MEMS，即微電子機(jī)械系統(tǒng)，是一種由微尺度機(jī)械元件、集成電路，以及光學(xué)器件等組成的新型小型系統(tǒng)。MEMS技術(shù)是一種把電子元件和機(jī)械元件集成到一個(gè)微小的芯片中，可被用于生產(chǎn)微型傳感器和控制器等設(shè)備的技術(shù)。這種技術(shù)可以將復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)混合在一起，形成一個(gè)協(xié)作的多學(xué)科系統(tǒng)，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制和檢測(cè)。它的尺寸和厚度僅為微米，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)行為，是實(shí)現(xiàn)微機(jī)電系統(tǒng)的基本技術(shù)。

自微電子技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，人們不斷追求越來(lái)越小、越來(lái)越完善的微小尺度結(jié)構(gòu)的裝置，并對(duì)生物、環(huán)境控制、醫(yī)學(xué)、航空、航天、精確制導(dǎo) 彈藥、靈巧武 器、先進(jìn)情報(bào)傳感器以及數(shù)字通信等領(lǐng)域，不斷提出微小型化方面的更新更高的要求。按照一種習(xí)慣的劃分，裝置尺度在 1~10毫米范圍的稱微小型機(jī)械；在1微米~1 毫米范圍的稱微型機(jī)械；在1納米~1微米范圍的稱納米機(jī)械。

當(dāng)前，微米/納米技術(shù)在國(guó)際上已初露頭角，它使人類在改造自然方面進(jìn)入一個(gè)新的層次，即從微米層次深入到原子、分子級(jí)的納米層次。正像產(chǎn)業(yè)革命、抗菌素、核能以及微電子技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用所產(chǎn)生的巨大影響一樣，納米技術(shù)將開(kāi)發(fā)物質(zhì)潛在的信息和結(jié)構(gòu)潛力，使單位體積物質(zhì)儲(chǔ)存和處理信息的能力實(shí)現(xiàn)又一次飛躍，在信息、材料、生物、醫(yī)療等方面導(dǎo)致人類認(rèn)識(shí)和改造世界能力的重大突破，從而給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事能力帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

MEMS技術(shù)的發(fā)展歷史

MEMS技術(shù)發(fā)展至今已有數(shù)十年的歷史： 1960年，美國(guó)科學(xué)家Richard Feynman預(yù)測(cè)了微機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展。1963年，英國(guó)物理學(xué)家G. W. A. Dummer提出了“微機(jī)械系統(tǒng)”的概念。1980年，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了第一臺(tái)MEMS（微機(jī)械系統(tǒng)）技術(shù)的原型機(jī)，開(kāi)啟了MEMS技術(shù)的發(fā)展。1987年，美國(guó)IBM公司首次把MEMS技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)線上，開(kāi)始了MEMS的商業(yè)化運(yùn)用。1990年，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了第一臺(tái)MEMS打印機(jī)，把MEMS技術(shù)運(yùn)用到了打印領(lǐng)域。

1995年，MEMS技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域，同時(shí)也應(yīng)用到了航空航天領(lǐng)域。2000年，MEMS技術(shù)開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、汽車、健康管理等領(lǐng)域。2006年，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種新型的MEMS技術(shù)——“微流體技術(shù)”，它可以用于醫(yī)療和生物分析等領(lǐng)域。2010年，MEMS技術(shù)開(kāi)始被應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域，使人們的生活變得更加便利和舒適。

在過(guò)去35年電子革命的過(guò)程中，微電子技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展使門(mén)電路的尺度不斷縮小，使得手持蜂窩式移動(dòng)電話、地球低軌道上重僅10公斤的電子新聞廣播系統(tǒng)，以及可以與70年代大型計(jì)算機(jī)相匹敵的個(gè)人計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。這一切以及90年代其他電子奇跡的關(guān)鍵，都在于靈活的批量加工工藝，它可以使數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的靈巧的微小型零部件能夠同時(shí)制造。數(shù)兆位的存儲(chǔ)器芯片、微處理器以及射頻分系統(tǒng)，已取代門(mén)電路成為主要的部件。

目前，MEMS已從實(shí)驗(yàn)室探索走向工業(yè)應(yīng)用，并正在迅速發(fā)展。已研制成一些引人注目的器件，其中許多幾乎是肉眼看不見(jiàn)的，這些新型器件包括回轉(zhuǎn)式電機(jī)、線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)、加速度計(jì)、諧振器、傳動(dòng)裝置、操縱桿之類的工具以及其他各式各樣的部件。迄今為止，傳感器已經(jīng)表明極具商業(yè)應(yīng)用的希望，可用于加速度計(jì)，慣性制導(dǎo)系統(tǒng)，化學(xué)傳感器等。


