微納制造課件

1、微 納 制 造 21世紀制造技術(shù)的突破 報告人：林冬青 材碩1501班 M201570806 2015/11/19內(nèi) 容 微納技術(shù)的概念 微納制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 典型的微納結(jié)構(gòu)制造技術(shù) 微納制造的應(yīng)用及未來發(fā)展方向4123微納制造的概念1.微納制造的概念 微納制造技術(shù)是指制造納米、微米量級的三維結(jié)構(gòu)、器件和系統(tǒng)的技術(shù)。是關(guān)于微系統(tǒng)和納米技術(shù)的統(tǒng)稱。 1）微系統(tǒng) 是指集成了微電子和微機械（或光學(xué)、化學(xué)、生物等方面微原件）的系統(tǒng)。它以微米尺度理論為基礎(chǔ)，用批量化的微電子技術(shù)和三維加工技術(shù)來完成信息獲取、處理及執(zhí)行等功能。 微系統(tǒng)按特征尺寸范圍分為三類：1mm-10mm微小機械，1m-1mm的微機械

2、，1n-10m的納米機械。 2）納米技術(shù) 是指納米級0.1nm-100nm的材料、設(shè)計、加工、測量、控制和產(chǎn)品的技術(shù)。微納制造的發(fā)展現(xiàn)狀 由于受到基礎(chǔ)裝備、工藝技術(shù)、科研經(jīng)費、行業(yè)基礎(chǔ)等多方面因素的影響，我國的微納制造技術(shù)的研究與世界先進水平之間尚有差距。 從制造角度來說，國內(nèi)的微納技術(shù)應(yīng)用處理除了在微電子技術(shù)、生命科學(xué)生物工程及材料應(yīng)用外，在機電工程領(lǐng)域如靜電陀螺等精確制導(dǎo)系統(tǒng)方面也有應(yīng)用。但總體來說，國內(nèi)微納制造加工成熟度不高，納米制造在工業(yè)上應(yīng)用更少。 原 因：（1） 我國工業(yè)底子薄，一些最適合應(yīng)用到微納技術(shù)的領(lǐng)域的核心技術(shù)、核心裝備并沒有掌握在我們手里。（2） 我國的科研體系更傾向于能

3、夠產(chǎn)生市場效益的工程研究，而對于短期無法看到效益的基礎(chǔ)研究支持力度不夠，甚至有逐年下滑的趨勢。（3） 微納制造技術(shù)不只是加工方法的問題，同樣是制造裝備的問題。高精密儀器設(shè)備及高精度制造、測量技術(shù)也是制約我國微納技術(shù)發(fā)展的因素之一。典型的微納結(jié)構(gòu)制造技術(shù)當(dāng)代微納結(jié)構(gòu)制造技術(shù)大致遵循以下幾條技術(shù)路線發(fā)展：1.服務(wù)于微電子生產(chǎn)的硅微加工技術(shù)（包括硅體加工和硅表面加工）2.非硅超精密特種加工技術(shù)3.以德國為代表的LIGA技術(shù)及準LIGA技術(shù)4.隧道式近場放電加工、生物加工等微納系統(tǒng)制造方法 1.硅微加工技術(shù)定義： 從微電子加工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以光刻、薄膜生長、犧牲層、干法刻蝕、濕法化學(xué)腐蝕為實現(xiàn)手

4、段的一種微加工技術(shù)。優(yōu)點： 1. 特別適合于微細化制作及大批量生產(chǎn) 2. 可使用多種材料 3. 不需附加的裝配工序即能制作運動機構(gòu) 等是目前微系統(tǒng)制造的主流技術(shù)圖1 微靜電電機世界上第一個微機械器件 2. 超精密切削加工技術(shù)定義： 從傳統(tǒng)切削加工延伸出來的一種高效率、三維加工能力強的微納制造技術(shù)。主要包括微細銑削、微細車削、微細磨削、微細鉆削等。優(yōu)點： 加工速度快、精度高、加工柔性好等，能把材料加工成任意三維形狀的構(gòu)件。限制微細化的因素： 微刀具（目前微鉆頭的最小直徑為2.5 m，微端銑刀直徑可以達到30 m以下）圖2 微切削加工生成的金屬三維微結(jié)構(gòu)4.隧道式近場放電加工技術(shù)定義： 屬于納米級

