精密测量及纳米技术课件.ppt

1、先进制造工程学先进制造工程学精密测量及纳米技术精密测量及纳米技术Precision Measurement and Nano-Technologies 精密测量的意义及其发展精密测量的意义及其发展 表面测试计量仪器表面测试计量仪器 虚拟仪器虚拟仪器 纳米计量和纳米技术纳米计量和纳米技术 遥感遥控测量遥感遥控测量微小卫星微小卫星 仿生测量仿生测量 没有测量就没有科学没有测量就没有科学 （门捷列也夫）（门捷列也夫） 只要测得出，就一定可以做得只要测得出，就一定可以做得 出（工人对测量与制造关系的精出（工人对测量与制造关系的精 辟论断）辟论断） 测量是测量是“顶天立地顶天立地”的科技的科技 （李柱）

2、（李柱）举世公认最高科学桂冠举世公认最高科学桂冠 诺贝尔自然科学奖：物理学、化学、生诺贝尔自然科学奖：物理学、化学、生理医学理医学发现发现通过测量通过测量发明发明测量方法，测量仪器测量方法，测量仪器“顶天顶天”-”-测量是尖端测量是尖端 科学和高科技的基础科学和高科技的基础 发现发现X X射线射线 发现天然放射性现象发现天然放射性现象 发现黑色物体的热辐射发现黑色物体的热辐射 发现膨胀系数低的镍钢合金与镍铁合金发现膨胀系数低的镍钢合金与镍铁合金 发现电子的波动性发现电子的波动性诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖 发现发现通过测量，举例：通过测量，举例： 发现中子发现中子 发现正电子发现正电子 发现宇

3、宙射线发现宇宙射线 晶体中的电子的衍射现晶体中的电子的衍射现 发现发现 J J 粒子粒子 发现宇宙的微波背景辐射发现宇宙的微波背景辐射 发现氦、氖、氙、氪发现氦、氖、氙、氪 发现镭发现镭RaRa和镤和镤PaPa 发现重氢（氚）发现重氢（氚） 发现核裂变发现核裂变 发现结晶酶发现结晶酶诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖 发现发现通过测量通过测量, 举例：举例： 发现血清蛋白的多种性质发现血清蛋白的多种性质 发现钚发现钚PuPu及其他元素及其他元素 高分子化学上的多种发现高分子化学上的多种发现 发现胰岛素分子结构发现胰岛素分子结构 发现白喉抗毒血清发现白喉抗毒血清 发现结核菌及结核菌苗和免疫发现结核菌及结核

4、菌苗和免疫性有关的发现性有关的发现 胰岛素的发现胰岛素的发现 发现致癌寄生虫发现致癌寄生虫 发现人的四种血型发现人的四种血型诺贝尔生理医学奖诺贝尔生理医学奖 发现发现通过测量，举例：通过测量，举例： 发现维生素发现维生素K K 发现青霉素发现青霉素 发现杀虫剂发现杀虫剂D.D.T.D.D.T. 发现肿瘤病毒发现肿瘤病毒 发现大脑半球职能分工和视系统的信息发现大脑半球职能分工和视系统的信息加工加工 发明分光仪和对光速的测定发明分光仪和对光速的测定 发明位相差显微镜发明位相差显微镜 发明核磁测定方法发明核磁测定方法 发明扫描隧道显微镜发明扫描隧道显微镜STMSTM诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖 发明

5、发明测量方法、测量仪器，举例测量方法、测量仪器，举例 ； 发明有机物质的微量分析法发明有机物质的微量分析法 放射性碳年代测定法的开创放射性碳年代测定法的开创 将将X X射线技术用于电子显微术，研究病射线技术用于电子显微术，研究病毒及细胞内蛋白质构成机制毒及细胞内蛋白质构成机制诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖发明发明测量方法、测量仪器，举例：测量方法、测量仪器，举例： 高速化学反应测定技术的开创高速化学反应测定技术的开创 心电图的发明心电图的发明 创制新的诊断装置创制新的诊断装置“X X射线体层照相技术射线体层照相技术”诺贝尔生理医学奖诺贝尔生理医学奖发明发明测量方法、测量仪器，举例：测量方法、测量仪器

6、，举例：国民经济：工、农、商、学、兵。国民经济：工、农、商、学、兵。人民生活：衣、食、住、行。人民生活：衣、食、住、行。“立地立地”-”-测量涉及国民经济测量涉及国民经济各部门和人民生活诸方面。各部门和人民生活诸方面。精密测量技术的发展精密测量技术的发展NSFCNSFC面向面向2121世纪计量测试理论与仪器世纪计量测试理论与仪器研讨会研讨会对对“计量测试与仪器科学计量测试与仪器科学”的评论：的评论： 作用：作用：“顶天立地顶天立地”。 发展趋势：发展趋势：“顶天立地顶天立地”的作用将有更的作用将有更快更显著的发展。快更显著的发展。精密测量技术的发展精密测量技术的发展 纳米计量学纳米计量学 高精

