刘万生 张平媛

近日，大连理工大学张振宇教授及其博士生王博、崔俊峰等承担国家自然科学基金委创新研究群体“精密制造理论与技术基础研究”在硅的变形诱导制造新型纳米结构方面取得重要进展，在《纳米通讯》(Nano Letters) 期刊发表文章。

硅主导了消费电子、太阳能电池、光伏产业、半导体器件，成为世界上最大的产业-电子工业的基础。纳米结构的性能相对于块体材料得到了明显的改善，因此硅的变形诱导纳米结构在过去的50年中受到了广泛关注和研究。目前的变形诱导方法主要是金刚石砧板、压缩、划擦、弯曲、纳米压痕和纳米划擦。金刚石砧板是采用静水压力的准静态方法加载。划擦的切削速度为2.67-10 mm/s，在微米尺度而不是纳米尺度表征硅的显微结构的变化。纳米划擦的速度是0.4μm/s，纳米压痕在空气中和原位透射电镜中的速度分别为8和60 nm/s，透射电镜原位纳米力学弯曲加载的速度为10-30 nm/s，压缩的速度为2-4 nm/s，拉伸的速度为5 nm/s。高性能硅器件的加工和制造加载速度为15-18 m/s，使目前的变形诱导制造纳米结构的方法与实际的加工速度相差3-10个量级。

针对这个难题，大连理工大学自行设计制造了刃口半径为2.5μm、投影角为140.7°的单颗磨粒金刚石刀具，研制了单颗磨粒纳米深度超精密磨削装备，实现了磨削速度为40.2 m/s的单颗磨粒纳米深度超精密磨削试验新方法，在切削深度为33 nm的时候加工出含有非晶、新的四方相、滑移带、孪晶超晶格和单晶的新型纳米结构。

新型纳米结构的不同显微结构具有不同的力学、电学和光学性能，在晶体管、IC、二极管、太阳能电池、能量存储系统、MEMS和NEMS领域具有潜在应用价值，并为新型高性能器件与装备的设计制造提供了新的思路。