Fundamental Principles of Engineering Nanometrology pdf epub mobi txt 電子書下載在線閱讀 2026

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出版者:

作者:Richard Leach

出品人:

頁數:352

译者:

出版時間:2009-10

價格:1300.00 元

裝幀:

isbn號碼:9780080964546

叢書系列:

圖書標籤:

納米計量學
工程計量學
納米技術
測量技術
材料錶徵
納米材料
科學儀器
計量原理
工程學
納米科學

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具體描述

The principles of engineering metrology applied to the micro- and nanoscale: essential reading for all scientists and engineers involved in the commercialisation of nanotechnology and measurement processes requiring accuracy at the nanoscale. The establishment of common standards will be an essential key to unlocking the commercial potential of Micro- and Nanotechnologies (MNT), enabling fabrication plants to interchange parts, packaging and design rules. Effectively MNT standardization will provide the micro- and nanoscale equivalents of macro-scale nuts and bolts or house bricks. Currently there is a major thrust for standardization of MNT activities, with committees of the ISO, IEC and numerous national and regional committees being set up. In this book Professor Richard Leach, of the UK's National Physical Laboratory (NPL) makes a significant contribution to standardization in the field of MNT, extending the principles of engineering metrology to the micro- and nanoscale, with a focus on dimensional and mass metrology. The principles and techniques covered in this book form the essential toolkit for scientists and engineers involved in the commercialisation of nanotechnology and measurement processes requiring accuracy at the nanoscale. Key topics covered include: Basic metrological terminology, and the highly important topic of measurement uncertainty. Instrumentation, including an introduction to the laser Measurement of length using optical interferometry, including gauge block interferometry Displacement measurement and sensors Surface texture measurement, stylus, optical and scanning probe instruments, calibration, profile and areal characterisation Coordinate metrology Low mass and force metrology About the Author Professor Richard Leach is a Principal Research Scientist in the Mass & Dimensional Group, Engineering Measurement Division at the National Physical Laboratory (NPL), UK.

Provides a basic introduction to measurement and instruments

Thoroughly presents numerous measurement techniques, from static length and displacement to surface topography, mass and force

Covers multiple optical surface measuring instruments and related topics (interferometry, triangulation, confocal , variable focus, and scattering instruments)

Explains, in depth, the calibration of surface topography measuring instruments (traceability; calibration of profile and areal surface texture measuring instruments; uncertainties)

Discusses the material in a way that is comprehensible to even those with only a limited mathematical knowledge

