【摘 要】
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微机械的概念最初起源于二十世纪五十年代末,至今已走过了六十多个年头。在此期间,无论是器件的设计与制备还是加工的精度与速度,微机械技术都取得了巨大进展,在生产生活、诊断医疗、环境监测和军事国防等方面均具有广泛的应用前景。飞秒激光直写作为一种强大的加工技术,已经证明了其在三维（3-dimension,3D）微纳加工中的价值,并展现出其他技术无法实现的高空间分辨率、高精度、可编程加工等诸多优势。我们相信
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微机械的概念最初起源于二十世纪五十年代末,至今已走过了六十多个年头。在此期间,无论是器件的设计与制备还是加工的精度与速度,微机械技术都取得了巨大进展,在生产生活、诊断医疗、环境监测和军事国防等方面均具有广泛的应用前景。飞秒激光直写作为一种强大的加工技术,已经证明了其在三维（3-dimension,3D）微纳加工中的价值,并展现出其他技术无法实现的高空间分辨率、高精度、可编程加工等诸多优势。我们相信在飞秒激光制造技术的加持下,微机械会在未来的日子里迸发出更大的能量。以往大部分微机械通常只能采用单一的驱动方式,在功能性、可操作性以及场景适配度方面都有着一定的局限,阻碍了其进一步投入日常生活的使用。多场操控多组分结构微机械的方法有望成为解决以上问题的技术路径。本论文结合飞秒激光加工在精密制造和3D集成方面的巨大优势,将多种智能材料材料与功能结构进行集成化设计并组装成为多场耦合操控微机械,主要内容如下:1.制备了可进行磁场和化学溶剂双场操控的微纳执行器。将磁性纳米颗粒掺杂到以甲基丙烯酸丁酯为主体的光刻胶中,成功配制出了稳定的适用于飞秒激光加工的复合光敏材料前驱体;系统分析了飞秒激光加工的三项参数（激光功率、曝光时间、扫描步长）对微纳执行器形貌及结构可重构性的影响,实现了基本3D结构的可控制备以及探究了该类结构的刺激响应特性随飞秒激光加工参数变化的量化关系;设计并成功制备了两种微纳执行器（微泳器、微机械手）,使装载/释放功能组分、特异性感知功能组分、运动定位功能组分等集成于一体,并对两种执行器分别进行了磁场和化学溶剂的响应幅度测试;进行双场耦合操控,模拟了微纳执行器所适用的应用场景,对执行器的功能完成情况进行了相关研究。创新性地实施多场耦合操控,在微纳执行器的制造和控制方面提出了一种有效的解决办法,有望克服外界复杂环境的影响,实现目标物体靶向运输及释放的任务。2.制备了可进行光场和化学溶剂双场操控的微纳复眼,提出了一种扩大微纳复眼观测范围的新策略。基于聚甲基丙烯酸丁酯（Poly（t-butyl methacrylate）,PBMA）智能材料具有高光学透过率、良好的溶剂响应特性以及飞秒激光直写技术对聚合物内部网格梯度化分布的能力,以摄像镜头为灵感,设计并成功制备了一种可进行角度偏转的微纳仿生复眼结构;分别进行了成像、聚焦和视场角等光学特征测试和化学溶剂的定向形变与响应幅度测试;对微纳复眼进行双场耦合操控,相较于同样几何参数的普通聚合物材质复眼,在不影响聚焦于成像效果的前提下,提升了约12%的观测范围。
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