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第1章 导论1

1.1背景介绍1

1.2概述1

1.2.1精密工程2

1.2.2微铣削和微型钻孔3

1.3微机电系统4

1.4微电子制造方法5

1.4.1体微加工6

1.4.2表面微加工6

1.5微型化仪器7

1.6微机械电子7

1.7纳米修整7

1.8光变图像8

1.9微能源和化学系统8

1.10空间微推进9

1.11电子束纳米印刷9

1.12纳米技术10

1.13碳纳米管及其结构10

1.14分子逻辑门11

1.15 纳米尺度生物传感器12

1.16 C60及其衍生物的化学交联13

1.17燃料电池13

1.18参考文献13

第2章 微机电系统与微光机电系统原理15

2.1概述15

2.2执行器的驱动原理16

2.3制造工艺17

2.4机械微机电系统18

2.4.1机械传感器18

2.4.2加速度计、悬臂式传感器和电容测量18

2.4.3扬声器19

2.4.4陀螺仪20

2.4.5机械执行器22

2.5热微机电系统22

2.5.1计温学23

2.5.2数据存储应用23

2.5.3微型加热器气体传感器24

2.5.4热执行器24

2.6磁微机电系统25

2.7微光机电系统28

2.8空间光调制器30

2.9数字微镜设备30

2.10光栅光阀（GLV）32

2.11参考文献34

第3章 微制造中的激光技术37

3.1概述37

3.2激光的产生37

3.3激光的特性41

3.3.1单色性41

3.3.2方向性41

3.3.3亮度41

3.3.4相干性42

3.3.5空间分布42

3.3.6时间脉冲波形42

3.4激光应用43

3.5微加工中的激光技术44

3.5.1背景45

3.5.2激光的吸收和反射45

3.5.3应用技术基础46

3.6参考文献50

第4章 激光干涉仪几何误差软补偿52

4.1概述52

4.2几何误差校正概述53

4.2.1误差测量系统54

4.2.2精度评价55

4.3.几何误差补偿方法56

4.3.1几何误差查找表56

4.3.2几何误差参数模型57

4.4实验结果60

4.4.1误差近似60

4.4.2线性误差60

4.4.3直线度误差63

4.4.4角度误差63

4.4.5垂直度误差64

4.4.6评价65

4.5小结67

4.6参考文献67

第5章 体微加工中的蚀刻工艺表征69

5.1概述69

5.2体微加工的发展历史69

5.3湿法体微加工（WBM）70

5.4晶体学及其影响71

5.5硅作为基板与结构材料72

5.5.1硅作为基板72

5.5.2硅作为结构材料73

5.5.3应力与应变73

5.5.4硅的热力学性质76

5.6湿法蚀刻流程76

5.6.1各向同性蚀刻剂76

5.6.2反应现象77

5.6.3各向同性蚀刻曲线77

5.6.4掩膜79

5.6.5依赖型掺杂蚀刻剂79

5.7各向异性蚀刻80

5.7.1各向异性蚀刻剂80

5.7.2各向异性蚀刻剂掩膜81

5.8蚀刻控制：停止技术81

5.8.1硼扩散蚀刻停止82

5.8.2电化学蚀刻自停止技术82

5.8.3薄膜与绝缘硅蚀刻停止83

5.9体微加工中蚀刻存在的问题83

5.9.1基板面消耗84

5.9.2角补偿84

5.10小结85

5.11参考文献86

第6章 表面微加工和晶片粘合工艺的特点88

6.1概述88

6.2光刻工艺89

6.3表面微加工91

6.4表面微加工工艺特点92

6.4.1隔离层93

6.4.2牺牲层93

6.4.3结构材料94

6.4.4选择性蚀刻94

6.5特性96

6.5.1附着力96

6.5.2应力96

6.5.3黏滞99

6.6晶片键合99

6.6.1阳极键合100

6.6.2融化键合101

6.7小结102

6.8参考文献103

第7章 文件安全领域微加工：光变图像108

7.1引言108

7.2概述108

7.3光变图像箔微结构109

7.3.1防伪全息图109

7.3.2 KinegramTm技术110

7.3.3 CatpixTm电子束光刻微结构113

7.3.4结构稳定性114

7.3.5 PixelgramTM调色概念114

7.3.6基于ExelgramTM轨道的光变图像微结构116

7.3.7隐蔽图片显微图像安全特征119

