材料纳米微米加工技术(共4页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上材料纳米微米加工技术Materials Micro and Nano Machining Technology青岛大学材料科学与工程学院 闫菁云（高分子创新班 1）【摘要】微米纳米技术是一个新兴的、高技术和基础研究紧密结合的高科技领域，汇集了电子、机械、材料、制造、检测，以及物理、化学和生物等不同学科新生长出来的微小和微观领域的科学技术群体，是科学技术创新思维的结果，被认为是面向21世纪的新兴科技，近年来在全世界范围内得到了飞速的发展，取得了惊人的成绩，正在并且即将对人类产生深远的影响，甚至改变人们的思维方式和生活方式，极富挑战性。这篇文章主要论述了微米纳米技术的内容

2、及应用。关键词：微米技术、纳米技术一、微米技术微米技术是指在微米级（0.1-100微米）的材料上设计、制造、测量、控制和应用的技术。目前，微米技术的研究与应用涉及以下几个方面：1.微小尺度的设计应用研究微型系统的设计需要形成一整套新的设计理论方法，例如：微动力学、微流体力学、微热力学、微机械学、激光学等。以便解决微型系统设计中的尺寸效应、表面效应、误差效应及材料性能的影响。2.微细加工技术微细加工技术包含超精机械加工、IC工艺、化学腐蚀、能量束加工等诸多方法。对于简单的面、线轮廓的加工，可以采用单点金刚石和CBN（立方氮化硼）刀具切削、磨削、抛光等技术来实现，如激光陀螺的平面反射镜和平面度误差

3、要求小于30nm，表面粗糙度Ra值小于1hm等。而对于稍微复杂一点的结构，用机械加工的方法是不可能的，特别是制造复合结构，当今较为成熟的技术仍是IC工艺硅加工技术，如美国制造出直径仅为60120um的硅微型静电电动机等。主要指高深度比多层微结构的硅表面加工和体加工技术，利用X射线光刻、电铸的LIGA和利用紫外线的准LIGA加工技术；微结构特种精密加工技术包括微火花加工、能束加工、立体光刻成形加工；特殊材料特别是功能材料微结构的加工技术；多种加工方法的结合；微系统的集成技术；微细加工新工艺探索等。微细加工技术是指加工微小尺寸零件的生产加工技术。从广义的角度来讲，微细加工 包括各种传统精密加工方法

4、和与传统精密加工方法完全不同的方法，如切削技术，磨料加工技术，电火花加工，电解加工，化学加工，超声波加工，微波加工，等离子体加工，外延生产，激光加工，电子束加工，粒子束加工，光刻加工，电铸加工等。从狭义的角度来讲，微细加工主要是指半导体集成电路制造技术，因为微细加工和超微细加工是在半导体集成电路制造技术的基础上发展的，特门市大规模集成电路和计算机技术的技术基础，是信息时代微电子时代，光电子时代的关键技术之一。3.精密测量技术精密测量技术是具有微米及亚微米测量精度的集合量与表面形貌测量技术。目前精密测试技术的一个重要研究对象是微结构的力学性能，如谐振频率、弹性模量、残余应力的测试和微结构的表面形

5、貌及内部结构，如未提缺陷、微裂缝、微沉积的测试等。二、纳米技术纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，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，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。纳米级加工的含意是达到纳米级精度的加工技术。由于原子间的距离为0.1一0.3nm，纳米加工的实质就是要

6、切断原子间的结合，实现原子或分子的去除，切断原子间结合所需要的能量，必然要求超过该物质的原子间结合能，即所播的能量密度是很大的。用传统的切削、磨削加工方法进行纳米级加工就相当困难了。1.纳米电子技术纳米电子技术是在纳米尺度（1100nm）研究物质的电子运动规律、特性及其用的科学技术，并利用这些特征规律生成纳米电子材料、器件和系统纳米电子器件以其固有的超高速（10-1210-13s）、超高频（大于 1000GHz）高集成度（大于1010元器件cm2)、高效低功耗、极低阈值电流密度（亚毫安）和极高量子效率等特点在信息领域有着极其重要的应用前景，将可能触发新的技术革命，成为未来信息技术的核心和支柱。

