辐射力
简介
辐射力从总体上表征物体发射辐射能本领的大小。可将辐射力超声波俘获技术应用到微机电系统中，以达到对微构件进行无损、非接触遥操纵的目的，开展微构件在超声波场中所受辐射力的理论研究。微机电系统作为人们在微观领域认识和改造客观世界的一种科技，一直以来对微米级至纳米级尺度下的微构件实施有效操纵有着强烈的需求。特别是随着微机电系统领域从原来注重单元零部件的生产向混和系统的集成方向高速发展，微构件操纵技术更加体现出其重要性和迫切性，探索新理论、新机理并发展这种技术，已成为微机电系统这个新兴技术领域内一个最基础、最关键的热点研究课题之一。对于微构件的操纵技术，研究尚处于探索阶段，主要是针对微构件的抓取、传输、释放等基本过程的操纵机理及装置而展开，包括以下几个方面：(1)利用压电陶瓷将宏观装配操纵技术延伸到微观领域中，以尺寸上的微型化和动作上的精确化进行操纵。这种操纵技术具有较大的进给力和较好的空间灵活性，但因压电陶瓷受激发后的形变量较小，导致操纵体构件的空间行程范围狭小，而增多压电陶瓷以图增大空问行程的做法又引起累积误差。同时由于这种方式是直接接触式操纵，不可避免地受到空间障碍的限制，并伴有静电力的不良影响。(2)采用力的尺寸效应发展的新型微构件操纵技术。在微观领域内，表面张力、粘附力、静电力等面积力代替了重力、浮力、惯性力等体积力成为主导力，因而可利用上述面积力作为对微构件的操纵力，从而发展了一些新型的微构件俘获技术。但是，该技术还仅停留在相关操纵力可控性的研究上。(3)应用光辐射力实现对微构件非接触遥操纵。这种技术利用光的力学特性，对微米级以下的微小物体使用激光束产生的光场进行俘获。实践证明该技术可以实现对微生物、染色体和细胞等的移动、旋转及空问悬浮等非接触操纵。但是，由于光的特有属性，该技术不能在非透光环境或非透光物体的俘获中应用。
评价
各种微构件材料的可压缩性是不同的，并对辐射力产生了不可忽略的影响。微构件所受超声辐射力与很多因素有关。首先，超声辐射力作为一种面积力受到微构件尺寸的影响。聚乙烯微构件所受辐射力与其半径盘的关系如图3所示，这是在纯水环境中不同半径聚乙烯微构件在f=1.75 MHz，A=1×10-4 m的超声场中所受到辐射力曲线。从中可以看出，驻波场中微构件所受辐射力在声轴方向上呈现出周期性，不同尺寸微构件在相同位置受力值的符号是相同的，即相同位置处微构件受力的方向相同。微构件受力除超声驻波场的驻点、波峰和波谷为。其他位置辐射力值随距这些点距离增大而增大，并同构件的体积成正比关系。[1]