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第1章 微纳机电系统MEMS/NEMS及其物理力学 1

1.1 微纳机电系统MEMS/NEMS 1

1.2 微机电系统的材料和微加工技术 5

1.3 物质的构成及物理基本力 8

1.4 微纳机电系统中的物理力学 13

第2章 电荷及电偶极子的静电力 15

2.1 库仑定律 15

2.2 电场、电场强度、电势 16

2.3 电偶极子 19

2.3.1 电偶极子的电场 19

2.3.2 电偶极子电场中的电势 20

2.4 电多极子与电势的多极展开 21

2.4.1 单极子项 21

2.4.2 偶极子项 22

2.4.3 四极子项 22

第3章 电磁力 24

3.1 洛伦兹力 24

3.1.1 带电粒子在均匀磁场中的运动 24

3.1.2 带电粒子在非均匀磁场中的运动 26

3.2 安培力 27

3.2.1 安培力的定义 27

3.2.2 安培力的微观解释 28

3.2.3 载流导线在磁场中所受到的磁力 28

3.2.4 载流线圈在磁场中所受到的磁力矩 29

3.2.5 平行载流导线间的相互作用力 31

3.3 电磁感应定律 32

3.3.1 电动势 32

3.3.2 法拉第电磁感应定律 33

3.3.3 动生电动势和感生电动势 34

第4章 范德瓦尔斯力 37

4.1 偶极子产生的电场 38

4.2 离子与电场间的相互作用能及作用力 39

4.3 偶极—偶极相互作用能 40

4.4 角平均的偶极相互作用 41

4.5 偶极—诱导偶极相互作用 42

4.6 London—范德瓦尔斯力（色散力） 43

4.7 极性分子间总的范德瓦尔斯相互作用 45

4.8 物体间的范德瓦尔斯力 47

第5章 卡西米尔力 48

5.1 卡西米尔力提出的背景 48

5.1.1 “零点能量”及卡西米尔力的探索 48

5.1.2 卡西米尔效应的进一步研究 49

5.2 卡西米尔力 50

5.2.1 卡西米尔力 50

5.2.2 卡西米尔效应 50

5.2.3 卡西米尔力的量子力学阐释 51

5.3 金属板间的卡西米尔力及做功 52

5.3.1 两平行导电金属板之间的卡西米尔力 52

5.3.2 两平行移动的平行平面的卡西米尔力 53

5.3.3 平板间距离变化时卡西米尔力做功 53

5.4 卡西米尔力对微加速度计性能的影响 54

第6章 毛细力 57

6.1 毛细现象 57

6.2 基本概念及毛细原理 57

6.2.1 基本概念 57

6.2.2 毛细原理 59

6.3 毛细模型 59

6.3.1 表面张力 59

6.3.2 接触角与润湿现象 61

6.3.3 拉普拉斯方程 63

6.4 毛细力在平行板间的作用 66

6.4.1 液桥毛细力理论 67

6.4.2 两板间的黏附力模型 67

第7章 微结构静电场分析 70

7.1 无限大平板模型 71

7.2 考虑边缘效应模型 72

7.2.1 基于分离变量法得到的级数解 72

7.2.2 基于保角变换计算式 72

7.2.3 考虑极板厚度时的边缘效应 73

7.2.4 边缘效应模型对比与分析 74

7.3 非平行平板电容器的电容计算 75

7.4 梳状结构电容的拐角效应 77

第8章 布朗力与噪声 84

8.1 随机过程的统计分析 84

8.2 能量均分原理 86

8.3 布朗运动现象与噪声（布朗力） 87

8.4 硅微陀螺机械热噪声 91

8.5 电容加速度计热噪声 92

8.6 电子热噪声 93

8.7 PN结的散粒噪声 96

第9章 阻尼力 99

9.1 气体微流动的基本概念及流区分类 99

9.2 流体动力学基本方程及边界条件 101

9.2.1 应力应变张量 101

9.2.2 流体动力学基本方程 109

9.2.3 边界条件 110

9.3 压膜阻尼 113

9.3.1 雷诺方程 113

9.3.2 气体压膜阻尼的求解 116

9.3.3 几种常见结构的阻尼力解 117

9.3.4 气体压膜阻尼的挤压效应 119

9.3.5 其他因素对压膜阻尼力的影响 120

9.4 滑膜阻尼 124

9.4.1 滑膜阻尼基本方程 124

9.4.2 圆柱质量块结构的气体阻尼 126

9.4.3 无限大、薄多孔板间气体压膜阻尼分析 129

第10章 微尺度效应 132

10.1 圆柱颗粒的分析 134

10.2 微结构力学基本方程 136

10.2.1 平衡方程 136

10.2.2 本构方程 137

10.3 微梁弯曲 138

第11章 微机械谐振陀螺的动力学特性 142

11.1 陀螺哥氏效应 142

11.2 微机械陀螺的动力学方程 144

11.3 微机械梳齿式陀螺的静电驱动力 147

11.4 动力学方程求解及讨论 148

11.4.1 常值角速度下检测系统位移解 148

11.4.2 谐变角速度下检测系统的位移解 151

11.4.3 一般变角速度下检测系统的位移解 151

11.5 多质量块音叉式微陀螺的动力学方程 152

11.5.1 双质量块音叉式微陀螺的动力学方程 152

11.5.2 四质量块音叉式微陀螺的动力学方程 154

第12章 微振动俘能器动力学 157

12.1 压电俘能系统的基本方程 158

12.1.1 压电材料本构方程 158

12.1.2 柱体压电块振动压电系统的基本方程 159

12.1.3 附着梁上的压电层振动压电系统的基本方程 162

12.2 悬臂梁式压电俘能系统 168

12.2.1 准静态振动模型（单自由度SDOF模型） 169

12.2.2 动态振动模型 170

12.3 电极的布置 175

12.3.1 在上下表面布满导体作为两电极 175

12.3.2 在上表面间隔开布置两电极 177

12.4 振动梁式静电俘能系统的基本方程 178

第13章 碳纳米管力学 183

13.1 碳纳米管结构、性能及应用 183

13.1.1 碳纳米管的结构 183

13.1.2 碳纳米管的特性及应用 186

13.2 碳纳米管结构力学 190

13.2.1 连续介质力学方法 190

13.2.2 分子结构力学方法 192

参考文献 197