MEMS粘滞与回弹现象的分子动力学模拟研究

"MEMS‘静摩擦’和‘回弹’现象的MD仿真" 在微电子机械系统（MEMS）和纳米电子机械系统（NEMS）技术的发展中，一个关键的问题是理解和解决“静摩擦”（Stiction）和“回弹”（Snap-back）现象。这些现象对微型器件的可靠性和功能有着显著的影响。本研究利用分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟方法，基于多体嵌入势函数（Multi-body Embedded Atom Method, EAM）深入探究了这些问题。 MD模拟是一种强大的工具，能够通过模拟原子级别的相互作用来研究材料的物理特性。在本研究中，通过模拟一个球体与表面的附着过程，观察到“静摩擦”现象。当表面的原子受到外力作用时，它们会“召集”并迁移，形成一个临时的稳定状态，导致物体间出现持久的粘附，即“静摩擦”。这个过程是由于原子间的相互吸引力和动态平衡导致的。 另一方面，"回弹"现象是由于界面原子的迁移速度不一致而引发的。部分原子快速迁移，使原本稳定的附着状态突然解除，物体瞬间分离，形成了“回弹”。在模拟中，这种现象在粘附过程中出现了两次，显示了界面稳定性的重要性。 在粘合过程中，研究者还发现了“颈部分离”（Neck-Separation）现象。即在分离阶段，粘合力显著低于接触阶段的粘合力，这表明在粘合过程中存在能量损失。这种能量损失可能是由于热振动、原子之间的位错移动或结构变化造成的。这一发现对于优化MEMS/NEMS器件的设计，减少不必要的能量损耗具有重要意义。 为了更全面地理解这一过程，研究人员模拟了粘附变形曲线，并将其结果与已有的实验数据进行了对比。通过这样的比较，可以验证模拟的准确性和可靠性，并为理论预测提供实验依据。这些研究结果对于改进MEMS/NEMS组件的制造工艺，提高其性能，降低失效风险具有实际应用价值。 通过MD模拟，研究者揭示了“静摩擦”和“回弹”现象背后的微观机制，为解决这些挑战提供了新的视角和理论支持。未来的工作可能会进一步探索不同材料和环境条件下的粘附行为，以开发出更适应各种应用场景的MEMS/NEMS器件。