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　　摘要 纳米制造是多学科的型穿插争论领域，对其根底争论的深入开放可为前沿制造技术的进步供给有力支撑。在过去的 20 多年里，基于纳米制造的探究已展现出宽广的进展前景,并将在多个行业为社会带来巨大的经济效益。纳米制造可分为机械加工、化学腐蚀、能量束加工、 复合加工、隧道扫描显微技术加工等多种方法。本文在简要介绍纳米制造背景、应用的同时， 着重介绍纳米制造技术的加工技术。

　　纳米科学技术是目前进展快速、最富有活力的科学技术领域，受到世界各国的高度重视。纳米科学与技术集合穿插了多学科内容,是一个融前沿探究、高技术、工程应用于一体的科学技术体系。纳米科技在纳米尺寸范围内生疏和改造自然，开拓了人类生疏世界的层次，使人们改造自然的力量直接延长到分子、原子尺度水平，这标志着人类的科学技术进入了一个时代。 很多专家认为,以纳米科学为中心的科学技术将成为 21 世纪的主导.

　　纳米科技包括有:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米制造学等等。其中纳米制造学占有重要地位。纳米科学技术在不同的科学领域有具体的内涵和表现，纳米制造科学技术主要涉及到纳米量级(~100nm〕的几何加工精度、形位加工精度 和外表粗糙度。

　　纳米制造任务不是由某一项技术单独完成的，而是由很多方法和技术所共同担当。这些方 法相辅相成，各具所长,构成了纳米制造技术群，担当着丰富多样的纳米制造任务。

　　从实现纳米微构造的方式和途径来看，构成纳米制造技术体系的方法可以分作为两类：一

　　种是通过原子、分子的移动、搬迁、重组来构成纳米尺度的微构造,即所谓的自下而上 〔Bottom

　　—up)的方法，基于扫描隧道显微镜 STM 的原子搬移方法属于此类；另一类方法是将大的原材料加工变小，逐步形成所需要的纳米构造或器件，这种通常所见的方式可称为自上而下 〔Top

　　—down〕的方式,束流、，纳米制造技术也可以按在制造过程中材料的增减方式进展分类:减材过程〔微蚀除、切削加工、电加工、激光加工等)、 增材过程〔微沉积、ILGA 周密电铸〕。

　　纳米制造有着重要的工业前景，是很多技术领域发生重大进展的根底和支撑技术。纳米制造科学技术领域还存在很多未知，需要人们去探究、了解、把握、制造和制造 .纳米制造的概念、技术、工艺将不断消灭，在生产实际中的应用会愈来愈深入和广泛。

　　纳米技术〔nanotechnology〕是用单个原子、分子制造物质的科学技术，争论构造尺寸在 0。1 至 100 纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以很多现代先进科学技术为根底的科学技术，它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学〕和现代技术〔计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术〕结合的产物。

　　图 1 利用纳米技术将氙原子排成 IBM 图 2 应用纳米技术制成的服装

　　纳米制造是描述对纳米尺度的粉末、液体等材料的规模化的生产，或者描述从纳米尺度按 照自上而下或自下而上的方式制造器件，是纳米技术的一项具体的应用。

　　“纳米制造“尽管被美国国家纳米技术建议〔NNI)等广泛使用，但并没有给出纳米制造的明 确定义。相反，纳米组装则被定义为：通过直接或者自组装方法，在原子或分子水平上制造功能构造或者设备的力量。相对于纳米组装而言，纳米制造更偏重于纳米技术产品的工业级别制造，其重点更多的在于低本钱和牢靠性等方面。

　　广义地说,只要尺寸至少在一维尺度上小于 100nm 构造都是纳米技术的制造对象. 具体言之，该构造应满足以下几点要求： (1〕它是一种符合物理和化学定律的构造，这些定律是在原子水平级上的。

　　〔3〕它能定位装配和自我复制。定位装配就是在适当地方放上适当的分子零件；自我复制 能始终保持价格低廉。

　　纳米技术进展的不同时期，纳米制造对象的内涵也不同。例如，1990 年以前，主要集中在纳米颗粒(纳米晶、纳米相、纳米非晶等)以及由它们组成的薄膜与块体的制备；而 1990 年到 1994 年间主要是制备纳米复合材料，一般承受纳米微粒与微粒复合、纳米微粒与常规块体复合、以及进展复合纳米薄膜；1994 年以后，纳米制造的对象开头涉及纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料；将来的方向则是制作仅由一个或数个原子构成的“纳米构造” ,并以此来构筑具有三维纳米构造的系统。

　　按加工方式,纳米级加工可分为切削加工、磨料加工〔分固结磨料和游离磨料〕、特种加工和 复合加工四类。

　　磨料和游离磨料加工;非传统加工是指利用各种能量对材料进展加工和处理；复合加工是承受多 种加工方法的复合作用。

　　纳米级加工技术也可以分为机械加工、化学腐蚀、能量束加工、复合加工、，金刚石砂轮和 CBN 砂轮的超周密磨削和镜面磨削、磨、砂带抛光等固定磨料工具的加工，研磨、抛光等自由磨料的加工等，能束加工可以对被加工对象进展去除，添加和外表改性等工艺，例如 ,用激光进展切割、钻孔和外表硬化改性处理。用电子束进展光刻、焊接、微米级和纳米级钻孔、切削加工 ,、电化学加工、电解射流加工、 加工是最技术,可以进展原子级操作和原子去除、增加和搬迁等。

