介质构成，那么不同的介电驰豫过程就会被叠加，在不同的频率下起作用。
由于电动机运行时，转子的角速度小于旋转电场的角速度，因此这种电动机被称之为“异步”，电动机的转矩与效率都取决于转子角速度与旋转电场角速度的比。
图1所示的是异步介电感应静电电动机的结构示意简图。
电极静止排放，相差90°相角的两个电压用来产生旋转电场。
2.利用电容可变原理的静电电动机就是指利用带电极板之间基于静电能的能量变化趋势产生机械位移，这种作用力使两个电极趋于互相接近并达到一能量最小的稳定位置。
电动机的定子为静止电极，转子为移动电极，通过限制转子向定子方向移动的自由度，就可以使转子获得一个单一方向的位移。
电容可变型静电电动机的结构简单，由性能良好的绝缘体和导电体构成，它的激励只需要简单的开环电压脉冲就足够了。
静电起电机应用的原理是
静电起电机应用的原理1. 简介静电起电机（Electrostatic Generator）是一种能将静电能转化为机械能的装置。
它利用静电的光电效应以及静电感应效应，将静电能转化为机械能，广泛应用于各个领域。
2. 原理静电起电机的工作原理基于静电充电的两个主要现象：静电感应和静电电离。
下面分别介绍这两个原理。
2.1 静电感应静电感应是指当一个带电体靠近一个不带电体时，电荷会在不带电体上分布，产生感应电荷。
这是因为靠近的带电体产生了电场，使得不带电体的电子和离子移动，从而在不带电体上分布出感应电荷。
2.2 静电电离静电电离是指当电场强度达到一定程度时，气体分子中的电子会被剥离，从而形成正离子和自由电子。
这种现象被称为电离现象，静电起电机利用这种现象产生静电能。
3. 静电起电机的产生过程静电起电机的产生过程可以分为三个步骤：充电、分离和收集。
3.1 充电静电起电机的充电过程通常是通过摩擦、接触和感应三种方式来实现的。
其中，最常见的方式是通过摩擦充电。
例如，在皮毛与塑料梳子摩擦后，梳子会带上一定数量的电荷。
3.2 分离在充电后，静电起电机将电荷分离出来，使得正电荷和负电荷分别聚集在两个不同的地方。
静电起电机通常使用金属导体来实现电荷的分离。
3.3 收集静电起电机最后的步骤是收集电荷，并将其转化为机械能。
这通常通过带电盘和细丝来实现。
带电盘用于收集正电荷，而细丝用于收集负电荷。
当电荷从带电盘和细丝中通过时，它们会产生静电力，进而转化为机械能。
4. 静电起电机的应用静电起电机的应用非常广泛，下面列举了一些常见的应用领域：•静电复印机：静电起电机被广泛用于复印机中，用于产生静电场，吸附粉末墨粒。
•静电喷涂：静电起电机用于喷涂工艺中，通过静电力使液体呈现充满粒子的状态，将其喷涂到物体表面。
•静电除尘：静电起电机用于除尘设备中，通过静电力将颗粒物吸附在收集板上，达到除尘目的。
•静电工艺：静电起电机应用于一系列静电工艺中，如静电拍照、静电放映等。
MEMS和微系统概述
四、典型MEMS器件及应用
应用之四：医学领域应用
MEMS在医学领域中的应用主要集中以下几个方面：
微创外科手术：可以减轻病人痛苦。 药物定点输送：直接将药物输送到病变位置，同时可
检测病变处血液样品参数，定时遥控释放药物，提高 疗效。 人造器官：包括人造心脏、肾脏、心肺、电动假肢以 及人造血管、器官、关节等。
第一台静电微马达
世界上第一个微电机（1988） 12个固定电极、8个转子电极
二、微机电发展史
3.丰收的季节
90年代初，ADI的气囊 加速度计实现产业化。
90年代末，Sandia实验室 5层多晶硅技术代表最高水平。
三、MEMS的特点
1.微型化
MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率 高、响应时间短 。
发生在20世纪90年代的故事
1.微创手术
如胆结石手术、心脏搭桥手术、肿瘤切除手术等。 能够减轻病人的痛苦。
监视器
腹腔插入腹腔镜、手术工具、摄像头等
遥控操作
发生在2发0世生纪在9200年世纪代9的0年故代事的故事
2.汽车中气囊
