現(xiàn)代加工技術(shù)-納米加工技術(shù)

納米級(jí)—（0.1nm～100nm）

納米技術(shù)包括材料、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量和控制技術(shù)，涉及機(jī)械、電子、材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。

在達(dá)到納米層次后，決非幾何上的“相似縮小”，而出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象和規(guī)律。量子效應(yīng)、界面效應(yīng)、尺寸效應(yīng)等不可忽略，甚至成為主導(dǎo)因素。第一頁(yè)，共96頁(yè)。1納米=10-9m，大約等于十個(gè)氫原子并列一直線的長(zhǎng)度。形象地講，一納米的物體放到乒乓球上，就像一個(gè)乒乓球放在地球上一般，這就是納米長(zhǎng)度的概念。

人類頭發(fā)的直徑大約有6萬(wàn)至8萬(wàn)納米。第二頁(yè)，共96頁(yè)。納米及納米技術(shù)納米技術(shù)：是20世紀(jì)80年代末期興起的新技術(shù)，其基本含意是在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然，通過(guò)直接操縱和安排原子、分子而達(dá)到創(chuàng)新的目的。主要是在納米尺度(0.1-100nm)上研究物質(zhì)(包括原子、分子的操縱)的特性和相互作用，以及如何利用這些特性和相互作用的具有多科交叉性質(zhì)的科學(xué)和技術(shù)。第三頁(yè)，共96頁(yè)。納米科技研究?jī)?nèi)容納米科技的研究?jī)?nèi)容：納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等學(xué)科。

納米技術(shù)涉及機(jī)械、電子、材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。納米科技大廈第四頁(yè)，共96頁(yè)。

納米技術(shù)研究的主要內(nèi)容納米材料；納米級(jí)傳感與控制技術(shù)；納米級(jí)測(cè)量技術(shù)；納米級(jí)加工技術(shù)；納米機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

…………。第五頁(yè)，共96頁(yè)。在達(dá)到納米層次后，決非幾何上的“相似縮小”，而出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象和規(guī)律。量子效應(yīng)、界面效應(yīng)、尺寸效應(yīng)等不可忽略，甚至成為主導(dǎo)因素。人們發(fā)現(xiàn)，在0.l一100nm的空間尺度內(nèi)，物質(zhì)存在許多奇異的性質(zhì)。第六頁(yè)，共96頁(yè)。任何物質(zhì)到了納米量級(jí)，其物理、化學(xué)性質(zhì)都會(huì)發(fā)生巨大的變化，也會(huì)因此而具有一些新的特性。例如，納米鐵粉一改“不怕火燒”的“英雄本性”，而變成一旦遇到空氣，就能馬上燃燒起來(lái)，生成氧化鐵。納米感覺(jué)第七頁(yè)，共96頁(yè)。納米材料的基本效應(yīng)小尺寸效應(yīng)：當(dāng)微粒分割到達(dá)一定程度時(shí)，其性質(zhì)將會(huì)發(fā)生根本性的變化。量子效應(yīng)：電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象。界面效應(yīng)：納米材料由于大量的原子存在于晶界和局部的原子結(jié)構(gòu)不同于大塊晶體材料，使納米材料的自由能增加，納米材料處于不穩(wěn)定狀態(tài)。表面效應(yīng)：納米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子或分子所占的比例非常大。第八頁(yè)，共96頁(yè)。特點(diǎn)：尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大四個(gè)方面應(yīng)用:納米電子學(xué)納米材料科學(xué)納米生物學(xué)納米醫(yī)學(xué):發(fā)明、設(shè)計(jì)及生產(chǎn)納米級(jí)的新藥物特點(diǎn)及應(yīng)用第九頁(yè)，共96頁(yè)。觀察和研究固體表面的微觀結(jié)構(gòu)第十頁(yè)，共96頁(yè)。改造微觀世界的手段

——操縱原子不是夢(mèng)第十一頁(yè)，共96頁(yè)。進(jìn)行納米級(jí)微加工——表面刻蝕第十二頁(yè)，共96頁(yè)。進(jìn)行納米級(jí)微加工——表面刻蝕第十三頁(yè)，共96頁(yè)。進(jìn)行納米級(jí)微加工——表面刻蝕600nm石墨表面上刻蝕第十四頁(yè)，共96頁(yè)。1981年：科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具—掃描隧道顯微鏡，原子、分子世界從此可見(jiàn)。1990年：首屆國(guó)際納米科技會(huì)議在美國(guó)巴爾的摩舉辦，納米技術(shù)形式誕生。1991年：碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鐵的10倍，成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)。