　　纳米机械加工技术具有原理简洁、应用广泛的特点，是一种重要的由上而下的纳米加工技术。典型的纳米机械加工技术包括金刚石刀具车削、 年月,日本大阪大学和美国劳伦斯试验室开展了超精亲热削加工极限的试验争论， 使用单点金刚石刀具直角车削电镀铜，实现了切削厚度为 1nm 的稳定切削。中国科学院长春光学周密机械与物理争论所承受弹性顶针式光栅刻划刀刀架和圆弧形刀刃光栅刻划刀，加工出了刻线 m 曲率半径凹面金属光栅。

　　图 3 纳米刃口刀具的制备 图 4 基于所制备的刀具制造的菲涅耳衍射元

　　电解加工是利用金属阳极电化学溶解原理来去除材料的加工技术， 5 所示，电解加工系统由阴极、阳极、电源、、提高脉冲频率和电解液浓度, 可将加工间隙掌握在 10μm 以下。

　　能量束加工包含电子束加工、离子束加工和激光束加工，可用于打孔、切割、刻蚀、焊接、 外表热处理、外表改性等加工。下面介绍电子束加工。

　　电子束加工原理如图 7 所示，在真空中将阴极〔电子枪〕不断放射出来的负电子向正极加速,并聚焦成极细的、能量密度极高的束流，高速运动的电子撞击到工件外表，动能转化为热能, 使材料熔化、气化并在真空中被抽走。掌握电子束的强弱和偏转方向,协作工作台 x、y 方向的数控位移，可实现打孔、成型切割、刻蚀、焊接、外表热处理、光刻曝光等工艺。可在 0。5mm 不锈钢板上加工出 3μm 的小孔,切割出 3—6μm 的窄缝，可在硅片上刻出宽 、深 的细槽。集成电路制造中广泛承受电子束光刻曝光,由于电子束射线的波长比可见光短得多，所 以比用可见光光刻可以到达更高的 0。25μm x 射线聚焦后对特别的光敏抗蚀剂进展扫描曝光，可以刻蚀出更周密的图形.

　　扫描隧道显微镜(STM〕是一种基于量子隧道效应的高区分率显微镜，它可到达原子量级的 区分率，同时它还可以进展原子、分子的搬迁、去除和添加,实现纳米量级甚至原子量级的超微 细加工。在 STM 工作时,探针针尖与工件外表之间保持 1 纳米以下极其微小的距离，施加在针尖和基材间的电压导致很高的场强，产生隧道电流束。通过转变场强等某些参数，处于针尖下的样品由于电子束的影响会发生某些物理化学变化，如:相变、化学反响、吸附、化学沉淀和腐 蚀等，这就给“加工”供给了可能。同时由于隧道电流束空间通道极其狭小 ,因此受到影响或发生反响的外表区域也格外微小 ,、纳米级微构造的制造。自 1981 年 STM 问世以来,基于它的加工技术己经进展了很多探究性工作，争论在多个方面开放：微小粒子及单原子操作、外表直接刻写、光刻、沉积和刻蚀，已经有很多加工实例被演示和报道。

　　利用 STM 技术进展刻蚀和沉积也受到特别关注。加工过程可在溶液中或气相环境下进展. 承受稀释的 HF 等腐蚀性液体作为电解液，施加适当的隧道电流、偏置电压和扫描速度，可在某些材料上进展直接刻蚀,腐蚀出纳米级宽度的线条,而当承受含有金属离子的电解液时，通过适当 的加工规准和条件,针尖对应的局部微小区域会产生金属离子的电化学沉积 ,形成纳米级宽和高的微构造。STM 可以供给低能聚焦电子束,由计算机掌握作准确的扫描运动，对涂覆了抗蚀膜的

　　样品外表进展直写光刻口由于这个低能电子束的束径微小,因此可以获得很小线宽的图形。通过 对抗蚀膜显影处理、金属沉积、抗蚀膜去除等一系列工艺， 在纳米刻蚀方面的表现已引起极大的关注。

　　复合加工是承受几种不同的能量形式、几种不同的工艺方法, 相互取常补短、复合作用的加工技术, 例如电解研磨、超声电解、超声电解研磨、超声电铸、超声电火花、超声激光加工等等， 可比单一加工方法更有效， 适用范围更广泛。

　　纳米制造是纳米科学技术的核心局部。它是高度穿插的综合性学科，这一的学科体系正在形成,它涉及到很多原理、技术、思维,穿插融会了多学科学问。纳米制造技术在航空、 航天、电子、信息、微机械、生物、医疗等领域有着宽阔的应用前景。

　　通过查阅资料，我对纳米制造技术有了初步的生疏，了解了纳米制造与传统的制造工艺的主要不同与其各自的优势，从整体上把握了纳米加工常用的几类方法，，涉及到物理、化学、机械、 等多领域的学问，在短时间内是不行能尽数把握的，但在撰写小论文的过程对我开阔视野、扩

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