气囊加速度传感器：感受振动信号，避免强烈冲击 对驾驶员造成伤害。
发生在20发世生纪在902年0世代纪的9故0年事代的故事
第15章 微机电系统
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15.2.3 静电力中的尺度效应
以平板电容为例。平板中的电势能为
1 o rWL 2 2 U CV V 2 2d
式中击穿电压v随 两平行板的间隙变化 称为Paschen效应。 当 d<5μm 时，随着间隙的增加，击穿 电压 v 急剧下降。然而当 d=10μm 时， 电压的变化改变方向。进一步增加间 隙，击穿电压继续线形增加。 隙，击穿电压继续线形增加
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15 2 MEMS微尺度效应 15.2
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15.2.1 几何结构学中的尺度效应
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15.2.1 几何结构学中的尺度效应
尺度缩小到微米以下将会带来不同物理后果； 有些尺度的微型化在物理学上是行不通的。 在一个尺度减小的过程中，同等地减小一个物体 的体积和表面积是不可能实现的。
与 IC 制造相兼容
可以很方便地与控制电路集成在一起，形成微型的智能化机械系统。
单晶硅有良好的机械性能
单晶硅的弹性系数与破坏应力大体和钢接近，不产生塑性形变，直 到被破坏为止都有弹性。唯一的缺点是比较脆。
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15.1
引
言
MEMS与传统机械有什么区别？
微尺寸效应 微 寸效应 表面与界面效应 量子尺寸效应 加工方式
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15.1
引
言
MEMS（Microelectron mechanical System）技术 利用集成电路制造工艺中的加工方法，可以在硅材 料上制作极其微小的机械装置。这些机械装置主要可分 为传感器和执行器两大类。如果将它们与集成电路做在 一起，就可制成包括传感器、控制器和执行器在内的微 型智能电子机械系统。
电动马达的工作原理
电动马达的工作原理电动马达是一种将电能转化为机械能的设备，广泛应用于各个领域，包括工业、交通、家电等。
它的工作原理可以简单地描述为通过电磁感应效应产生转矩，从而驱动机械装置转动。
电动马达的核心部件是由线圈和磁铁组成的转子。
当电流通过线圈时，产生的磁场与磁铁的磁场相互作用，产生一个力矩使转子开始旋转。
其工作原理可以从电磁感应和洛伦兹力两个方面进行解释。
根据电磁感应原理，当通过线圈的电流发生变化时，会在周围产生一个磁场。
这个磁场与磁铁的磁场相互作用，产生一个力矩。
这种力矩的大小与线圈电流的大小成正比，与磁铁和线圈之间的距离成反比。
当电流方向改变时，力矩的方向也会改变，从而使转子继续旋转。
根据洛伦兹力定律，当一个导体（线圈）通过磁场时，会受到一个力的作用。
在电动马达中，线圈中的电流通过磁场时，会受到一个与线圈方向和磁场垂直的力，这个力也可以称为洛伦兹力。
由于线圈是连接在转子上的，所以洛伦兹力会使转子开始旋转。
电动马达的工作原理还可以从能量转换的角度来解释。
当电流通过线圈时，电能被转化为磁场能，然后再被转化为机械能。
这种能量转换过程实际上是利用了电磁感应和洛伦兹力的相互作用。
除了上述基本原理外，电动马达还可以根据具体的工作方式和结构分为不同类型，如直流电动马达和交流电动马达。
直流电动马达通过直流电流产生恒定的磁场，从而产生旋转力矩。
交流电动马达则通过交变电流产生交变磁场，通过不断改变电流方向来使转子旋转。
电动马达还有一些其他的关键部件，如碳刷和电刷。
