據美國南卡羅萊納大學機械工程系納米結構與可靠性實驗室負責人李曉東（音譯）教授介紹，人們通常認為，制備納米尺度的零件需要采用一種“自底向上（bottom-up）”的工藝方法，即通過添加材料——有可能是一個原子一個原子地添加——來形成零件。李博士說，“人們試圖拋棄傳統的‘自頂向下（top-down）’工藝方法，這種方法是通過去除材料來制備納米尺度裝置和零件?！?/P>

    為了證明用CAD軟件設計一種納米裝置，然后采用傳統機械加工技術加工出納米尺度零件及形貌的可行性，李博士和來自中國哈爾濱工業(yè)大學機電工程學院的研究人員一起，將一個壓電式閉環(huán)納米級精密工作臺與一臺原子力顯微鏡（AFM）集成到一起。據哈工大研究小組負責人、關于納米尺度機械加工的論文作者之一董申教授介紹，雖然原子力顯微鏡本身的用途是微小尺度成像而不是加工，但它與壓電式閉環(huán)工作臺相結合，就能克服用于機械加工時其三個軸的行程范圍和分辨力的限制。

    董教授說，“由于需要反饋，因此這種系統稱為閉環(huán)系統，它能以納米分辨率將工作臺從一個位置精確移動到另一個位置。”他指出，該工作臺由德國PI（Physik Instrumente）公司制造，原子力顯微鏡則是美國Veeco儀器公司的產品。

    為了驗證該精密工作臺和原子力顯微鏡的加工能力，研究人員利用機械加工方法在表面粗糙度為Ra9.8nm的磨光鋁盤樣件上加工出了一個三維人臉圖形，其邊框尺寸為20μm×20μm，凹凸高度為120nm。他們將一個圓弧半徑為30nm的單晶金剛石刀尖安裝在原子力顯微鏡的不銹鋼懸臂上，然后模仿傳統的數控機床加工，對工件表面進行刻劃，使其產生塑性變形。

    該系統除了可以加工金屬材料外，還能加工聚合體和半導體材料。該工藝有3種材料去除模式：耕犁模式、楔入成形模式和會形成切屑的切削模式。研究人員介紹說，在確定加工模式時，進給率起到了重要作用，而采用切削模式是希望獲得良好的表面光潔度。

    李博士指出，加工獲得的納米結構的表面粗糙度可小至Ra4nm。以200nm的進給量進行切削時，可加工出尺寸一致的溝槽，盡管金剛石刀尖并不總是處在進給量為50nm和100nm的切削狀態(tài)。在Z軸方向加工出的形貌尺寸可控制在納米范圍內，而在X軸和Y軸方向加工出的形貌尺寸則在0.5－100μm之間。

    李博士表示，加工樣件表面大約需要10分鐘，而這對于一種具有商業(yè)應用價值的加工方法來說，時間顯然太長。他補充說，該研究團隊正試圖實現大批量加工。為此，可以采用兩種方法：一是在一個懸臂上安裝多個金剛石刀尖，同時加工多個工件；二是加工一個模子（即印模），用來進行大批量的納米拓印加工。

    該研究團隊還計劃將“自頂向下”加工與“自底向上”加工（如在被加工表面沉積生長納米線）結合起來，以充分利用這兩種方法的優(yōu)勢，進一步增大制備出主動納米裝置和納米結構的機會。李博士說，“多年來，在納米制備領域，人們總是說‘我們不能只依賴一種方法，我們需要把各種方法結合起來，’我們正在使這種想法夢想成真?！?/P>