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　　纳米加工技术概述纳米加工技术概述 概念的提出与发展概念的提出与发展诺贝尔物理奖得主诺贝尔物理奖得主 R.FeynmanR.Feynman在其演讲在其演讲“ThereTheres s plenty of room at the bottomplenty of room at the bottom”中提出人类如能中提出人类如能在原子在原子/ /分子的尺度上加工材料，将有新的发现分子的尺度上加工材料，将有新的发现那时，化学将成为根据人类的意愿逐个地准确放置那时，化学将成为根据人类的意愿逐个地准确放置原子的问题原子的问题 19741974年年 TANIGUCHITANIGUCHI最早使用最早使用nanotechnologynanotechnology一词一词描述精细机械加工描述精细机械加工 7070年代后期年代后期 MIT MIT 的德雷克斯勒教授提倡纳米技的德雷克斯勒教授提倡纳米技术研究但多数主流科学家持怀疑态度术研究但多数主流科学家持怀疑态度 8080年代初年代初 STM STM 和和AFMAFM等微观表征和操纵技术的发等微观表征和操纵技术的发明和使用推动了纳米技术的快速发展明和使用推动了纳米技术的快速发展。

　　1990.7 1990.7 第一届国际纳米科学技术会议与第五届国第一届国际纳米科学技术会议与第五届国际际STMSTM显微学会议同时在美国显微学会议同时在美国BaltimoreBaltimore举行NanotechnologyNanotechnology和和Nanobiology Nanobiology 国际专业刊物相继国际专业刊物相继问世R.FeynmanR.Feynman第1页/共9页 纳米技术将引发一场新的工业纳米技术将引发一场新的工业革命革命20102010年现在的微电子器件芯年现在的微电子器件芯片的线nm，小于此尺寸，器件应按新原小于此尺寸，器件应按新原理设计其性能将大大提高，理设计其性能将大大提高，这将是对信息产业和其它相这将是对信息产业和其它相关产业的一场深刻的革命关产业的一场深刻的革命纳米技术的意义纳米技术的意义 纳米技术是纳米技术是2121世纪经济增长的一个主要的发动机，它将使世纪经济增长的一个主要的发动机，它将使微电子学在微电子学在2020世纪后半叶对世界的影响相形见绌世纪后半叶对世界的影响相形见绌第2页/共9页 纳米加工技术纳米加工技术指能够在纳米尺度上改变物质结构或物指能够在纳米尺度上改变物质结构或物质特性的加工技术，能够实现原子级的迁移、增添或删除质特性的加工技术，能够实现原子级的迁移、增添或删除操作。

　　操作如何进行有效控制以达到原子级的去除，是实现纳如何进行有效控制以达到原子级的去除，是实现纳米级加工的关键米级加工的关键纳米加工技术纳米加工技术IBMIBM实验室用铁原子实验室用铁原子拼出汉字拼出汉字“原子原子” ” 桌面工厂桌面工厂 微型发动机微型发动机微型直升机微型直升机 第3页/共9页金刚石刀具超精密切削加工金刚石刀具超精密切削加工用于用于平面、圆柱面和非球曲面的镜面平面、圆柱面和非球曲面的镜面切削加工切削加工可延性纳米级磨削可延性纳米级磨削用于量块、光用于量块、光学平晶，集成电路的硅基片学平晶，集成电路的硅基片在线电解修整（在线电解修整（ELIDELID）砂轮磨削）砂轮磨削用于硬脆材料超精密镜面磨削用于硬脆材料超精密镜面磨削纳米级机械加工纳米级机械加工纳米加工的方法及设备金刚石刀具超精密切削加工金刚石刀具超精密切削加工纳纳米米研研磨磨机机第4页/共9页电子束、聚焦离子束、激光束微细加工电子束、聚焦离子束、激光束微细加工优点：优点：1.1.高能量，可进行超高速加热和冷却高能量，可进行超高速加热和冷却 2.2.高能束直径可到达纳米级高能束直径可到达纳米级 3.3.高能束偏转扫描柔韧性好、无惯性，能高能束偏转扫描柔韧性好、无惯性，能 全方位加工全方位加工 4.4.非接触加工，无需刀具，无加工变形非接触加工，无需刀具，无加工变形 5.5.几乎可对任何材料加工几乎可对任何材料加工 加工方法：加工方法： 1.1.光学光刻光学光刻 2.X2.X光光刻光光刻 3. 3.电子束光刻电子束光刻 4.4.离子束加工离子束加工 5.5.原子层刻蚀原子层刻蚀 6.6.原位制作技术原位制作技术 能量束加工能量束加工纳米加工的方法及设备日本松下精机研制的微细放电加工机床日本松下精机研制的微细放电加工机床利用微细放电加工方法制作的汽车模型利用微细放电加工方法制作的汽车模型第5页/共9页优点：优点：1 1、可制造较大高宽比的结构；、可制造较大高宽比的结构； 2 2、取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃、取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等；等； 3 3、可制作任意截面形状图形结构，加工精度高；、可制作任意截面形状图形结构，加工精度高； 4 4、可重复复制，符合工业上大批量生产要求，制、可重复复制，符合工业上大批量生产要求，制造成本相对较低等。