國(guó)外納米技術(shù)進(jìn)展第十五頁(yè)，共96頁(yè)。移動(dòng)原子——世界上最小的廣告

1990年，IBM公司的科學(xué)家展示了一項(xiàng)令世人瞠目結(jié)舌的成果，他們?cè)诮饘冁嚤砻嬗?5個(gè)惰性氣體氙原子組成“IBM”三個(gè)英文字母。科學(xué)家在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)STM的探針不僅能得到原子圖象，而且可以將原子在一個(gè)位置吸住，再搬運(yùn)到另一個(gè)地方放下。這意味著人類從此可以對(duì)原子進(jìn)行操縱！這在過(guò)去只能從科幻小說(shuō)上看到的情節(jié)現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。國(guó)外納米技術(shù)進(jìn)展第十六頁(yè)，共96頁(yè)。移動(dòng)原子——世界上最小的廣告

用STM移動(dòng)分子組成的IBM字樣第十七頁(yè)，共96頁(yè)。

納米組裝體系是以納米顆粒、納米絲或納米管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系，如人造超原子體系、有序陣列等。第十八頁(yè)，共96頁(yè)。人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)的體系納米齒輪第十九頁(yè)，共96頁(yè)。納米軌道狀第二十頁(yè)，共96頁(yè)。C納米索線納米多層管第二十一頁(yè)，共96頁(yè)。C納米管和C60球第二十二頁(yè)，共96頁(yè)。C納米管多層C納米管第二十三頁(yè)，共96頁(yè)。C腳手架C60晶體管第二十四頁(yè)，共96頁(yè)。國(guó)外納米技術(shù)進(jìn)展實(shí)心的納米棒、納米線、量子線第二十五頁(yè)，共96頁(yè)。材料世界中的大力士-納米金屬塊體

金屬納米顆粒粉體制成塊狀金屬材料，它會(huì)變得十分結(jié)實(shí)，強(qiáng)度比一般金屬高十幾倍，同時(shí)又可以像橡膠一樣富于彈性。納米金屬銅的超延展性第二十六頁(yè)，共96頁(yè)。納米陶瓷粉制成的陶瓷有一定的塑性，高硬度和耐高溫，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在更高的溫度下，汽車(chē)會(huì)跑得更快，飛機(jī)會(huì)飛得更高。納米陶瓷剛?cè)岵?jì)！納米陶瓷第二十七頁(yè)，共96頁(yè)。如果有一種超微型鑷子，能夠鉗起分子或原子并對(duì)它們隨意組合，制造納米機(jī)械就容易多了?？茖W(xué)家用DNA制造出了一種納米級(jí)的鑷子。利用它將可以制造出分子大小的電子電路，使未來(lái)的計(jì)算機(jī)體積更小，運(yùn)算速度更快。匪夷所思的DNA鑷子第二十八頁(yè)，共96頁(yè)。納米存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)密度可達(dá)每平方厘米10萬(wàn)億字節(jié)。第二十九頁(yè)，共96頁(yè)。國(guó)外納米技術(shù)進(jìn)展朗訊公司和牛津大學(xué):納米鑷子碳納米管“秤”，稱量一個(gè)病毒的重量稱量單個(gè)原子重量的“納米秤”第三十頁(yè)，共96頁(yè)。機(jī)器人配備納米“大腦”第三十一頁(yè)，共96頁(yè)。美國(guó)軍方日前公布了取名為“毫微科技戰(zhàn)士”研發(fā)計(jì)劃，希望十年內(nèi)打造出目前只能在電子游戲中才能看到的刀槍不入的“超級(jí)戰(zhàn)士”。美國(guó)未來(lái)“超級(jí)戰(zhàn)士”可能配備的裝備有：埋有傳感器的頭盔，使士兵多只后眼不至于被打悶棍；藏有微處理器和藥包的軍服，自動(dòng)感知士兵身體情況并敷藥；有微涂層的軍服可以抵抗生化武器襲擊；由“鉸合分子”制造的比人體肌肉強(qiáng)壯10倍的“肌肉”，這種人造肌肉一旦裝到手套、制服和軍靴里，跳過(guò)高墻不在話下?！凹{米科技戰(zhàn)士”第三十二頁(yè)，共96頁(yè)。這種人手模型上的聚合體遇電會(huì)收縮彎曲，可裝備在作戰(zhàn)服上作為“輔助肌肉”增強(qiáng)士兵跳躍、搬運(yùn)的能力，同時(shí)也可用于戰(zhàn)場(chǎng)急救。第三十三頁(yè)，共96頁(yè)。

