化学纳米工程学——新交叉学科的基础与展望

机械加工以连续介质理论为基础,化学则侧重于对离散的化学键的操作,因而两者有本质的区别.但在纳米加工领域,机械学面临着化学键的不连续性.当前超精密加工的精度已经达到纳米尺度,由于纳米材料的特殊性质,微纳制造所依赖的基础理论也随着加工工件尺寸的缩小经历着由量变到质变的过程,因此,传统的机械学与化学在纳米尺度的交叉催生出新的学科--化学纳米工程学.该领域的基础研究将有助于我们提升纳米制造技术,增强国家制造业的核心竞争力.     

材料动态性能对高速切削切屑形成的影响规律

高速切削作为一门先进制造技术已经在工业生产中得到日益广泛的应用,对高速切削过程切屑形成机理的研究有助于进一步发挥高速切削技术的优势和促进高速加工装备的发展,同时可指导优化切削参数、控制切屑形态以改善加工表面质量.高速切削切屑形态变化是工件材料在不同切削载荷下表现出的动态力学性能差异所致.弄清楚高应变率下材料动态力学性能有利于揭示高速切削切屑变形与失效机理,同时高速切削实验的合理设计与应用可以成为材料在高应变率下动态力学性能的新型测试手段.本文以高速切削过程工件材料动态性能变化对切屑形成的影响为主线,结合我们在高速切削切屑形成机理方面多年的研究成果,对高速切削过程中工件材料的强度、塑脆性和微观组织变化等方面进行了综述分析.阐明了高速切削条件下碎断切屑形成的力学条件,指出了传统切削理论在应力状态对切屑变形和失效的影响机理、切屑微观组织演化等方面研究存在的不足,最后对未来的超高速切削切屑形成机理研究进行了展望.     

纳米光刻技术现状与进展

随着纳米加工技术的发展，纳米结构器件必将成为未来集成电路的基础。纳米光刻技术是制作纳米结构的基础，具有重要的应用前景。文章介绍了几种极有潜力的下一代纳米光刻技术，包括极紫外光刻技术、电子束光刻技术、纳米压印光刻技术的新途径、发展现状和关键问题，最后讨论了纳米光刻技术的应用前景。     

纳米压印加工技术发展综述

纳米技术是一项有望为21世纪人类生活的各个方面带来革命的技术。纳米技术不是在一夜之间产生出来的；它是在业已发展多年的、为我们带来了微芯片和其它微米产品的基础上产生的。任何纳米技术均依赖通过纳米加工技术将物体加工至纳米尺度。许多具有100纳米以下加工能力的技术已被开发出来。纳米压印技术就是其中的一项很有希望的技术；它具有低成本、高产量和高分辨率的特点。本文对纳米压印技术的发展进行了综述，描述了纳米压印的基本原理，然后对近年的新进展进行了介绍，并特别强调了纳米压印的产业化问题。我们希望这篇综述能够引起国内工业界和学术界的关注，并致力于在中国发展纳米压印技术。     

我国制造科学的跨世纪发展战略与策略研究

本文阐述在新的国际政治，经济，科技形势下，制造业及先进制造技术在国民经济中的重要地位和作用；阐述２０世纪制造技术和制造科学的新发展；论述先进制造技术基础理论体系的建立将对发展先进制造技术起先导性，持久性和战略性的作用；提出跨世纪发展我国制造 战略指导思想，战略目标以及发展策略。     

基于原子力显微镜的阳极氧化技术及其在碳纳米管氧化切割与焊接中的应用

探针阳极氧化是构建纳米结构，制造纳米器件的重要技术之一，本文对该技术中基于原子力显微镜（AFM）的阳极氧化进行了新的研究．通过对氧化加工中微观电场在基底表面分布情况进行模拟，分析了氧化结构的特征与电场分布的关系，通过实验研究分析了不同加工因素对氧化加工的影响．在这些研究基础上利用AFM阳极氧化技术实现了对碳纳米管（CNT）的氧化切割及焊接，为CNT基纳米器件的装配及制备提供了新的技术途径．     

大面纳米积压印揭开式脱模建模与模拟

大面积纳米压印是一种高效、低成本和批量化制造大面积微纳米结构的方法,已经被看作最具有工业化应用前景的微纳米制造方法之一.脱模是当前大面积纳米压印所面临的最大挑战性问题,是制约大尺寸晶圆级纳米压印进入工业化应用最大的瓶颈.＂揭开＂式脱模已经被认为是实现大面积纳米压印最为有效的一种脱模方法,本文开展了大面积纳米压印揭开式脱模理论建模和数值模拟的研究.基于应变能法,并结合脱模过程中能量的守恒,建立了＂揭开＂式脱模预估脱模力理论模型.以光栅图形垂直式脱模为例,建立了目前工业界广泛采用的气体辅助揭开式脱模在脱模过程中所需气压脱模力理论模型.利用ABAQUS工程模拟软件,揭示了模具材料特性、特征图形几何参数对于＂揭开＂式脱模影响规律.该研究为大面积纳米压印工艺奠定重要理论基础,并为晶圆级纳米压印工艺优化和压印装备开发与性能的改进提供理论基础和方向性指导.     

