微納技術(shù)是20世紀(jì)80年代末在美國、日本等發(fā)達(dá)國家出現(xiàn)的一門高科技科學(xué)技術(shù)。微納技術(shù)因其巨大的應(yīng)用前景，自問世以來一直受到世界各國政府和學(xué)者的關(guān)注，是當(dāng)前科技界的研究熱點(diǎn)之一。

微納技術(shù)的研發(fā)將對21世紀(jì)的航空空、航天、軍事、生命科學(xué)與保健、汽車工業(yè)、仿生機(jī)器人、家用電器等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)主要涉及0.1μm到幾毫米尺度范圍內(nèi)的傳感器、微執(zhí)行器和微系統(tǒng)的研發(fā)。它以單晶硅為基本材料，以光刻平行制造為主要加工特征，以微電子加工設(shè)備與其他專用加工設(shè)備相結(jié)合為加工手段。納米級一般指1 ~ 100 nm。納米科學(xué)是研究納米尺度內(nèi)原子、分子和其他類型物質(zhì)的運(yùn)動和變化的科學(xué)。在同一尺度內(nèi)操縱加工原子和分子的技術(shù)稱為納米技術(shù)，納米級的機(jī)電系統(tǒng)稱為納米機(jī)電系統(tǒng)。可見二者既有聯(lián)系又有區(qū)別。前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者的發(fā)展方向。

今天，邊肖帶你回到最近在《機(jī)械工程雜志》上發(fā)表的一些關(guān)于微機(jī)電系統(tǒng)的有趣文章。

為了提升我國納米制造的創(chuàng)新能力，國家自然科學(xué)基金委于2009年正式啟動了“納米制造基礎(chǔ)研究”重大研究項目(以下簡稱“納米制造”重大研究項目)。該計劃以學(xué)科發(fā)展前沿為目標(biāo)，面向國家發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求，針對納米精密制造、納米尺度制造和跨尺度制造中的基礎(chǔ)科學(xué)問題，通過力學(xué)、物理、化學(xué)、生物、材料科學(xué)和信息科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的交叉和融合，探索納米制造的新方法和新工藝。揭示了納米尺度和納米精度下加工、成形、改性和跨尺度制造中的尺度效應(yīng)、表面/界面效應(yīng)的規(guī)律，闡明了材料結(jié)構(gòu)的演化機(jī)理和器件功能的形成規(guī)律，探索了制造過程由宏觀向微觀轉(zhuǎn)變時能量、運(yùn)動與材料結(jié)構(gòu)和性能的相互作用機(jī)理和轉(zhuǎn)化規(guī)律，建立了納米制造的理論基礎(chǔ)、工藝和設(shè)備原理，以及納米制造過程的精確表征和測量方法，為實現(xiàn)納米制造的一致性和批量化提供了理論依據(jù)。

“納米制造”重大研究項目實施六年來，探索出一批獨(dú)創(chuàng)的納米制造工藝和設(shè)備原理，促進(jìn)了制造科學(xué)與材料、物理、化學(xué)、光學(xué)、信息的交叉融合，培養(yǎng)了一批從事納米制造基礎(chǔ)研究的優(yōu)秀人才，形成了基于“納米制造基礎(chǔ)研究”聯(lián)合實驗室的納米制造協(xié)同創(chuàng)新研究團(tuán)隊，有效提高了我國納米制造相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究水平，推動了納米科技成果的初步走向。

王國彪、邵金友、宋建利、賴亦南在《納米制造基礎(chǔ)研究》重大研究計劃的研究進(jìn)展》一文中，對重大研究計劃的項目申請與資助、管理措施、突出進(jìn)展、集成項目立項等進(jìn)行了全面總結(jié)。

介紹了近六年來“納米制造基礎(chǔ)研究”重大研究計劃實施過程中的申請、資助和管理措施；本文綜述了該重大研究項目在學(xué)科交叉融合、國內(nèi)主要科研儀器和基本實驗技能共享等方面取得的顯著成就?？偨Y(jié)項目研究團(tuán)隊在光學(xué)自由曲面拋光、晶圓平面化與減薄、納米切割、電場輔助納米壓印光刻、超快激光加工、半導(dǎo)體器件制造等方面取得的原創(chuàng)性成果和突出進(jìn)展；同時，簡要介紹了基于這些成果的四個整合項目的基本情況。

