許衛(wèi)國

(中國平煤神馬能源化工集團有限公司，河南 平頂山 467099)

20世紀80年代末至90年代初興起的納米技術，被公認為是2l世紀最具有前途的科研領域。雖然納米科技主流技術全面進入產(chǎn)業(yè)化可能還需要相當長的時間，但是在納米材料等領域已經(jīng)有一些技術正在進入產(chǎn)業(yè)化時代。納米技術的出現(xiàn)解決了機械制造產(chǎn)品加工精度從微米級提高到納米級的問題，因而納米技術在制造業(yè)具有廣泛的應用前景。我國是一個制造大國但不是制造強國，研究納米技術的技術原理及其在制造領域的具體應用，對于我國制造業(yè)做大休憩強具有重要意義。

一 納米加工技術的提出

(一)納米加工技術的物理解釋

納米是一個幾何計量單位，納米技術是以納米材料為茂盛的。納米材料是指幾何單位在lOOnm以內，具有特殊性能的材料。納米技術是指在100nm以內研究原子、分子結構及相互作用，并加以應用的技術。材料在納米層級會產(chǎn)生新的物理特性，這一特性為人們在現(xiàn)有材料的基礎上可以生產(chǎn)一些新材料。根據(jù)基礎材料在納米層級上表現(xiàn)出來的物理特性制造出來的產(chǎn)品叫做納米產(chǎn)品。在納米技術的支持下，機械產(chǎn)品加工方式出現(xiàn)了質的飛躍。與傳統(tǒng)的切削、磨削等加工模式不同，納米加工技術直接以工件表面的原子和分子為對象。從物理學意義上講，納米加工就是改變原子間的結合。這就需要有超乎原子結合能量的能量，因此納米加工主要是利用光子、離子等基本能子的運動所產(chǎn)生的能量進行加工，通過這些能子對加式對象原子結構的撞擊，從原子間尋找縫隙，從而使原子出現(xiàn)分離，達到加工的目的。

(二)工件精度要求推動了納米加工技術的發(fā)展

納米技術的顯著效果之一是改變了傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品的物理單位，將毫米進化為納米。納米技術應用在機械中，可以大大降低機械的體積，從而可以生產(chǎn)出各種各樣的新型機械。隨著機械制造技術的發(fā)展，對機械加工的精度要求越來越高。但是，加工精度的提高通常要依賴于工作母機自身的加工精度。也就是說，工作母機的精度應當高于工件的精度，因為母機在工作過程中會出現(xiàn)誤差。為了保障精度，要求母機在工作過程中必須保持超穩(wěn)定的工作環(huán)境，為此需要采用隔離和平衡等技術措施消除加工過程中的不穩(wěn)定因素。但是，母機在工作過程中，工藝系統(tǒng)的受力和受熱變形是不可避免的，因而超穩(wěn)定的工作狀態(tài)只是相對的，因而母機的加工精度，根本無法補償其在工作過程中產(chǎn)生的精度損失。因此，納米加工只能另尋出路，采用光、電等基本粒子加工技術取代傳統(tǒng)的機械加工技術。

二 納米加工技術方法

(一)電子束加工技術

電子束加工技術的基本原理是通過對電子進行加速提高其動能，然后借助于電子束的能量對工件進行沖擊，從而使工件表面或內部的原子與原子之間由結合狀態(tài)改變?yōu)榉蛛x狀態(tài)，從而完成對工件的加工過程。具體而言，首先對電子進行加速，使其聚焦成很細、能量很大的束流，能夠擊進工件的表面，穿透層表面的原子，然后將動能轉化為熱能，使工件熔化和汽化，從而將其中的部分原子抽走，實現(xiàn)打孔、切割等工藝。

(二)離子束加工技術

離子束加工技術的基本原理是通過對進行離子加速，將離子的動能直接傳遞并轉化為工件原子的動能，使其能量大于原子間結合的能量，使其能夠從工件表面逃逸出去，從而達到加工的目的。

(三)激光束加工技術

激光束加工技術的基本原理是通過對光子的頻率和和波長和調整，使其具務足夠的能量熔化、汽化、去除工件的原子，從而達到加工的目的。

三 納米技術在微機電系統(tǒng)的應用

現(xiàn)代精密生產(chǎn)、航天、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展引領了微機電系統(tǒng)的發(fā)展，例如:人體管道自動檢測裝置所需的微型齒輪、電機、傳感器和控制電路等的制造必須依賴于微型技術，而領域納米技術為微型機械的制造提供提供了強大的技術支撐。

(一)微型軸承

機械在工作過程中，各部件之間的協(xié)作主要是借助于軸承來聯(lián)動的。但是軸承也存在摩擦，只能靠潤滑來減少摩擦的程度。在微電機系統(tǒng)中，各部件體積微小，減低摩擦力顯得尤為重要。納米技術最顯著的特性之一是其擦性能。美國科學家運用納米技術研制出了幾乎沒有摩擦納米軸承，能夠作為微型裝置的重要元件。這種納米軸承與通常制造的微型機械的軸承相比，摩擦力僅為其最小值的千分之一。

(二)微型電機

美國加利福尼亞大學伯克利分校研制的微型電機，小到只能在顯微鏡下才能看得見的程度。德國汽車零件制造商博士公司正在研制納米技術傳感器，這種傳感器將為人們提供車輛在三維空問中運動的精確信息。當微型傳感器探測到速度驟減時，就會自動釋放安全氣囊。

(三)智能機械

美國密歇根韋思大學醫(yī)學院生物分子信息小組，利用BR蛋白質和發(fā)光染料分子研制具有電子功能的蛋白質分子集成膜.這是一種新型邏輯元件。美國錫拉丘茲大學也利用BR蛋白質研制模擬人腦聯(lián)想能力的中心網(wǎng)絡和聯(lián)想式存儲裝置。

四 結束語

制造技術是一個國家國際競爭力的重要標志之一，建立在制造技術基礎之上的制造業(yè)一般是一個國家的支柱產(chǎn)業(yè)，它的生產(chǎn)總值可以占到一個國家GDP的百分之二十左右。經(jīng)過持續(xù)多年的經(jīng)濟增長，我國已經(jīng)成為了制造大國，但遠遠還不是制造強國。回顧世界科技發(fā)展的歷史，大約每一百年左右就會出現(xiàn)一次大的科學技術革命。著名科學家錢學森曾經(jīng)預言:“納米和納米以下結構是下一階段科技發(fā)展的一個重點，會是一次革命”。所以，二十一世紀將是以納米為代表，并由納米主導的技術革命。在新的一次產(chǎn)業(yè)革命到來之際，為我國制造業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)與機遇。我應不失時機地抓住這次機遇，加大科技投入和研發(fā)力度，加快科技創(chuàng)新步伐，引領科技潮流，爭取早日使我國由一個制造大國轉變?yōu)橐粋€制造強國。

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