专家称2005年全球电子工业进入纳米时代

法国国家科研中心主任研究员、中国科学院海外评审专家王肇中博士日前在接受记者采访时说，随着电子工业技术的提高，2005年全球电子工业加工精度将达到100纳米，从而普遍进入纳米时代。     

常温纳米压印软模具变形机理研究

通过对软模具变形的理论分析、数值模拟和实验验证的系统研究，以期揭示模具变形的机理、规律和关键影响因素，为探索减小模具变形策略和方法，提高纳米压印复型精度奠定理论基础，以实现高保真度纳米或亚纳米图型的转移．     

铝锂合金高速铣削表面完整性实验研究

铝锂合金密度低、比强度高、比刚度高等优良特性使得其成为新一代航空航天飞行器的主要结构材料.飞机蒙皮作为维持飞机外形的主要结构件,在飞机起飞降落过程中承受舱内外压差变化所引起的交变载荷作用,因此对于蒙皮结构零件的疲劳强度要求十分苛刻.零件的疲劳裂纹萌生往往是从表面的微观缺陷开始,并且表层以及亚表层的力学状态将影响裂纹萌生以及扩展速度.表面完整性包括表面的几何轮廓、显微硬度、金相组织、残余应力等,这些因素综合影响着零件的疲劳性能.与此同时,表面完整性表征参数与被加工材料属性、热处理状态以及加工工艺等具有密切的联系.研究了铝锂合金的机械铣削加工工艺对于其表面完整性的影响.传统蒙皮结构加工往往采用化学铣削的方法进行,占用厂房面积大,污染严重,废液处理费用高等,不符合现代可持续绿色制造的理念.目前对于铝锂合金的超塑成形工艺研究较多却鲜见有相关铝锂合金切削表面完整方面的相关研究.研究在干切情况与液氮冷却情况下切削三要素以及上一道滚压工艺对于表面完整性的影响,通过正交试验的方法全面考察了工艺参数对于表面形貌各个指标、表层亚表层金相组织以及残余应力的影响权重,并且验证了其显著性.比较了干切与液氮低温切削情况下表面形貌以及残余应力状态的异同点,验证了液氮冷却切削对于铝锂合金表面完整性提升的有效性,为提高铝锂合金疲劳性能提供了实验依据.     

面向航空协同制造的工业互联网架构研究与应用

当前新一代信息技术与制造业的深度融合,正驱动着传统制造业的数字化、智能化转型发展及业务模式的深刻变革.航空装备研制过程具有跨时空域、跨产业链、跨多主体高效协同的典型特征,是一项复杂的系统工程,构建面向航空复杂装备协同制造的工业互联网平台,既是满足当前航空复杂装备高效研制的必要手段,也是以新模式驱动航空制造数字化转型的重...     

不同直径ZnO纳米锥阵列的可控合成及其发光特性

通过锌片与3mol/L丁胺水溶液在100～180℃水热反应12h直接在锌片上原位生长出ZnO纳米锥阵列.利用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对产物进行了表征和分析.结果表明,所制备的ZnO纳米锥为六方纤锌矿结构,生长方向为[0001].通过反应温度的改变制备出了不同直径ZnO纳米锥组成的阵列.研究了ZnO纳米锥的生长过程,提出了可能的生长机理,解释了所观察到的实验现象.研究了ZnO纳米锥阵列的光致发光特性,观察到了分别起源于自由激子发射和激子-激子碰撞的396和377nm的紫外光发光峰和2-E2声子复制.     

块体纳米磁性材料研究进展及展望

介绍了块体纳米磁性材料的形成机理,制备方法及工艺,分别对软磁和永磁两体系中的纳米磁性材料与传统磁性材料的磁性能进行了对比,并对今后块体纳米磁性材料的研究方向及发展前景进行了展望。     

微米、亚微米与纳米超细晶粒钢的研究进展

晶粒尺寸＜10μm的超细晶粒钢具有高强度和优异的韧性从而成为先进结构材料的研发热点之一.本文介绍了国内外微米级、亚微米级和纳米级超细晶粒钢研究的最新进展,并从工业应用角度简要分析了制约超细晶粒钢应用的组织稳定性和塑性稳定性等问题.指出,对现有制备方法的改进和完善以及更先进工艺的创新,是未来超细晶粒钢研究的关键内容.     

