纳米技术在机械中的应用.docVIP

浅谈纳米技术在机械领域中的应用 戚景勇 相对于传统机械而言、微型机械具有体积和质量小、能耗低、集成度和智能化程度高等特点。应当强调的是,微型机械并不是传统机械的简单微型化,它远远超出了传统机械的概念和范畴,而是基于现代科学技术,并作为整个纳米技术的重要组成部分,在一种崭新的思维方法指导下的产物。微型机械在尺度、结构、材料、制造方法和工作原理等方面,都与传统机械截然不同,因而微型机械学的学科基础、研究内容和研究手段等,也与传统机械学不同,而具有独特的学科系统,构成一门崭新的学科。20世纪90年代初兴起的纳米技术,被认为是21世纪科技发展的前沿,它指的是加工精度或尺寸为0.1~100nm量级的制造技术的总称。纳米技术是现代物理和先进技术相结合的产物,是包含材料、加工、微细加工日本发那科公司开发的能进行车、铣、磨和电火花加工的多功能微型精密加工车床（FANUCROBO nano Ui型），可实现5轴控制，数控系统最小设定单位是1nm（10-3μm）。该机床设有编码器半闭环控制，还有激光全息式直线移动的全闭环控制。编码器与电机直联，具有每周6 400万个脉冲的分辨率，每个脉冲相当于坐标轴移动0．2nm，编码器反馈单位为1／3nm，故跟踪误差在±1／3nm以内。直线分辨率为1nm，跟踪误差在±3nm以内。CNC装置采用FANUC－16i，实现AInano轮廓控制。并用FANUCSERVOMOTORαi伺服电机装上高分辨率检测装置及αi系列伺服放大器，实现了微细加工。?微型机器人在工业制造领域，微型机器人可以适应精密微细操作，尤其在电子元器件的制造方面。美国迈特公司的研究人员最近设计出一种用于组装纳米制造系统的微型机器人，这种机器人的长度约为5mm。研究人员称，假设能利用纳米制造技术使这种机器人的体积不断缩小，其最终的体积不会超过灰尘的微粒。日本三菱公司也开发了一种微型工业机器人，该机器人采用了5节闭式连杆机构，实现手臂的轻量化与高刚性，其动作速度及精度完全可以赶上专用机器人。往复上下方向25mm，水平方向100mm的拾取动作，所需时间缩短到0．28s。另外，通过采用闭式连杆机构与高刚性减速机，实现了比以往机器人高10％的位置重复精度（±5nm），可适用于精密微细操作。我国在微型机器人的研制方面也取得了可喜的成绩。据媒体报道，由哈尔滨工业大学研制的这种机器人，其操作精度达到了纳米级，可以应用于分子生物学基因操作，能够对细胞和染色体进行“手术”，并能在微电子、精密加工等精度要求较高的领域一显身手。此外，天津大学在国家863高技术计划的支持下，也研制成功了微型操作机器人，可以用于对微米级的细胞、胚胎、染色体实施操作。中国农业科学院已利用这种机器人成功实行了对植物细胞染色体的切割操作，一些医学科研部门正在利用它进行转基因实验。微型电机美国俄亥俄州克利夫西卡塞大学已建立了一所纳米级微型电机实验室，专门研究纳米技术及其超微机电系统。美国加利福尼亚大学伯克利分校研制的微型电动机，小到只能在显微镜下才能看得见的程度。德国汽车零件制造商博士公司正在研制纳米技术传感器，这种传感器将为人们提供关于汽车上每个车辆在三维空间中运动的精确信息。当微型传感器探测到速度骤减时，就会自动释放安全气囊。纳米分子电动机美国IBM公司瑞士苏黎士实验室与瑞士巴塞尔大学的研究人员发现DNA能够被用来弯曲直径不及头发丝的五十分之一的硅原子构成的“悬臂”。上下弯曲，顶端则粘有单股DNA链。DNA自然形成双螺旋结构，双链被分开后，它们会力图重新组合。当研究人员将带有单股DNA链的“悬臂”置于含有与之对应的单股DNA链的溶液中，这两个链就会自动配对结合在一起，小“悬臂”在这种力的作用下开始弯曲。研究人员利用这种生物力学技术制造带有纳米级阀门的微型胶囊（纳米分子电动机）。通过控制这种驱动力来控制阀门的开合，可以将精确剂量的药物传送到身体的需要部位来达到治疗的目的。微型机械,作为跨世纪的新型机械已经引起了世界各国的广泛重视。纳米技术的兴起和迅速发展,使微型机械的研制与应用成为可能。纳米技术与微型机械被称作是21世纪的核心技术。现如今美国、日本、德国、法国、瑞典、荷兰和瑞士等国家都在积极开展这方面的研究与开发,我国对纳米技术与微型机械的研制也极为重视,并取得了一定的成果。参考文献：?［1］向春礼．纳米科技及其发展前景［J］．新材料产业，2001（4）：8－11．?［2］王新林．金属功能材料的几个最新发展动向［J］．新材料产业，2001（4）：19－24．?［3］万乃建．21世纪数控技术新面貌［J］．机械制造，2001，15（20：24－26．?［4］杨大智．智能材料与智能系统［M］．天津大学出版社，2000．?［5］贡长生，张克立．新型功能材料［M］．化学工业出版社，2001.(en