在293K温度下,通过分子动力学仿真软件LAMMPS建立单晶硅(100)、(110)和(111)不同晶面的纳米切削仿真模型,对样件内部原子之间相互作用选用改进型Tersoff势函数描述,并结合OVITO可视化分析,研究了样件的表面完整性演化规律和亚表层损伤机制。结果表明在纳米切削时,材料去除方式主要靠刀具的法向挤压产生塑性变形,在进给过程中少量材料挤压溢出到切槽两侧,大部分材料在刀具剪切作用下向前运动形成切屑。单晶硅(100)面刀具前端材料堆积最多,(110)面切痕两侧隆起材料最少且沿着切削方向形状整齐,切深较其他两个晶面较大。单晶硅(111)面亚表层损伤厚度最小值为3.02nm,切削表面最光滑,在非晶区域下方产生<110>晶向规则排列的非晶位错。

目前国际上Ｘ射线干涉仪所采用的微动工作台均采用对称式柔性铰链结构，其缺点是侧 滑角大，严重影响干涉信号的对比度，很容易产生干涉条纹的记数误差。为此提出了非对称结构微动工作台的设计思想，并引入有限元方法进行了结构参数优化，研制了整体式Ｘ射线干涉仪。理论分析和实验表明：利用非对称结构研制的Ｘ射线干涉仪，分析器的侧滑角显著下降，干涉信号的对比度大大提高，更适合Ｘ射线干涉纳米测量的要求。

设计出1种能够模拟基于单晶硅材料微机电器件侧面摩擦副摩擦磨损状况的试验机，有效模拟可动MEMS器件摩擦副之间磨损的真实状况，介绍了试验机测试机构的工作原理并从理论计算及有限元模拟分析2方面对其结构模态进行分析，在超净间内（千级、室温、相对湿度RH约50％），利用光学显微镜、CCD图像采集系统及计算机对梳齿驱动器的谐振频率及摩擦副的动态摩擦系数进行了测试．结果表明：采用所研制的试验机测得的谐振频率为5600，与理论计算及模拟分析的结果（5590和5641）非常接近；摩擦副的动态摩擦系数在0．24～0．35之间；动态摩擦系数随着施加在摩擦副上的正压力变化而变化．

用原子力显微镜(AFM)纳米压痕方法结合扫描力显微镜技术,表征类金刚石(DLC)膜,金块Au,单晶硅Si的纳米硬度.用能量密度理论解释基于AFM压痕技术测定纳米硬度的机理,给出AFM纳米压痕的能量平衡方程.对DLC膜,金块,单晶硅进行纳米压痕试验,表明在同样载荷下,不同材料的压痕深度是不相同的.DLC膜具有较高的抗压性能,Si其次,Au的抗压性能最低.通过曲线拟合技术,定量给出金块的纳米硬度分析模型:H=(2.83/Df)+2.86.

利用纳米压痕技术对单晶硅做纳米压痕试验,得到其载荷-压深曲线.用原子力显微镜测出压痕的三维形貌,结合Matlab软件,直接计算出压痕的残余面积,从而得到单晶硅的纳米硬度值.通过对直接面积法与Oliver-Pharr方法测出的硬度值进行分析比较,发现两种方法得到的硬度值都有压痕尺寸效应,但用直接面积法得到的硬度值比用Oliver-Pharr方法得到的硬度值尺寸效应更明显一些.

使用机械-化学抛光法加工大尺寸单晶硅可获超光滑表面．但很难保证良好的面型。提出通过采用开圆孔并连续注入抛光剂的方法来避免抛光盘中心蜂窝眼的出现，可以保证得到良好的面型。最后实验达到较好的面型精度，PV值0．268λ，rms值0．065λ。

根据各向异性湿法刻蚀针尖的自锐效应模型和晶面交点模型, 设计了AFM探针针尖加工工艺流程,并进行了针尖加工实验.通过分析实验结果并结合晶面交点模型,分别得到了针尖形状与蚀液浓度、刻蚀液温度、添加剂、掩模方向的关系.结合自锐效应模型,得到了(100)硅片刻蚀针尖自锐条件.最后对工艺参数进行了优化,采用15 mol/L的KOH溶液,在70 ℃,并且方形掩模边缘平行于<110>方向,可以得到满足自锐效应的、重复率高、表面粗糙度小、高宽比为1.56的单晶硅针尖.

单晶硅是半导体行业重要的功能材料,加工时首先被切割成晶片,然后通过研磨和抛光获得光滑表面。本文介绍了一种新的化学机械磨削（CMG）工艺,用于硅片的终端加工。CMG是把化学反应和机械磨削融为一体的固结磨料加工工艺,在加工效率、磨粒可控性、废料处理等方面优于化学机械抛光（CMP）。利用CMG加工单晶硅片,能有效减小亚表面损伤和消除残余应力,对碳化硅、氮化硅、蓝宝石等其它功能材料的超精密加工具有一定的借鉴意义。

采用超精密切削加工方法进行单晶硅表面微结构制备,实验获得了一组优化的工艺参数,并在此基础上开展了不同类型微结构的超精密切削成形实验,分别获得了金字塔阵列、V形槽阵列和正弦波阵列等不同结构,证明了在单晶硅表面制备出微结构能够使得表面反射率大大降低。

研究了一种适用于微流体系统的新型无阀微泵．以单晶硅片为材料并采用微机电系统（MEMS）技术制备微泵的泵腔以及扩散口和喷口，选用弹性模量较小的聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为泵膜，利用扁平振动马达作为驱动部件，研制出一个尺寸为12mm×12mm×6mm的无阀微泵．分别对微泵的振动频率和输出流量进行了测试，结果显示：驱动电压对微泵的频率和流量均有显著影响；当驱动电压在14～3．0V范围的时候，频率和电压成线性关系；流量随着背压的增加而减小，在零背压下，当电压为1．5V时，微泵的流量达到最大值158laL／min．