面向AFM的纳米目标快速重定位方法

原子力显微镜（atomic force microscope,AFM）具有极高的观测分辨率和作业精度,在纳米材料表征与纳米器件组装方面发挥了不可替代的作用.AFM工作区域的选取依赖于光学显微镜,受可见光波波长的限制,光学显微镜的分辨率一般不超过200 nm,这导致光学显微镜无法有效辨识AFM观测目标样本所在的区域.当样本被移动或者更换AFM扫描探针引起样本与探针针尖的相对位置发生变化时,如何重新将AFM探针精确定位到原观测/操作区域具有非常大的挑战性.本文研究提出了一种新的免标记探针重定位方法,综合考虑了样本角度旋转与位置偏移两个因素,首先利用光学显微镜选取样本基底上易于识别的自然特征作为参照点,基于坐标变换原理实现微米级精度的探针盲定位,进而通过AFM扫描图像的匹配获得X-Y水平方向的位置偏差,通过修改AFM的扫描参数实现纳米目标的原位快速精确重定位.该方法的优点在于不需要在纳米目标样本操作区域上制作特殊的标记,操作过程简单、定位快速、定位范围较广且具有极高的重定位精度.对纳米小球、单壁碳纳米管（single-walled carbon nanotubes,SWCNTs）、纳米划痕等样本的重定位实验验证了该方法的实用性和高效性.     

纳米级高速研磨技术

取固着磨料浮动研磨中的工件为分离体, 对其进行力学分析, 建立受力微分方程, 求出其受力和运动规律, 并结合已知的磨具运动, 求出二者间的相对运动规律, 根据它们的相对运动轨迹合理地设计磨料的密度分布, 使磨具均匀磨损, 避免了修整磨具的麻烦, 节约了磨料, 提高了加工精度, 结合固着磨料高速研磨的优点, 实现了低成本、高效率纳米级高速研磨.     

非晶金刚石纳米棒阵列制备及其场发射性能

采用磁过滤等离子体结合氧化铝模板技术制备了具有优异场发射性能的非晶金刚石纳米棒阵列膜. 显微分析表明, 阵列棒分布均匀, 棒密度达10⁹ cm^–2. 场发射性能测试表明, 其最低阈值电场为0.16 V/μm, 在2 V/μm较低电场值下可获得最大电流密度180 mA/cm², 并且发射电流在长时间内非常稳定. 利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)和场发射测试装置等手段对样品的形貌、内部结构以及场发射性能进行表征. 初步探讨了非晶金刚石纳米棒阵列场发射机理.     

基于纳米粒子的超声速流动成像

由于超声速流动受到可压缩性、激波、不稳定性以及湍流等因素的影响, 现有流动显示与成像技术在流场结构的高时空分辨率和高信噪比测量中存在一定的问题. 为此, 本文提出了基于纳米粒子的平面激光散射技术（NPLS）, 该技术以纳米粒子作为示踪粒子, 以脉冲平面激光作为光源, 通过CCD记录流场中的粒子图像实现超声速流动的高分辨率成像. 根据多相流体动力学理论和斜激波校准实验研究了纳米粒子在超声速流动中的跟随性问题. 根据光散射理论深入分析了影响纳米粒子散射光强的各种因素. 理论和实验研究结果表明, 纳米粒子的动力学行为和光散射特性大大提高了NPLS技术的时空分辨率和信噪比, 能够再现激波、膨胀波、马赫盘、边界层、滑移线和混合层共存的精细流场结构.     

先进材料与高性能零件快速凝固激光加工研究进展

金属材料快速凝固激光表面加工与高性能金属零件快速凝固激光成形技术,是材料科学与工程及先进制造技术交叉学科前沿热点研究领域之一.本文介绍了作者所在实验室近年来在先进高温耐磨耐蚀金属间化合物多功能涂层新材料快速凝固激光熔覆合成/制备技术、钛合金及高温合金等高性能金属零件快速凝固激光成形技术等领域的研究进展,主要内容包括:激光熔覆高温耐磨耐蚀多功能金属间化合物涂层、钛合金及高温合金高性能零部件激光快速成形、难熔高活性金属材料及定向生长柱状晶钛合金激光约束熔铸成形技术等.     

绿色气相防锈材料的研究与展望

本文对气相缓蚀剂的原理和发展进程作了系统性阐述.概括了气相缓蚀剂缓蚀机理和分子结构方面的研究现状,并对气相防锈材料的加工成型和应用技术进行了归纳总结,展望了该技术领域内气相缓蚀剂技术的研究方向.