1、納米技術在精密測量中的應用 何為納米技術？ 納米是長度單位，原稱毫微米，就是10的-9次方米（10億分之一米）。納米科學與技術，有時簡稱為納米技術，是研究結構尺寸在0.1至100納米范圍內材料的性質和應用。從具體的物質說來，人們往往用細如發絲來形容纖細的東西，其實人的頭發一般直徑為20-50微米，并不細。單個細菌用肉眼看不出來，用顯微鏡測出直徑為5微米，也不算細。極而言之，1納米大體上相當于4個原子的直徑。假設一根頭發的直徑為0.05毫米，把它徑向平均剖成5萬根，每根的厚度即約為1納米。 納米技術主要包含四個方面：納米材料，納米動力學，納米生物學和納米藥物學，納米電子學。納米科學是在納米(10

2、-9m)和原子(約10-10m)的尺度上(1nm100nm)研究物質的特性、物質相互作用以及如何利用這些特性的多學科交叉的前沿科學與技術。隨著科學的發展,它涉及到越來越廣泛的內容,其中納米測量技術是納米科學的一個重要分支。半導體工業中的高精度模板的制造和定位,高精度傳感器的標定;在科學研究中的量子物理學、化學、分子生物學等都需要很高的測量精度。因此無論是對國民經濟各部門還是軍事領域等,納米測量都有著巨大意義。納米測量的意義納米測量的方法目前,能夠進行納米測量的方法主要有:非光學方法和光學方法兩大類。前者包括:SPM法、電容、電感測微法;后者則包括:X光干涉儀法、各種形式的激光干涉儀法和光學光柵

3、等方法。掃描電子顯微鏡進行納米測量掃描電鏡的工作原理是: 電子束經過電磁透鏡聚焦到樣品表面, 按順序逐行對樣品進行掃描, 同時將樣品表面散射或發射的各種電子用探測器收集起來, 并轉變為電流信號, 再送到顯像管就可轉變為圖像。由于從樣品表面散射到發射的電子與樣品表面的固有特性( 如樣品的幾何形狀) 有直接關系, 所以能得到樣品表面結構的信息。掃描電鏡測量微結構缺陷 掃描電子顯微鏡的基本結構, 主要由電子光學系統、信號檢測系統、圖像顯示系統和數據處理系統四個部分組成。F-P干涉儀進行納米測量F- P 干涉儀僅基于平行平板的多光束干涉。圖當干涉腔長發生微小變化時, 激光器輸出的拍頻和干涉級次發生變化

4、, 檢測這一變化量即可得到被測位移量。從理論上講, 此種方法的測量精度可達到皮米級, 是目前所有的光學納米測量方法中精度最高的。F- P 干涉儀的干涉輸出信號具有很高的銳度, 非線性誤差較小, 另外, 通過換模鎖定, 可以實現較大范圍的測量。外差干涉儀外差干涉儀是對基本的邁克爾遜干涉儀的改進,它使用了頻差在幾兆到幾千兆赫茲的兩個頻率的光波作為干涉儀的光源。兩個頻率的光波可以由雙波長激光器得到,也可以利用聲光調制器、電光調制等頻移器件移動激光器的輸出光頻來實現。它的基本原理是將被測位移量引入到外差信號的頻率或者位相變化中,再將這種變化測量出來。由于外差信號的頻率比光頻低得多,光電信號電子細分以后

5、,系統的測量精度很容易提高外差干涉儀最大的特點是在保證測量精度的前提下可以實現很大的范圍測量,是應用最為廣泛的干涉儀,例如在美國NIST的分子測量機中使用的就是外差干涉儀的形式。而且目前市場上已經有分辨率達到納米量級的商業干涉儀問世,例如美國HP公司利用塞曼效應產生的雙頻激光器開發出的干涉儀系列產品,分辨率小于1nm的商業干涉儀也正在研究改進當中。光柵干涉儀這是一個典型的激光全息光柵干涉儀;這個干涉儀的光源是激光半導體二極管,它的使用進一步減小了系統的結構和成本。光源發出的光射到直線反射光柵上,+1和-1級衍射光分別被反射鏡反射到光電探測器P1和P2上形成干涉信號。圖中所示的系統經過電子細分能

6、夠實現0.02nm測量分辨率和4.5mm的測量范圍。對于測量范圍較大的激光干涉儀和需要測量較長時間的干涉儀(如應用在集成電路生產過程中),空氣溫度、氣壓、濕度以及CO2含量的變化,都會形成測量誤差,誤差隨干涉儀光程差增大而增加。如果采用光柵作為分光元件,使其衍射光束相干,可以構成光柵干涉儀,被測位移不再影響光程差。測量的基準也由波長變為光柵常數。影響測量精度的多種因素變成只有光柵溫度,顯著改善了測量的穩定性。這對某些場合的精密測量是有益的。在機械加工領域，比如數控機床，利用光柵全閉環測量對于加工質量的提升起到了巨大的作用。因此納米技術的引入對于機械行業的發展，尤其是微機械，是開發研究的方向。納

7、米技術在實際生活中的應用 1.EPS 應用納米技術將汽油分子分割成納米為單位的質子保證充分燃燒，節約能源。 2.納米洗滌 納米分子Na(OH)2制造的肥皂可以充分溶解于液體，有助于衣服污汁的分解，徹底洗盡衣物。 3.納米技術在醫學上的應用，如納米手術刀，進行微創手術。納米技術的五大應用前景 1.人體內的人體內的“醫生醫生” 人們現在可以將健康監測裝置佩戴在身上，隨時了解自身的狀況。如果進一步將這種技術微縮，那么，借助于納米技術就可以把微型傳感器植入或注射入人體內，捕捉到患者更詳盡的信息，從而更有利于醫生進行診治。 此外還有其他可能，比如監測人體炎癥的發展、術后恢復等，甚至還能誕生一種干預人體信

8、號的電子裝置，具有控制器官的功能。這雖然聽起來有些不可思議，但是葛蘭素史克這樣的醫藥業巨頭，現在已經開始著手研發這類電子醫藥產品了。 2.傳感器傳感器 有賴于最新的納米材料和制造工藝，傳感器變得越來越小、越來越復雜，并且越來越節能。目前，以較低成本就可以用柔性塑料輥批量生產出性能優良的傳感器。如果繼續發展下去，便可以在重要基礎設施的必要位置上安裝多個傳感器，如安裝在橋梁、飛機和核電廠，用于監控設施的安全運作。 3.自我修復結構自我修復結構 改變材料的納米級結構，會使它們具備某種神奇的特性，如防水功能。在將來的某一天，納米科技涂層或添加物還有可能賦予材料自我修復的功能。 假設材料上遍布納米顆粒，那么在其表面有裂痕出現時，這些顆粒就可以自行移動繼而讓裂痕彌合。這種技術可以應用于從飛機駕駛艙到微電子學的各個領域，防止細微的破裂變成危害更大的裂痕。 4.讓大數據作用更大讓大數據作用更大 傳感器的應用會產生前所未有的龐大信息數據，因此需要對它們進行處理，用于改善交通擁堵和防止事故發生，或將統計數據用于調配警力資源，降低犯罪率。納米技術在這方面的應用，創造的是一種超密集記憶體，幫助儲存極其龐大的數據，同時也可促進高度有效的運算法則發展，在確保可靠性的前提下處理、加密和傳達數據。 5.應對全球變暖應對全球變暖 如今，電池能可以為電動汽車儲存更多的能源，太陽能板也將更多的陽光轉換成了電