用納米技術(shù)制造出防水布料。用這種超薄布料制成的作戰(zhàn)服幾乎感覺(jué)不到重量，而現(xiàn)在一名全副武裝的美軍士兵負(fù)重介于90到120磅之間。另外根據(jù)磁場(chǎng)變化的原理，科學(xué)家們正在研制通常狀態(tài)下柔軟舒適，一旦偵測(cè)到彈道威脅時(shí)立刻強(qiáng)化僵硬的裝甲系統(tǒng)。第三十四頁(yè)，共96頁(yè)。未來(lái)的美軍作戰(zhàn)服可能就是這個(gè)樣子第三十五頁(yè)，共96頁(yè)。納米科技的戰(zhàn)略地位

21世紀(jì)前20年，是發(fā)展納米技術(shù)的關(guān)鍵時(shí)期，納米技術(shù)將成為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域快速發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。目前，納米技術(shù)已經(jīng)成為全世界非常關(guān)注的技術(shù)，納電子代替微電子，納加工代替微加工，納米材料代替微米材料，納米生物技術(shù)代替微米尺度的生物技術(shù)。只有認(rèn)識(shí)它、發(fā)展它，才有可能在未來(lái)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的格局中占據(jù)主動(dòng)。第三十六頁(yè)，共96頁(yè)。計(jì)算機(jī)技術(shù)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，每5—7年都有一個(gè)大變化。一是每18個(gè)月單位面積存儲(chǔ)信息量要增加一倍，而且價(jià)格更便宜；二是計(jì)算機(jī)每隔5—7年尺寸要縮小10倍，價(jià)格便宜10倍，同時(shí)計(jì)算的速度提高10倍。

1998年，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)率先研制出量子磁盤(pán)。一個(gè)量子磁盤(pán)只有100納米大小，完全是納米陣列，它的存儲(chǔ)密度是465G，一個(gè)量子磁盤(pán)相當(dāng)于我們現(xiàn)在的磁盤(pán)10萬(wàn)個(gè)到100萬(wàn)個(gè)。這樣一個(gè)器件，就要用納米材料，在納米尺度內(nèi)加工。納米技術(shù)將成為21世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)第三十七頁(yè)，共96頁(yè)。節(jié)約資源、節(jié)約能源、凈化環(huán)境是下一次工業(yè)革命的必然趨勢(shì)。在下一次工業(yè)革命中要想節(jié)約資源、能源，就要用納米尺度的材料做成器件，它的特點(diǎn)是工具小、節(jié)省材料、能耗低。納米技術(shù)在新的工業(yè)革命當(dāng)中將發(fā)揮重要的作用。第三十八頁(yè)，共96頁(yè)。從納米產(chǎn)業(yè)未來(lái)的市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看，世界各國(guó)正在紛紛搶占納米產(chǎn)業(yè)這個(gè)巨大的市場(chǎng)。第三十九頁(yè)，共96頁(yè)。全球納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)的年產(chǎn)值已經(jīng)接近1000億美元，據(jù)估計(jì)，到2010年美國(guó)要培養(yǎng)80萬(wàn)真正懂納米科技的人才，納米科技對(duì)美國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值（GDP）的貢獻(xiàn)要達(dá)到1萬(wàn)億美元，并提供200萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)?？萍几锩鼛?lái)的必然結(jié)果是引起新的產(chǎn)業(yè)革命，而產(chǎn)業(yè)革命又必然帶來(lái)經(jīng)濟(jì)的巨大變化和迅速發(fā)展。隨著納米科技的產(chǎn)生和發(fā)展，一場(chǎng)新的工業(yè)革命即將發(fā)生。納米科技在21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)舞臺(tái)上將扮演舉足輕重的角色?！凹{米經(jīng)濟(jì)”“錢(qián)”途廣——納米科技對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響第四十頁(yè)，共96頁(yè)。納米技術(shù)在美國(guó)2010年:80萬(wàn)納米科技人才,GDP1萬(wàn)億美元,200萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)能源部的8項(xiàng)優(yōu)先研究中，6項(xiàng)有關(guān)納米材料本世紀(jì)前10年幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一，制定了“國(guó)家納米技術(shù)倡議”:納米材料納米電子學(xué)、光電子學(xué)和磁學(xué)納米醫(yī)學(xué)和生物學(xué)