重大研究項目批準(zhǔn)的4個集成項目

為了將新型超硬納米孿晶立方氮化硼(nt-cBN)材料制備成可實現(xiàn)鐵基金屬材料，特別是較高硬度材料的精密和超精密切削刀具，金天野、陳俊云、、、趙、路翎在論文《納米孿晶立方氮化硼機(jī)械磨削機(jī)理研究》中從理論和實驗兩個角度對納米孿晶立方氮化硼材料的機(jī)械磨削機(jī)理進(jìn)行了研究，對納米孿晶立方氮化硼材料動態(tài)脆塑性轉(zhuǎn)變的臨界磨削深度進(jìn)行了理論分析和實驗驗證；基于臨界磨削深度，實現(xiàn)了材料的塑性域細(xì)磨，根據(jù)磨削后塑性槽的深度和寬度，通過理論計算和原子力顯微鏡表面檢測結(jié)果，分析了磨削過程中塑性槽的形成機(jī)理。他們的研究結(jié)果表明，納米孿晶立方氮化硼材料動態(tài)脆塑性轉(zhuǎn)變的臨界磨削深度為23.9nm；；0.5微米金剛石磨粒用于研磨材料表面粗糙度達(dá)1.99納米，PV值為77.05納米；。磨削塑料溝槽深度的理論最小值為2.25 nm，與實驗結(jié)果吻合較好，磨削塑料溝槽的寬度是固定和自由磨削顆粒相互作用的結(jié)果，寬度保持在亞微米級。因此，納米孿晶立方氮化硼材料具有良好的可加工性，可以通過機(jī)械研磨的方法實現(xiàn)高精度表面的高效加工。

用粗粒金剛石研磨膏研磨后的材料表面

聚焦離子束(FIB)技術(shù)通過透鏡系統(tǒng)將液態(tài)金屬離子源(LMIS)發(fā)射的離子聚焦轟擊在材料表面，從而實現(xiàn)亞微米和納米尺度的材料加工。離子濺射刻蝕作為FIB最重要的功能之一，可以簡單、直觀、高分辨率地加工曲面、空腔等各種復(fù)雜的三維微結(jié)構(gòu)。然而，材料的表面結(jié)構(gòu)會影響濺射刻蝕的濺射產(chǎn)量和刻蝕速率。它不僅取決于初始表面結(jié)構(gòu)，還取決于掃描處理過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。濺射蝕刻中的再沉積效應(yīng)使加工表面結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。在相同的入射劑量下，即使掃描策略或其他工藝參數(shù)只是略有不同，最終的刻蝕形狀也會有很大的差異。在各種微/納米機(jī)電系統(tǒng)(M/NEMS)工藝及相關(guān)參數(shù)設(shè)計中，工藝建模和仿真具有重要的指導(dǎo)意義。

針對光纖加工中的影響，各種算法和一系列相應(yīng)的仿真工具被應(yīng)用到其加工模型中。然而，在計算精度和工藝參數(shù)的適應(yīng)性方面，需要更有效的方法來支持NEMS計算機(jī)輔助設(shè)計來設(shè)計和制造復(fù)雜的微納米結(jié)構(gòu)。元胞自動機(jī)(Cellular automaton，CA)是一種離散時間，時間介于空之間的動態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的每個單元格用于描述空之間位置的當(dāng)前狀態(tài)。然后在離散時間維度上定義一個局部空演化規(guī)則，通過該規(guī)則基于鄰居環(huán)境刷新每個小區(qū)的狀態(tài)。在連續(xù)元胞自動機(jī)(CCA)中，用于表示元胞狀態(tài)的占用率在更新迭代過程中是連續(xù)的，這進(jìn)一步增強(qiáng)了元胞自動機(jī)方法的適用性和準(zhǔn)確性。將CCA技術(shù)引入FIB工藝模型，根據(jù)實際工藝參數(shù)和掃描策略建立通用物理模型。該模型將反應(yīng)空離散為一組單元，將反應(yīng)過程抽象為每個單元上的離子濺射和再沉積，充分考慮了工藝因素和微加工結(jié)構(gòu)分布及尺寸對濺射再沉積效果的影響。在FIB濺射刻蝕仿真中，再現(xiàn)了不同工藝條件和不同掃描策略下濺射和再沉積的效果，提高了計算精度和效率。在實際應(yīng)用中，建立微機(jī)電系統(tǒng)/NEMS計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)，快速評估工藝參數(shù)，檢查工藝與微結(jié)構(gòu)幾何結(jié)構(gòu)之間的相互作用，進(jìn)一步指導(dǎo)工藝設(shè)計具有重要意義。

伊森、邢燕、邱曉利在《聚焦離子束微納加工濺射刻蝕工藝模型研究》中提出了基于連續(xù)元胞自動機(jī)的聚焦離子束濺射刻蝕工藝模型，該模型可以有效引入實際工藝參數(shù)和掃描策略，建立濺射和再沉積方程，準(zhǔn)確表達(dá)離子束加工引起的濺射和再沉積效應(yīng)，準(zhǔn)確描述這些效應(yīng)引起的表面結(jié)構(gòu)演化過程。在各種工藝因素和掃描策略條件下，濺射刻蝕和再沉積效應(yīng)可以與工藝模型計算結(jié)果中的實驗現(xiàn)象相一致。加工截面輪廓的仿真結(jié)果表明，刻蝕深度隨時間的相對誤差小于8%，精度高于現(xiàn)有模型，驗證了模型的有效性。連續(xù)元胞自動機(jī)模型不僅具有計算精度高的特點(diǎn)，而且具有較好的視覺輸出效果，為聚焦離子束加工微納結(jié)構(gòu)提供了一種工藝參數(shù)優(yōu)化方法。