　　造成本相对较低等用途：用途： 广泛应用于微传感器、微电机、微执行器、广泛应用于微传感器、微电机、微执行器、微机械零件、集成光学和微光学元件、真空微机械零件、集成光学和微光学元件、真空电子元件、微型医疗器械、流体技术微元件、电子元件、微型医疗器械、流体技术微元件、纳米技术元件等的制作纳米技术元件等的制作LIGA加工工艺加工工艺纳米加工的方法及设备LIGALIGA工艺过程工艺过程1 1、光刻、光刻 3 3、电铸、电铸 2 2、去光阻、去光阻 4 4、模仁、模仁 5 5、射出成型、射出成型 6 6、成品脱模、成品脱模利用利用LIGALIGA技术制作的铜电极阵列和加工出的技术制作的铜电极阵列和加工出的7070 m m厚厚WC-CoWC-Co齿齿轮轮 第6页/共9页 扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（STMSTM）工作原理：）工作原理： 把极小的针尖和被研究的物质表面作为两个电把极小的针尖和被研究的物质表面作为两个电极，当样品表面与针尖的距离非常小极，当样品表面与针尖的距离非常小(1nm)(1nm)时，在时，在外电场作用下电子即会穿过两极间的绝缘层流向另外电场作用下电子即会穿过两极间的绝缘层流向另一极，产生隧道电流，并通过反馈电路传递到计算一极，产生隧道电流，并通过反馈电路传递到计算机上表现出来。

　　机上表现出来 基于扫描显微原理的纳米加工基于扫描显微原理的纳米加工纳米加工的方法及设备扫扫描描隧隧道道显显微微镜镜扫描隧道显微镜工作原理示意图扫描隧道显微镜工作原理示意图 扫描显微技术的特点：扫描显微技术的特点： 1.1.具有原子级的高分辨率具有原子级的高分辨率 2.2.可以观察单个原子层的局部表面结构可以观察单个原子层的局部表面结构 3.3.可以实时、实空间地观察表面的三维图像可以实时、实空间地观察表面的三维图像 4.4.能在不同条件下工作，探测过程对工件无损伤能在不同条件下工作，探测过程对工件无损伤 5.5.不仅可用于成像，还可以对表面的原子进行操纵，不仅可用于成像，还可以对表面的原子进行操纵，从而进行纳米级加工从而进行纳米级加工第7页/共9页发展前景的展望发展前景的展望发展纳米加工技术的途径纳纳米米卫卫星星航航天天纳纳米米绝绝热热材材料料 航空航天航空航天 1.1.增加有效载荷，成指数倍地降低耗能增加有效载荷，成指数倍地降低耗能 2.2.低能耗、抗辐照的高性能计算机及其它低能耗、抗辐照的高性能计算机及其它 测控电子设备测控电子设备 3.3.抗热障、耐磨损的纳米涂层材料抗热障、耐磨损的纳米涂层材料 4.4.微型航天器、微型航天器、“纳米卫星纳米卫星”等等 高效助燃剂：高效助燃剂： 纳米粉末具有极强的储能特性，将其作为添加纳米粉末具有极强的储能特性，将其作为添加剂加入燃料中可大大提高燃烧率。

　　将一些纳米粉末剂加入燃料中可大大提高燃烧率将一些纳米粉末添加到火箭的固体燃料推进剂中，可大幅度提高燃添加到火箭的固体燃料推进剂中，可大幅度提高燃料的燃烧热、燃烧效率，改善燃稳定性有研究表料的燃烧热、燃烧效率，改善燃稳定性有研究表明，向火箭固体燃料中加入明，向火箭固体燃料中加入0.5%0.5%纳米铝粉或镍粉，纳米铝粉或镍粉，可使燃烧效率提高可使燃烧效率提高10%-25%10%-25%，燃烧速度加快数十倍燃烧速度加快数十倍 第8页/共9页感谢您的观看！第9页/共9页。

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