6-第五章 其它纳米制造技术 2学时-wdb
选修课：纳米科技科普教程ppt课件
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图7 三大高科技及其交叉领域 36
国内外纳米科技的发展现状
❖ 美国： “70年代重视微米技术的国家如今都成为发 达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为新世 纪的先进国家”
“太空电梯”的绳索
如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而 不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球-月球乘人的电梯， 人们在月球定居就很容易了。
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5、军事
“麻雀”卫星
美国于1995年提出了纳米卫星的概念。这种卫星比麻雀略大，
重量不足10千克，各种部件全部用纳米材料制造，一枚小型火箭
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2. 纳米器件
❖ 从纳米材料出发，或者利用纳米加工科技,制造出具有 特殊功能的产品，即纳米器件。
❖ 未来所有的纳米电子器件都将具有更小、更快、更冷 的特点。
❖ 科学家还希望通过对纳米生物学的研究，制造生物分 子器件。
❖ 目前，科学家在纳米生物传感器、生物分子计算机、
纳米马达等方面做了重要的尝试
❖ 纳米材料
❖ 纳米器件
❖ 纳米结构的检测和表征
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1. 纳米材料
❖ 纳米材料指材料的显微结构至少在一个维度上尺寸 小于100nm，并且具有某些特殊功能的材料。
❖ 纳米材料的主要类型有：纳米粉末、纳米涂层、纳米薄膜、
纳米丝、纳米棒、纳米管和纳米固体。
❖ 纳米材料呈现如下的客观物理、化学特性：
低熔点、高比热容、高热膨胀系数； 高反应活性，高扩散率； 高强度、高韧性、高塑性； 奇特磁性； 极强的吸波性。
6-第五章 其它纳米制造技术 2学时-wdb
[按PPT内容讲]
5.2.5难点及解决方法
[按PPT内容讲][下面是部分原文]
不均匀：
现象：图形大小不均匀聚合物在印模腔体中的流动输运会形成差异印模的填充不均匀。
解决：增加压力和压印温度。
难深宽比较高、对准难、高温高压
由于聚合物填充印模深度有限，压印技术难以制作深宽比较高的图形结构。多层膜压印技术的出现解决了这个矛盾。典型的多层膜系统由PMGI（底层抗蚀剂）、金属锗Ce（隔离层）、PMMA（顶层抗蚀剂）3层组成。衬底材料可以是硅片或其他材料。PMGI是一种电子工业中常用的聚合物材料。三层膜压印的基本工艺流程为：先在硅基底上旋转涂覆一层PMGI (200nm厚），在热板上加热（270℃）30min，再沉积（电子束蒸发）一层10nm厚的Ge膜于PMGI之上，然后再涂一层PMMA（相对分子质量为5x104）于Ge膜之上从而完成3层膜的制作。将整个膜系烘烤lmin。
5.2.3对印模、压印层的要求
[按PPT内容讲][下面是原文]
纳米压印的印模材料必须是硬质材料，以承受足够的压力。印模图形本身可以是硅、二氧化硅、氮化硅或金属。印模图形必须用其他加工技术制作，通常为电子束曝光或光学曝光，然后进行刻蚀或金属溶脱。印模图形的深宽比一般不大于3:1，以利于聚合物对印模空腔的填充和压印后的脱模。为了易于脱模，通常在印模表面涂覆一层脱模剂，或在压印聚合物中掺人脱模添加剂。
大多数微电子工艺技术中使用的聚合物，如光刻胶和电子抗蚀剂，都可以用来作为压印层。聚合物的黏塑性与它的玻璃化温度和分子量有关。当温度在聚合物的玻璃化温度之上时，聚合物变成一种可流动的黏性液体。提高温度可以改善聚合物的流动性。分子量愈小，聚合物的黏性愈小，愈容易流动。PMMA是最早被用来作为压印层的聚合物。常用的PMMA的相对分子质量从50k到980k，玻璃化温度为105℃，压印温度在140~180℃，压力在600~1900ppsi。在这个压力和温度条件下，PMMA的温度伸缩不超过体积的0.8%，压力伸缩不超过体积的0.07%，因而可以保证压印后PMMA的形状与印模的形状一致。图7.2是纳米压印的印模（a）、压印后的PMMA图形（b）和经过金属溶脱形成的金点阵结构（c）。大面积10nm左右的金属点阵结构可以通过纳米压印技术实现，最小的金属点只有6nm，充分展示了压印技术的纳米加工能力。