7、度和高效率测量高精度和高效率测量 新型传感器新型传感器 三维测量三维测量 虚拟测量虚拟测量 仿生测量仿生测量 表面形貌测量评定表面形貌测量评定 工程表面的作用：工程表面的作用： 摩擦、磨损、润滑特性；密封性、防摩擦、磨损、润滑特性；密封性、防 腐蚀性；强度、刚度；运动精度、灵敏性；腐蚀性；强度、刚度；运动精度、灵敏性；信息存储特性等。信息存储特性等。 表面计量学表面计量学: : 现代计量学重要分支。现代计量学重要分支。 发展方向：发展方向：2 2维维 3 3维维 面积特征评定；面积特征评定； 微米微米 纳米。纳米。三维表面粗糙度自动测量仪三维表面粗糙度自动测量仪SRAT-1 Tester fo

8、r 3D Surface Roughness 基本原理：接触测量，电感式位移传感器，双基本原理：接触测量，电感式位移传感器，双向精密工作台。向精密工作台。 主要技术指标：主要技术指标： Z Z向测量范围向测量范围100100 m m；Z Z向分辨率向分辨率5 5nmnm； 触针半径触针半径2 2 m m；测量力测量力0.00070.0007N N； X XY Y工作台移动范围工作台移动范围3030mmmm* *30mm30mm； 步距步距1.25 1.25 m m； 创新：电子精密机械测量控制及评定分析软件创新：电子精密机械测量控制及评定分析软件的综合功能达到国际先进，实现了商品化生产。的综合

9、功能达到国际先进，实现了商品化生产。SRAT中国科学院科仪器厂生产中国科学院科仪器厂生产HUST转让，研究生尤政及教师表面测试计量仪器表面测试计量仪器电感测量原理电感测量原理表面3D测量仪单向工作台单向工作台表面3D测量仪X-YX-Y双向工作台双向工作台表面测试计量仪器测测量量单单刻刻线线样样板板和和多多刻刻线线样样板板三维形貌测量结果三维形貌测量结果磁盘驱动器磁盘驱动器磁盘（硬盘）表面测量要求：磁盘（硬盘）表面测量要求：R Ra a小于小于 0.01 0.01 m mDRNIDRNI磁盘表面粗糙度非接触测量仪磁盘表面粗糙度非接触测量仪Magnetic Hard Disk Surface Ro

10、ughness Non-Magnetic Hard Disk Surface Roughness Non-Contacting Measurement InstrumentContacting Measurement Instrument 基本结构：外差干涉式光针测量系统；自动调焦系统；基本结构：外差干涉式光针测量系统；自动调焦系统；光电转换处理系统；精密工作台及其驱动系统；底座、光电转换处理系统；精密工作台及其驱动系统；底座、立柱、电器控制柜及隔震机座；微机系统及功能齐全立柱、电器控制柜及隔震机座；微机系统及功能齐全软件。软件。 主要技术指标：垂直分辨率主要技术指标：垂直分辨率 1 1nm

11、nm 。 基本原理：光外差干涉测量。基本原理：光外差干涉测量。 主要创新：光针调焦外差干涉，平行双光束测量实现主要创新：光针调焦外差干涉，平行双光束测量实现误差补偿。误差补偿。磁盘表面粗糙度非接触测量仪HUSTHUST研究生尤政、陈涛等与教师研究生尤政、陈涛等与教师DRNI 当两列在同一方向上转播、振动方向相同而频率相差很小的单色光，在空间当两列在同一方向上转播、振动方向相同而频率相差很小的单色光，在空间叠加时，在空间某一点的合成波的振幅不是恒定的，而是随时间变化的，即产生叠加时，在空间某一点的合成波的振幅不是恒定的，而是随时间变化的，即产生光拍光拍（beatbeat）现象。其合成振幅为一个频

12、率为调制频率的正弦波，其变化相对于现象。其合成振幅为一个频率为调制频率的正弦波，其变化相对于合成振动的基频的变化十分缓慢，易于用光电探测器测量某一位置光强随时间的合成振动的基频的变化十分缓慢，易于用光电探测器测量某一位置光强随时间的变化。变化。光外差干涉原理示意图光外差干涉原理示意图BSBS1 1, BS, BS2 2, BS, BS3 3-分光镜；分光镜；AOAO1 1, AO, AO2 2-声光调制器（其调声光调制器（其调制频率略有差别），制频率略有差别），M M1 1, M, M2 2-反射镜反射镜; ; M M3 3-基准参考镜基准参考镜; ; D D1 1, D, D2 2-光电探测

