纳米科技
纳米技术(nanotechnology），也称为毫微技术，研究结构尺寸为0.材料在1-100纳米范围内的性质和应用技术的最终目标是直接用原子或分子构建具有特定功能的产品。因此，纳米技术实际上是一种使用单个原子和分子射程材料的技术。
到目前为止，纳米技术有三个概念：
第一种是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，组合分子的机器可以实用化，从而任意组合各种分子，创造任何种类的分子结构。这一概念的纳米技术还没有取得重大进展。
第二个概念将纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是说，通过纳米精度"加工"人工形成纳米结构的技术。这种纳米级加工技术也使半导体微型化即将达到极限。即使现有技术继续发展，理论上也会达到极限，因为如果电路的线幅逐渐变小，构成电路的绝缘膜会变薄，从而破坏绝缘效果。此外，还存在发热、晃动等问题。研究人员正在研究新的纳米技术，以解决这些问题。
第三个概念是从生物学的角度提出的。最初，细胞和生物膜中有纳米结构。DNA开发分子计算机和细胞生物计算机已成为纳米生物技术的重要组成部分。
目前，纳米技术的研究和应用主要集中在材料和制备、微电子和计算机技术、医疗和健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。纳米材料制成的设备重量轻、硬度强、使用寿命长、维护成本低、设计方便。纳米材料还可以生产自然界中不存在的特定材料或材料。
纳米技术与制造业的关系
近年来，随着半导体制造技术和超精密测量技术的快速发展，加工制造精度越来越高，加工尺寸越来越小，机械结构越来越薄，纳米技术已成为现代科学技术研究的前沿，成为世界先进工业国家科学技术发展竞争的科学技术高峰之一。纳米技术的加工精度为1nm即10-9m制造技术总称。众所周知，固体物质的原子晶格为0.3nm因此，纳米数量级尺寸的加工精度接近加工精度的极限，因此有些称为原子技术或终极技术。
纳米技术的核心是超精密加工，特别是近年来发展起来的半导体制造和微机电系统，其主要技术是微尺寸加工。例如，如果高集成度的超大规模集成电路线宽度达到亚微米级，则需要使用<10nm加工精度加工技术。又如，CD密纹磁盘、VD光盘等机电产品，塑料圆盘上的微记录线宽0.7微米深0.1微米，这种高密度、高细度的沟槽需要高密度的存储音像信息，需要精细模具压印或注塑加工略复杂的结构，机械加工方法是不可能的，特别是制造复合结构，今天更成熟的方法是硅加工技术，机械零部件采用改进的半导体工艺制造，也可与电路、电子设备、光路、光学设备集成，制造微机械、传感器、执行器、机电系统，实现光机电一体化。近年来发展迅速，面临新突破的微型机械将开创机电一体化的新时代，促进机电光计算机一体化的新发展。
要实现纳米制造，必须有纳米加工技术。超精细加工是指微米级以下的尺寸加工，超精密加工是指微米级以下零件的主要尺寸和加工制造精度。超精细尺寸加工需要超精细加工，因此要求重复精度为4纳米或更小的分步重复相机成为关键。因此，有必要研究纳米级加工精度的加工装置和加工方法，这是纳米技术需要研究和解决的问题。
还应具备超精密检测技术。IBM1982年，研究人员成功开发了一种新原理的测量头扫描显微镜，用测量头扫描显微镜观察、测量和操作原子和分子，即扫描隧道显微镜STM(scanning tunneling microscope)，两年后获得诺贝尔奖。受此思想的启发，世界各地的学者开发了T原子力显微镜AFM(atomic force microscope)、激光显微镜LFM(laser force microscope)、磁力显微镜MFM(magnetic force microscope)、静电显微镜(electrostatic force microscope)、热敏显微镜(temperature sensing microscope)等。
大行程纳米定位
大行程纳米定位平台系统在现代尖端工业生产和科研领域发挥着极其重要的作用；高精度、高分辨率、大行程纳米定位平台的研究处于国际前沿，反映了一个国家的高科技水平和综合国家实力。它直接影响精密、超精密切割加工水平、精密测量水平和超大型集成电路生产水平。同时，其技术指标是各国高科技发展水平的重要标志。
小行程极高精度工作台多采用压电元件或电磁元件作为驱动装置。行程多在几十微米范围内，但位移分辨率可高达1 nm。大行程高精度工作台是指行程达毫米级以上，但定位精度略低于小行程系统的工作台系统。它主要由直线电机或摩擦驱动，运动分辨率主要为10 nm 左右。