《纳米材料概论》教学大纲精选全文
可编辑修改精选全文完整版《纳米材料概论》教学大纲课程名称：纳米材料概论英文名称：Introduction to nanomaterials课程编号：课程学时：36课程学分：2课程性质：专业选修课适用专业：应用化工技术、环境监测与治理技术、材料加工技术等大纲执笔人：王晓华一、课程的性质、任务与基本要求1.本课程的性质与任务纳米材料学科是近年来兴起并受到普遍关注的一个新的科学领域，它涉及到凝聚态物理、化学、材料、生物等多种学科的知识，对凝聚态物理和材料学科产生了深远的影响。
该课程是材料学、材料物理与化学或材料加工工程等专业学生的一门专业选修课程。
本课程的目的是通过课堂教学、课堂讨论使学生了解、掌握纳米材料的概念、分类及其特点；了解纳米材料的物理性能和化学性能；了解纳米材料的主要制备方法及其原理、工艺过程和适用范围；掌握纳米材料粒度、成分、结构、形貌的测试和表征方法；了解纳米材料在不同领域的应用现状和应用前景以及研究进展。
培养学生在交叉学科和创新能力等方面的综合能力。
2.课程的基本内容和要求本课程主要讲授纳米材料的基本概念与性质、制备纳米粒子的物理和化学方法、纳米薄膜材料、纳米固体材料、纳米复合材料等，其目的是使学生掌握各种纳米材料的性能和制备工艺，为正确选择各种纳米材料的制备工艺提供依据，同时也为研究新材料、新性能、新工艺打下理论基础。
3.教学环节与学时分配课堂教学：32学时（包括课堂讨论等教改环节）实验：4学时总计：36学时二、教学内容与教学计划绪论1学时纳米科技的兴起、纳米材料的研究历史、纳米材料的主要研究内容、本课程的特点和学习方法第一章纳米材料的基本概念与性质7学时（一）教学内容与学时1、纳米材料的基本概念1学时2、纳米微粒的基本性质3学时（1）电子能级的不连续性（2）量子尺寸效应（3）小尺寸效应（4）表面效应（5）宏观量子隧道效应3．纳米微粒的物理特性3学时（1）纳米微粒的结构与形貌（2）纳米微粒的热学性质（3）纳米微粒的磁学性质（4）纳米微粒的光学性质（二）重点与难点1．重点：物质层次可以分为微观、介观和宏观三个层次。
纳米技术PPT课件
天然：
•天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿
•蜜蜂：蜜蜂的体内存在磁性的纳米粒子， 具有“罗盘”的导航作用，并利用这种 “罗盘”来确定其周围环境在自己头脑里 的图像而判明方向。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
§6.6.5 纳米结构和纳米材料的应用
一、纳米结构的应用 1、量子磁盘与高密度磁存储 2、高密度记忆存储元件 3、高效能量转化纳米结构 (1) 高效再生锂电池： (2)太阳能电池： (3)热电转化
纳米材料——凝聚态物理 纳米材料——半导体材料 纳米材料——化学 纳米材料——复合材料 纳米材料——医学药物
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
§6.6.4 纳米材料在高科技中的地位
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1963年，Uyeda及其合作者用气体冷凝法， 对单个的金属超微颗粒的形貌和晶体结构进 行了透射电子显微镜研究。
1970年，江崎与朱兆祥首先提出了半导体 超晶格的概念，张立纲和江崎等在实验中实 现了量子阱和超晶格，观察到了极其丰富的 物理效应。
四、光学应用
纳米技术行业纳米材料与纳米制造方案
纳米技术行业纳米材料与纳米制造方案第1章纳米技术概述 (4)1.1 纳米技术发展历程 (4)1.2 纳米技术的定义与分类 (4)1.3 纳米技术的应用领域 (4)第2章纳米材料的制备方法 (5)2.1 物理法制备纳米材料 (5)2.1.1 物理气相沉积 (5)2.1.2 机械球磨法 (5)2.1.3 电火花加工 (5)2.2 化学法制备纳米材料 (5)2.2.1 化学气相沉积 (5)2.2.2 溶胶凝胶法 (6)2.2.3 水热法 (6)2.3 生物法制备纳米材料 (6)2.3.1 生物合成法 (6)2.3.2 生物矿化法 (6)2.3.3 仿生合成法 (6)2.4 自组装法制备纳米材料 (6)2.4.1 溶液自组装 (6)2.4.2 