近来，Science协作期刊（Science Partner Journal）《Research》在线宣布了北京大学工学院董蜀湘课题组在压电-电磁双机理直线纳米驱动范畴研讨的最新进展，文章标题为“A Piezoelectric and Electromagnetic Dual Mechanism Multimodal Linear Actuator for Generating Macro- and Nanomotion”。

超精细定位技能是精细制作、精细丈量和精细驱动中的中心关键技能之一，在现代顶级工业生产和科学研讨占有极其重要的位置，左右着各范畴高、精、尖技能的开展。欧美等先进国家在微电子技能和高技能等方面的领先位置得益于其在超精细定位和测验技能方面的开展水平。尤其是在半导体芯片加工范畴，光刻机作为半导体加工中最重要的芯片加工中心设备，其间大多数运动部件以及光学部件都需求履行超精细纳米驱动。现在国际上最先进的芯片线宽光刻加工可达7 nm，但我国现在水平与国外存在数倍以上的距离，成为约束半导体工业的开展的卡脖子技能。怎么完成大行程、高运动速度、高加速度，一起也具有纳米分辨率才能，已成为当时精细机械运动体系、精细伺服驱动器与电机范畴一个亟待处理的问题。常见的精细定位直线电机有压电超声电机、压电步进电机，和电磁电机等，可是本身都存在约束。压电超声电机具有较高的运动速度和定位分辨率，但它的高频冲突损耗约束了它在长期接连作业的精细使用场合；压电步进电机具有最高的运动分辨率，但运动速度缓慢，不适合高速、大行程精细运动和定位；而传统的电磁直线电机也存在以下问题：（1）呼应速度慢，（2）不能断电自锁（断电后自在滑行），（3）位移分辨率相对较低，很难完成纳米级的精细运动与操控。

图1. 创造的压电-电磁双机理直线纳米运动电机结构及驱动原理图

为了处理这一难题，北京大学工学院董蜀湘课题组提出压电-电磁双机理处理计划，并创造了双机理多模态纳米直线运动电机（Dual Mechanism Multimodal Linear Actuator，简称DMMLA），其结构和驱动机理见图1。该创造经过共动子与共定子的规划把电磁和压电双机理结合在一起，再利用电磁机理发生微观快速运动、压电步进机理发生微观低速运动、压电伺服完成纳观运动定位的三种运动模态，完成宏-微-纳全标准运动精细定位。这种全新的双机理运动体系规划思路，可望有用战胜传统各种单一机理马达或电机存在的问题，特别是在处理快速运动、不受局域约束的纳米定位精度的对立方面，具有共同优势，现在已申报我国创造专利。样机实测成果显现在电磁微观运动时最大运转速度51.2 mm/s，压电步进微观运动时速度在0~135 μm/s，在压电伺服纳观运动时最小位移分辨率可达2 nm（开环操控），测验成果见图2。比较传统单机理电磁运动渠道或压电马达，在运动位移分辨率、运动速度等方面都有杰出优势。提出的双机理纳米直线驱动规划的详细计划为下一代超精细运动渠道的开展供给了新思路。

图2. 压电-电磁双机理纳米直线运动渠道功能测验成果图：（a）电磁微观运动，最大运转速度51.2 mm/s；（b）压电步进微观运动；（c）压电伺服纳观运动，最小位移分辨率2 nm。

来历 北京大学工学院

文章链接：

https://spj.sciencemag.org/research/2019/8232097/

喜爱就点“在看”，敞开价值时间！