納米制造前沿綜述

前言

　　納米制造是當代科技發(fā)展的前沿研究領域。納米技術與生物技術、信息技術并列為21世紀的三大科技，是21世紀高技術競爭的制高點，而納米制造則是支撐它們走向應用的基礎。據(jù)美國國家科學基金會預測，未來15～20年，全球納米技r術市場規(guī)模將達到每年10000億美元左右。美國于1998年推出“國家納米技術計劃（NNI）”，從2005年起三年內聯(lián)邦政府對納米科技給予37億美元的資助，并將納米制造列為重要研究領域之一。英國、法國和德國等歐洲國家每年對納米技術的研究投入為5億～10億歐元，其中納米制造也被列為重要研究領域。日本對納米制造領域也給予了很大的投人。納米科學是現(xiàn)代科學的前沿，而納米制造就是將納米科學的新發(fā)現(xiàn)轉變?yōu)榍把刂圃旒夹g。物理、化學等基礎科學的研究成果以及信息技術的進步帶動了納米制造技術的發(fā)展，而納米制造技術同時也反過來推動了相關學科的進一步深入發(fā)展?！　∫粋€國家的制造技術水平是其國力強弱的重要標志之一。納米制造在信息、材料、環(huán)境、能源、生物、醫(yī)學和國防安全等領域有重要的研究價值和廣闊的應用前景，也是我國制造技術發(fā)展的重要方向。一些具有國家戰(zhàn)略意義的重大工程也對納米精度制造提出了越來越高的需求。例如，1kg重的制導系統(tǒng)陀螺轉子，如果其質量中心偏離對稱軸100nm，則會造成10km的落點誤差；空間飛行器對地觀測裝置的大尺寸高精度光學鏡頭要求面型制造精度達3～5nm。此外，隨著納米制造技術的發(fā)展，集成電路（IC）制造集成度和信息存儲密度將提高2個數(shù)量級；新型納米結構的采用可望大幅度提高太陽能電池的光電轉換效率；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構的實現(xiàn)提供關鍵的制造方法。因此，隨著納米制造技術的發(fā)展，將不斷產生更多的新產品和新技術?！　〖{米制造是實現(xiàn)納米結構、器件、系統(tǒng)批量化生產的基礎。在21世紀內，納米制造將成為世界發(fā)達國家高技術競爭的制高點。生物分子馬達、納電動機、納米機器人、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)不斷在實驗室出現(xiàn)，展示了誘人的應用前景。納米制造技術是這些納米器件走向宏觀世界并得以應用的橋梁。從微電子工業(yè)的發(fā)展對其制造裝備的高度依賴性可以得出結論：納米制造和檢測裝備是實現(xiàn)納米產品工業(yè)化生產的先決條件，是納米科技走向納米制造及批量化應用的關鍵和基礎。

內容概要

為做好“納米制造的基礎研究”重大研究計劃的立項論證工作，2007年11月7～9日，國家自然科學基金委員會政策局、工程與材料科學部、信息科學部、數(shù)理科學部在杭州聯(lián)合組織召開了主題為“納米制造前沿”第24期“雙清論壇”研討會，本書是該研討會的主要成果。從事微／納米技術研究的我國專家學者，分別從納米制造的共性技術、納米制造中的建模、納米制造技術綜述、納米制造中的檢測與控制等方面，較為系統(tǒng)地闡述了微／納米制造領域所面臨的機遇與挑戰(zhàn)、當前的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢、共性技術的基本原理、關鍵科學問題及未來的研究方向。    本書可供從事微／納米制造及其相應領域的科技工作者、科研管理人員，以及高等院校有關專業(yè)師生閱讀、參考。

書籍目錄

序前言納米材料——向自然學習納米制造，器件先行從美國國家點火工程看納米制造納米制造中力學行為的尺度效應、表面效應與跨尺度模擬納機電系統(tǒng)(NEMS)建模技術短脈沖激光微／納加工方法和機理超光滑表面制造納米壓印技術新進展和挑戰(zhàn)基于電化學原理的納米制造Top-down（自上而下）的納米加工技術納機電系統(tǒng)制造技術微納自組裝納米制造與微流控器件融合技術寬禁帶納傳感結構制造科學問題納米制造與射頻集成系統(tǒng)——挑戰(zhàn)與機遇液相納米制造技術面向納米制造的測量與組裝技術納米操作的研究綜述、科學問題與關鍵技術納米制造裝備的精密定位及控制浸沒式光刻機的流體傳送與控制技術附錄　名詞術語中英文對照

章節(jié)摘錄

　　每一種制造技術都有獨特的優(yōu)點，納米電化學加工具有可操控性強、與材料硬度強度無關、無切削力等優(yōu)點，并且成本低、質量好?；陔娀瘜W原理的制造技術經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加工在最小加工尺度和微細復雜程度方面已取得了長足進展，目前已具有制造數(shù)十納米尺度微結構的能力。　　基于電化學原理的微納米制造是由很多技術構成的。例如，基于鏤空屏蔽模板的電化學制造、電液束電解、約束刻蝕劑層技術和超短脈寬脈沖電流電化學加工等。其中，超短脈寬脈沖電流電化學去除和基于鏤空屏蔽模板電沉積技術顯示出強大的生命力，在微納電子、生命工程、能源、化工等領域具有很好的應用前景。雖然研究人員對這兩個方向已進行了深入研究，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，這引出了許多科學問題需要研究?！　、偌{米尺度間隙流場中電化學去除產物的輸運過程。電化學去除產生的產物必須及時運輸出加工區(qū)，否則會引起短路等問題。需要納米尺度間隙內物質輸運過程和電場、流場等對產物輸運過程的影響機理?！　、诩{米尺度工具電極對加工過程的影響。作為準一維的量子系統(tǒng)的納米尺度工具電極，具有顯著的非線性和量子效應，通常輸運的是有限個電子。需要研究由于工具尺寸的縮小引起的電場強度變化、電場分布和這些變化對加工過程的影響規(guī)律?！　、奂{秒脈寬和皮秒脈寬電流電化學反應定域性機理。需要建立納秒脈寬和皮秒脈寬電流電化學反應過程模型，理論揭示超短脈寬脈沖電流的高電化學反應定域性緣由。

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