LangmuirBlodgett技术 (6)2.4.3 模板自组装 (7)第3章纳米材料的性质与表征 (7)3.1 纳米材料的力学功能 (7)3.1.1 弹性模量与硬度 (7)3.1.2 超塑性 (7)3.2 纳米材料的电学功能 (7)3.2.1 电阻率与导电性 (7)3.2.2 纳米电子器件 (7)3.3 纳米材料的磁学功能 (7)3.3.1 磁化强度与磁各向异性 (7)3.3.2 磁性纳米材料的应用 (7)3.4 纳米材料的结构与表征方法 (8)3.4.1 纳米材料的微观结构 (8)3.4.2 纳米材料表征方法 (8)3.4.3 纳米材料功能测试技术 (8)第4章纳米制造技术 (8)4.1 纳米压印技术 (8)4.1.1 概述 (8)4.1.2 压印工艺及材料 (8)4.1.3 应用领域 (8)4.2 纳米光刻技术 (8)4.2.1 概述 (8)4.2.2 光刻工艺及材料 (9)4.2.3 应用领域 (9)4.3 纳米组装技术 (9)4.3.1 概述 (9)4.3.2 纳米组装方法 (9)4.3.3 应用领域 (9)4.4 纳米喷射印刷技术 (9)4.4.1 概述 (9)4.4.2 喷射印刷工艺及材料 (9)4.4.3 应用领域 (9)第5章纳米材料在电子领域的应用 (10)5.1 纳米电子器件 (10)5.1.1 纳米电子器件概述 (10)5.1.2 纳米材料在纳米电子器件中的应用 (10)5.2 纳米传感器 (10)5.2.1 纳米传感器概述 (10)5.2.2 纳米材料在纳米传感器中的应用 (10)5.3 纳米存储器 (10)5.3.1 纳米存储器概述 (10)5.3.2 纳米材料在纳米存储器中的应用 (10)5.4 纳米能源器件 (10)5.4.1 纳米能源器件概述 (10)5.4.2 纳米材料在纳米能源器件中的应用 (11)5.4.3 纳米材料在能源器件中的应用前景 (11)第6章纳米材料在生物医药领域的应用 (11)6.1 纳米药物载体 (11)6.1.1 纳米药物载体的种类 (11)6.1.2 纳米药物载体的制备方法 (11)6.1.3 纳米药物载体在生物医药领域的应用 (11)6.2 纳米生物传感器 (11)6.2.1 纳米生物传感器的原理与分类 (12)6.2.2 纳米生物传感器的制备与应用 (12)6.3 纳米诊断技术 (12)6.3.1 纳米诊断技术的原理与分类 (12)6.3.2 纳米诊断技术的应用 (12)6.4 纳米组织工程 (12)6.4.1 纳米组织工程的原理与分类 (12)6.4.2 纳米组织工程的应用 (12)第7章纳米材料在能源领域的应用 (13)7.1 纳米太阳能电池 (13)7.1.1 纳米材料在硅太阳能电池中的应用 (13)7.1.2 纳米材料在染料敏化太阳能电池中的应用 (13)7.2 纳米燃料电池 (13)7.2.1 纳米电催化剂在燃料电池中的应用 (13)7.2.2 纳米材料在质子交换膜燃料电池中的应用 (13)7.3 纳米超级电容器 (13)7.3.1 纳米材料在超级电容器电极中的应用 (13)7.3.2 纳米材料在超级电容器电解质中的应用 (13)7.4 纳米光催化 (14)7.4.1 纳米材料在光催化分解水制氢中的应用 (14)7.4.2 纳米材料在光催化二氧化碳还原中的应用 (14)第8章纳米材料在环境领域的应用 (14)8.1 纳米空气净化 (14)8.1.1 纳米催化剂在空气净化中的应用 (14)8.1.2 纳米吸附剂在空气净化中的应用 (14)8.2 纳米水处理 (14)8.2.1 纳米过滤技术 (14)8.2.2 纳米光催化技术在水处理中的应用 (14)8.3 纳米环保监测 (15)8.3.1 纳米传感器在环境监测中的应用 (15)8.3.2 纳米标记技术在环境监测中的应用 (15)8.4 纳米固废处理 (15)8.4.1 纳米材料在固废处理中的应用 (15)8.4.2 纳米复合材料在固废处理中的应用 (15)第9章纳米材料在新型显示领域的应用 (15)9.1 纳米发光材料 (15)9.1.1 纳米荧光材料 (15)9.1.2 纳米磷光材料 (15)9.2 纳米显示器件 (15)9.2.1 纳米发光二极管 (15)9.2.2 纳米电致发光器件 (16)9.3 纳米透明导电膜 (16)9.3.1 纳米透明导电膜概述 (16)9.3.2 纳米透明导电膜的应用 (16)9.4 纳米光学薄膜 (16)9.4.1 纳米光学薄膜的制备与功能 (16)9.4.2 纳米光学薄膜在显示领域的应用 (16)第10章纳米制造技术的未来发展趋势 (16)10.1 纳米制造技术的挑战与机遇 (16)10.1.1 技术挑战 (16)10.1.2 机遇 (16)10.2 纳米制造技术的创新方向 (17)10.2.1 新型纳米材料的研究与应用 (17)10.2.2 纳米制造工艺的创新 (17)10.3 纳米制造技术的产业应用前景 (17)10.3.1 电子与信息技术 (17)10.3.2 生物医学领域 (17)10.3.3 能源与环保 (17)10.4 纳米制造技术的可持续发展策略 (17)10.4.1 绿色纳米制造 (17)10.4.2 产业协同发展 (18)10.4.3 政策法规与标准体系建设 (18)第1章纳米技术概述1.1 纳米技术发展历程纳米技术作为一门跨学科的前沿科技领域，起源于20世纪80年代。
材料科学中的纳米制造技术
材料科学中的纳米制造技术纳米制造技术是材料科学中一个先进的制造技术，具有许多优势，包括尺寸小、性能优异、催化效果等等。
纳米制造技术已广泛应用于许多领域，包括电子技术、医学、环保、能源等。
在本文中，将会介绍纳米制造技术的原理、途径、应用等方面。
一、纳米制造技术的原理纳米制造技术的原理是通过物理、化学的方法将材料体系的尺寸控制在1-100纳米之间，在这一范围内，材料的独特性质会显现出来。
例如，金属纳米粒子与宏观材料相比，具有更好的催化性能和表面积，可以提高化学反应的速率和效率。
此外，由于纳米材料的粒子大小与光波长相当，因此可以产生强烈的光学效应，如表现出独特的颜色和折射率。
二、纳米制造技术的途径制备纳米材料有多种途径，主要包括物理方法和化学方法。
物理方法主要包括气相沉积、溅射、机械球磨等，而化学方法主要包括溶胶凝胶法、沉淀法、电化学沉积法等等。
每一种方法都有其优缺点，应根据不同的材料体系和制备要求进行选择。
近年来，生物合成法是制备纳米材料的热门途径之一，它是通过生物学的方法将金属或者半导体纳米材料制备出来。
常见的生物合成方法包括植物法、微生物法、昆虫法等等。
生物合成法的优点在于无需采用高温、高压等复杂的条件，可以制备出纯度高、无毒副作用、生物可降解的高质量纳米颗粒。
三、纳米制造技术的应用纳米制造技术在电子技术、医学、环保、能源等领域都得到了广泛应用。
在电子技术领域，纳米制造技术可以制备高效、高亮度的LED、液晶显示器等电子器件，还可以制备高密度、高速度的计算机芯片，提高处理器的运行速度和效率。
在医学领域，纳米制造技术可以用于制备药物纳米载体，将药物固定在纳米材料表面，使得药物更容易被吸收，提高药物的治疗效果和药效的持续时间。
此外，纳米材料还可以用于图像化学和光学化学疗法，为医学诊断和治疗提供了创新的工具。
在环保领域，纳米制造技术可以用于制备高效的废水处理剂、除臭剂等环保材料，通过优化材料表面微观结构，可以增加污垢物的吸附能力和去除效率。
纳米材料基础复习总结
纳米材料基础与应用
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1.2.2 纳米科技研究内容
• 纳米科技关注物质在纳米尺度上表现出来的新现象与新规律 • 纳米科技：纳米尺度上的新概念、新理论、新原理、新方法与新
用途的一门新型的、多学科交叉的应用型学科。 • 纳米科技的研究内容概述： • （1）纳米科学：探索与发现物质在纳米尺度上所表现出来的各种
纳米陶瓷（nanoceramics），纳米金属 （nanometals），纳米孔材料（nanoporous materials），气凝胶（aerogel），纳米结构阵列 （nanostructured arrays）
纳米复合材料（nanocomposite materials）
纳米材料基础与应用
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1.3.6 纳米材料的安全性
纳米材料基础与应用
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• 纳米生物学(Nanobiology) ：主要利用纳米科技的思想、工具以及材料 等来研究、解决生物学问题，在分子水平上深入揭示细胞内部各种纳 米尺度单元的结构和功能，以及细胞内部、细胞内外之间以及整个生 物体的物质、能量和信息交换机制。属生物学与物理学、材料学、有 机合成化学以及工程学交叉形成的新兴学科。
3-2 典型固相制备方法
3.2.1 机械法 3.2.2 固相反应法 3.2.3 其他固相法