第四十一頁(yè)，共96頁(yè)。軍工:

隱形飛機(jī)表面涂料、艦船表面納米涂料美國(guó)總統(tǒng)布什日簽署了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法案》，批準(zhǔn)聯(lián)邦政府在從2005財(cái)政年度開(kāi)始的4年中共投入約37億美元，用于促進(jìn)納米技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)第四十二頁(yè)，共96頁(yè)。納米技術(shù)在日本國(guó)會(huì):21世紀(jì)前20年的立國(guó)之本，日本政府總共投資了多于38億美元在研究上

著名大企業(yè):納米實(shí)用化技術(shù)的計(jì)劃三菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產(chǎn)線自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣第四十三頁(yè)，共96頁(yè)。納米技術(shù)在歐洲第一個(gè)五年納米科技研究(99-03)已結(jié)束第二個(gè)五年納米科技研究(04-09)正在進(jìn)行中，共計(jì)投入了幾十億歐元第四十四頁(yè)，共96頁(yè)。納米技術(shù)與當(dāng)代中國(guó)1993年，中科院操縱原子寫(xiě)字《國(guó)家納米科技發(fā)展綱要2001-2010》和《國(guó)家納米科技發(fā)展指南框架》第四十五頁(yè)，共96頁(yè)。納米繪畫(huà)藝術(shù)——納米中國(guó)

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所的科技人員利用納米加工技術(shù)在石墨表面通過(guò)搬遷碳原子而繪制出的世界上最小的中國(guó)地圖。

這幅地圖到底有多小呢？打個(gè)比方吧，如果把這幅圖放大到一張一米見(jiàn)方的中國(guó)地圖大小的尺寸，就相當(dāng)于把該幅地圖放大到中國(guó)遼闊的領(lǐng)土的面積。第四十六頁(yè)，共96頁(yè)。納米繪畫(huà)藝術(shù)——納米中國(guó)第四十七頁(yè)，共96頁(yè)。納米技術(shù)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力的提升能源領(lǐng)域：石油、煤等不可再生資源。環(huán)保領(lǐng)域：解決水污染的問(wèn)題、解決空氣污染的問(wèn)題。微電子：納米電子器件、納米線、納米傳感器。信息領(lǐng)域：光纖、發(fā)光器件。第四十八頁(yè)，共96頁(yè)。納米技術(shù)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力的提升功能性涂料、薄膜：防靜電涂料、特殊視覺(jué)涂料、紫外線吸收涂層、耐磨、防腐、耐高溫、耐沖刷涂層。機(jī)械：納米結(jié)構(gòu)單元和納米機(jī)械結(jié)構(gòu)陶瓷：增強(qiáng)、增韌、助燒結(jié)第四十九頁(yè)，共96頁(yè)。納米技術(shù)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力的提升化學(xué)化工：催化劑、助催化劑、阻燃劑等。塑料和橡膠：制品成型劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、抗老化劑。辦公領(lǐng)域：復(fù)印機(jī)和激光打印機(jī)的墨粉，噴墨打印機(jī)墨水、高級(jí)墨水。第五十頁(yè)，共96頁(yè)。納米技術(shù)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力的提升納米藥物：磁性納米粒子藥物衛(wèi)生保健品：防曬霜紡織品：反射紅外線型化纖、殺菌滅菌除臭型化纖第五十一頁(yè)，共96頁(yè)。提升國(guó)防科技納米探測(cè)系統(tǒng)納米材料提高武器打擊納米材料提高防護(hù)能力納米機(jī)械系統(tǒng)制造的小型機(jī)器人雷達(dá)隱身技術(shù)納米衛(wèi)星第五十二頁(yè)，共96頁(yè)。我國(guó)“十一五”納米科技發(fā)展重點(diǎn)納米電子、納米光電子材料與微納器件納米加工與表征技術(shù)納米生物醫(yī)用材料：納米傳感器、重大疾病早期診斷與治療用納米材料與器件。納米環(huán)境與能源材料：環(huán)境友好與資源節(jié)約型納米材料與技術(shù)，新型能源納米材料與器件。提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的納米材料與技術(shù)

