先进制造技术3生物制造与微纳制造.ppt

1. 生物制造系统正在形成 2. 生物制造的发展前景 1. 生物制造的概念 2. 生物制造的内容 3. 生物制造工程的研究方向 1）生物组织和结构的仿生 2）生物遗传制造 3）生物控制的仿生 （2）生物成形制造 1）生物去除成形 2）生物约束成形 3）生物生长成形 1. 生物计算机 2. 可使盲人重见光明的“眼睛芯片” 3. 个性化人造器官 3. 个性化人造器官 3. 个性化人造器官 3. 个性化人造器官 3. 个性化人造器官 3. 个性化人造器官 3. 个性化人造器官 3. 个性化人造器官 复习思考题 微纳制造的发展 微纳制造的发展 微系统的关键技术 纳米加工技术 1）光刻电铸（LIGA）技术 2）半导体加工技术 3）集成电路（IC）技术 4）超微机械加工和电火花线切割加工 5）键合技术 6）分子装配技术 微纳制造应用案例 微纳制造应用案例 1. 电子束光刻加工技术 2. 微型机械昆虫 3. 世界最小的微型机械人 4. 以微型加工技术制造的机械耳蜗 5. 微型机械零件“自组织化”装配技术 6. 纳米生物科技-分子马达 7. 纳米齿轮 Nano Gear 8. 原子操纵术 8. 原子操纵术 9. 纳米材料的莲花效应 9. 纳米材料的莲花效应 工艺过程： ①采用深层同步辐射光刻，涂覆光致抗蚀剂（图a），经X射线曝光蚀刻出图形（图b）； ②电铸，以曝光蚀刻的图形实体作为电铸用胎模，用电沉积法在胎模上沉积金属（图c），生成微铸件（图d） ③注射成形，以微铸件为模具，即可加工所要求的微零件（图e）。 纳米加工技术 LIGA法的工艺过程 a）涂覆光致抗蚀剂 b）X射线曝光蚀刻 c）电铸 d）微铸件 e）注射成形零件 d） 半导体加工技术即半导体表面和立体的微细加工，指在以硅为主要材料的基片上进行沉积、光刻与蚀刻的工艺过程。半导体加工技术使微系统的制作具有低成本、大批量生产的潜力。 纳米加工技术 集成电路（IC）技术是一种发展十分迅速且较成熟的制作大规模电路的加工技术，在微机械加工中使用较为普遍，是一种平面加工技术。但该技术的刻蚀深度只有数百纳米，且只限于制作硅材料的零部件。 纳米加工技术 用小型精密金属切削机床及电火花、线切割等加工方法，制作毫米级尺寸左右的微机械零件，是一种三维实体加工技术，加工材料广泛，但多是单件加工、单件装配，费用较高。 纳米加工技术 键合技术是一种把两个固体部件在一定的温度与电压下直接键合在一起的封装技术，其间不用任何粘接剂，在键合过程中始终处于固相状态。 纳米加工技术 20世纪80年代初发明的扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microsoft，STM）以及后来在STM基础上派生出来的原子力显微镜（Atomic Force Microsoft，AFM），使观察分子、原子的结构从宏观世界进入了微观世界。利用其探针的尖端可以俘获和操纵分子和原子，并可以按照需要拼成一定的结构，进行分子和原子的装配制作微机械。 纳米加工技术 目前，集成电路已经从20世纪60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约10亿个器件，其集成度每3年提高4倍。这一增长速度不仅导致了半导体市场在过去30年中以平均每年约15%的速度增长，而且对现代经济、国防和社会也产生了巨大的影响。集成电路之所以能飞速发展，光刻技术的支持起到了极为关键的作用。 1.电子束光刻加工技术 电子束光刻的原理如图所示，在由掩膜（其上有所需集成电路图形）、光致抗蚀剂涂层和半导体基片构成的三层材料上，利用电子束透射掩膜，照射到光致抗蚀剂涂层上，由于化学反应，经显影后，在光致抗蚀剂涂层上就形成与掩膜相同的所需线路图形。随之，在基片上形成电路有两种处理办法：①用离子束溅射去除，可得到凹形电路。②用金属蒸镀方法，可形成凸形电路。 1.电子束光刻加工技术 微纳制造应用案例 电子束光刻加工过程 根据非稳定速度模式的气动学原理，制造了只有 25 毫米宽 (从一翼端至另一翼端) 的微型机械昆虫。 这机械昆虫有类似同类生物的灵活胸腔结构，并在其中置有压电致动器，可作有力及高频率的振翅动作，只要装上锂电池或太阳能充电电池，便能像自然界中的昆虫一样自动不停的飞翔。 微纳制造应用案例 世界最小的微型机械人，其只有1/4立方寸，体重小於1盎司。利用这种微型机械人帮助侦查地雷、化学及生物武器的所在；可爬进建筑物的管道，找出化学品甚至人类所在，并将有关信息传送到指挥中心；科学家还可以部署一群微型机械人，进行不同的任务，比体积大的机械人更灵活和有弹性。 微纳制造应用案例 耳蜗里的听觉毛细胞可以感测到在淋巴液内移动的声波，并且将声波转换为