纳米材料基础与应用
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高能球磨法制备纳米微粒的特点？
3.3 典型气相制备方法
3.3.1低压气体中蒸发法 3.3.2 低真空溅射法 3.3.3 流动液面上真空蒸镀法 3.3.4 爆炸丝法 3.3.5化学气相沉积法
相关知识 扫描隧道显微镜、富勒烯、巨磁阻效应 美国NNI计划、中国《纳米科技发展纲要》
完整版)纳米技术资料
完整版)纳米技术资料纳米材料是指尺寸介于1纳米至100纳米之间的材料，其结构单元的尺寸已经接近电子的相干长度，因此其性质会因为强相干所带来的自组织而发生很大变化。
纳米材料的尺度已经接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米材料包括纳米金属材料、纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。
纳米颗粒材料是由纳米粒子组成的超微颗粒材料。
纳米粒子是指尺寸在1至100纳米之间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当宏观物体细分成超微颗粒后，其光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米测量技术和纳米应用技术等方面。
纳米材料技术主要着重于纳米功能性材料的生产和性能检测技术。
纳米加工技术包含精密加工技术和扫描探针技术。
纳米材料具有独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为。
当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。
纳米粒子表面布满了阶梯状结构，代表具有高表面能的不安定原子，这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。
纳米材料的特性纳米粉末因其表面原子处于不稳定状态，具有较高的表面能量，导致其熔点下降，并易于在低温下烧结，成为优秀的烧结促进材料。
此外，当材料的粒子尺寸小到无法区分出其磁区时，就会形成单磁区的磁性材料，因此超微粒子或薄膜制成的磁性材料具有优异的性能。
纳米材料的粒径小于光波的长度，因此与入射光产生复杂的交互作用，这使得纳米材料具有高光吸收率的特点，可用于红外线感测器材料。
纳米材料的发现1980年，德国物理学家XXX在驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，思维变得特别活跃和敏锐。
纳米技术Microsoft Word 文档
1，（1）纳米科技的基本内涵：纳米科技必须包括纳米材料，纳米器件和纳米尺度的检测与表征。
纳米科技是指在纳米尺度(1 nm到100 nm之间)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用（主要是量子特性），以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。
（2）纳米科技的研究方法：我们可以根据纳米科技与传统学科领域的结合而细分纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米化学、纳米机械学与纳米加工等等，进而进行研究。
(3):重要意义：纳米科技已不能归附于任何一门传统的学科领域，人们必须重新审视、理解和创立新理论，随着人类对客观世界认知的革命，纳米科技将引发一场新的工业革命。
2，四大效应：光催化效应，巨磁阻效应，巨霍尔效应，压电效应。
3，久保理论解释：金属超微粒子在费米面能级附近电子能级产生离散现象，假设把超微粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子气，并且它们的能级是准量子态的不连续能级，从一个超微粒子中取走一个电子或加进一个电子都是十分困难的，因此，当尺寸减小到20nm以下时，导体将变成绝缘体。
4纳米金属在空气中自然：金属纳米颗粒表面上的原子十分活泼，由自身催化的情况下，将很容易在空气正发生热效应，从而发生自燃现象。
5，纳米材料的分类：纳米粉体、纳米纤维、纳米膜、纳米块体。
6,纳米粉体团聚原因以及解决方法：在纳米微粒形成过程中，表面往往带有静电，粒子极不稳定，在微粒的相互碰撞过程中，它们很容易团聚在一起形成表面能较低的、带有弱连接界面的、尺寸较大的团聚体。