第五十三頁(yè)，共96頁(yè)。納米級(jí)加工

納米級(jí)加工的含義納米級(jí)加工的含意是達(dá)到納米級(jí)加工精度，包含：納米級(jí)尺寸精度，納米級(jí)幾何形狀精度、納米級(jí)表面質(zhì)量。第五十四頁(yè)，共96頁(yè)。納米級(jí)加工的特點(diǎn)

欲得到lnm的加工精度，加工的最小單位必然在亞納米級(jí)。由于原子間的距離為，納米級(jí)加工實(shí)際上已到加工精度的極限。納米級(jí)加工中試件表面的一個(gè)個(gè)原于或分子將成為直接的加工對(duì)象，因此納米級(jí)加工的物理實(shí)質(zhì)就是要切斷原子間的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)原子或分子的去除。第五十五頁(yè)，共96頁(yè)。納米級(jí)加工方法納米級(jí)加工的主要方法：直接利用光子、電子、離子等基本能子的加工。近年來(lái)納米級(jí)加工有很大的突破，例如：用電子束光刻和離子刻蝕，己實(shí)現(xiàn)0.1m線寬的加工；掃描隧道顯微技術(shù)已實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子的去除、搬遷、增添和原子的重組。第五十六頁(yè)，共96頁(yè)。微米與納米加工技術(shù)可達(dá)的水平第五十七頁(yè)，共96頁(yè)。目前主要納米級(jí)加工方法：

納米級(jí)機(jī)械加工電子束和離子束加工掃描隧道顯微加工技術(shù)等第五十八頁(yè)，共96頁(yè)。一、納米級(jí)機(jī)械加工

金剛石刀具超精密切削加工有色金屬和非金屬可能獲得Ra(0.02-0.002)m的鏡面，刀具仔細(xì)研磨時(shí)可切l(wèi)nm切削厚度的切屑。主要用平面、圓柱面和非球曲面的鏡面加工。

第五十九頁(yè)，共96頁(yè)。第六十頁(yè)，共96頁(yè)。最近新發(fā)展的金屬結(jié)合劑砂輪的在線電解修整砂輪的ELID鏡面磨削技術(shù)可以加工出Ra(0.02-0.002)m的鏡面。第六十一頁(yè)，共96頁(yè)。精密研磨拋光可以加工出Ra(0.01-0.002)m的鏡面。量塊、集成電路的硅基片等都是用精密研磨得到高質(zhì)量表面。第六十二頁(yè)，共96頁(yè)。第六十三頁(yè)，共96頁(yè)。第六十四頁(yè)，共96頁(yè)。二、電子束、離子束和激光加工可用于刻蝕、打孔、切割、焊接、表面處理和表面改性等．電子束加工時(shí)，被加速的電子將其能量轉(zhuǎn)化成熱能以去除穿透層表面的原子，電子束可以聚焦成很小的束班(中0.1m)，照射敏感材料，用電子刻蝕可加工出0.1m的線條寬度而在制造集成電路中實(shí)際應(yīng)用。第六十五頁(yè)，共96頁(yè)。電子束和離子束加工離子束加工時(shí)，因離子直徑為0.1nm數(shù)量級(jí)，故可以直接將工件表面原子碰撞出去達(dá)到加工的目的。用聚焦的離子束進(jìn)行刻蝕，可以得到精確的形狀和納米級(jí)的線條寬度。第六十六頁(yè)，共96頁(yè)。電子束加工電子束利用熱效應(yīng)加工

