纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
纳米做为长度单位， 1nm=10-9m，纳米尺度主 要是指 0.1~100nm。基 于这个尺度空间所建立 的纳米技术一直被众人 认为是新世纪最重要的 科学技术之一。
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
根据美国国家标准与技术研究院（NIST)的定义：纳米计 量学是测量纳米级或更小物体尺寸或确定性的科学。纳 米校准技术是为具有纳米精细度的仪器装置和实物标准 提供校准的技术，并为量值上为这些仪器以纳米级不确 定水平溯源到米定义提供技术手段。 国际计量委员会长度咨询委员会(CIPM/CCL)的纳米工作 组对纳米几何量计量定义为“纳米几何量计量是对范围 1-1000nm 的物体特征、间距和位移进行测量的科学与实 践”。
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
2007 年国家质检总局通过了 以高思田教授的计量型原子力 显微镜为主申报建立纳米几何 量计量国家标准的请求，该系 统成为第一套专门用于纳米几 何量计量的国家标准。申报书 中所提及的纳米尺度溯源体系， 最高长度基准是以 633nm的氦 氖激光波长为参考的国际米定 义。
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
到目前为止，全世界计量工作者对纳米 计量的研究主要集中在以下三个方面：
• 计量型扫描探针显微术（MSPM）的研制 • 五大标准的国际比对 • 纳米尺度传递、尺度标准的选择和制备
硅单晶原子纳米扫 描隧道显微镜影像
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
纳米测量技术与传统的测量技术相比，具有如下特点： • 纳米测量必须提供纳米级甚至亚纳米级测量精度，为此纳米测量涉 及并利用了多种学科，特别是物理学中的某些基本理论和基本现象， 以非接触测量手段为主。如光干涉原理、隧道效应及晶体衍射理论 等等。 • 纳米测量必须保证在纳米尺度上有相对稳定的复现性，所以它的测 量方法与传统测量方法既有相似性又有自己的独特性。 • 由于纳米测量实现度量的精度、高难度大，所以纳米测量仪器的造 价及维护费用普遍很高。 • 实现纳米测量往往对环境要求很高，需要严格控制环境湿度、温度 及振动等因素。
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
• 纳米计量技术是从事纳米科学技术研究的基础与关键。纳 米科学技术的发展，不仅给纳米计量技术提出了挑战，而 且也给纳米计量技术的发展提供了机遇。同时，纳米计量 技术的不断发展和创新，将给纳米科学技术的发展提供全 新的发展机遇，纳米计量技术上的突破，无疑将导致纳米 科学技术研究水平的不断提高。
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
分辨率/nm
精度/nm
测量范围/nm
测量速度(nm/s）
光学外差干涉仪 X射线干涉仪 光栅测量技术 激光频率分裂法 F-P干涉仪 电感传感器 电容传感器 扫描探针显微镜 投射电子显微镜
0.1 5×10-3 1.0 79 10-3 0.25 10-3 10-3 0.1
0.1 10-2 5.0 10-3 5.0 5.0 0.05 0.14
5×107 2×105 5×107 107 5 104 25 103～104 107
2.5×103 3×10-3 106 106 5～10 104 104 10 10
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
• 随着科技的飞速发展，人类对微观领域的研究与认识愈加深刻，对 纳米计量提出了更迫切的要求，纳米计量技术正朝着高精度、高分 辨率的方向发展。 • 纳米计量技术从某点意义上说，就是宏观世界与纳米世界之间的通 信技术。而安排这些通信立即又引出了伴随破坏这一非常现实的可 能性。
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
纳米几何计量仪器应具有这样的特性: （1）具有溯源性； （2）由计量系统构成的参考坐标系； （3）可复现的相对于参考坐标系的计量和测量活动； （4）通过探测系统将被测物与参考坐标系联系起来。 这表明纳米计量仪器可以分为三个部分: （1）位移系统；（2）计量系统；（3）探测系统。
纳米计量内外发展的纳米测量方法主要分两大类： 一类是以扫描探针显微术（SPM）为代表的非光学测量方法，如 SPM、电容测微法、电感测微法等。 另一类是以各种激光干涉仪为代表的光学测量方法，其中包括X射 线干涉仪、双频激光干涉仪、激光偏振干涉仪、光栅干涉测量、 F-P干涉仪等。
纳米计量技术的发展与现状
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
主要内容
引言 纳米计量与量值溯源 纳米计量的发展 纳米测量方法特点及分类 纳米计量技术的发展前景
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
1990年，美国IBM公司的艾格勒 博士，用扫描隧道显微镜首次 实现了单原子操作，用35个氙 原子在镍晶体的晶面上组成了 “IBM”图案使费曼的语言变成 了现实。1990年7月在美国巴尔 的摩召开了首届国际纳米科技 技术会议，这次会议标志着材 料科学发展到一个新的层次— —纳米材料问世，也标志也纳 米科学技术的正式诞生。
纳米计量
纳米计量技术的发展与现状
纳米计量需要解决的问题有以下几个方面： （1）新型纳米计量原理、纳米计量方法的研究；（2）新型 纳米计量系统的开发、设计与制造；（3）纳米级探针的制 造技术；（4）条纹细分、光程倍增技术、锁相放大等技术 的完善；（5）干涉、衍射图像的计算机处理技术；（6） 纳米计量涉及的尺寸定标技术；（7）解决纳米计量环境因 素的影响问题，如环境温度的影响、外界振动、电磁干扰 的影响等。
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