13、器光电探测器外差干涉法测量表面粗糙度外差干涉法测量表面粗糙度DRNIBSBS16 16 -分光镜；分光镜；AOAO1212-声光调制器，其调制频率分别声光调制器，其调制频率分别为为100100MHz MHz 和和100.1100.1MHzMHz, ,相差相差100100kHzkHz；M M-反射镜反射镜; ; D D1212-光电探测器。取消基准参考镜，用距离很近的二平行光电探测器。取消基准参考镜，用距离很近的二平行双光束直接投射被测磁盘表面，大光斑直径双光束直接投射被测磁盘表面，大光斑直径2 2mmmm反映反映基准信号，小光斑直径基准信号，小光斑直径1 1 m m反映测量信号反映测量信号“平

14、行双光束平行双光束”光学补偿外差干涉法原理光学补偿外差干涉法原理DRNIDRNI用像散法和四象限光电二极管调焦用像散法和四象限光电二极管调焦柱面光栅干涉轮廓仪柱面光栅干涉轮廓仪Cylindrical Grating Interference Cylindrical Grating Interference ProfilometerProfilometer 基本原理：用光栅干涉传感器进行接触测量。基本原理：用光栅干涉传感器进行接触测量。 主要技术指标：垂直动态范围主要技术指标：垂直动态范围6mm；垂直分垂直分辨率辨率1nm。 主要创新：新型大量程高分辨率柱面全息光主要创新：新型大量程高分辨率柱面

15、全息光栅干涉传感器（正弦相位型光栅，栅干涉传感器（正弦相位型光栅，1200条条/mm）。）。典型工程曲面典型工程曲面表面测试计量仪器表面测试计量仪器英国英国RTHRTH公司所用传感器公司所用传感器表面测试计量仪器表面测试计量仪器HUSTHUST柱面全息衍射光栅传感器柱面全息衍射光栅传感器垂直方向分辨率垂直方向分辨率 1 1nmnm；量程量程 6 6mmmm；正弦相位型光栅，正弦相位型光栅，12001200条条/ /mmmm，R=50mm R=50mm 。表面测试计量仪器表面测试计量仪器CRASCRAS型曲面形貌测量仪型曲面形貌测量仪HUSTHUST研究生蒋向前、萧少军等与教师研究生蒋向前、萧少

16、军等与教师用用CRASCRAS测量曲面表面粗糙度测量曲面表面粗糙度CRAS测量结果CRASCRAS测量钢球表面轮廓测量钢球表面轮廓CRAS测量结果CRASCRAS测量钢球表面粗糙度测量钢球表面粗糙度针阀体中孔座面综合测量仪针阀体中孔座面综合测量仪Comprehensive Tester of Needle Valve Seats Cone 主要测量原理：用弯拱杆测头的柱面光栅干涉主要测量原理：用弯拱杆测头的柱面光栅干涉传感器进行接触测量。传感器进行接触测量。 主要技术指标：圆度测量误差主要技术指标：圆度测量误差0.2 0.2 m m；锥面跳锥面跳动测量误差动测量误差0.3 0.3 m m ；锥

17、角测量误差；锥角测量误差33；测量；测量表面粗糙度垂直分辨率表面粗糙度垂直分辨率1010nmnm。 创新：首次实现针阀体中孔座面的直接测量。创新：首次实现针阀体中孔座面的直接测量。喷油嘴喷油嘴RCHD传感器的应用RCHDRCHD传感器的应用传感器的应用喷喷油油嘴嘴壳壳体体测测量量仪仪HUST研究生王中宇等与教师光学轮廓仪光学轮廓仪SROP-II Optical Profilometer 基本原理、特点及创新：用连续相移干涉、锯齿波相基本原理、特点及创新：用连续相移干涉、锯齿波相位调制位调制PZTPZT和和CCDCCD改造干涉显微镜，扩大功能，提高精改造干涉显微镜，扩大功能，提高精度，商品化。度

18、，商品化。 主要技术指标主要技术指标: : 垂直分辨率垂直分辨率 1 1 nmnm；横向分辨率横向分辨率0.45 0.45 m; m; 可测量可测量R Ra,a,R Rz z, ,R Ry y, ,S S, ,S Sm m, ,S Stptp, ,R Rv v, ,R Rc c, ,R Ru u, ,R Rp p, , R Rq q, ,R Rm m, ,t tp p 等等参数，绘制表面微观轮廓曲线和支承率曲线。参数，绘制表面微观轮廓曲线和支承率曲线。TOPO光学轮廓仪光学轮廓仪美国WYKOWYKO公司TOPOTOPO测量仪器SROPSROP光学轮廓仪原理图光学轮廓仪原理图（HUSTHUST）

19、SROPSROP-IISROP-II 光学轮廓仪光学轮廓仪HUST研究生刘冲、路荣华等与教师SROP光学轮廓仪光学轮廓仪测量多刻线样板测量多刻线样板 测量单刻线样板测量单刻线样板表面形貌及弹头发射痕迹的表面形貌及弹头发射痕迹的接触与非接触两用测量系统接触与非接触两用测量系统Contacting and Non-contacting Bi-usage Measurement System Contacting and Non-contacting Bi-usage Measurement System for Surface Topography and Bullet Marksfor Surf