納米技術(shù)是什么？

計(jì)算機(jī)工業(yè)一直不斷地追求超高集成度的芯片。當(dāng)芯片線寬尺度進(jìn)一步縮小時(shí)，在某個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也許是150~100納米處，也許是在更小的尺寸上，因量子力學(xué)效應(yīng)的增強(qiáng)，將會(huì)遇到很大困難。但是，科學(xué)家仍然為克服這種困難，在不斷地探索，繼續(xù)把這門(mén)先進(jìn)的新技術(shù)推向前進(jìn)。

納米術(shù)的實(shí)質(zhì)在于，多少年來(lái)人們?cè)诓粩嘧龀鲈絹?lái)越小的裝置，直到趨近分子尺度。達(dá)到這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，人們不再能把裝置做得更小了，除非他們從分子開(kāi)始，即在裝配器中對(duì)分子進(jìn)行裝配。根據(jù)分子工程（molecular engineering）的概念，人們現(xiàn)在可以按照需要對(duì)物質(zhì)從分子水平上構(gòu)筑；分子工程有理論，即量子力學(xué)；也有分析計(jì)算的手段，即基于概率論的多座標(biāo)復(fù)雜偏微分方程計(jì)算機(jī)求解方法；還有可視化的研究工具：體現(xiàn)“靈境”（virtual reality）的仿真。

數(shù)字電子技術(shù)的基本特征，是以完美的控制和離散方式快速處理信息，從而產(chǎn)生信息革命。信息革命的核心是信息屬性勞動(dòng)資料的創(chuàng)造，如能處理任何離散形式信息的可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)。今天，又出現(xiàn)了納米技術(shù)。納米技術(shù)的核心是裝配分子，或者說(shuō)，按人們的意志直接操縱單個(gè)原子、分子或原子團(tuán)、分子團(tuán)，制造具有特定功能的產(chǎn)品。持樂(lè)觀態(tài)度的科學(xué)家，如斯坦福大學(xué)的K.Eric Drexler曾預(yù)測(cè)，在2010年到2020年間，可能實(shí)現(xiàn)一個(gè)原子存儲(chǔ)一位計(jì)算機(jī)信息。

據(jù)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，日本日立公司1993年12月份宣布，已制成在室溫下工作的單電子存儲(chǔ)芯片，而且是一種非丟失性存儲(chǔ)器。和現(xiàn)有的存儲(chǔ)芯片相比，同樣存儲(chǔ)1比特信息，新存儲(chǔ)器的功耗只是前者的百萬(wàn)分之一，面積為前者的萬(wàn)分之一。納米技術(shù)革命的基本特征，是以完美的控制和離散方式（原子和分子）快速排布原子的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生物質(zhì)處理技術(shù)的革命。納米技術(shù)革命本質(zhì)上是更深層次的信息革命。采用分子器件制作的全新的“納米計(jì)算機(jī)”其數(shù)字邏輯圖象可以建立在比90年代計(jì)算機(jī)小得多的尺度基礎(chǔ)上，而且速度更快，效率更高。如果說(shuō)，90年代計(jì)算機(jī)芯片的大小有如一幅巨大的風(fēng)景畫(huà)，那么納米計(jì)算機(jī)就像畫(huà)中的單個(gè)建筑物。


微型武 器將充斥戰(zhàn)場(chǎng)

作為21世紀(jì)一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，雖然目前納米的應(yīng)用研究尚不成熟，但由于軍事潛力巨大，極大地刺激著人們尋求納米技術(shù)在軍事上的應(yīng)用。現(xiàn)在，各軍事大國(guó)相繼制定了項(xiàng)目繁多的軍 用納米技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用計(jì)劃，美國(guó)開(kāi)發(fā)納米技術(shù)的經(jīng)費(fèi)中有一半左右來(lái)自國(guó)防部系統(tǒng)，日本建成了第一個(gè)分子裝配器，歐洲有關(guān)納米技術(shù)的一項(xiàng)軍事研究計(jì)劃已在法國(guó)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始起步。

