中文摘要：

纳米加工机理的研究是纳米加工技术的重要研究课题。目前一些超精密加工方法已能实现纳米级厚度材料的去除和纳米级粗糙度的加工表面。在纳米尺度上的加工过程已具有现代物理学研究的量子效应，但是现在对纳米加工过程机理的研究大多采用经典的统计物理学理论，忽略了量子效应的影响，与纳米加工过程的物理本质有较大的差别。本课题研究拟采用现代原子分子物理学的碰撞动力学理论，直接从原子分子之间的相互作用分析纳米加工过程的机理，并与用原子力显微镜刻划等纳米加工方法的实验结果相验证。本课题研究的目的就是通过研究纳米加工表面形成过程中的量子物理效应及其内部的微观输运机制来进一步揭示纳米加工过程的本质和基本规律，为现有的纳米加工技术方法提供理论解释，并为进一步探索新的纳米加工技术手段提供理论依据。

结论摘要：

纳米加工机理的研究是纳米加工技术的重要研究课题。本项目进行了基于原子物理学碰撞动力学理论和量子物理学理论的纳米加工过程微观机理研究及建模仿真，使用Siesta方法对扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜(AFM）两种加工方式进行了第一性原理计算的研究，模拟了纳米加工过程中原子之间的相互作用，对原子级的纳米加工过程的微观机理进行了物理解释。在理论分析的基础上，利用AFM和STM及纳米加工模拟实验装置，分别采用机械刻划法和脉冲电压法对单晶材料表面进行了纳米加工实验研究，并利用扫描电子显微镜(SEM）、AFM对被加工表面的微观形貌进行检测分析，研究了AFM纳米级微切削过程中材料去除、切屑形态、被加工表面质量，以及STM隧道电流形成纳米点结构的过程、针尖与样品的相互作用，对纳米加工过程的微观机理进行了比较准确、系统的描述。在研究纳米被加工表面形成机理的基础上，利用Nano Indenter 对碳纳米管(CNT）进行了径向结构稳定性的试验，实现了通过机械刻划对CNT径向结构的破坏，并通过摩擦系数随加载值的变化趋势得出了断裂的临界载荷值，分析了CNT径向断裂的过程。