20、ace Topography and Bullet Marks 主要原理：将接触测量与非接触测量组合为一台仪主要原理：将接触测量与非接触测量组合为一台仪器，将表面形貌测量评定技术用于器，将表面形貌测量评定技术用于弹头发射痕迹检测。弹头发射痕迹检测。 创新：首次提出并研制成创新：首次提出并研制成表面形貌的表面形貌的接触与非接触接触与非接触两用测量系统；首次两用测量系统；首次将表面形貌测量评定技术用于将表面形貌测量评定技术用于弹弹头发射痕迹的检测。头发射痕迹的检测。接触与非接触两用测量仪接触与非接触两用测量仪弹痕测量仪弹痕测量仪HUST研究生谢峰等与教师 弹头痕迹测量弹头痕迹截面轮廓、展开图和局部

21、放大弹头痕迹截面轮廓、展开图和局部放大弹头痕迹三维立体形貌及其展开图弹头痕迹三维立体形貌及其展开图 虚虚 拟拟 仪器仪器 Virtual InstrumentsVirtual Instruments 虚拟仪器虚拟仪器 = = 个人计算机个人计算机应用软件应用软件 （虚拟面板（虚拟面板仪器硬件仪器硬件通信接口）通信接口） 虚拟仪器：以计算机为统一的硬件平台，将仪器的虚拟仪器：以计算机为统一的硬件平台，将仪器的专业化功能和面板及控件，以计算机的软件取代，再在专业化功能和面板及控件，以计算机的软件取代，再在计算机总线槽内加插一块数据交换硬卡，便形成一台可计算机总线槽内加插一块数据交换硬卡，便形成一台

22、可以充分享用计算机的运算、存储、显示、调用、回放和以充分享用计算机的运算、存储、显示、调用、回放和系统管理等智能化功能，又完备具有传统仪器全部功能、系统管理等智能化功能，又完备具有传统仪器全部功能、控制面板、操作方法的数值化仪器。控制面板、操作方法的数值化仪器。虚拟仪器虚拟式数据记录与波形显示虚拟式数据记录与波形显示（资料来源：重庆大学秦树人教授）虚拟仪器单单通通道道FFTFFT分分析析仪仪重庆大学重庆大学虚拟仪器小波分小波分析仪析仪重庆大学重庆大学 虚拟仪器的特点：虚拟仪器的特点： 开放性：仪器可由用户自己定义，仪开放性：仪器可由用户自己定义，仪 器功能器功能 可任意修改、增删；可任意修改、

23、增删； 集成性：在一台计算机内可以生成一个仪器库，集成性：在一台计算机内可以生成一个仪器库， 起一个大系统甚至一个实验室的作用；起一个大系统甚至一个实验室的作用； 适时性：仪器更新换代周期大为缩短；适时性：仪器更新换代周期大为缩短； 信息化：仪器成为信息化高科技产品；信息化：仪器成为信息化高科技产品； 软加工和模块化：制造工艺实现软加工、软装软加工和模块化：制造工艺实现软加工、软装 配、软调试；硬件实现模块化、标准化；配、软调试；硬件实现模块化、标准化； 永保先进；永保先进； 低成本高利润；低成本高利润； 为中国发展数字化仪器提供了亟好的机遇。为中国发展数字化仪器提供了亟好的机遇。 虚拟仪器是

24、计算机技术与传统数字电子虚拟仪器是计算机技术与传统数字电子仪器的完美结合。仪器的完美结合。 由于仪器功能和仪器的性能指标都实现由于仪器功能和仪器的性能指标都实现了软件化，因此国际上有：了软件化，因此国际上有：“软件即仪器软件即仪器”之说，认为这是仪器发展史上的革命性飞跃，之说，认为这是仪器发展史上的革命性飞跃，是信息技术向仪器制造技术的一次大渗透，是信息技术向仪器制造技术的一次大渗透，是本世纪科学技术的绝妙成果之一，是是本世纪科学技术的绝妙成果之一，是2121世世纪测试仪器制造发展的方向。纪测试仪器制造发展的方向。 中央电视台中央电视台CCTV-1CCTV-1新闻：新闻： 清华大学专家清华大学

25、专家7 7月月7 7日在北京正式宣布，我国首颗微日在北京正式宣布，我国首颗微小卫星小卫星航天清华一号卫星目前运行情况良好，已成功航天清华一号卫星目前运行情况良好，已成功发回大量信息。发回大量信息。-清华大学宇航中心副主任、清华大学宇航中心副主任、“航天航天清华一号清华一号”研制负责人尤政博士说：研制负责人尤政博士说：“从地面站接收到从地面站接收到的遥感图像数据分析，微小卫星在姿态控制系统、光学的遥感图像数据分析，微小卫星在姿态控制系统、光学遥感和无线电通讯系统等方面工作状况良好遥感和无线电通讯系统等方面工作状况良好”。-它它是我国目前最小的卫星，重量只有是我国目前最小的卫星，重量只有5050千