大行程超精密工作台的主要类型有直线电机驱动和摩擦驱动，也有两级进给，即粗动和精动两套系统，兼顾大行程、高响应速度和高定位精度。
伺服驱动系统
位置控制具有良好的执行性能：高频响应、尺寸小、热膨胀小，但行程只有几十微米。在此范围内，通常通过压电驱动器驱动柔性铰链来实现纳米定位。为实现大行程纳米定位，一般方案为宏微双驱动机构，即在粗定位工作台上安装微工作台，首先采用大行程、低分辨率机构进行粗定位，实现大行程内几微米的定位精度；然后在微米行程内使用小行程、高分辨率机构进行纳米定位。微动机构一般采用压电驱动器驱动柔性铰链机构，粗定位机构一般采用滚珠丝杠或直线电机。为宏、微两个驱动机构设计两套闭环伺服控制系统，两步定位可实现10nm以下定位精度。虽然双驱动机构在实践中性能良好，但它是一个冗余系统，需要两个工作台和两个相应的闭环控制系统，结构复杂。
伺服电机的旋转运动是利用摩擦力转化为驱动杆的直线运动。传统的正交摩擦驱动类似于齿轮齿条副驱动，经过空气润滑，采用模型参考自适应控制，可以获得纳米级的定位精度，但其分辨率难以提高，而且对电机的低速性能要求很高。扭轮摩擦驱动是正交摩擦驱动与螺旋驱动相结合的产物。它由光杆和扭轮螺母组成，导程小，摩擦阻力小，无爬行和反向间隙。闭环反馈控制可以很好地解决大行程和高分辨率的问题。日本最早拥有纳米分辨率的扭轮摩擦驱动机构Mizumoto Hiroshi教授建议定位分辨率可达012nm。国防科技大学开发的扭轮摩擦驱动机构实测运动分辨率可达10nm，50可以准确进行nm定位运动。但扭轮螺母结构复杂，不适合小型化。另外，由于螺母和光杠之间存“弹性滑动”现象，扭轮螺母的轴向刚度相对于滚珠丝杠螺母要低一个数量级。扭轮摩擦驱动机构由于导程小、刚度低，加速度有限，不适合大加速度和高速运动。
相当于沿轴向切割一个交流感应电机，然后将定子和转子展开成直线。转子应电机通电后转子与定子之间产生的旋转磁场现已成为沿直线移动的磁场，原驱动转子旋转的电磁力现已成为直线力。商用直线电机的标称分辨率一般小于10nm。直线电机驱动系统结构紧凑，但超精密驱动选择永磁直线电机，需要采取措施解决磁铁吸引金属粉尘和加热缺陷，组装拆卸不方便，直接驱动容易引入振动，使系统稳定性和动态性能差，垂直驱动需要平衡制动器，控制系统复杂。
利用其目的是消除相对运动部件之间的机械接触，从而大大降低或消除定位系统中的摩擦。常用的静压丝杠主要包括空气静压丝杠和液体静压丝杠，其刚度和精度高于空气静压丝杠。目前，静压丝杠主要用于大型超精密加工设备和超精密测量设备。由于摩擦系数小，无爬行和反向间隙，纳米分辨率可长期保持，精度可长期保持。
它是一种传统的精密驱动模式，通过预紧可以消除轴向运动产生的间隙，具有成本效益 静刚度高，传动精度好，控制技术成熟。然而，摩擦和弹性变形等因素极大地影响了系统在微米和亚微米尺寸的响应，使其呈现出与宏观动力学特性完全不同的微动特性，影响了定位精度的提高。为了实现纳米分辨率，在闭环控制设计中必须研究和解决微动特性的影响。
导轨和测量反馈技术
滚动导轨和静压导轨常用于超精密驱动。滚动导轨的摩擦系数与运动、 静摩擦系数差小，能有效避免爬行，广泛应用于精密驱动机械中。但当定位精度达到纳米级时，摩擦的影响仍然相对明显，在设计控制系统时必须仔细考虑。此外，由于滚动体与导轨之间的点接触或线接触，其抗振性较差。静压导轨多用于大行程精密工作台，多用于气体静压导轨。它具有摩擦系数小、运动精度高、使用寿命长、间隙小等优点。但其承载能力低，刚度小， 气孔和导轨表面需要较高的加工精度，气体的可压缩性容易引起不稳定。磁悬浮导轨是近年来兴起的一项新技术。它利用磁悬浮原理避免导轨表面的机械接触，但磁悬浮导轨发热较大 控制复杂等缺点，目前在超精密加工领域的应用还不成熟。
纳米定位伺服控制系统需要纳米位置检测系统实时反馈位置信号，最终通过位置检测系统评估位置精度。可以说，位置检测精度直接决定了位置控制精度。双频激光干涉仪是最常用的超精密位置测量装置，以真空中激光的波长为长度基准，可达到纳米甚至亚纳米的测量分辨率。但在实际测量过程中，其波长受气压影响， 温度、 湿度等环境参数的影响会发生变化，从而降低其测量精度。此外，激光干涉仪反馈系统复杂，成本高，不利于超精度定位测量系统的快速建设。光栅尺通过记录静尺和动尺相互移动产生的莫尔斯干涉条纹数来测量位移。光栅和激光干涉仪的测量精度基本相同，但除温度外，几乎不受其他环境因素的影响，使用维护非常方便，是超精密工作台位置测量反馈的理想传感器。电容传感器也用于超精度测量。虽然测量精度也可以达到纳米级，但其测量范围最大只能达到几毫米。此外，电容传感器中各电容参数的匹配存在问题。电容检测的后处理难度大，对环境条件要求严格，限制其用范围。