隨著納米技術(shù)的迅猛發(fā)展,特別是微機(jī)電系統(tǒng)的初步成功,為軍事科技工作者研制納米武 器奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。有專家預(yù)測(cè),由于納米技術(shù)的開(kāi)發(fā),微型武 器將在未來(lái)充斥戰(zhàn)場(chǎng)。

“納米衛(wèi)星”將布滿天空。這種衛(wèi)星比麻雀略大,重量不足0.1千克,各種部件全部用納米材料制造,采用最先進(jìn)的微機(jī)電一體化集成技術(shù)整合,具有可重組性和再生性,成本低,質(zhì)量好,可靠性強(qiáng)。“蚊子導(dǎo) 彈”將具有神奇戰(zhàn)斗效能,利用納米技術(shù)制造的形如蚊子微型導(dǎo) 彈,可以起到神奇的戰(zhàn)斗效果，可以神不知鬼不覺(jué)地潛入目標(biāo)內(nèi)部。其威力足以炸毀敵方火炮、坦克、飛機(jī)指揮部和彈藥庫(kù)。

“袖珍飛機(jī)”將無(wú)所不在. 它是一種如同蒼蠅般大小的袖珍飛行器可攜帶各種探測(cè)設(shè)備,具有信息處理導(dǎo)航和通信能力,其主要功能是秘密布署到敵方信息系統(tǒng)和武 器系統(tǒng)的內(nèi)部或附近,監(jiān)視敵方情況。“螞蟻士兵”將大顯神通。這是一種通過(guò)聲波控制的微型機(jī)器人。這些機(jī)器人比螞蟻還要小，但具有驚人的破壞力。它們可以通過(guò)各種途徑鉆進(jìn)敵方武 器裝備中，長(zhǎng)期潛伏下來(lái)。此外.西方一些國(guó)家還正在研制中的微型武 器還有“墻上的蒼蠅”、“蜇人的黃蜂"、"間 諜草”或"沙粒坐探”等形形色 色的微型戰(zhàn)場(chǎng)傳感器等納米武 器裝備。所有這些未來(lái)武 器組配起來(lái),能建成一支獨(dú)具一格的“微型軍困"。


MEMS等微納技術(shù)對(duì)軍事的影響

首先,納米技術(shù)提高了武 器的智能程度。微電機(jī)技術(shù)能在一個(gè)硅晶片上置放100萬(wàn)個(gè)微型機(jī)器，每臺(tái)機(jī)器都有電子控制系統(tǒng)，構(gòu)成極小的微電機(jī)系統(tǒng)（mems）.科學(xué)家們正在考慮其應(yīng)用。比如，給飛機(jī)包上一層微電機(jī)襟翼皮，它將根據(jù)傳感湍流等情況，使飛機(jī)根據(jù)情況升降，飛得更平穩(wěn)更安全，潛水艇在水下如有一層微震動(dòng)皮，也可以起到作用。有朝一日微電機(jī)化得坦克結(jié)構(gòu)在遭到敵人火力襲擊時(shí)會(huì)“變更”，（mems）裝置。它鑲在頭盔，服裝或武 器里，將不僅可以監(jiān)測(cè)和傳輸一個(gè)士兵的重要標(biāo)志和位置，而且還能監(jiān)測(cè)和傳輸附近敵人的任何活動(dòng)。

其次,改善了武 器裝備的隱身性能。利用納米微粒材料的尺寸遠(yuǎn)小于紅外和雷達(dá)波波長(zhǎng)及磁損耗的特點(diǎn),可望制成電磁吸收率極高的隱身材料。使用納米材料可制成易于制備的超薄輕質(zhì)的隱身涂層,幾十納米厚的涂層,,大幅度減輕了吸波材料的重量。

第三,提高了武 器的安全性。納米武 器實(shí)現(xiàn)了武 器系統(tǒng)超微型化,使目前車載機(jī)載的電子戰(zhàn)系統(tǒng)濃縮至可單兵攜帶,隱蔽性更好,安全性更高。第四,進(jìn)一步提高武 器的信息化程度。納米武 器實(shí)現(xiàn)了武 器系統(tǒng)高智能化.使武 器裝備控制系統(tǒng)信息獲取速度大大加快,偵察監(jiān)視精度大大提高。第五,使武 器的生產(chǎn)周期縮短,成本降低。納米武 器實(shí)現(xiàn)了武 器系統(tǒng)集成化生產(chǎn),使武 器裝備成本降低、可靠性提高,同時(shí)使武 器裝備研制，生產(chǎn)周期縮短。