在微机电系统向更微型化、多功能化发展的进程中，亚微米级尺度下的加工精度、界面兼容性与功能集成度对材料提出了严苛挑战。硅橡胶与硅油凭借独特的纳米成型能力、介电稳定性和低应力特性，成为连接微纳结构与宏观功能的 "分子纽带"，从传感器的柔性基底到执行器的驱动介质，从微流控芯片的密封层到射频器件的可调元件，它们正以材料创新重塑 MEMS 的制造范式，为微型化智能系统提供关键支撑。

一、MEMS 制造的核心材料挑战

（一）微纳尺度下的加工极限

MEMS 器件常包含数十至数百微米的三维结构，传统材料在亚微米级加工中面临三大瓶颈：

成型分辨率不足：普通聚合物的光刻精度难以突破 1μm，无法满足纳米级结构需求

应力集中问题：不同材料界面的热膨胀差异，导致微结构在封装后产生翘曲变形

界面污染风险：加工过程中的残留物易影响微器件的电学性能与机械可靠性

硅橡胶通过软光刻技术实现纳米级复制精度，配合超临界干燥工艺可制备孔隙率达 80% 的微纳结构；硅油作为牺牲层材料，在高温下可完全挥发且无残留，解决了微通道释放的污染难题。

（二）多物理场兼容的性能要求

MEMS 器件常需同时满足电学、力学、光学等多维度性能，硅橡胶的介电常数可在 2-10 范围内调控，硅油的黏度可通过分子设计匹配不同流体动力学需求，两者共同实现了微纳尺度下的多物理场协同优化。

二、硅橡胶：MEMS 器件的结构基底与功能载体

（一）柔性传感器的基底创新

硅橡胶在柔性压力传感器中展现独特优势：通过在 PDMS 基底中嵌入银纳米线网络，可实现 0.1-10MPa 的宽量程压力检测，其仿生皮肤结构的触觉分辨率达 0.1mm；添加碳纳米管的硅橡胶基底，在弯曲 10 万次后电阻变化率 < 5%，满足可穿戴设备的长期使用需求。

（二）微流控芯片的封装突破

硅橡胶基微流控芯片通过多层键合技术实现突破：采用氧等离子体处理的硅橡胶层间结合强度达 5N/cm，可承受 100kPa 的流体压力；表面修饰亲水性基团的硅橡胶微通道，水接触角可降至 30° 以下，解决了生物样品的黏附问题。某血糖仪芯片应用该技术后，检测精度提升 30%，样本消耗量减少至 1μL 以下。

三、硅油：MEMS 系统的流体驱动与功能调控

（一）微执行器的驱动介质创新

硅油在介电弹性体执行器中展现多重价值：其高介电常数可增强驱动电场强度，低挥发性确保长期工作稳定性，某微型泵采用硅油填充后，流量调控范围达 0.1-10μL/min，适用于药物微量输送场景。新型磁流变硅油在外加磁场下黏度可瞬间变化 10 倍，为微机械开关的快速响应提供可能。

（二）射频 MEMS 的性能优化

在射频器件中，硅油作为可调介质实现突破：通过微机电系统控制硅油的填充量，可动态调节谐振腔的介电常数，某射频滤波器采用该技术后，中心频率调谐范围提升至 20%；硅油的低损耗特性使射频信号的插入损耗降低至 0.5dB 以下，满足 5G 通信的高频需求。

四、未来 MEMS 材料的创新方向

（一）智能响应型微结构材料研发

科研人员正开发多刺激响应材料：光热敏感型硅橡胶，在激光照射下可产生局部体积变化，用于微阀的非接触式控制；pH 响应型硅油，在体液环境中黏度可随酸碱度自动调节，适用于植入式微流体系统。

（二）异质集成的材料 - 工艺创新

新型硅基材料正实现跨尺度融合：将石墨烯 - 硅橡胶复合材料用于 MEMS 电极，同时满足导电性与柔性需求；通过原子层沉积技术在硅油表面构建纳米陶瓷层，实现防污与低摩擦的功能复合。

（三）数字制造驱动的材料创新

通过机器学习优化材料设计：利用神经网络预测硅橡胶的微纳成型参数，将结构缺陷率从 20% 降至 5%；基于数字孪生技术模拟硅油在微通道中的流动行为，提前优化器件流场设计，缩短研发周期 40%。

从手机加速度计到植入式传感器，硅橡胶与硅油正以材料创新推动 MEMS 技术的迭代升级。它们不仅是微纳结构的构建基石，更是多功能集成的关键媒介。随着物联网与智能制造的发展，这些硅基材料将在微型能量收集、片上实验室、生物微机电系统等前沿领域持续突破，为微型化智能设备的广泛应用提供无限可能。


Low compression set precipitated silicone rubber-Mingyi Silicone