本书介绍了以机械-化学方法为主要加工手段，在单晶硅表面制造形状、位置和功能可控的自组装微纳结构技术，分析了硅表面可控自组装微纳结构的形成机理，建立了可控自组装微加工系统。为了获得较好的机械刻划表面，分别使用有限元仿真和分子动力学仿真技术模拟和分析了金刚石刀具对单晶硅表面进行切削的过程，并针对仿真结果，分析了刀具几何参数和切削参数对切削过程的影响，确定了最佳刀具几何参数和最优切削参数。同时，利用建立的微加工系统，在单晶硅表面制备了自组装微纳结构，进行了微观的摩擦性能和黏附性能检测，从微观角度为硅表面的功能性微纳结构在MEMS／NEMS中的应用提供了依据。 本书适合从事超精密加工技术、微纳制造技术研究的科研工作者、工程技术人员或高校教师、研究生、本科生阅读。

前言
第1章 绪论
1.1 硅表面微纳结构加工技术
1.1.1 “自上而下”的刻蚀技术
1.1.2 “自下而上”的自组装技术
1.2 机械-化学方法制备功能化纳米结构
1.2.1 硅表面可控自组装微纳结构制造技术
1.2.2 硅表面可控自组装微纳结构的模拟计算
1.3 单晶硅表面超精密切削的有限元仿真发展现状
1.4 单晶硅超精密切削的分子动力学仿真发展现状
1.5 硅表面功能化自组装膜及其性质
1.5.1 自组装膜的纳米机械摩擦性能检测
1.5.2 硅表面自组装膜的功能化
参考文献
第2章 硅表面可控自组装的反应机理分析及微加工工艺
2.1 硅表面可控自组装微纳结构反应机理分析
2.2 量子化学模拟的理论基础
2.2.1 局域密度近似和广义梯度近似
2.2.2 赝势
2.3 模型的建立和计算方法
2.3.1 建立模型
2.3.2 计算方法
2.4 计算结果和讨论
2.4.1 键角和键长
2.4.2 晶面能量
2.4.3 化学键布局
2.5 微加工系统的建立
2.5.1 微加工系统的原理
2.5.2 微加工系统各组成部分介绍
2.6 微结构加工工艺研究
2.6.1 刀具的选取
2.6.2 微结构加工的主要步骤
2.6.3 加工过程中刻划力的影响
2.6.4 典型微结构的加工
参考文献
第3章 单晶硅机械刻划有限元理论及模型建立
3.1 切削的基本理论
3.1.1 切削变形区
3.1.2 超精密切削机理及最小切削厚度
3.2 有限元法概述
3.3 非线性有限元基础与求解方法及迭代的收敛判据
3.3.1 非线性有限元基础
3.3.2 非线性有限元的求解方法及迭代的收敛判据
3.4 Marc超精密切削的有限元建模
3.4.1 建立超精密切削的几何模型
3.4.2 建立刀具和工件的材料模型
3.4.3 建立接触摩擦模型
3.4.4 边界条件的定义
3.4.5 建立切屑的分离模型
3.4.6 热机耦合
参考文献
第4章 单晶硅机械刻划过程的有限元仿真
4.1 切屑形状的研究
4.1.1 切屑形成机理的研究
4.1.2 刀具几何参数对切屑形状的影响
4.1.3 切削参数对切屑形状的影响
4.2 单晶硅精密切削中的切削力分析
4.2.1 切削力随时间的变化规律
4.2.2 刀具几何参数对切削力的影响
4.2.3 切削参数对切削力的影响
4.3 单晶硅精密切削中的应力场分析
4.3.1 单晶硅应力场的分布
4.3.2 刀具几何参数对应力的影响
4.3.3 切削参数对应力的影响
4.4 单晶硅精密切削中的温度场分析
4.4.1 单晶硅超精密切削的切削温度场
4.4.2 刀具几何参数对切削温度的影响
4.4.3 切削参数对切削温度最大值的影响
4.5 单晶硅纳米加工的三维仿真
4.5.1 三维有限元建模
4.5.2 单晶硅晶面的选择
4.5.3 单晶硅微纳结构加工过程的有限元仿真
参考文献
第5章 单晶硅超精密切削的分子动力学仿真分析
5.1 分子动力学仿真方法及步骤
5.1.1 分子动力学仿真的基本思想和理论
5.1.2 周期性边界条件
5.1.3 分子动力学系统的运动方程
5.1.4 积分算法与势函数
5.1.5 系综概念
5.1.6 时间步长
5.1.7 分子动力学仿真步骤
5.2 仿真模型的建立
5.3 单晶硅切削过程的仿真分析
5.3.1 仿真模拟参数设定
5.3.2 弛豫分析
5.4 切削物理参数分析
5.4.1 原子间势能分析
5.4.2 切削力分析
5.5 单晶硅纳米切削机理分析
5.6 加工参数对硅表面切削过程的影响
5.6.1 切削深度对仿真结果的影响
5.6.2 切削速度对仿真结果的影响
5.6.3 刀具前角对仿真结果的影响
5.6.4 刀尖形状对仿真结果的影响
参考文献
第6章 硅表面可控自组装微纳结构制造
6.1 实验设备及材料
6.1.1 实验设备
6.1.2 实验基片、药品及试剂
6.2 硅表面可控自组装微纳结构的制造方法
6.2.1 硅片的预处理
6.2.2 芳香烃重氮盐溶液的配制
6.2.3 利用CCD放大系统和微测力仪对刀
6.2.4 微加工结束后的处理
6.3 可控自组装微纳结构的检测与表征
6.3.1 微观形貌的表征
6.3.2 组成元素的分析
6.3.3 结构和成键类型的分析
6.4 影响硅表面自组装膜质量的多因素分析
6.4.1 不同切削刀具对成膜质量的影响
6.4.2 切削力对表面加工质量的影响
6.4.3 刀具切削速度对表面加工质量的影响
6.4.4 组装时间对自组装膜的影响
6.4.5 溶液浓度对自组装膜质量的影响
参考文献
第7章 硅表面可控自组装微纳结构的纳米力学性能检测
7.1 对自组装膜表面接触角的测量与分析
7.1.1 接触角及其基础理论
7.1.2 接触角检测方法及接触角仪系统简介
7.1.3 接触角的测量和结果分析
7.2 利用AFM检测纳米摩擦性能
7.2.1 基于AFM建立摩擦性能测试系统