7.3.8 KinegramTM和ExelgramTM的比较119

7.3.9 VectogramTM图像多路复用技术121

7.3.10间隙刻槽单元调制123

7.4通用的光变图像微结构124

7.4.1光变油墨技术124

7.4.2衍射数据箔126

7.4.3生物识别光变图像技术128

7.5光学图像单元编码表面纳米制造130

7.5.1微镜光变图像131

7.5.2微镜光变图像的起源132

7.5.3微镜光变图像光学效应总结136

7.6小结138

7.7参考文献138

第8章 纳米修整技术142

8.1概述142

8.2传统加工工艺143

8.2.1研磨143

8.2.2抛光144

8.2.3珩磨144

8.3高级修整工艺（AFPs）144

8.3.1磨料流加工（AFM）145

8.3.2磁力研磨（MAF）147

8.3.3磁流变加工（MRF）149

8.3.4磁流变磨料流修整（MRAFF）152

8.3.5磁悬浮抛光（MFP）155

8.3.6弹性喷射加工（EEM）156

8.3.7离子束加工（IBM）158

8.3.8化学机械抛光（CMP）159

8.4参考文献160

第9章 微纳米技术在空间微推进系统中的应用163

9.1概述163

9.2微型化航天器微推动的子系统和设备166

9.3推进系统171

9.3.1固体推进剂171

9.3.2冷气体172

9.3.3胶体推进器172

9.3.4热气体172

9.3.5单组元和双组元推进系统172

9.3.6再生加压循环172

9.3.7姿态调整与控制系统172

9.4冷气体微推进器的实现173

9.4.1气体和流体动力学173

9.4.2原型设计174

9.5小结179

9.6参考文献179

第10章 碳纳米管的制造和应用：纳米技术基础181

10.1概述181

10.2纳米技术和碳纳米管的前景181

10.3碳纳米管的研究进展182

10.4碳纳米管的结构和属性184

10.5碳纳米管的制备186

10.5.1化学气相沉积187

10.5.2电弧放电188

10.5.3激光烧蚀188

10.5.4生长机理189

10.5.5碳纳米管提纯190

10.6碳纳米管的应用191

10.6.1场效应管中碳纳米管的电子输运191

10.6.2在计算机中的应用192

10.6.3基于碳纳米管的纳米器件在生物医学中的应用194

10.6.4 X射线仪194

10.6.5基于碳纳米管的纳米机械执行器和人工肌肉195

10.6.6燃料电池196

10.6.7膜电极组197

10.6.8基于CNTs的双极板机械和电气强化198

10.6.9在碳纳米管中储氢199

10.7参考文献200

第11章 碳基纳米结构206

11.1概述206

11.2富勒烯的历史206

11.3碳纳米管的结构（CNTs）207

11.3.1 Y形208

11.3.2双螺旋形208

11.3.3竹节形209

11.3.4分层结构209

11.3.5环形多壁碳纳米管209

11.3.6圆锥端帽形多壁碳纳米管210

11.4富勒烯的结构211

11.4.1 C48富勒烯结构211

11.4.2环形富勒烯211

11.4.3 C60、C59、C58、C57的结构212

11.4.4较小的富勒烯C50213

11.5碳纳米球（CNBs）的结构214

11.6碳纳米纤维（CNFs）的结构214

11.6.1六边形碳纳米纤维215

11.6.2锥形碳纳米纤维215

11.6.3螺旋形碳纳米纤维215

11.7多孔碳216

11.8碳纳米结构的性质216

11.8.1分子性质216

11.8.2电子性质217

11.8.3光学性质217

11.8.4力学性能217

11.8.5周期性218

11.9合成218

11.9.1碳纳米管218

11.9.2富勒烯219

11.9.3碳纳米球219

11.9.4碳纳米纤维220

11.10碳纳米结构的应用前景221

11.10.1能量存储221

11.10.2储氢221

11.10.3嵌锂222

11.10.4电化学超级电容223

11.10.5碳纳米管的分子电子学223

11.11复合材料225

11.12小结226

11.13参考文献226

第12章 分子逻辑门231

12.1概述231

12.2逻辑门231

12.3荧光分子逻辑电路233

12.4组合逻辑电路239