26、克，千克，-可以对森可以对森林火灾、环境污染等自然、人为灾害进行监测。林火灾、环境污染等自然、人为灾害进行监测。 （20002000年年7 7月月7 7日）日）微微小小卫卫星星资料资料来源来源清华清华大学大学美美国国洛洛杉杉矶矶资料资料来源来源清华清华大学大学黑黑龙龙江江大大庆庆资料资料来源来源清华清华大学大学北北京京密密云云资料资料来源来源清华清华大学大学新新疆疆大大火火资料资料来源来源清华清华大学大学“航天清华微小卫星航天清华微小卫星”显著创新显著创新 在在50 50 kgkg量级卫星上进行三轴稳定量级卫星上进行三轴稳定 姿控姿控实验；实验； 超轻型超轻型5050m m分辨率三谱段相机，并

27、将图分辨率三谱段相机，并将图像的地面扫描带宽由像的地面扫描带宽由5050kmkm提高到提高到400400kmkm； 宽频域（宽频域（220-400220-400MHzMHz）、）、大动态范围的大动态范围的数据接收、处理和传输实验。数据接收、处理和传输实验。尤尤政政等等七七人人研研制制小小组组向国家领导人汇报向国家领导人汇报 计量学的热点，纳米学科群的基础。计量学的热点，纳米学科群的基础。 纳米计量学要解决好纳米尺度的产生、纳米计量学要解决好纳米尺度的产生、标定及其传递的理论和技术；制造更多标定及其传递的理论和技术；制造更多纳米精度的新型仪器。纳米精度的新型仪器。 纳米计量学与纳米计量学与MEM

28、SMEMS：是在微观和更微观是在微观和更微观领域进行，会遇到许多与宏观世界完全领域进行，会遇到许多与宏观世界完全不同的现象、效应、机理，其中必然蕴不同的现象、效应、机理，其中必然蕴涵着高水平的发现、发明的机遇。涵着高水平的发现、发明的机遇。纳米计量学纳米计量学 纳米技术纳米技术（NanotechnologyNanotechnology）：纳米级）：纳米级（0.10.1nm-100nmnm-100nm）的材料、设计、制造、测量）的材料、设计、制造、测量和控制技术。和控制技术。 纳米科学与技术纳米科学与技术（Nanometer Science Nanometer Science & & T Tec

29、hnologyechnology）：在纳米级尺度上（）：在纳米级尺度上（0.10.1nm-nm-100nm100nm）研究物质（包括原子、分子）的特性）研究物质（包括原子、分子）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科的高和相互作用，以及利用这些特性的多学科的高科技。科技。 纳米科学：纳米计量学、纳米物理学、纳米科学：纳米计量学、纳米物理学、纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学、纳米化学等。纳米化学等。微型机电系统微型机电系统 MEMSMEMS（Micro-Micro-Mechanical-Mechanical-ElectronicalElectronica

30、l -System -System）用微米用微米/ /纳米技术制造的微型器件、微型纳米技术制造的微型器件、微型传感器（及其集成）、微型仪器（集传感器（及其集成）、微型仪器（集成）、微米成）、微米/ /纳米卫星、微米纳米卫星、微米/ /纳米机器纳米机器人等。人等。扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜STMSTM（Scanning Tunneing Microscope）利用探针与被测表面间的隧道电流直接观察利用探针与被测表面间的隧道电流直接观察 原子和分子。原子和分子。分辨率：横向分辨率：横向0.10.1nmnm 纵向纵向0.010.01nmnm发明人：发明人：G.G.Bining Bining & H

31、. Rohrer& H. Rohrer 1982 1982年发明；年发明；19861986年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。基本原理：隧道电流效应。基本原理：隧道电流效应。STMSTM原理原理（资料来源：中国科学院化学所）（资料来源：中国科学院化学所）STMSTMSTM系统框图系统框图 纳米纳米IBMIBM公司公司纳米中国大陆地图纳米中国大陆地图（中国科学院化学所）中国科学院化学所）HUSTHUSTHUST研制的研制的STMSTM研究生曹伟等与张鸿海、师汉民教授研究生曹伟等与张鸿海、师汉民教授HUSTHUSTHUST研制的研制的STMSTM控制箱控制箱 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜STMSTM 横向

32、力显微镜横向力显微镜LFMLFM 磁力显微镜磁力显微镜MFMMFM 弹道电子发射显微镜弹道电子发射显微镜BEEMBEEM 扫描离子、电子显微镜扫描离子、电子显微镜SICMSICM 扫描近场光学显微镜扫描近场光学显微镜SNOMSNOM 光子扫描隧道显微镜光子扫描隧道显微镜PSTMPSTMSPMSPM系列产品系列产品原子力显微镜原子力显微镜 AFMAFMAtomic Force MicroscopeAtomic Force Microscope 利用探针与表面之间的原子力代替利用探针与表面之间的原子力代替隧道电流，可以直接观察原子、分隧道电流，可以直接观察原子、分子，且对导体、非导体均适用。子，且

