综述：压电与铁电效应实现的多功能MEMS、NEMS及微纳结构

本综述系统探讨了以PZT、BaTiO3、AlN、ScAlN、PVDF和Hf0.5Zr0.5O2等压电/铁电材料为核心的多功能微纳器件（MEMS/NEMS）在机械传感、射频谐振器（RF Resonators）、能量收集、非易失性存储器（FeRAM/FeFETs）、神经形态计算阵列及声学接口等领域的集成应用，并剖析其在人工智能物联网（AIoT）、可穿戴设备和机器人技术中的跨学科价值。

　　

材料体系与物理效应

压电与铁电材料通过机电耦合效应为微纳系统提供核心驱动与传感机制。锆钛酸铅（PZT）具有高压电系数，适用于高灵敏度传感器与执行器；氮化铝（AlN）和钪掺杂氮化铝（ScAlN）兼容半导体工艺，广泛应用于射频滤波器与能量收集装置；铁电聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）具备柔性与生物相容性，适用于可穿戴设备；新型铪基铁电材料Hf_0.5Zr_0.5O₂则因纳米尺度铁电性与CMOS工艺兼容性，成为非易失性存储器和神经形态计算的关键材料。

器件设计与功能集成

机械传感器利用压电效应将应力转化为电信号，实现高精度压力、加速度与力测量；射频谐振器通过压电薄膜的声波谐振特性，用于气体检测与通信前端滤波；能量收集器将环境机械能转化为电能，为微型电子设备供能；铁电存储器（FeRAM）和铁电场效应晶体管（FeFETs）利用极化翻转实现高速、低功耗数据存储；神经形态计算阵列模拟生物突触权重更新机制，支持人工智能边缘计算。微扬声器与麦克风通过压电薄膜振动实现声电转换，推动紧凑音频接口发展。

光电融合与系统级应用

压电与铁电材料通过声光调制与电光调制调控光子行为，实现可重构光子器件与光通信系统。在人工智能物联网（AIoT）中，多功能微纳系统集成传感、计算与通信模块，构建智能感知节点；柔性可穿戴设备结合生物信号监测与能量自主获取，推动个性化健康管理；机器人领域利用高精度执行器与传感器增强环境交互能力。

挑战与展望

当前研究致力于提升材料性能（如压电系数、矫顽场强）与工艺兼容性，解决铁电材料疲劳与老化问题。跨尺度集成、异质界面调控及功耗优化是下一代智能微系统的核心方向。多物理场耦合设计与仿生结构创新将进一步拓展微纳器件在生物医学、环境监测等领域的应用边界。