解决方法：（1）对粉体表面进行物理修饰，用表面活性剂对无机纳米微粒的表面进行修饰，，表面沉积法。
(2)表面化学修饰：偶联剂法，酯化反应法，表面接枝改性法。
7,冷凝蒸发法：（1）基本原理：利用低压惰性气体，在真空室内，通过旋转冷阱与蒸发务反应，制备出纳米材料，并在收集漏斗收集。
（2）优点：一，本法是纳米材料制备的基本物理方法，二，制得的纳米粒子表面清洁，可以原位加压进而制备纳米块体，三，纳米粒子的粒径可以通过调节加热温度、压力和气氛等参数在几纳米至500nm范围内调控；四，利用相同的原理可以制备纳米薄膜（称为蒸镀技术）。
纳米制造技术的详细介绍和应用的详细资料概述
纳米制造技术的详细介绍和应用的详细资料概述史铁林，教育部“微纳制造与纳米测量技术”创新团队负责人、中国振动工程学会常务理事、中国振动工程学会动态信号分析专业委员会主任委员、中国振动工程学会故障诊断专业委员会副主任委员、中国微米纳米技术学会理事。
他先后获多项中国青年科技奖、全国优秀博士后、湖北省五四青年奖章、中国机械工程学会杰出青年科技奖和首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选等荣誉称号。
他发表学术论文250余篇，其中SCI收录150多篇，申请国家发明专利80多项，授权50多项。
问：纳米技术、信息技术和生物技术并列为21世纪的三大科技，而纳米制造则是支撑它们走向应用的基础。
那么，纳米制造是如何定义的？其主要特征是什么？史铁林：美国科学基金会将纳米制造定义为构建适用于跨尺度集成的、可提供具有特定功能的产品和服务的纳米尺度的结构、特征、器件和系统的制造过程。
纳米制造已远远超出常规制造的理论和技术范畴，相关技术的发展将依赖于新的科学原理和理论基础，依赖于多学科交叉融合。
纳米制造从牛顿力学、宏观统计分析和工程经验为主要特征的传统制造技术走向基于现代多学科综合交叉集成的先进制造科学与技术。
其主要特征在于：（1）制造对象与过程涉及跨尺度；（2）制造过程中界面/表面效益占主导作用；（3）制造过程中原子/分子行为及量子效应影响显著；（4）制造装备中微扰动影响显著。
问：纳米制造的关键结构从尺度上主要体现为结合微米与纳米的跨尺度制造和纳米范畴的纳尺度制造，请介绍一下这两种关键结构的特点，以及您的团队在该领域取得的成果。
史铁林：跨尺度集成制造是将不同尺度的结构组合、加工形成多尺度整体的过程。
微纳集成结构可以根据它们的结构特性分为无序分级结构、一维纳米分支结构、层叠分级结构、几何形状可控分级结构和纳米悬浮分级结构等。
微纳集成结构可以有不同的形状、尺寸、层数等几何特征，其关键的一点是要实现纳结构在微结构上的定点、可控集成。
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垂直度误差的原因：
①X射线照射过程中的倾斜； ②显影剂的低选择能力； ③由掩膜和构件结构产生的影响； ④X射线辐射导致的物理效应影响（边缘效应——由菲涅耳衍射、光电子 效应、光束发散等物理现象所产生）。
Harbin Institute of Technology
2011年11月10日1时39分 年 月 日 时 分 16
5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.1 LIGA技术简介
1. LIGA技术的发展和应用 2. LIGA制造微器件的简要过程 3. LIGA技术使用的同步辐射X射线光源
5.1.2 LIGA光刻中用的X射线掩膜
1. X射线掩模的组成 2. X射线掩模的制造
5.1.3 LIGA工艺的制造技术
1. 2. 3. 4. 抗蚀光刻胶 光刻工艺 超精细电铸成型 实例
曝光和镀金 显影 已感光光刻胶 光刻胶图形结构 (化学试剂去除) 3µm，边缘垂直
去掉PMMA 金的电镀 电镀金 在光刻胶图形结构空隙填满 去除PMMA 在2µm钛膜载体上 10~15µm金掩膜↗ 去掉 底板的刻蚀 去除光刻胶 在钛膜(2µm)载体上 3µm金掩膜 抗蚀剂 腐蚀出窗口 在基板上 露出钛膜，形成外框架↗ 工艺掩膜制造过程(金膜厚>10µm) 中间掩膜制造过程(金膜厚3µm)
X射线辐射导致的边缘效应
Harbin Institute of Technology
2011年11月10日1时39分 年 月 日 时 分 17
