微纳制造课件

1、微 纳 制 造 21世纪制造技术的突破 报告人：林冬青 材硕1501班 M201570806 2015/11/19内 容 微纳技术的概念 微纳制造技术的发展现状 典型的微纳结构制造技术 微纳制造的应用及未来发展方向4123微纳制造的概念1.微纳制造的概念 微纳制造技术是指制造纳米、微米量级的三维结构、器件和系统的技术。是关于微系统和纳米技术的统称。 1）微系统 是指集成了微电子和微机械（或光学、化学、生物等方面微原件）的系统。它以微米尺度理论为基础，用批量化的微电子技术和三维加工技术来完成信息获取、处理及执行等功能。 微系统按特征尺寸范围分为三类：1mm-10mm微小机械，1m-1mm的微机械

2、，1n-10m的纳米机械。 2）纳米技术 是指纳米级0.1nm-100nm的材料、设计、加工、测量、控制和产品的技术。微纳制造的发展现状 由于受到基础装备、工艺技术、科研经费、行业基础等多方面因素的影响，我国的微纳制造技术的研究与世界先进水平之间尚有差距。 从制造角度来说，国内的微纳技术应用处理除了在微电子技术、生命科学生物工程及材料应用外，在机电工程领域如静电陀螺等精确制导系统方面也有应用。但总体来说，国内微纳制造加工成熟度不高，纳米制造在工业上应用更少。 原 因：（1） 我国工业底子薄，一些最适合应用到微纳技术的领域的核心技术、核心装备并没有掌握在我们手里。（2） 我国的科研体系更倾向于能

3、够产生市场效益的工程研究，而对于短期无法看到效益的基础研究支持力度不够，甚至有逐年下滑的趋势。（3） 微纳制造技术不只是加工方法的问题，同样是制造装备的问题。高精密仪器设备及高精度制造、测量技术也是制约我国微纳技术发展的因素之一。典型的微纳结构制造技术当代微纳结构制造技术大致遵循以下几条技术路线发展：1.服务于微电子生产的硅微加工技术（包括硅体加工和硅表面加工）2.非硅超精密特种加工技术3.以德国为代表的LIGA技术及准LIGA技术4.隧道式近场放电加工、生物加工等微纳系统制造方法 1.硅微加工技术定义： 从微电子加工技术基础上发展起来的以光刻、薄膜生长、牺牲层、干法刻蚀、湿法化学腐蚀为实现手

4、段的一种微加工技术。优点： 1. 特别适合于微细化制作及大批量生产 2. 可使用多种材料 3. 不需附加的装配工序即能制作运动机构 等是目前微系统制造的主流技术图1 微静电电机世界上第一个微机械器件 2. 超精密切削加工技术定义： 从传统切削加工延伸出来的一种高效率、三维加工能力强的微纳制造技术。主要包括微细铣削、微细车削、微细磨削、微细钻削等。优点： 加工速度快、精度高、加工柔性好等，能把材料加工成任意三维形状的构件。限制微细化的因素： 微刀具（目前微钻头的最小直径为2.5 m，微端铣刀直径可以达到30 m以下）图2 微切削加工生成的金属三维微结构4.隧道式近场放电加工技术定义： 属于纳米级

5、微加工，是分子装配技术中的一种。 扫描隧道效应显微镜可以精确的观察到加工材料的表面形貌，并可用其探针俘获原子或分子，在材料表面微小的区域中实现对分子或原子重新排列以得到一定的结构。图3 纳米中国地图利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。微纳制造的应用案例1. 电子束光刻加工技术电子束光刻加工过程3. 世界最小的微型机械人 世界最小的微型机械人，其只有1/4立方寸，体重小於1盎司。 利用这种微型机械人帮助侦查地雷、化学及生物武器的所在；可爬进建筑物的管道，找出化学品甚至人类所在，并将有关信息传送到指挥中心；科学家还可以部署一群微型机械人，进行不同的任务，比体积大

6、的机械人更灵活和有弹性。4. 以微型加工技术制造的机械耳蜗 机械耳蜗的作用原理与生物耳蜗相同，以薄膜结构模仿基底膜构造。 密大的机械耳蜗有三个优点，首先是其尺寸大小如实体，其次是适合大量生产，最后是能以低功率机械方式进行声学信号处理5. 纳米生物科技-分子马达 分子马达 （molecular motor）是美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下，制造出的一种马达。这种微型马达以三磷酸腺苷酶为基础，依靠为细胞内化学反应提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）为能源。当它们被浸于ATP溶液后，其中5个分子马达转动了起来，转速达到每秒钟8转。据介绍，这种马达只有在显微镜下才能被观察到，其镍螺

7、旋桨长750纳米（一纳米为十亿分之一米）。根据拍摄到的画面，研究人员可以看到一个尘埃粒子先被旋转的螺旋桨吸入、再被甩出的情景。6. 纳米齿轮 Nano Gear 日本科技研究小组，于2002年2月初发表，利用纳米材料的组成，于现有的制作技术，已成功研制出世界上最小的齿轮。该齿轮直径仅有0.2mm，且具有良好的抗磨损、抗热、滑动特性，这无非为实现分子机器的实现又迈进了一大步。7.原子操作术将一顆一顆的铁原子團,在Cu(111)表面上排列成“原子”二字。利用纳米技术把氙原子排成“IBM”将一顆一顆的一氧化碳原子團，在Pt(111)表面上排列成人的形狀。原子操纵术可说是STM (扫描穿透显微镜)的专长，该工具具备微小且精密的操控能力。藉由扫描穿透显微镜的针头和样品之间电场的吸引从而把样品中的原子拉离表面，并通过针头沿着表面移动到别处。微纳制造的发展趋势(1) 基于未来关键器件制造需求不断提高的要求，器件将从满足单一功 能的传统设计向着集成多功能于一体的高精度、小尺度、复杂形面新一代设计发展，新的功能及性能制造( FPM)将成为未来纳米制造重要的发展方向。(2) 制造技术从以试配为特征的手工制造、误差在 10