纳米加工技术简介

天 纳
添加到火箭的固体燃料推进剂中，可大幅度提高燃
米 料的燃烧热、燃烧效率，改善燃稳定性。有研究表
绝 明，向火箭固体燃料中加入0.5%纳米铝粉或镍粉，
热
材 可使燃烧效率提高10%-25%，燃烧速度加快数十倍。
料
谢谢大家！
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。 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。
微型发动机
IBM实验室用铁原子 拼出汉字“原子”
微型直升机
桌面工厂
纳米加工的方法及设备
纳米级机械加工
金刚石刀具超精密切削加工
R.Feynman
纳米加工技术概述
概念的提出与发展 • 1959.12.29 诺贝尔物理奖得主 R.Feynman在其
演讲“There’s plenty of room at the bottom” 中提出人类如能在原子/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 逐个地准确放置原子的问题。 • 1974年 TANIGUCHI最早使用 nanotechnology一词描述精细机械加工。 • 70年代后期 MIT 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。 • 80年代初 STM 和AFM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。 • 1990.7 第一届国际纳米科学技术会议与第五届国 际STM显微学会议同时在美国Baltimore举行。 • Nanotechnology和Nanobiology 国际专业刊物 相继问世。
纳米技术的意义
纳米技术将引发一场新的工业 革命
• 2010年现在的微电子器件芯 片的线宽将达到0.1～ 0.07nm，小于此尺寸，器件 应按新原理设计。其性能将大 大提高，这将是对信息产业和 其它相关产业的一场深刻的革 命。
纳米技术是21世纪经济增长的一个主要的发动机，它将使 微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。
利用LIGA技术制作的铜电极阵列和加工出的70µm厚WC-Co齿轮
纳米加工的方法及设备
基于扫描显微原理的纳米加工
扫 扫描隧道显微镜（STM）工作原理：
描 隧
把极小的针尖和被研究的物质表面作为两个电极，
道 当样品表面与针尖的距离非常小(<1nm)时，在外电
显 场作用下电子即会穿过两极间的绝缘层流向另一极，
1、光刻
2、去光阻
3、电铸 5、射出成型
4、模仁 6、成品脱模
LIGA工艺过程
来自百度文库
优点：
LIGA加工工艺
1、可制造较大高宽比的结构；
2、取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃 等；
3、可制作任意截面形状图形结构，加工精度高；
4、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。
用途：
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 研 磨 机
金刚石刀具超精密切削加工——用于 平面、圆柱面和非球曲面的镜面 切削加工。
可延性纳米级磨削——用于量块、光 学平晶，集成电路的硅基片。
在线电解修整（ELID）砂轮磨削— —用于硬脆材料超精密镜面磨削。
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
能量束加工
电子束、聚焦离子束、激光束微细加工 优点：1.高能量，可进行超高速加热和冷却
2.高能束直径可到达纳米级 3.高能束偏转扫描柔韧性好、无惯性，能
全方位加工 4.非接触加工，无需刀具，无加工变形 5.几乎可对任何材料加工
加工方法： 1.光学光刻 2.X光光刻 3.电子束光刻 4.离子束加工 5.原子层刻蚀 6.原位制作技术
利用微细放电加工方法制作的汽车模型
纳米加工的方法及设备
发展纳米加工技术的途径
发展前景的展望
航空航天
纳
米 卫 星
1.增加有效载荷，成指数倍地降低耗能。 2.低能耗、抗辐照的高性能计算机及其它
测控电子设备
3.抗热障、耐磨损的纳米涂层材料
4.微型航天器、“纳米卫星”等
高效助燃剂：
纳米粉末具有极强的储能特性，将其作为添加
航 剂加入燃料中可大大提高燃烧率。将一些纳米粉末
纳米加工技术
纳米技术定义
目前人类研究的物质世界的 最大尺度：1025 米（～10亿光年） 最小尺度：10－19 米
纳米(nm)：10－9 米 纳米技术：研究结构尺寸在0.1～100 nm
范围的物质的特性和相互作用，以及利 用这些特性的多学科交叉的科学与技术。 当物质小到10－9～10－7 米时，由于量子 效应和巨大的表面和界面效应，性能发 生质变，呈现出许多既不同于宏观物体、 也不同于单个孤立原子的新颖的物理、 化学和生物学等特性。
微 镜
产生隧道电流，并通过反馈电路传递到计算机上表
现出来。
扫描显微技术的特点：
1.具有原子级的高分辨率
2.可以观察单个原子层的局部表面结构
3.可以实时、实空间地观察表面的三维图像
4.能在不同条件下工作，探测过程对工件无损伤。
5.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。
扫描隧道显微镜工作原理示意图