5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.3 LIGA工艺的制造技术
2. 光刻工艺——实例
深度同步辐射X射线刻蚀出的PMMA光刻胶模型器件 很高的精度，侧壁陡峭，表面光滑
5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.3 LIGA工艺的制造技术
2. 光刻工艺--1
特殊要求@光刻的曝光时间、曝光条件 光刻胶厚达数百微米 固有特点——同步辐射X射线有宽光谱分布的特性，波长范围0.2~2nm， 不同波长的X射线对抗蚀光刻胶的穿透能力不同。 曝光量要求——太少则光致效应不完全， 过高则导致产生气泡而损伤胶的结构。上限20kJ/cm3。 曝光时间局限——光刻胶厚达数百微米，一次曝光，表层的辐射照射量和 底层将有明显差别(底层未达要求，表层已超限度)，单纯控制曝光时间 不能解决这问题。 解决办法——滤波，滤去部分波长较长的射线，调整同步辐射X射线的波长 谱分布，使被照射的光刻胶上下层都得到要求的辐射照射量。
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5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.3 LIGA工艺的制造技术
1. 抗蚀光刻胶--2
大高宽比、精细的三维图形结构
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5.1.4 LIGA工艺的扩展
1. LIGA工艺制造阶梯状微结构 2. 加工球形表面的微结构
5.1.5 准LIGA工艺
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.1 LIGA技术简介
1. LIGA技术的发展和应用
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LIGA制造工艺流程
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5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.1 LIGA技术简介
3. LIGA技术使用的同步辐射X射线光源
深度同步辐射X射线——LIGA技术的关键。 ↓↓↓ 生成——由同步加速器或存储环内的高能相对论性电子发射出来。 这种电子由电磁场进行加速，加速方向与其运动方向垂直。 强度——目前强度最高的软X射线，普通X射线强度的几千到上万倍，辐射照度 很强，故曝光时间较短，它的波长甚短(0.2~2nm)，穿透力极强，能够穿 透光敏胶PMMA最深达1000µm。 平行度——极好，图形侧壁光滑陡峭，很高的横向分辨率、很大的高宽比。 缺点——为保证安全 光源只允许遥控操作 不便使用 费用↗ 替代——该光源价格极其昂贵 拥有单位极少 用超紫外线光源或普通X射线光源替代。 准LIGA 技术 ↓↓↓ ↓↓↓ 替代者缺点——光波长较长，强度和平行性也不够理想 光刻深度只有几十到一百多微米，同时质量也稍差。
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5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.1 LIGA技术简介
1. LIGA技术的发展和应用 2. LIGA制造微器件的简要过程 3. LIGA技术使用的同步辐射X射线光源
5.1.2 LIGA光刻中用的X射线掩膜
解决方法：
用普通光刻技术制造——金吸收体厚度 <3µm (中间掩膜) 用中间掩膜——通过X射线曝光刻蚀——金吸收体厚度 >10µm (正式的X射线工艺掩膜)
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5.1 LIGA纳米制造技术原理
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5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.1 LIGA技术简介
1. LIGA技术的发展和应用 2. LIGA制造微器件的简要过程 3. LIGA技术使用的同步辐射X射线光源
5.1.2 LIGA光刻中用的X射线掩膜
