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1、纳米加工技术学院学号姓名日期8纳米技术的背景纳米技术是一门方兴未艾的学科和领域。纳米技术的迅猛发展在21世纪将对人类社会的文明进步及社会的发展起到极其重要的作用,可能将带来第五次技术革命。世界各发达国家都在为这个21世纪的基础技术抢占科技战略制高点。纳米技术的强大生命力在于纳米效应(如量子效应、巨大的表面和界面效应等),它能使物质的许多性能发生质变,而实现纳米效应的关键首先是具有纳米结构,任何纳米技术均须依赖通过纳米加工技术将物体加工至纳米尺度。因此,纳米结构加工技术是整个纳米技术的核心基础,是当前世界科学研究巫待解决的难题之一。纳米技术的定义所谓纳米技术通常指纳米级(0.1nm~100
2、nm)的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术.纳米技术主要包括纳米级精度和表面形貌的测量;纳米级表层物理、化学、机械性能的检测;纳米级精度的加工和纳米级表层的加工一一原子和分子的去除、搬迁和重组;纳米材料;纳米级微传感器和控制技术;微型和超微型机械;微型和超微型机电系统;纳米生物学等;纳米加工技术是纳米技术的一个组成部分纳米加工的含义是达到纳米级精度(包括纳米级尺寸精度,纳米级形位精度和纳米级表面质量)的加工技术.纳米加工技术的特点众所周知，欲得到1纳米的加工精度，加工的最小单位必然在亚微米级。由于原子间的距离为0.1-0.3nm，纳米级加工实际已到加工的极限。纳米级加工是将试件表面
3、的一个个原子或分子作为直接的加工对象，所以，纳米级加工的物理实质就是要切断原子间的结合。实现原子或分子的去除。而各种物质是以共价键、金属键、离子键或分子结构的形式结合而组成，要切断原子间的结合需要很大的能量密度。在机械加工中，工具材料的原子间结合能必须大于被加工材料的原子间结合能。而传统的切削、磨削加工消耗的能量较小，实际上是利用原子、分子或晶体间连接处的缺陷而进行加工的，但想要切断原子间的结合就相当困难的。因此，纳米加工的物理实质与传统的切削、磨削加工有很大区别。直接利用光子、电子、离子等基本能子的加工是纳米级加工的主要方向和主要方法。纳米级加工精度8与常规精加工的比较纳米级加工中.工
4、件表面的原子和分子是直接加工的对象.即需切断原子间的结合纳米加工实际已到了加工的极限而常规的精加工欲控制切断原子间的结合是无能为力的,其局限性在于:1)高精度加工工件时,切削量应尽量小而常规的切削和磨削加工,要达到纳米级切除量,切削刀具的刀刃钝圆半径必须是纳米级,研磨磨料也必须是超细微粉.目前对纳米级刃口半径还无法直接测量.2)工艺系统的误差复映到工件,工艺系统的受力/热变形、振动、工件装夹等都将影响工精度3)即使检测手段和补偿原理正确,加工误差的补偿也是有限的.4)加工过程中存在不稳定因素如切削热,环境变化及振动等由此可见.传统的切削/磨削方法,一方面由于加工方法的局限或由于加工机床精
5、度所限,显示出在纳米加工领域应用裕度不足另一方面,由于科技产业迅猛发展,加工技术的极限不断受到挑战.有研究表明,磨削可获得35nm的表面粗糙度,但对如何实现稳定、可靠的纳米机加工以及观察研究材料微加工过程力学性能则始终受到实验手段的限制,因此纳米机加工必须寻求新的途径即直接用光子、电子、离子等基本粒子进行加工.例如,用电子束光刻加工超大规模集成电路纳米级加工精度包括：纳米级尺寸精度、纳米级几何形状精度和纳米级表面质量三个方面。纳米级的尺寸精度传统的长度基准是以标准尺为基准。由于零件材料的稳定性，内应力，本身重量造成的变形等内部因素和环境的温度变化、气压变化、测量误差等都将产生尺寸误差。所
6、以，现在采用光速和时间作为长度基准。较大尺寸的绝对精度很难达到纳米级，较大尺寸的相对精度或重复精度可以达到纳米级。例如在超级精密加工中，某些特高精度孔和轴的配合，通过使用激光干涉测量或x射线干涉测量法都可以达到A0级的测量分辨率和重复精度。微小尺寸的纳米级加工，正处于研究阶段之中。纳米级的几何形状精度在精密加工中，精密零件的几何形状直接影响到它的工8作性能和工作效果，常要求达到纳米级的几何形状精度。例如，精密轴和孔的圆度和圆柱度，精密球（如陀螺球，计量用标准球）的球度。纳米级的表面质量纳米级的表面质量不仅仅指它的表面粗糙度，而且包含其在内的表层的物理状态，如无表面残留应力，无组织缺陷等。
7、微型机械和超微型机械的零件对其表面质量有严格的要求。纳米级加工的关键技术a.测量技术·纳米级测量技术包括纳米级精度的尺寸和位移的测量、纳米级表面形貌的测量纳米级测量技术主要有两个发展方向:1)光干涉测量技术:可用于长度、位移、表面显微形貌的精确测量.用此原理测量的方法有双频激光干涉测量、光外差干涉测量、X射线干涉测量等.2)扫描隧道显微加工技术亦称为原子级加工技术，原理是通过扫描隧道显微镜的探针来操纵试件表面的单个原子，实现单个原子