FIB過程中的物理過程和掃描策略

氧化鋅微/納米線和微/納米帶作為寬帶隙半導(dǎo)體材料(Eg=3.37 eV)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備制造，如納米發(fā)電機(jī)、場效應(yīng)晶體管、帶柵二極管、氣體傳感器、記憶存儲器等。顯然，這些應(yīng)用必須基于微米和納米尺度的基本電特性，因此了解這種尺寸的材料的基本特性并改進(jìn)組成它們的器件的設(shè)計和效率是非常重要的。根據(jù)傳統(tǒng)的歐姆定律，半導(dǎo)體材料的電阻與長度成線性關(guān)系，但最近的一些研究發(fā)現(xiàn)，納米結(jié)構(gòu)材料違反了這一經(jīng)典定律?？傊?，有必要對平面單晶半導(dǎo)體氧化鋅微/納米結(jié)構(gòu)的異常電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究。

到目前為止，單晶半導(dǎo)體微/納米帶的電阻和電阻率已經(jīng)用透射電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、1-4端法和探針裝置結(jié)合電流-電壓測量系統(tǒng)進(jìn)行了測量。所有這些方法都需要使用微電子制造和專門設(shè)計的設(shè)備來完成測量。近年來，隨著多功能原子力顯微鏡的發(fā)展，在常壓環(huán)境下原位測量納米材料的電學(xué)、磁學(xué)和壓電性能變得更加容易。

戴兵、于光斌、邵、等。用原子力顯微鏡研究了單晶半導(dǎo)體微/納米帶的電阻性能和長度特性，并基于晶體結(jié)構(gòu)分析了其機(jī)理。通過測量原子力顯微鏡探針與安裝電極之間的電阻，完成了電阻與微/納米帶長度之間的定量特征關(guān)系測量。測量結(jié)果表明，根據(jù)歐姆定律，氧化鋅微/納米帶的電阻和長度是指數(shù)關(guān)系，而不是線性關(guān)系。根據(jù)所使用的原理和進(jìn)一步的驗證測量，證明了氧化鋅微/納米帶的非線性電阻-長度曲線與單晶中不同晶格層平面的各向異性電子速度有關(guān)。

原子力顯微鏡探針與氧化鋅接觸的光學(xué)圖像

不要擔(dān)心，對以上內(nèi)容感興趣的朋友們。邊肖為大家整理了幾篇發(fā)表在《機(jī)械工程雜志》上的關(guān)于微機(jī)電系統(tǒng)的文章?？梢栽谖覀兾⑿殴娖脚_回復(fù)“20170530”免費(fèi)下載全文！拿去吧。不客氣！

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2017年5月30日:端午節(jié)

端午節(jié)是每年農(nóng)歷五月初五。根據(jù)“荊楚年”，五月初五也叫“端陽節(jié)”，因為它在盛夏登高，五月是盛夏，它的第一個中午就是登高的那一天，天氣好。此外，端午節(jié)又叫“午日節(jié)、五一節(jié)、端午節(jié)、沐浴蘭節(jié)、詩人節(jié)”等等。端午節(jié)是中國和漢字文化圈其他國家流行的傳統(tǒng)文化節(jié)。

端午節(jié)起源于中國，最初在古代百越地區(qū)(長江中下游及以南地區(qū))為崇拜龍圖騰的部落舉行圖騰祭祀節(jié)日。春秋以前，有在農(nóng)歷五月初五以賽龍舟的形式舉行部落圖騰祭祀的習(xí)俗。后來戰(zhàn)國時期楚國(今湖北)的詩人屈原在那一天跳汨羅江，統(tǒng)治者為了樹立忠君愛國的標(biāo)簽，把端午節(jié)作為紀(jì)念屈原的節(jié)日；在一些地區(qū)，也有紀(jì)念伍子胥和曹娥冤的說法。

端午節(jié)、春節(jié)、清明節(jié)和中秋節(jié)也被稱為中國四大傳統(tǒng)民間節(jié)日。自古以來，就有劃船、吃粽子等節(jié)日活動。從2008年開始，端午節(jié)被列為國家法定假日。2006年5月，國務(wù)院將其列入第一批國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄；2009年9月，聯(lián)合國教科文組織正式審查批準(zhǔn)中國端午節(jié)為世界非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，成為第一個被選為世界非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的中國節(jié)日。

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