碳刷和电刷是用于提供电流给线圈的连接器，它们能够保证电流的稳定供应，从而使电动马达正常工作。
电动马达是一种将电能转化为机械能的设备，其工作原理主要是通过电磁感应效应和洛伦兹力的相互作用。
通过电流通过线圈产生的磁场和磁铁的相互作用，使转子产生旋转力矩，从而驱动机械装置的转动。
这种能量转换的过程实际上是利用了电磁感应和洛伦兹力的基本原理。
电动马达在现代社会中应用广泛，其工作原理的理解对于电动马达的设计和使用具有重要意义。
静电马达效应
静电马达效应
静电马达是一种通过静电力产生机械运动的装置。
静电马达效应基于两个物体之间的静电吸引和排斥力。
以下是关于静电马达效应的基本原理：
静电力：静电力是由于物体带有电荷而产生的相互作用力。
当两个带有相同电荷的物体相遇时，它们会受到相互的排斥力；而当它们带有相反电荷时，会受到相互的吸引力。
电场：电荷在空间中产生电场，这是一种使得带电粒子受力的场。
在静电马达中，电场的分布是关键因素。
电荷分布：静电马达通常包括至少一个带电物体，它的电荷分布会受到控制或者调整。
这个带电物体可能是金属、绝缘体或者其他材料。
机械运动：静电马达的基本思想是通过改变电荷分布，使得物体受到静电力，从而产生机械运动。
这可能包括物体的旋转、摆动或者线性移动。
周期性操作：静电马达通常需要一种机制来周期性地改变电荷分布，以保持持续的机械运动。
这可能通过电场切换、电荷转移等方式实现。
应用：静电马达效应在一些微型机械系统、电子设备中有应用，但由于静电力相对较弱，实际的功效通常有限，而且需要高精度的设计和控制。
静电马达效应是一种有趣的物理现象，但由于其在一些应用中的局限性，它并不是常见的工程应用之一。
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防止静电小窍门
一、室内要保持一定的湿度。 二、尽量避免穿化纤的衣服，建议秋冬季穿纯棉的衣服。 三、勤洗澡、勤换衣服也能有效地消除人体表面积聚的电荷和带 电尘埃。
五、在摸门把手或水龙头等导电物品之前用手摸一下墙壁，将体 内静电“放”出去。
六、电视机工作时，荧屏周围会产生静电微粒，这些微粒又大量 吸附空中的浮尘，这些带电浮尘对人体及皮肤有不良影响。因此，电 视机最好不要摆放在卧室。看电视时要打开窗户，并同电视机保持 2 至3米距离，看完电视后要洗脸、洗手。
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摩擦时，纸巾的电子跑到A和B气球上 因此两个气球都带负电，头发带正带。
结论：同种电荷相互排斥
电荷分为正电荷和负电荷两种。 同种电荷相排斥，异种电荷相吸引。 两个气球与头发摩擦后带上相同的电荷， 所以它们会相互排斥。
静电的危害
静电电压达到 2000伏时，人 的手指就有感觉； 超过3000伏时， 手会感到刺痛； 超过7000伏时， 人就有被电击的 感觉。但由于摩 擦生电的时间较 短，电流很小， 所以不会对人造 成危险。
认识材料：
（一）
（二 ）
（三）
原子核
分子
电子
观察二：奇怪的气球
小朋友动动脑，如果用头发将A气球摩擦，然后 靠近B气球，会发生什么事？
擦时，头发的电子跑到A气球上，因此头 发带正电，A气球带负电。
由于A气球带负电，要中和B气球中的正电 。所以B气球由于静电感应带上正电。 — ＋
结论：不同种电荷相互吸引
A B
如果将A、B气球各自用头发摩擦后靠近，又会 发生什么事呢？
--静电马达
观察一：顽皮的纸屑
用毛皮摩擦过的橡胶棒 会吸引碎纸屑，这就是 静电现象。
调皮的负电子到处跑去抢别人的正电子，所以就 发生静电现象。
为什么会产生静电？
物质都是由分子构成，分子是由原子构成的，而原子又是由带正电荷 的质子和带负电的电子所构成，在正常情况下，这二者是相互平衡的， 所以对外不产生静电现象。但是物体受外力影响相互接触后（如摩 擦），一个物体的电荷就会转移到另一个物体上，这样物体的电荷就 不再平衡了，这样就会产生静电现象。