纳米技术在微型机械中的应用

　　0　前言

　　微型机械,作为跨世纪的新型机械已经引起了世界各国的广泛重视。纳米技术的兴起和迅速发展,使微型机械的研制与应用成为可能。纳米技术与微型机械被称作是21世纪的核心技术。现如今美国、日本、德国、法国、瑞典、荷兰和瑞士等国家都在积极开展这方面的研究与开发,我国对纳米技术与微型机械的研制也极为重视,并取得了一定的成果。

　　1　纳米技术与微型机械

　　相对于传统机械而言、微型机械具有体积和质量小、能耗低、集成度和智能化程度高等特点。应当强调的是,微型机械并不是传统机械的简单微型化,它远远超出了传统机械的概念和范畴,而是基于现代科学技术,并作为整个纳米技术的重要组成部分,在一种崭新的思维方法指导下的产物。微型机械在尺度、结构、材料、制造方法和工作原理等方面,都与传统机械截然不同,因而微型机械学的学科基础、研究内容和研究手段等,也与传统机械学不同,而具有独特的学科系统,构成一门崭新的学科。

　　20世纪90年代初兴起的纳米技术,被认为是21世纪科技发展的前沿,它指的是加工精度或尺寸为0.1~100nm量级的制造技术的总称。纳米技术是现代物理和先进技术相结合的产物,是包含材料、加工、测量和控制等技术在内的统一体。纳米技术的产生和发展,为微型机械的研究发展提供了坚实的基础。

　　根据微型机械的发展情况,当前纳米技术在微型机械中的应用研究主要包括以下内容:研究机械中运动变换和动力传递以及运动过程中动态特性的纳米机构学;研究微型机械及其构件加工制造技术的纳米加工技术;研究适用于制造微型构件和性能的特殊材料,及其在环境影响下的变形和失效规律的纳米材料学;从原子、分子尺度出发,研究相互运动接触界面上的作用,变化与损伤的纳米摩擦学等。

　　2　纳米加工技术

　　随着现代机械制造技术发展的日新月异,纳米加工技术所包含的内容越来越丰富,它在微型机械加工中的应用也越来越受到关注。从总体上来讲,微型机械的纳米加工技术主要包括以下几个方面:

　　a)微加工技术:微加工技术需在洁净的环境下进行,其中关键是刻蚀技术。一般选用光刻,即将微型机械零件材料硅基板经光照射成形,生成零件几何外形,再后续加工;

　　b)控制、通讯及能源制作技术:这一技术把微型传感器,驱动器和控制器等有机地集中协调起来,用于微型机械的控制、通讯并向其提供能源等;

　　c)微装配技术:即把微型机械所需的微型机构、微型传感器、微型执行机构及信号处理、控制电器以及通讯和电源等有机地结合起来,使之成为能完成一定功能的机电一体化产品。