《精微測量：技術革新與工程實踐的融閤》在現代工程領域，微小尺度上的精確測量不再僅僅是學術研究的範疇，它已成為推動技術革新、確保産品質量、優化製造流程的關鍵支撐。從半導體芯片的納米級製造到生物醫學工程對細胞結構的功能性研究，再到先進材料開發的分子級錶徵，《精微測量：技術革新與工程實踐的融閤》一書深入剖析瞭這一關鍵學科的理論基石、前沿技術及其在多元化工程實踐中的實際應用。本書旨在為讀者提供一個全麵而深刻的視角，理解如何在微觀世界中實現可靠、準確且具有經濟效益的測量。第一部分：精微測量的理論基石與挑戰本書開篇即奠定瞭精微測量學的理論基礎。在物理世界中，當尺度逼近微米乃至納米級彆時，許多宏觀世界的測量假設開始失效。量子效應、錶麵力、熱效應、靜電力以及振動等因素的乾擾變得顯著，對測量的精度、穩定性和分辨率提齣瞭嚴峻挑戰。例如，在原子力顯微鏡（AFM）的操作中，探針尖端與樣品錶麵的範德瓦爾斯力、毛細作用力等微弱但不可忽視的力學相互作用，直接影響著掃描結果的真實性。本書將詳細闡述這些物理原理，並提供量化的分析方法，幫助讀者理解其對測量精度的潛在影響。此外，誤差分析與不確定度評估在精微測量中顯得尤為重要。由於信號噪聲、儀器漂移、環境因素以及操作人員的主觀因素，每一個測量都伴隨著一定的不確定性。本書將係統介紹不確定度傳播的原理，並結閤實際案例，展示如何通過多點測量、重復測量、多儀器比對等方法，科學地量化和減小測量不確定度，從而確保測量結果的可靠性和可比性。對於工程實踐而言，精確的不確定度評估是進行質量控製、工藝優化和産品驗證的必要前提。第二部分：前沿精微測量技術概覽本書的核心內容在於對當前最先進、最具影響力的精微測量技術的深入介紹。我們不再局限於傳統的機械式或光學式測量方法，而是聚焦於那些能夠突破衍射極限、探測量子特性、甚至直接操縱原子的技術。原子力顯微鏡（AFM）及其衍生技術： AFM是納米尺度形貌測量的金標準之一。本書將詳細介紹AFM的工作原理，包括接觸模式、非接觸模式和敲擊模式，並重點闡述其在不同應用場景下的優勢與局限。更重要的是，本書將深入探討AFM的各種先進功能，如通過錶麵力譜分析材料的力學性質（硬度、彈性模量）、通過掃描電化學顯微鏡（SECM）進行納米尺度電化學反應成像、以及通過光學-力學耦閤技術實現錶麵光學性質與形貌的同步測量。這些衍生技術極大地拓展瞭AFM的應用範圍，使其成為研究納米材料、生物分子和界麵現象的強大工具。掃描隧道顯微鏡（STM）與錶麵電子結構分析： STM利用量子力學中的隧道效應，能夠實現原子級彆的錶麵形貌成像，並能探測錶麵的電子態密度。本書將深入剖析STM的成像機理，包括電子隧道的物理學原理、量子勢壘的概念以及如何通過控製掃描電壓和電流來獲取錶麵信息。此外，本書還將介紹STM在研究錶麵吸附、原子排列、二維材料電子特性等方麵的應用，並探討其與其他譜學技術（如紫外光電子能譜UPS、X射綫光電子能譜XPS）的結閤，實現錶麵化學態與電子結構的協同分析。高分辨率光學顯微技術：盡管傳統光學顯微鏡受到衍射極限的限製，但近年來發展齣的超分辨率光學顯微技術（如STED、PALM、STORM）已經突破瞭這一瓶頸，實現瞭幾十納米甚至幾個納米級彆的分辨率。本書將詳細介紹這些超分辨率成像技術的原理，包括熒光猝滅、單分子定位、激發光控製等關鍵概念。讀者將瞭解到如何利用這些技術對細胞內部的生物大分子、納米顆粒的分布以及材料的微觀結構進行前所未有的精確觀察。納米尺度計量學與校準：隨著測量精度的不斷提高，對測量標準的準確性和溯源性提齣瞭更高要求。本書將探討納米尺度計量學的基本原理，包括標準物質的製備與錶徵、計量器具的校準方法以及量值傳遞的鏈條。例如，對於AFM來說，高精度矽基納米尺度的標準樣品（如刻有特定納米尺度的溝槽或球體的樣品）是至關重要的校準工具，本書將討論這些標準樣的製備工藝、主要計量特性及其校準方法。電子顯微技術（SEM/TEM）在精微測量的應用：雖然掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）是經典的成像技術，但在精微測量領域，它們的應用已遠超簡單的形貌觀察。本書將介紹如何利用SEM和TEM進行納米尺度的成分分析（通過能譜儀EDS/WDS）、晶體結構分析（通過電子衍射）、以及二維/三維重構。特彆是，將重點介紹原位（in-situ）電鏡技術，如在電鏡環境下進行的納米壓痕測試、電化學反應過程實時觀察、以及材料在不同溫度或氣氛下的結構演變，為理解材料在真實工作狀態下的行為提供瞭直接證據。第三部分：精微測量在工程實踐中的創新應用理論與技術的結閤最終體現在工程實踐的創新應用中。《精微測量：技術革新與工程實踐的融閤》一書將精微測量學的成果與多個關鍵工程領域緊密聯係，展現瞭其巨大的價值。半導體製造與集成電路檢測：在摩爾定律的驅動下，半導體芯片的特徵尺寸已進入納米級彆。本書將詳細闡述精微測量技術在光刻、刻蝕、薄膜沉積等關鍵製造環節中的作用，包括對光刻膠圖案尺寸、刻蝕深度、薄膜厚度、錶麵粗糙度以及缺陷的納米級檢測。將重點介紹利用掃描電子顯微鏡（SEM）結閤二維/三維形貌測量，以及原子力顯微鏡（AFM）在錶麵形貌和三維輪廓測量中的應用。同時，還將探討如何利用原子力顯微鏡進行漏電檢測和錶麵電勢測量，以評估器件的電氣性能。先進材料科學與工程：從納米復閤材料到二維材料（如石墨烯、過渡金屬二硫化物），對這些新材料的結構、性能和界麵行為的深入理解，離不開精微測量。本書將展示如何利用AFM、STM等技術研究納米顆粒的分散性、薄膜的生長模式、以及二維材料的缺陷與載流子輸運特性。還將介紹如何利用納米壓痕測試等技術，評估納米材料的力學性能，以及如何結閤原位電鏡技術，觀察材料在受力、受熱或受化學腐蝕時的結構變化。生物醫學工程與藥物輸送：在生物醫學領域，細胞、病毒、蛋白質等結構本身就處於微納尺度。本書將介紹精微測量技術在細胞成像、納米藥物載體錶徵、生物傳感器開發以及組織工程支架構建等方麵的應用。例如，如何利用AFM研究細胞膜的力學性質、分析納米粒子的尺寸分布和錶麵電荷，以及如何利用超分辨率顯微技術觀察細胞內的生物分子相互作用。精密機械與微納機電係統（MEMS/NEMS）： MEMS/NEMS器件的尺寸通常在微米到納米級彆，其性能高度依賴於結構尺寸的精確控製和錶麵質量。本書將探討精微測量技術在MEMS/NEMS器件的設計、製造和性能評估中的作用，包括對微梁、微鏡、微驅動器等結構的尺寸、形貌、錶麵粗糙度以及動靜態性能的測量。計量學在精微尺度上的挑戰與解決方案：隨著工程製造的精密度不斷提高，如何確保納米級彆的測量結果具有可比性、可重復性並能溯源至國傢計量標準，成為一個重要的研究課題。本書將深入探討精微尺度計量學的核心挑戰，例如如何構建納米尺度的標準件，如何開發能夠在綫監測和校準的納米測量設備，以及如何實現跨國界、跨實驗室的精微測量結果的有效比對。結語《精微測量：技術革新與工程實踐的融閤》不僅是一本關於測量技術的書籍，更是對工程領域未來發展趨勢的深刻洞察。通過對理論基礎的嚴謹梳理，對前沿技術的全麵剖析，以及對多元化工程應用的深入展示，本書將幫助讀者建立起一個完整的精微測量學知識體係，並為他們在各自的研究和工程實踐中，開闢新的視野，激發新的靈感，最終推動工程技術的不斷進步與創新。掌握精微測量的藝術，即是掌握瞭微觀世界的鑰匙，也便是開啓瞭下一代工程技術的無限可能。