高速和高能量密度的電子束沖擊工件表面，在幾分之一秒內(nèi)與原字相互作用。電子與原子碰撞，使原子振動(dòng)產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象幾乎所有的能量都轉(zhuǎn)化為熱能。由于電子束能量密度高，作用時(shí)間短，所產(chǎn)生的熱量來(lái)不及傳導(dǎo)、擴(kuò)散就將工件被沖擊部分局部熔化、汽化、蒸發(fā)成霧狀粒子而飛散。電子束加工原理圖控制柵極加速陽(yáng)極電子束斑點(diǎn)旁熱陰極聚焦系統(tǒng)工件工作臺(tái)第六十七頁(yè)，共96頁(yè)。

電子束加工第六十八頁(yè)，共96頁(yè)。電子束加工特點(diǎn)

束徑小，能量密度高，能微細(xì)聚焦（0.01m），適合于加工深孔、細(xì)深孔、窄縫。熱影響范圍小，適合于硬、脆、軟、韌金屬和非金屬材料、熱敏材料、半導(dǎo)體材料、易氧化材料等加工。原則上各種材料均能加工，特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬材料。加工速度快，效率高。非接觸加工，無(wú)工具損耗；無(wú)切削力，加工時(shí)間極短，控制性能好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?？捎糜诖蚩?、切槽、焊接、光刻、表面改性。在真空中加工，無(wú)氧化，特別適于加工高純度半導(dǎo)體材料和易氧化的金屬及合金。加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細(xì)加工第六十九頁(yè)，共96頁(yè)。離子束加工離子束利用力效應(yīng)加工

離子質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子，加速較慢，但一旦加速后，具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電子的能量。質(zhì)量大、動(dòng)能高的離子沖擊工件表面，將產(chǎn)生彈性碰撞，將能量傳遞給工件的原子和分子，使原子和分子產(chǎn)生濺射，被拋出工件表面。離子束穿透能力強(qiáng)，被加工表層幾乎不產(chǎn)生熱量，不引起機(jī)械應(yīng)力和損傷。第七十頁(yè)，共96頁(yè)。

將被加速的離子聚焦成細(xì)束，射到被加工表面上。被加工表面受“轟擊”后，打出原子或分子，實(shí)現(xiàn)分子級(jí)去除加工。離子束濺射去除加工惰性氣體入口陰極中間電極電磁線圈陽(yáng)極控制電極絕緣子引出電極離子束聚焦裝置擺動(dòng)裝置工件三坐標(biāo)工作臺(tái)離子束去除加工裝置第七十一頁(yè)，共96頁(yè)。離子束濺射鍍膜加工

用加速的離子從靶材上打出原子或分子，并將這些原子或分子附著到工件上，形成“鍍膜”。濺射鍍膜可鍍金屬，也可鍍非金屬。由于濺射出來(lái)的原子和分子有相當(dāng)大的動(dòng)能，故鍍膜附著力極強(qiáng)（與蒸鍍、電鍍相比）。離子鍍氮化鈦，即美觀，又耐磨。應(yīng)用在刀具上可提高壽命1-2倍。離子束源靶濺射材料濺射粒子工件真空離子束濺射鍍膜加工第七十二頁(yè)，共96頁(yè)。離子束加工特點(diǎn)

是一種以原子、分子為加工單位的加工方法。加工精度和表面質(zhì)量高，可達(dá)納米級(jí)?？蓪?duì)各種材料進(jìn)行加工?？刂菩阅芎茫子趯?shí)現(xiàn)自動(dòng)化。應(yīng)用廣泛，如：粒子束濺射去除加工、粒子束濺射鍍膜加工、離子束注入加工等。第七十三頁(yè)，共96頁(yè)。激光束加工激光束利用熱效應(yīng)加工

激光光斑大小可聚焦到微米級(jí)。激光束照射工件，光能被吸收，轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫、局部熔化、汽化。激光束加工是非接觸加工，沒(méi)有力的作用，沒(méi)有工具，加工速度快。與電子束和離子束加工比較，激光加工裝置簡(jiǎn)單，無(wú)需真空系統(tǒng)。第七十四頁(yè)，共96頁(yè)。

激光器工件工作臺(tái)激光加工原理圖光闌反射鏡聚焦鏡電源第七十五頁(yè)，共96頁(yè)。

第七十六頁(yè)，共96頁(yè)。激光束加工特點(diǎn)

