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         國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體“精密制造理論與技術(shù)基礎(chǔ)研究”在硅的變形誘導(dǎo)制造新型納米結(jié)構(gòu)方面取得重要進(jìn)展，張振宇教授及其博士生王博、崔俊峰等以“New Deformation-Induced Nanostructure in Silicon”為題發(fā)表在國際頂級期刊Nano Letters。

         硅主導(dǎo)了消費(fèi)電子、太陽能電池、光伏產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體器件，成為世界上最大的產(chǎn)業(yè)-電子工業(yè)的基礎(chǔ)。納米結(jié)構(gòu)的性能相對于塊體材料得到了明顯的改善，因此硅的變形誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)在過去的50年中受到了廣泛關(guān)注和研究。目前的變形誘導(dǎo)方法主要是金剛石砧板、壓縮、劃擦、彎曲、納米壓痕和納米劃擦。金剛石砧板是采用靜水壓力的準(zhǔn)靜態(tài)方法加載。劃擦的切削速度為2.67-10 mm/s，在微米尺度而不是納米尺度表征硅的顯微結(jié)構(gòu)的變化。納米劃擦的速度是0.4μm/s，納米壓痕在空氣中和原位透射電鏡中的速度分別為8和60 nm/s，透射電鏡原位納米力學(xué)彎曲加載的速度為10-30 nm/s，壓縮的速度為2-4 nm/s，拉伸的速度為5 nm/s。高性能硅器件的加工和制造加載速度為15-18 m/s，因此目前的變形誘導(dǎo)制造納米結(jié)構(gòu)的方法與實(shí)際的加工速度相差3-10個(gè)量級。

         針對這個(gè)難題，大連理工大學(xué)自行設(shè)計(jì)制造了刃口半徑為2.5μm、投影角為140.7°的單顆磨粒金剛石刀具，研制了單顆磨粒納米深度超精密磨削裝備，實(shí)現(xiàn)了磨削速度為40.2 m/s的單顆磨粒納米深度超精密磨削試驗(yàn)新方法，在切削深度為33 nm的時(shí)候加工出含有非晶、新的四方相、滑移帶、孿晶超晶格和單晶的新型納米結(jié)構(gòu)。第一性原理模擬揭示了新的四方相是由于Si-I相的原子沿著(11-1)面的[1-1-2]晶向滑移形成的，剪切應(yīng)力為2.16 GPa，理論計(jì)算得到切削深度為33 nm時(shí)的刃口下的壓力為5.11 GPa。單顆磨粒納米深度超精密磨削試驗(yàn)新方法為納米尺度變形誘導(dǎo)制造納米結(jié)構(gòu)開辟了新的途徑。新型納米結(jié)構(gòu)的不同顯微結(jié)構(gòu)具有不同的力學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性能，在晶體管、IC、二極管、太陽能電池、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、MEMS和NEMS領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值，并為新型高性能器件與裝備的設(shè)計(jì)制造提供了新的思路。

         研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金、創(chuàng)新研究群體、教育部首屆青年長江學(xué)者、遼寧省高等學(xué)校創(chuàng)新人才、大連市杰出青年科技人才、星海杰青、星海青千和遼寧重大裝備制造協(xié)同創(chuàng)新中心等的聯(lián)合資助。