7、纳米电子技术主要包括纳米电子学基础理论、纳米电子材料、纳米电子器件和纳米电子系统等主要技术方向，以及纳米加工与制备、纳米电子表征测量等支撑技术。2.纳米机械技术纳米机械技术包括的领域很广，其研究基础包括纳米加工过程的动力学模拟、纳米构件与表面分子工程、纳米摩擦学等，这里所指的纳米机械是能实现纳米尺寸上某种功能的机械，如纳米制造设备级纳米执行器，纳米执行器能实现纳米尺寸的移动与定位。随着科学技术的发展，人们在不断追求机械装置的小型化、微型化，希望以尽可能小的能耗以及最少的物质消耗来满足生物、医学、航天航空、数字通信、传感技术、灵巧武器等领域日益增长的要求。微小型化始终是当代科技发展的方向。以制造

8、毫米以下尺寸的机构和系统为目的的微/纳米技术，一方面利用物理、化学方法将分子和原子组装起来，形成有一定功能的微/纳米结构；另一方面利用精细加工手段加工出微/纳米结构。前者导致了纳米生物学、纳米化学等边缘科学的产生；后者在小型机械制造领域开始了一场革命，导致了微型机电系统的出现。3.纳米材料技术纳米技术的研究主要集中在纳米材料的制备、结构特征、表征、功能材料的开发应用等方面。利用纳米材料的独特结构及性质,可发展纳米电子技术及微系统技术,组装具有多种特殊功能应用于特定领域的微系统。 纳米材料是纳米技术的重要组成部分。纳米材料具有常规材料所不具有的特殊性质,具有广阔的应用前景。纳米材料可分为零位的纳

9、米颗粒材料,也称为超微粒子,一般粒径在几纳米到几百纳米之间,由于表面能高,致使颗粒成球状,易聚集不容易分散;一维的纳米针状材料(纳米丝材料),是指针状材料的直径尺寸为纳米级,该针状体的细长比(长度与直径比)一般为510,细长比更大的材料为纳米丝材料;二维的纳米薄膜材料,是指厚度为1到几百纳米的材料,这种膜可以是致密的也可以是多孔的,此膜在光学及气体分离方面具有广泛的应用前景;三维的纳米晶体材料(纳米块状材料)2,通常是由纳米颗粒加工制得,其主要特点是晶界密度高、性能优异,如纳米晶稀土永磁材料。4.纳米加工技术 微纳米加工技术的发展促进了集成电路的发展,导致集成电路的集成度以每18个月翻一番的速

10、度提高。微纳米加工技术还可以将普通机械齿轮传动系统微缩到肉眼无法观察的尺寸.微纳米加工技术可以制作单电子晶体管,可以实现单个分子与原子操纵.微纳米加工技术可以建筑人类进入微观世界的桥梁,是人类了解和利用微观世界的工具.因此了解微纳米加工技术对于理解微纳米技术,以及由微纳米技术支撑的现代高科技产业是非常重要的.5.纳米测量技术 微观尺度的测量，早期是采用光学显微镜，从最原始的双透镜开始，显微镜技术经历了漫长的发展过程。如今，传统的镜头被细小的探针所代替，人类已经能够观测物质最细致的结构并能测量单个原子和分子的行为。这种强有力的测量工具，就是以纳米探针为敏感元件的扫描探测显微镜。它使人们能够对以前无法观测到的纳米尺度的物质表面结构及特性进行探测和成像，它的诞生促进了纳米技术的快速发展。三切削、磨削加工 对于微细切削、磨削加工,纳米级加工主要意味着加工精度和表面型貌。实现纳米级切削加工的关键是机床和刀具。超硬刀具材料、新型轴承、在线控制与补偿等新技术的出现和应用,使得金属切削加工技术得到很大发展。有研究报道,在采取一系列措施之后,尤其是精细地研磨刀具,可获得几纳米甚至1nm厚的切屑,这揭示了纳米级切削加工的可能性。目前超精加工的精度已可稳定地达到亚微米水平。在表面质量方面,采用金刚石刀具的切削加工、精密研磨抛光和在线电解修整砂轮镜面磨削技术都可获得纳米级的表面粗