納米制造前沿綜述

前言

　　納米制造是當(dāng)代科技發(fā)展的前沿研究領(lǐng)域。納米技術(shù)與生物技術(shù)、信息技術(shù)并列為21世紀(jì)的三大科技，是21世紀(jì)高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，而納米制造則是支撐它們走向應(yīng)用的基礎(chǔ)。據(jù)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)預(yù)測(cè)，未來(lái)15～20年，全球納米技r術(shù)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到每年10000億美元左右。美國(guó)于1998年推出“國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃（NNI）”，從2005年起三年內(nèi)聯(lián)邦政府對(duì)納米科技給予37億美元的資助，并將納米制造列為重要研究領(lǐng)域之一。英國(guó)、法國(guó)和德國(guó)等歐洲國(guó)家每年對(duì)納米技術(shù)的研究投入為5億～10億歐元，其中納米制造也被列為重要研究領(lǐng)域。日本對(duì)納米制造領(lǐng)域也給予了很大的投人。納米科學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)的前沿，而納米制造就是將納米科學(xué)的新發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榍把刂圃旒夹g(shù)。物理、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的研究成果以及信息技術(shù)的進(jìn)步帶動(dòng)了納米制造技術(shù)的發(fā)展，而納米制造技術(shù)同時(shí)也反過(guò)來(lái)推動(dòng)了相關(guān)學(xué)科的進(jìn)一步深入發(fā)展?！　∫粋€(gè)國(guó)家的制造技術(shù)水平是其國(guó)力強(qiáng)弱的重要標(biāo)志之一。納米制造在信息、材料、環(huán)境、能源、生物、醫(yī)學(xué)和國(guó)防安全等領(lǐng)域有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，也是我國(guó)制造技術(shù)發(fā)展的重要方向。一些具有國(guó)家戰(zhàn)略意義的重大工程也對(duì)納米精度制造提出了越來(lái)越高的需求。例如，1kg重的制導(dǎo)系統(tǒng)陀螺轉(zhuǎn)子，如果其質(zhì)量中心偏離對(duì)稱軸100nm，則會(huì)造成10km的落點(diǎn)誤差；空間飛行器對(duì)地觀測(cè)裝置的大尺寸高精度光學(xué)鏡頭要求面型制造精度達(dá)3～5nm。此外，隨著納米制造技術(shù)的發(fā)展，集成電路（IC）制造集成度和信息存儲(chǔ)密度將提高2個(gè)數(shù)量級(jí)；新型納米結(jié)構(gòu)的采用可望大幅度提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率；納米制造還可為表面電子發(fā)射平板顯示器（SED）10nm以下電子隧穿縫隙結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供關(guān)鍵的制造方法。因此，隨著納米制造技術(shù)的發(fā)展，將不斷產(chǎn)生更多的新產(chǎn)品和新技術(shù)?！　〖{米制造是實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)、器件、系統(tǒng)批量化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。在21世紀(jì)內(nèi)，納米制造將成為世界發(fā)達(dá)國(guó)家高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。生物分子馬達(dá)、納電動(dòng)機(jī)、納米機(jī)器人、分子光電器件、納米電路、納米傳感器、納米智能器件和系統(tǒng)不斷在實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)，展示了誘人的應(yīng)用前景。納米制造技術(shù)是這些納米器件走向宏觀世界并得以應(yīng)用的橋梁。從微電子工業(yè)的發(fā)展對(duì)其制造裝備的高度依賴性可以得出結(jié)論：納米制造和檢測(cè)裝備是實(shí)現(xiàn)納米產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的先決條件，是納米科技走向納米制造及批量化應(yīng)用的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

為做好“納米制造的基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃的立項(xiàng)論證工作，2007年11月7～9日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)政策局、工程與材料科學(xué)部、信息科學(xué)部、數(shù)理科學(xué)部在杭州聯(lián)合組織召開(kāi)了主題為“納米制造前沿”第24期“雙清論壇”研討會(huì)，本書是該研討會(huì)的主要成果。從事微／納米技術(shù)研究的我國(guó)專家學(xué)者，分別從納米制造的共性技術(shù)、納米制造中的建模、納米制造技術(shù)綜述、納米制造中的檢測(cè)與控制等方面，較為系統(tǒng)地闡述了微／納米制造領(lǐng)域所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)、當(dāng)前的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)、共性技術(shù)的基本原理、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及未來(lái)的研究方向。    本書可供從事微／納米制造及其相應(yīng)領(lǐng)域的科技工作者、科研管理人員，以及高等院校有關(guān)專業(yè)師生閱讀、參考。