12.5可重构分子逻辑240

12.6基于分子逻辑门的吸收241

12.7分子逻辑门：导电246

12.8小结248

12.9参考文献248

第13章 用于生物传感器的纳米力学悬臂装置251

13.1概述251

13.2原理252

13.3静态变形法252

13.4共振模式法253

13.5热检测法255

13.6微型品制造256

13.6.1硅基悬臂256

13.6.2压阻式集成悬臂257

13.6.3压电式集成悬臂257

13.7测量和输出技术259

13.7.1光学法259

13.7.2干涉测量法259

13.7.3压阻法259

13.7.4电容法260

13.7.5压电法260

13.8生物传感261

13.8.1 DNA探测261

13.8.2蛋白质检测262

13.8.3细胞检测264

13.9小结266

13.10参考文献266

第14章 微型能源和化学系统（MECS）和多尺度制造270

14.1概述270

14.2微能源和化学系统（MECS）273

14.2.1 MECS器件的物质与热量传递273

14.2.2 MECS技术的应用274

14.3 MECS制造275

14.3.1困难与挑战275

14.3.2特征尺寸276

14.3.3微层压技术276

14.4微层压技术的尺寸控制279

14.4.1图形化对微通道阵列性能的影响279

14.4.2理论280

14.4.3微通道加工281

14.4.4试验结果282

14.5微通道阵列中的翘曲源284

14.5.1分析285

14.5.2试验结果287

14.6配准与粘接对微通道阵列性能的影响288

14.7微通道阵列的几何约束289

14.8微层压技术的经济价值291

14.9参考文献293

第15章 雕塑薄膜297

15.1概述297

15.2雕塑薄膜的生长298

15.2.1实验和现象298

15.2.2计算机模拟301

15.3光学特性302

15.3.1理论302

15.3.2特征行为307

15.4应用309

15.4.1光学310

15.4.2化学311

15.4.3电学311

15.4.4生物学311

15.5小结311

15.6参考文献312

第16章 电子束蚀刻技术与纳米装配——精密化学工程319

16.1概述319

16.2电子束辐射320

16.2.1聚合物材料320

16.2.2分子材料320

16.3自组装单层膜322

16.4结语和展望326

16.5参考文献326

第17章 倏逝近场纳米光刻技术332

17.1概述332

17.2发展历史333

17.3 ENFOL技术原理334

17.4掩膜的制作和要求335

17.5图案形成336

17.5.1曝光条件336

17.5.2光刻胶要求336

17.5.3克服衍射极限337

17.6图案转移339

17.6.1减法图案转移339

17.6.2加法图案转移339

17.7模拟341

17.7.1模拟方法和模型342

17.7.2强度分布342

17.7.3场深度（DOF）343

17.7.4边界强化带来的曝光差异345

17.8表面等离子体纳米光刻346

17.8.1倏逝干涉光刻技术（EIL）346

17.8.2平面透镜光刻技术（PLL）347

17.8.3表面等离子体增强接触式光刻（SPECL）350

17.9小结352

17.10参考文献352

第18章 纳米技术在燃料电池上的应用356

18.1现状与需求356

18.2多相催化中的纳米粒子357

18.3碳载体铂催化剂的氧化电解还原反应360

18.4碳纳米管载体催化剂361

18.5小结366

18.6参考文献366

第19章 碳纳米管与胺衍生：一种无溶剂技术370

19.1概述370

19.2实验设计371

19.3氧化单壁碳纳米管管端羧基功能团的直接酰胺化372

19.4原始多壁碳纳米管端帽和壁缺陷直接胺加成374

19.5小结378

19.6参考文献378

第20章 C60薄膜中化学交联381

20.1概述381

20.2实验382

20.2.1分析仪器382

20.2.2富勒烯薄膜沉积383

20.2.3与（1，8）-辛二胺反应383

20.3结果与讨论383

20.3.1 （1，8）-辛二胺衍生C30粉末383

20.3.2 （1，8）-辛二胺衍生C60薄膜385

20.4小结388

20.5参考文献388