少量制造时，作为最终零件； 大批生产时，作为铸模，再电铸得零件
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5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.1 LIGA技术简介
2. LIGA制造微器件的简要过程--2
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5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.3 LIGA工艺的制造技术
1. 抗蚀光刻胶--1
作用：在LIGA工艺中起重要作用。 难度：厚达数百到上千微米、均匀、致密、平整的光刻胶。 制造方式：一般是直接在基底的金属板上生成， 也有的先制成聚合体板再黏贴到基底金属板上。 材质：LIGA制造的精度要求高 要求抗蚀光刻胶有很高的分辨率 现在使用的惟一抗蚀光刻胶是聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA) 优点：在X射线光刻时有极好的图像再现性(即较高的分辨率)， X ( ) 固化后强度高， 能形成很大高宽比和精细的三维图形结构。 缺点：感光灵敏度较低，约为500J/cm3。 重要要求：必须与金属基底牢固连接，很窄很高的构件仍能牢固连接。 保证措施：(1) 基底上涂一薄层单体甲基丙烯酸甲脂(含增加黏性的成分) 在压力、温度作用下 抗蚀光刻胶板 + 黏合层 + 基底 形成牢固的结合体 (2) 钛基底 湿氧化 多微孔表面 与PMMA结合强度↗ (氧化层上有金存在时，可加入苯硫酚以改善黏结力)
5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.3 LIGA工艺的制造技术
2. 光刻工艺--3
(a) 入射光束被边缘挡住 散射光波相互干涉 衍射， (b) X射线辐射在抗蚀光刻胶中释放光电子和俄歇电子 逐渐释放能量 边缘 清晰度↘。 ** 射线光刻所用的波长范围内， (a)、(b)两种边缘模糊 < 0.1µm。 (c) 同步辐射X射线辐射时发散角 < 0.01mrad 造成的误差可忽略。 (d) 在射线强烈照射下，掩膜边缘被激发 可能产生荧光辐射 边缘模糊， 这种情况下使用铍掩膜比钛掩膜好得多。
射线种类 紫外线 强X射线 (同步辐射 X射线)
光学光刻 X线光刻
对X射线吸收率 强度，
率 高、
(2~3µm) 制造
5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.2 LIGA光刻中用的X射线掩膜
2. X射线掩模的制造--1
困难：
要求——吸收体———金膜——厚度 > 10µm 要求——薄膜载体——钛膜——厚度 仅 2µm 很难用普通光刻技术制造出来
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5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.2 LIGA光刻中用的X射线掩膜
1. X射线掩模的组成
同步辐射X射线 实际需求： 穿透能力极强 光刻种类 吸收体 ↑ 高吸收率 X 射 线 掩 膜 体 ↑ 高透 率 强度 体材料 or 膜 膜 外 的 X线透 金 (光学光刻用，2mm) X线透 率 体 膜 力
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对X光掩模板 要求极高 材料 铬膜 高吸收率的 重金属： 钽、钨、金
普通IC工业中的 掩膜承受不了， 不能使用 厚度 0.1µm 金 >10µm 厚度大 不能用普通 光刻技术制造 制造 度大 特点 强不能用 、 度 高 特点
多种微机械零件 (微轴、微齿轮、微弹簧……) 1980s,德, 卡尔斯鲁原子能所 W.Ehrfeld
LIGA
电铸成形 galvanoformung 最高1000µm, 横向0.5µm, 高宽比200, 精度0.1µm 微型医疗器械和装置
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1. X射线掩模的组成 2. X射线掩模的制造
5.1.3 LIGA工艺的制造技术
1. 2. 3. 4. 抗蚀光刻胶 光刻工艺 超精细电铸成型 实例
5.1.4 LIGA工艺的扩展