33、对导体、非导体均适用。 分辨率：横向分辨率：横向3 3nmnm；纵向纵向0.10.1nmnm G. G.BiningBining 等人于等人于19861986年发明。年发明。Atomic Force Microscope 原原子子力力显显微微镜镜示示意意图图中国科中国科学院化学院化学所学所纳米级标准微位移发生器纳米级标准微位移发生器Standard Micro-displacement GeneratorStandard Micro-displacement Generator 主要原理：压电陶瓷驱动主要原理：压电陶瓷驱动F-PF-P干涉腔产生微位干涉腔产生微位移，直接用光波自定标移，直接用光

34、波自定标 主要技术指标：位移范围主要技术指标：位移范围0-2800-280nmnm；最小位移最小位移小于小于3 3nmnm；位移稳定性优于位移稳定性优于2 2nmnm。 主要创新：机械结构使干涉腔小而位移大；主要创新：机械结构使干涉腔小而位移大；F-F-P P的平行度误差可调整补偿；微位移测量简便，的平行度误差可调整补偿；微位移测量简便，且可自定标。且可自定标。纳米级微位移发生器纳米级微位移发生器HUSTHUST研究生李彬与教师研究生李彬与教师纳米技术纳米微位移发生器纳米微位移发生器HUSTHUST研究生李彬与教师研究生李彬与教师纳米技术纳米微位移发生器原理纳米微位移发生器原理纳米技术纳米微位

35、移发生器原理纳米微位移发生器原理干涉环干涉环干涉环直径测量干涉环直径测量纳米技术微型齿轮的扫描电镜照片微型齿轮的扫描电镜照片用微细电铸加工用微细电铸加工-技术技术LIGALIGA（光刻、电铸、模铸）光刻、电铸、模铸）纳米技术微型涡轮的扫描电镜照片微型涡轮的扫描电镜照片纳米技术微加速度传感器的扫描电镜照片微加速度传感器的扫描电镜照片纳米齿轮与纳米轴承纳米齿轮与纳米轴承（资料来源：中国科学院化学所）（资料来源：中国科学院化学所）纳米卫星硅纳米卫星概念分解图硅纳米卫星概念分解图 飞米卫星（femtosat）0.1kg 以下 皮米卫星（Picosat）1 kg以下（美国军方今年11月底首次发射 皮米卫

36、星，重量不到230克） 纳米卫星（nanosat）1-10 kg 微米卫星（microsat）10-100 kg 小卫星 100-1000 kg 一般卫星 1000 kg 以上卫星分级卫星分级全球鹰全球鹰全球鹰Smallest D:2002 My Files照片新建文件夹 (2)New Folder (3)helicopter.JPGflying helicopter微型直升飞机微型直升飞机(停在青蛙的背上停在青蛙的背上)长24mm，高8mm，重0.5g长度 6英寸（手掌大）能飞行30分钟发动机重量不超过6克携带微型照相机的重量不到1克每架微型飞机耗资5万美圆批量生产每架5000美圆，可望降至

37、1000美圆美国研制多种微型间谍飞机掌上飞机总重85克（锂电池44克，隐形电机13克，传感器、自动驾驶仪、导航设备、信息传输系统15克，摄像机3克）飞行高30-70米时速48公里每分钟拍摄20幅50公里内的彩色图像中国南京制造微型飞机长45厘米，重350克时速80公里，持续飞行时间20分钟能及时向地面发回清晰图像美国麻省理工学院研制出直径1厘米的涡论喷气发动机，可使微型飞机的时速达300公里万能微型飞机黑寡妇美国加州某公司制造万能微型飞机小蝙蝠美国加州某公司制造指尖上的微型飞机德国制造的微型直升机长24毫米，重400毫克，可以停在花生米上，它有两个直径1-2毫米的电动机，转速4000转/分。飞

38、机速度超过小汽车甲壳虫微型机器人 纳米部队 麻雀卫星在太阳同步轨道等间隔布置功能不同的648颗，可对地球上任一点进行连续监视 蚊子导弹可以神不知鬼不觉地潜入目标内部进行攻击 针尖炸弹分子大小的小液滴，大小为针尖的1/5000，可炸毁微小敌人（生化武器的炭疽孢子） 苍蝇飞机、蚂蚁士兵、间谍草、沙粒坐探等等。纳米技术 用纳米用纳米机器人机器人清理血清理血管中的管中的有害堆有害堆积物积物 资料来源：资料来源：中国科学院中国科学院化学所化学所纳米技术HUSTHUST的的MEMSMEMS实验室中的实验室中的准分子激光加工机全貌准分子激光加工机全貌纳米技术HUSTHUST用准分子激光加工机加工的部分零件用