加工精度高，激光光斑直徑可達(dá)1m一下。加工材料范圍廣，可對(duì)各種材料進(jìn)行加工。速度快、效率高?？刂菩阅芎茫子趯?shí)現(xiàn)自動(dòng)化。應(yīng)用廣泛，如：激光打孔、激光切割、激光微調(diào)、激光表面改型、激光存貯、激光測(cè)量、激光焊接、激光熱處理等。第七十七頁(yè)，共96頁(yè)。三、掃描隧道顯微加工技術(shù)掃描隧道顯微STM(ScanningTunnelingMicroscope)加工技術(shù)是納米加工技術(shù)中的最新發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)原子、分子的搬遷、除、增添和排列重組，可實(shí)現(xiàn)極限的精加工，原子級(jí)的精加工。第七十八頁(yè)，共96頁(yè)。掃描隧道顯微鏡1981年由在IBM瑞士蘇黎世實(shí)驗(yàn)室工作的G.Binning和H.Rohrer發(fā)明。被列為20世紀(jì)80年度世界十大科技成果之一，1986年因此獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。掃描隧道顯微（STM）STM工作原理：基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)。G.BinningH.Rohrer第七十九頁(yè)，共96頁(yè)。掃描隧道顯微加工原理當(dāng)兩個(gè)電極之間的距離縮短到1nm時(shí)，由于量子力學(xué)中粒子的波動(dòng)性，電流會(huì)在外加電場(chǎng)作用下，穿過(guò)絕緣勢(shì)壘，從一個(gè)電極流向另一個(gè)電極。用探針在試樣表面掃描時(shí)，可得到表面的納米級(jí)三維表面形貌。STM發(fā)明最初是用于測(cè)量試樣表面納米級(jí)形貌。當(dāng)掃描隧道顯微鏡的探針對(duì)準(zhǔn)試件表面某個(gè)原子并非常接近時(shí)，由于原子間的作用力，探針針尖可以帶動(dòng)該原子隨針尖移動(dòng)，而不脫離試件表面，實(shí)現(xiàn)試件表面原子搬遷。

第八十頁(yè)，共96頁(yè)。掃描隧道顯微加工技術(shù)STM的加工精度要比傳統(tǒng)的光刻技術(shù)高的多。在當(dāng)今高科技產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的時(shí)代，由于各種器件的集成度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的毫微米加工技術(shù)已經(jīng)接近理論的極限，因此，納米加工技術(shù)的出現(xiàn)無(wú)疑給人們帶來(lái)了希望。第八十一頁(yè)，共96頁(yè)。掃描隧道顯微鏡示意圖第八十二頁(yè)，共96頁(yè)。圖STM工作過(guò)程演示STM圖STM實(shí)物照片

掃描器檢測(cè)電路a）輸出試件運(yùn)動(dòng)軌跡第八十三頁(yè)，共96頁(yè)。關(guān)鍵技術(shù)：（1）STM探針——金屬絲經(jīng)化學(xué)腐蝕，在腐蝕斷裂瞬間切斷電流，獲得尖峰，曲率半徑為10nm左右。STM針尖第八十四頁(yè)，共96頁(yè)。為解決非導(dǎo)體微觀表面形貌測(cè)量，借鑒STM原理，C.Binning于1986年發(fā)明原子力顯微鏡。當(dāng)兩原子間距離縮小到級(jí)時(shí)，原子間作用力顯示出來(lái)，造成兩原子勢(shì)壘高度降低，兩者之間產(chǎn)生吸引力。而當(dāng)兩原子間距離繼續(xù)縮小至原子直徑時(shí)，由于原子間電子云的不相容性，兩者之間又產(chǎn)生排斥力。AFM兩種測(cè)量模式：接觸式—探針針尖與試件表面距離＜0.5nm，利用原子間的排斥力。由于分辨率高，目前采用較多。其工作原理是：保持探針與被測(cè)表面間的原子排斥力一定，探針掃描時(shí)的垂直位移即反映被測(cè)表面形貌。非接觸式—探針針尖與試件表面距離為0.5～1nm，利用原子間的吸引力。原子力顯微鏡（AFM）第八十五頁(yè)，共96頁(yè)。原子力顯微鏡第八十六頁(yè)，共96頁(yè)。

AFM實(shí)物照片掃描探針