科字投木 微米／纳米技术在机械加工中的应用 韩淑敏 （辽宁地质工程职业学院，辽宁丹东１１８００８） 摘要：本文主要介绍了微细加工技术、精密测试技术、微系统技术等微米技术和以纳米电子技术、纳米机械技术、纳米材料技术、纳米加工技 术为主的纳米技术。 关键词：微米技术；纳米技术；微细加工技术；纳米电子技术；纳米机械技术 科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足纳米级， 人们把这个领域的技术称之为微米／纳米技术（Ｍｉｃｒａ＆Ｎａｎｏ－Ｔｅｃｈｒｄｏｇｙ）。 当前，微米，纳米技术在国际上已使人类在改造自然方面进人一个 新的层次，即以微米层次深人到原子、分子级的纳米层次，它作为２１ 世纪出现的高技术，发展十分迅猛，并由此开创了纳米电子、纳米材 料、纳米生物、纳米机械、纳米制造、纳米测量等新的高技术群。 一在过去的们年里，晶体管的特征尺寸由１０ｍｍ减小到小于１ ｕｍ， 现在可实现在一个集成片上包含１００万个单元，对于这种尺度的电子线 路，宏观规律仍旧有效，然而未来一二十年的科技发展使尺寸进一步 缩￥１０—１ＯＯ倍进人到纳米尺度，量子力学及电子的波动性就不能不再 考虑了。 ２．纳米机械技术 、徽米技术 １．微小尺度的设计理论研究 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 微型系统的设计并非简单的机械微小化，而需要从物理及物质相 互作用等方面进行重新研究，形成一整套的设计理论与方法。其研究 重点应包括微动力学、微流体力学、微热力学、微机械学、微光浒学 等，并且注重现代设计方法￣ＩＩＣＡＯ技术、仿真与虚拟现实技术等在微 型系统设计中的应用，通过上述研究，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等的影响。 ２．微细加工技术 动力学模拟、纳米构件与表面分子ｌＴ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，如纳米制造设备及纳 米执行器，纳米执行器能实现纳米尺度的移动与定位。 ３．纳米材料技术 纳米材料技术是发展最早且研究最深人的学科。纳米材料由于其 结构的特殊性，如大的表面比、小尺寸效应、界面效应、量子效应和 量子隧道效应等一系列新的效应，使纳米材料出现许多不同于传统材 料的独特性能，从而使其在未来新材料上充当角色，如隐身材料，高 灵敏度、高响应的传感材料，多功能复相陶瓷材料等。 ４．纳米加工技术 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ＣＢｂｌ（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要求小于３０ｎｍ，表面粗糙度Ｒａ值小 于ｌｈｍ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＿３￣艺硅加工技 术，如美国研制出直径仅为６０－１２０ｕｍ的硅微型静电电动机等。 ３．精密测试技术 纳米加工技术的发展面临两大途径：一方面是将传统的超精加工 技术，如机械加工（单点金刚石和ＣＢＮ刀具切削、磨削、抛光）（电 化学加工（ＥＣＭ）、电火花加工（ＥＤＭ）、离子和等离子体蚀刻、 分子束外延（ＭＢＥ）、物理和化学气相沉积、激光束加工（ＬＩＧＡ） 技术等向其极限精度逼近，使其具有纳米的加工能力。另一方面， 开拓新效应的加工方法，如ｓＴＭ对表面的纳米加工，可操纵原子和分 子，并对表面进行刻蚀。如美国的ＩＢＭ公司利用ＳＴＭ将３５个原子排出 “ＩＢＭ”三三个字样，且在硅片上覆盖一层２０ｎｍ厚的聚甲基丙烯甲酯 （ＰＭＭＡ），再利用ＳＴＭ光刻，得到ｌＯｎｍ宽的线条等。 ５．纳米测量技术 具有微米及亚微米测量精度的几何量与表面形貌测量技术亦已成 熟，如具有Ｏ．Ｏｌｕｍ精度的ＨＰ５５２８双频激光干涉测量系统，具有Ｏ．０１ ｕｎｌ 精度的光学与触针式轮廓扫描系统等。因此，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， ４馓系统技术 以上所涉及有关纳米技术的研究，均离不开对它们的分析测试工 在研究微系统设计、加工、测量的基础．Ｉ－，国内外较广泛地开展 了微型传感、微执行机构、微电子信号处理等方面的研究工作。如已 制作出微型力传感器、微型泵、微电机等。 二、纳米技术 作一纳米测量技术，或称之为纳分析和纳探针技术。其中，纳探针技术 发展迅速并较为成熟，随着２０世纪８０年代ＳＴＭ的出现，使人们能直接 观察到物质表面的原子结构，把人们带到了微观世界。 ◆考文献 纳米技术通常指纳米级０．１—１０Ｏｈｍ的材料、测量、控制和产品的技 术。 纳米技术是科技发展的一个新兴领域，它不仅仅是将加工和测量 精度从微米级提高到纳米级的问题，而是人类对自然的认识和改造方 面，从宏观领域进人到物理的微观领域，深人了一个新的层次，即从 微米层深人到分子、原子级的纳米层次。 １．纳米电子技术 【ｌ】王明耀，张兆隆．机械制造技术（Ｋ）．中高等教育出版社，２００２（２９７—２９８） ［２】安美玲．机械基础（Ｋ）．电子工业出版社，２００７（２１ １－２１８） ［３］魏康民．机械制造技术（Ｋ）．机械工业出版社，２００６，２（６９—２８０） 作者筒介 韩淑敏（１９６５一），女，汉，山东掖县族，本科，职称：教授，职 务：教师，毕业院校：东北大学，专业：机械制造，主讲：机械基础机械 制造工艺数控 ◆考文献 【１］陈永玉．电梯事故分析及检验对策［Ｊ】．中国高新技术企业，２００７（１４）． 【２］刘晓辉．电梯事故分析及监督检验对策［Ｊ】．金山。２０１ １（０８）． 【６】董伟．特种设备事故分析评价及信息管理系统研发【Ｊ］．武汉科技大学： 安全技术及工程，２００９（Ｏ１）． 【７】张鸣．常见电梯出入口坠落事故分析及对策【Ｊ】．起重运输机械，２０００ （０１）． 【３］唐跃林．一种电梯事故分析时推断原平衡系数有效性的方法［Ｊ】．科协论 坛：下半月．２０１２（１１）． 【８】黄锦津．浅析电梯使用管理对电梯运行质量的影响【Ｊ】＿机电信息，２０１ １ （１８）． 【４】杨庆．电梯监督检验案例浅析［Ｊ］．民营科技，２０１ １（０９）． 【５】杨丽霞．电梯检验过程中的事故伤害分析及有效预防［Ｊ］．科技资讯， ２０１２（１４）． 【９］唐跃林．一种电梯事故分析时推断原平衡系数有效性的方法【Ｊ】．科协论 坛：下半月，２０１２（１１）． 一８６一