5、微加工，是分子裝配技術(shù)中的一種。 掃描隧道效應(yīng)顯微鏡可以精確的觀察到加工材料的表面形貌，并可用其探針俘獲原子或分子，在材料表面微小的區(qū)域中實現(xiàn)對分子或原子重新排列以得到一定的結(jié)構(gòu)。圖3 納米中國地圖利用納米加工技術(shù)在石墨表面通過搬遷碳原子而繪制出的世界上最小的中國地圖。微納制造的應(yīng)用案例1. 電子束光刻加工技術(shù)電子束光刻加工過程3. 世界最小的微型機械人 世界最小的微型機械人，其只有1/4立方寸，體重小於1盎司。 利用這種微型機械人幫助偵查地雷、化學(xué)及生物武器的所在；可爬進建筑物的管道，找出化學(xué)品甚至人類所在，并將有關(guān)信息傳送到指揮中心；科學(xué)家還可以部署一群微型機械人，進行不同的任務(wù)，比體積大

6、的機械人更靈活和有彈性。4. 以微型加工技術(shù)制造的機械耳蝸 機械耳蝸的作用原理與生物耳蝸相同，以薄膜結(jié)構(gòu)模仿基底膜構(gòu)造。 密大的機械耳蝸有三個優(yōu)點，首先是其尺寸大小如實體，其次是適合大量生產(chǎn)，最后是能以低功率機械方式進行聲學(xué)信號處理5. 納米生物科技-分子馬達 分子馬達 （molecular motor）是美國康奈爾大學(xué)研究人員在活細胞內(nèi)的能源機制啟發(fā)下，制造出的一種馬達。這種微型馬達以三磷酸腺苷酶為基礎(chǔ)，依靠為細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）為能源。當(dāng)它們被浸于ATP溶液后，其中5個分子馬達轉(zhuǎn)動了起來，轉(zhuǎn)速達到每秒鐘8轉(zhuǎn)。據(jù)介紹，這種馬達只有在顯微鏡下才能被觀察到，其鎳螺

7、旋槳長750納米（一納米為十億分之一米）。根據(jù)拍攝到的畫面，研究人員可以看到一個塵埃粒子先被旋轉(zhuǎn)的螺旋槳吸入、再被甩出的情景。6. 納米齒輪 Nano Gear 日本科技研究小組，于2002年2月初發(fā)表，利用納米材料的組成，于現(xiàn)有的制作技術(shù)，已成功研制出世界上最小的齒輪。該齒輪直徑僅有0.2mm，且具有良好的抗磨損、抗熱、滑動特性，這無非為實現(xiàn)分子機器的實現(xiàn)又邁進了一大步。7.原子操作術(shù)將一顆一顆的鐵原子團,在Cu(111)表面上排列成“原子”二字。利用納米技術(shù)把氙原子排成“IBM”將一顆一顆的一氧化碳原子團，在Pt(111)表面上排列成人的形狀。原子操縱術(shù)可說是STM (掃描穿透顯微鏡)的專長，該工具具備微小且精密的操控能力。藉由掃描穿透顯微鏡的針頭和樣品之間電場的吸引從而把樣品中的原子拉離表面，并通過針頭沿著表面移動到別處。微納制造的發(fā)展趨勢(1) 基于未來關(guān)鍵器件制造需求不斷提高的要求，器件將從滿足單一功 能的傳統(tǒng)設(shè)計向著集成多功能于一體的高精度、小尺度、復(fù)雜形面新一代設(shè)計發(fā)展，新的功能及性能制造( FPM)將成為未來納米制造重要的發(fā)展方向。(2) 制造技術(shù)從以試配為特征的手工制造、誤差在 10