多阵列V形MEMS电热执行器在空气中的传热与驱动性能

《Journal of Microelectromechanical Systems》：Heat Transfer and Actuation Performance of Multi-Array V-Shaped MEMS Electrothermal Actuators in Air

该研究通过红外热成像与高速显微成像技术，对比分析不同元素间距对多阵列V型电热作动器在相同最大温度、输入电压和功率条件下的热传递效率与动态响应特性。实验发现小间距提升热效率但牺牲响应速度，大间距增强动态性能且温度分布更均匀。基于电热流固耦合的多场耦合模型验证了空气环境对热量传递的双重耦合作用机制，揭示了热积累与耗散的动态平衡规律。

　　

摘要：

本研究探讨了元件间距对多阵列V形电热执行器（ETAs）在空气环境中的热传递和驱动性能的影响。通过建立一个结合红外热成像和高速显微成像的可视化实验平台，在三种条件下分析了不同的元件间距：相同的最高温度、输入电压和输入功率。结果表明，在相同条件下，较小的元件间距具有更高的热效率，能够实现更高的温度和位移输出；而较大的元件间距则表现出更快的动态响应和更均匀的温度分布。一个经过验证的多场耦合模型整合了电气、热、流体和结构领域，将分析范围扩展到了更广泛的间距范围内，揭示了控制热量积累和散发的潜在机制。研究结果强调了空气作为耦合介质和散热途径的双重作用，并为优化电热执行器设计以适应各种工作条件提供了宝贵的理论基础和实践指导。[2025-0113]