微纳科技的特点及应用前景

随着微纳科技的迅猛发展，具有微米运动范围及微／纳米级定位精度的精密定位平台及相关技术己被广泛应用于微系统工程、生物工程、医学工程、光学制造、航空航天等重要科学工程领域。但目前具有亚微米级以上位移分辨率，毫米级以上运动行程的跨尺度精密定位技术成为微纳驱动控制领域的研究热点和难点。跨尺度精密定位技术在纳米操作、大规模集成电路制造和生物技术等众多领域都有着广泛的应用前景。

在微纳米操作领域中，由于微纳米操作对象的尺度特征微小，通常需借助STM、AFM等显微系统实现对对象的观察、识别和操作。往往需要在STM、AFM等狭小空间内安装精密定位平台，因此操作中用于操作对象调整的精密定位平台不仅要求具有微／纳米级的定位精度和毫米级的运动行程，且对定位平台本身的尺寸和体积提出了更高要求。

传统的驱动器由于其结构和工作原理的限制，己不能满足众多微型操控系统对微／纳米精度及微小尺寸的需求。但是随着智能材料技术迅猛发展，科研人员致力于研究基于智能材料的新型精密驱动器，由于突出的综合性能，压电陶瓷驱动器成为微纳驱动控制领域中应用最广泛的驱动元件。压电驱动器利用压电材料的逆压电效应，将电能转换为机械能，实现可控的精密驱动。压电驱动器具有体积小、重量轻、精度高、响应快、控制特性好、能量密度大、能耗低、不受磁场干扰等特点，得到了广大研究人员的青睐。

目前应用最多的是基于压电驱动器和柔性铰链的微动平台，该类平台具有结构紧凑、位移分辨率高等优点，但问题在于即使采用位移放大机构，平台的运动范围仍难以达到毫米级，限制了此类微动平台的应用。进一步提高运动范围的最简单措施是采用冲击原理，冲击驱动是实现跨尺度精密定位操作技术的典型驱动方式。通过将电信号输入定子，使得受到激励的定子产生一定轨迹的机械运动，最终驱动动子运动。研究学者通常采用压电驱动器和柔性铰链的定子来冲击驱动动子实现跨尺度精密运动，该类平台具有结构紧凑、控制方便等优点，但设计中都采用定子侧面与动子接触，只能实现单自由度的运动，而多自由度运动将面临摩擦力耦合、预压力施加方式等问题。因此，需要结合微动平台和冲击驱动设计一种紧凑结构实现多自由度跨尺度精密运动，提升压电精密定位平台在STM、AFM等显微系统中的应用效果。

为了解决以上问题，三英精控开发的一系列的纳米微位移台，具有结构紧凑、控制方便、位移分辨率高、运动行程大、响应速度快等优点。

根据机械结构构造形式，纳米位移台可以分为串联和并联两种。串联冲击式多自由度压电驱动机构通过将多个单自由度的机构进行模块化的组合，能够快速实现多自由度运动并且便于控制，而并联冲击式压电驱动机构所有自由度运动集合于同一个运动部件使得结构更紧凑。

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