39、准分子激光加工机加工的部分零件仿生计量学仿生计量学 Bionic Metrology (BM)Bionic Metrology (BM)仿生计量学仿生计量学= =仿生学仿生学+ +计量学计量学 仿生计量学：仿生计量学：最古老的计量学最古老的计量学-最现代的计量学最现代的计量学运动仿生计量学运动仿生计量学视觉仿生计量学视觉仿生计量学人脑仿生计量学人脑仿生计量学汽车的多传感器视觉检查汽车的多传感器视觉检查资料来源：天津大学叶声华教授资料来源：天津大学叶声华教授 顶天立地顶天立地精密测量顶天立地做人、做事、做学问李 柱 华中科技大学机械学院仪器系，教授，博士生导师华中科技大学机械学院仪器系，教授，博

40、士生导师国际测量与仪器委员会（国际测量与仪器委员会（ICMIICMI）创建主席创建主席顶顶 天天 立立 地地做人、做事、做学问做人、做事、做学问顶天立地做顶天立地的人干顶天立地的事作顶天立地的学问 何谓顶天立地？ 为国为民，上对得起祖宗先贤，下对得起子孙后代； 襟怀坦白，忠实积极，以人民、国家和民族的利益为第一生命； 要经受实践的考验，经受历史的检验。 顶天的学问：尖端科学、前沿学科、高科技；立地的学问：促进国民经济发展。1、最好的形势观最好的形势观 现在是中国历史上最好的时期。 好在哪里？最有希望，最有作为。 为什么好？改革、开放。 大中华文化经济圈已经正在形成，二十一世纪是中国人的世纪。

41、有识之士都可以大有作为，迎接群星灿烂的时代。翻天覆地的变化与进展： 经济高速发展，建设成就举世公认 以阶级斗争为纲以经济建设为中心 马列主义毛泽东思想邓小平理论三个代表的思想 实事求是解放思想与时具进 资产阶级知识分子工人阶级一部份尊重知识、尊重人才尊重劳动、尊重知识、尊重人才、尊重创造 打倒孔家店批林批孔孔子诞辰2550周年国际学术讨论会1999年10月7日在北京人民大会堂开幕五四运动的精神是爱国、进步、民主、科学发扬中华民族的优良传统实现中华民族的伟大复兴2 2、基于中国相对论的世界观基于中国相对论的世界观 诺贝尔自然科学奖的获得者，信仰基督教，诺贝尔自然科学奖的获得者，信仰基督教，能说他

42、们的世界观是错误的吗？能说他们的世界观是错误的吗？ 世界是极其复杂的，唯物论与唯心论等各种世界是极其复杂的，唯物论与唯心论等各种观点学说，相辅相成。观点学说，相辅相成。 中国的相对论是中外文化思想融合的理论基中国的相对论是中外文化思想融合的理论基础。础。 中国古代天人合一的宇宙观是中国人的骄傲。中国古代天人合一的宇宙观是中国人的骄傲。3、挑战的人生观挑战的人生观 人生的价值在于对社会的贡献。 人生的目的在于推动社会和人类的进步。 人生的特点是个人有限生命与人类无限追求的矛盾。 生必须奋斗！人生就是奋斗！ 人的潜能是很大的：射虎穿石；急中生智。 挑战体现奋斗的主动性、进取性以及创造性的特征。4、

43、振兴中华的事业观振兴中华的事业观 事业观：目标和动力问题。 振兴中华：伟大的目标。 爱国主义：巨大的动力。 振奋民族精神是振兴中华的强大动力。 振兴社会科学是振兴中华的必要条件。 振兴全民族的道德观是振兴中华的基本保证。 振兴文化是振兴中华的重要条件。 振兴教育是振兴中华的根本基础。5、中华民族优秀的传统道德观中华民族优秀的传统道德观 正确的道德观是引导人们自觉处世、为人的基础；是促进社会稳定、发展的保证。 有中国特色的社会主义道德观，是中华民族优秀传统道德观在新形势下的发展。 以孔子创立的儒家思想为核心，融合古今中外流派、学说、宗教、信仰，在长期历史过程中形成，因此有强大的影响力。孔子在美国

44、被孔子在美国被尊为世界十大思尊为世界十大思想家想家 孔子、柏拉孔子、柏拉图、亚里士多德图、亚里士多德、托马斯、哥白、托马斯、哥白尼、培根、牛顿尼、培根、牛顿、伏尔泰、康德、伏尔泰、康德、达尔文、达尔文 之首，之首，而且是唯一的一而且是唯一的一个东方哲人。个东方哲人。纽约的孔子铜像纽约的孔子铜像 1982年在旧金山纪念孔子诞辰2533周年大会上，时任美国总统里根的贺信：“孔子高贵的行谊与伟大的伦理道德思想不仅影响他的国人，也影响了全人类。孔子学说世代相传，提示全世界人类丰富的做人处世原则”。 日本高挢教授：“在欧美产生和发展的个人主义的人生观和世界观已经走投无路，而基于中国相对论的世界观、人生观