書籍目錄

序前言納米材料——向自然學(xué)習(xí)納米制造，器件先行從美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火工程看納米制造納米制造中力學(xué)行為的尺度效應(yīng)、表面效應(yīng)與跨尺度模擬納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)建模技術(shù)短脈沖激光微／納加工方法和機(jī)理超光滑表面制造納米壓印技術(shù)新進(jìn)展和挑戰(zhàn)基于電化學(xué)原理的納米制造Top-down（自上而下）的納米加工技術(shù)納機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)微納自組裝納米制造與微流控器件融合技術(shù)寬禁帶納傳感結(jié)構(gòu)制造科學(xué)問(wèn)題納米制造與射頻集成系統(tǒng)——挑戰(zhàn)與機(jī)遇液相納米制造技術(shù)面向納米制造的測(cè)量與組裝技術(shù)納米操作的研究綜述、科學(xué)問(wèn)題與關(guān)鍵技術(shù)納米制造裝備的精密定位及控制浸沒(méi)式光刻機(jī)的流體傳送與控制技術(shù)附錄　名詞術(shù)語(yǔ)中英文對(duì)照

章節(jié)摘錄

　　每一種制造技術(shù)都有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，納米電化學(xué)加工具有可操控性強(qiáng)、與材料硬度強(qiáng)度無(wú)關(guān)、無(wú)切削力等優(yōu)點(diǎn)，并且成本低、質(zhì)量好?；陔娀瘜W(xué)原理的制造技術(shù)經(jīng)歷了從微米尺度到納米尺度的發(fā)展，圖24和圖25表示了電鑄制造的發(fā)展歷程和電解制造的發(fā)展歷程?？梢钥闯觯娀瘜W(xué)加工在最小加工尺度和微細(xì)復(fù)雜程度方面已取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，目前已具有制造數(shù)十納米尺度微結(jié)構(gòu)的能力?！　』陔娀瘜W(xué)原理的微納米制造是由很多技術(shù)構(gòu)成的。例如，基于鏤空屏蔽模板的電化學(xué)制造、電液束電解、約束刻蝕劑層技術(shù)和超短脈寬脈沖電流電化學(xué)加工等。其中，超短脈寬脈沖電流電化學(xué)去除和基于鏤空屏蔽模板電沉積技術(shù)顯示出強(qiáng)大的生命力，在微納電子、生命工程、能源、化工等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。雖然研究人員對(duì)這兩個(gè)方向已進(jìn)行了深入研究，但該方向目前還存在著許多未知，等待人們不斷地探索、發(fā)現(xiàn)?！　。?）超短脈寬脈沖電流電化學(xué)去除。由于加工間隙（工具與工件之間的距離）僅有幾十納米，這引出了許多科學(xué)問(wèn)題需要研究?！　、偌{米尺度間隙流場(chǎng)中電化學(xué)去除產(chǎn)物的輸運(yùn)過(guò)程。電化學(xué)去除產(chǎn)生的產(chǎn)物必須及時(shí)運(yùn)輸出加工區(qū)，否則會(huì)引起短路等問(wèn)題。需要納米尺度間隙內(nèi)物質(zhì)輸運(yùn)過(guò)程和電場(chǎng)、流場(chǎng)等對(duì)產(chǎn)物輸運(yùn)過(guò)程的影響機(jī)理?！　、诩{米尺度工具電極對(duì)加工過(guò)程的影響。作為準(zhǔn)一維的量子系統(tǒng)的納米尺度工具電極，具有顯著的非線性和量子效應(yīng)，通常輸運(yùn)的是有限個(gè)電子。需要研究由于工具尺寸的縮小引起的電場(chǎng)強(qiáng)度變化、電場(chǎng)分布和這些變化對(duì)加工過(guò)程的影響規(guī)律。　?、奂{秒脈寬和皮秒脈寬電流電化學(xué)反應(yīng)定域性機(jī)理。需要建立納秒脈寬和皮秒脈寬電流電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程模型，理論揭示超短脈寬脈沖電流的高電化學(xué)反應(yīng)定域性緣由。

圖書封面

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