纳米技术及其发展现状

纳米技术及其发展现状

随着生物、环境控制、医学、航空、航天、精确制导弹药、灵巧武器、先进情报传感器以及数据通讯等的不断发展，在结构装置微小型化方面不断提出更新、更高的要求。目前，纳米技术发展十分迅猛，它使人类在改造自然方面进入一个新的层次。它将开发物质潜在的信息和结构能力，使单位体积物质存储和处理信息的能力实现质的飞跃，从而给国民经济和军事能力带来深远的影响。

纳米技术是指纳米级(＜10纳米)的材料、设计、制造、测量和控制技术。随着纳米技术的发展。开创了纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学、纳米机械学、纳米制造学、纳米显微学及纳米测量等等新的高技术群。纳米技术是面向21世纪的一项重要技术，有着广阔的军民两用前景。美国、日本及西欧等国家均投入了大量的人力、物力进行开发，并己在航空、航天、医疗及民用产品等方面得到了一定应用。

1微型机电系统( microelectron—mechanical systems，MEMS) 10年前，人们意识到用半导体批量制造技术可以生产许多宏观机械系统的微米尺度的样机后，就在小型机械制造领域开始了新的研究，这导致了微型机电系统(MEMS)的出现，如微米尺度的各类传感器以及各种阀门等。

MEMS主要的民用领域是：医学、电于工业和航空、航天。如用静电驱动的微型电机控制计算机及通讯系统。在环境、医学应用中，微型传感器可以测量各种化学物质的流量、压力和浓度。在军事主要有以下：有害化学战剂报警传感器、敌我识别、灵巧蒙皮、分布式战场传感器网络、微机器人电子失能系统、昆虫平台等应用。

2专用集成微型仪器( application specific integrated

micro-instrument，ASIM)

微型工程包括具有毫米、微米、纳米尺度结构的传感器和动作器的设计、材料合成、微型机械加工、装配、总成和封装问题。利用这项技术可以把传感器、动作器和数据处理采集装置集成在一块普通的基片上。微型机电系统与微电子技术的综合集成，导致了专用集成微型仪器(ASIM)的出现。

具有亚微米特点的ASIM会使亚毫米器件降低研制与试验费用、缩小体积、减轻重量，同时还可以降低对电源和温控的要求，降低对振动的灵敏性和通过冗余提高可靠性。ASIM将在航天器和航天.系统技术方面引起一场革命，出现超小型卫星系统，最终实现“纳米卫星”。3材料工程及功能织物

在材料工程方面，已经能够做到设计与控制一种材料的微观结构，从而获得所要求的宏观性能。因此，对于材料的分子、原子结构，

以及在分子尺度上的物理化学性能的测试，以成为当今材料工程中不可缺少的技术。

利用纳米粒子的催化特性、极大的化学活性、极大的表面积、优异的电磁特性、光学特性等可以制造具有奇异功能的产品，如抗紫外线、抗可见光、抗红外线、抗电磁等的功能织物。

此外，纳米技术在微电子工程、生物遗传工程、微机械光学等方面也具有广泛的应用前景。

纳米加工技术

正如制造技术在当今各领域所起的重要作用一样，纳米加工技术在纳米技术的各领域中也起着关键作用。纳米加工技术包含机械加工、化学腐蚀、能量束加工以及STM加工等许多方法。关于纳米加工技术目前还没有一个统一的定义，尺寸为纳米级(＜10纳米)的材料的加工和使用称为纳米加工。加工表面粗糙度为纳米级的也称为纳米加工。笔者认为所谓纳米加工技术是指零件加工的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度均为纳米级(＜10纳米)。通过以下加工技术可以实现纳米级加工。

1超精密机械加工技术

超精密机械加工方法有单点金刚石和CBN超精密切削、金刚石和CBN超精密磨削等多点磨料加工，以及研磨、抛光、弹性发射加工等自由磨料加工或机械化学复合加工等。

目前利用单点金刚石超精密切削加工已在实验室得到了3纳米的切屑，利用可延性磨削技术也实现了纳米级磨削，而通过弹性发射加工等工艺则可以实现亚纳米级的去除，得到埃级的表面粗糙度。.2能量束加工技术

能量束加工可以对被加工对象进行除、添加和表面处理等工艺，主要包括离子束加工、电子束加工和光束加工等，此外电解射流加工、电火花加工、电化学加工、分子束外延、物理和化学气相淀积等也属于能量束加工。

离子束加工溅射去除、沉淀和表面处理，离子束辅助蚀刻亦是用于纳米级加工的研究开发方向。与固体工具切削加工相比，离子束加工的位置和加工速率难以确定，为取得纳米级的加工精度，需要亚纳米级检测系统与加工位置的闭环调节系统。电子束加工是以热能的形式去除穿透层表面的原子，可以进行刻蚀、光刻曝光、焊接、微米和纳米级钻削和铣削加工等。

3 LIGA技术( Lithographie，Galvanoformung，Abformung)

LIGA工艺是由深层同步辐射X射线光刻、电铸成型、塑铸成型等技术组合而成的综合性技术，其最基本和最核心的工艺是深度同步辐射光刻，而电铸和塑铸工艺是LIGA产品实用化的关按。与传统的半导体工艺相比，LIGA技术具有许多独特的优点，主要有：

(1)用材广泛，可以是金属及其合金、陶瓷、聚合物、玻璃等。

(2)可以制作高度达数百微米至一千微米，高度比大于200的三维立体微结构。

(3)横向尺寸可以小到O.5μm，加工精度可达0.1μm

(4)可实现大批量复制、生产，成本低。

用LIGA技术可以制作各种微器件、微装置，己研制成功或正在研制的LIGA产品有微传感器、微电机、微机械零件、集成光学和微光学元件、微波元件、真空电子元件、微型医疗器械、纳米技术元件及系统等。LIGA产品的应用涉及面广泛，如加工技术、测量技术、自动化技术、汽车及交通技术、电力及能源技术、航空及航天技术、纺织技术、精密工程及光学、微电子学、生物医学、环境科学和化学工程等。

4扫描隧道显微镜( STM)技术

C.binning和H.Robrer发明的扫描隧道显微镜不但使人们可以以单个原子的分辨率观测物体的表面结构，而且也为以单个原子为单位