45、和社会伦理，将会领导21世纪的世界文化”。 荣获1989年诺贝尔奖的依米亚斯 哈内齐：“中国文化可能是世界上唯一能感召人们不要碌碌无为、不要虚度一生的文化。中国文化把世间一切有价值的东西都放在生命里”。 儒家思想的道德观，可用一个字表达：仁。仁者爱人，己所不欲，勿施于人。己欲立而立人，己欲达而达人。崇仁、尚义、慎独、讲气节，以天下为己任。威武不屈，贫贱不移，富贵不淫。 仁、义、礼、智、信。 礼、义、廉、耻。 忠、孝、仁、爱。 伟大的中华文化： 源远流长，博大精深，有兼收并蓄的强大生命力；历经沧桑，而传承不绝。 四川大足石窟，纵贯千年，横容儒、道、佛三家之说。父母恩重经将儒家的孝道与 佛教的天堂

46、、地狱之说巧妙地结合在一起。 宽15米，高7米。上层天堂，下层地狱。中层宣扬孝道。 父母十大恩情 十大地狱 相信轮回佛教佛教相信轮回 父母恩重经雕像怀胎守护恩南宋 父母恩重经雕像临产受苦恩 南宋顶天立地 父母恩重经雕像生子忘忧恩 南宋父母恩重经雕像推干就湿恩 南宋顶天立地父母恩重经雕像咽苦吐甘恩 南宋顶天立地 父母恩重经雕像究竟怜悯恩南宋父母恩重经 粪秽地狱 南宋顶天立地父母恩重经 油锅地狱 南宋顶天立地父母恩重经 铁轮地狱 南宋顶天立地父母恩重经 寒冰地狱 南宋顶天立地南无阿弥陀佛！ 南无：应念“那摩”，意思是“归依”。 阿弥陀：意思是“无量寿”、“无量光”。 佛：对宇宙和人生都大彻大悟的圣

47、者。 诵念“阿弥陀佛”圣号，表示崇敬和认同， 祈求对方寿命、光芒和智慧无量，是崇高的宗教祝福；远比“恭喜发财”等高雅。 阿弥陀佛：佛典中称为“阿伽陀”，意即“万灵丹”。 儒家的社会政治理想：“天下为公，世界大同”。大同世界共产主义社会小康社会社会主义初级阶段 孟子：“民为贵。社稷次之。君为轻”。 毛泽东：“人民，只有人民才是创造世界历史的动力”。6、迷人的科学研究观迷人的科学研究观 科学研究： 特征-探索； 目的-富国富民，推动社会和人类的进步； 价值-无价； 道路-荆棘丛生的羊肠小道，甚至根本就没有路，等待去开路； 方法-理论联系实际； 水平-巨人肩膀的高度加上自身的高 度； 障碍-偏见；

48、癌症-弄虚作假； 乐趣-无穷； 大门-地狱的入口； 生命-有限加无限，个人有限，整体无限。 7、终身教育终身教育的学习观的学习观 前提：21世纪是以知识经济为标志的伟大时代，知识的增加与更新更迅猛。 全民教育、终身教育、继续教育已成为世界潮流。 方法：自学、读书、思考，创新，主动掌握获取知识的方法。 三个典型：诸葛亮，牛顿，王安石。 诸葛亮：静以修身，俭以养德。非澹泊无以明志，非宁静无以致远。夫学须静也，才须学也。非学无以广才，非静无以成学。 诸葛亮是自学成才的典型。 牛顿的在总结他的三大发明时说：思索，思索，-，以待天曙，渐及光明，假如我对人类有些微贡献的话，那是由于我长期耐久的思索。 牛顿

49、是善于思索的典型。 王安石读孟尝君传中讲，世皆称孟尝君能得士，士以故归之，而卒赖其力，以脱於虎豹之秦。嗟呼，孟尝君特鸡鸣狗盗之雄耳，岂足以言得士？ 王安石是善于读书的典型。LIs Formula for creative powerC - Creative powerK - Knowledge (quantity and quality)I - InformationT - ThinkingQ - QuarrelL - Logic referenceE - ExperimentsW - Wide fieldH - Hell顶天立地 学理工科的特别应该学习：文、史、哲。 文学陶冶人的情操，历史使

50、人知是非兴衰，哲学使人聪明。8、善于自用其才的人才观善于自用其才的人才观 李白：天生我才必有用。 孔子：不患人之不己知，患不知人也。 苏轼作贾谊论，开篇就讲：非才之难，所以自用者实难。惜乎贾生王者之佐，而不能自用其才也。苏轼对贾谊的评价是：志大而量小，才有余而识不足也。9、一分为二的方法观一分为二的方法观 将事物分为完美的与不完美的；对完美的又再分，找出其不完美，使之更完美；对不完美的也要分，找出其完美，使之变完美。 对己、对人、对事，均一分为二，可不断前进。10、哀兵必胜的策略观哀兵必胜的策略观 哀兵必胜，兵力相当的两军对垒，心情悲愤的一方必胜。一般而言，受压、受欺、受气而奋起者一定成功。语