1.尺寸效应Size Effect
“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”是中国古代战国时期的智者公孙龙说的一个命题。意思是说一尺长的木棍，每天砍掉一半，这样砍下去，永远也砍不完。这反映了古人认为事物无限可分的大胆猜想。假设我们人类是蝗虫的话，这意味着我们的腿只有手指头那么粗，但我们可以跳10米高（人类的跳高世界记录只有2米5左右），50米远，那样百米大战将变成了运动员的跳远比赛。我们还可以从随便哪幢摩天大楼上一跃而下，而毫发不损，电梯公司真可以倒闭了。
实际范例
理解
那么现代科技对这一命题是如何理解的呢？自从原子、分子概念确立后，人们已经认识到，当物质分割到比原子、分子（1埃）还小时，物质的性质就会发生改变，或者说变成了新的物质。 在作电解水实验的时候，电流可以帮助我们把水分子分成氢和氧。可见虽然我们还可以继续分割下去，但分割的对象已经发生改变，就好比是我们把一条蚯蚓一分两半后，分别生出的不是两只蚯蚓而是两只蝴蝶一样。 当引入纳米概念后，我们发现实际上物质在分到纳米尺度（10埃，即相当于10个原子的长度）的时候就已经发生了种种变化，当然这个时候物质的种类还是保持不变的。
实验
熔点变化：纳米金颗粒的熔点为330摄氏度，比普通金的要低700度，而纳米银粉的熔点仅为100度左右，和水的沸点差不多了。 颜色变化：如金属纳米材料的颜色会变成了黑色。 导电性变化：金属纳米材料会变为绝缘体。 这些奇特现象的发生，就好比我们把一段枯木棍一分为二后，每一段短木棍变成了发芽的树枝。 看来，仅仅改变物体的尺寸形状，也可以改变物体物性，这确实与我们在宏观世界里获得的经验是矛盾的。 在理解尺寸效应的时候，最经常被人们提起的是在生物学中的例子。一只昆虫如蝗虫，身长大概是10个厘米，它有6只腿，每只腿大概只有两三毫米粗，但蝗虫一跃可能会有一米高，几米远，从好几米的高度落下来，也不会伤害它。
概念
这是一个什么概念呢？ 情况当然不是如此，事实上我们每个成年人的大腿都有几十厘米粗，只能跳一米高，几米远，要是从四、五米的高度落下来，就得受伤。而比我们体形更加庞大的动物在这方面，显得更加没有天赋。大象的腿粗的象故宫大殿里的柱子，但没有人见大象“跳”过，实际上大象的四条腿中总有两条是落在地上的。要是我们把大象从两层楼的高度上扔下来，动物园一定会告我们谋杀的。 这也能解释为什么历史上的庞然大物恐龙会绝迹。生物身体的尺寸越大，越不灵活，也越容易受伤，所以在环境变化，灾难来临时，体形大的生物就不易生存。
生物为什么会有这种尺寸效应呢？
从化学和力学的角度看，生物都是由碳水化合物，体液等构成。建造的材料相同，所以不同生物的密度、强度、体力也是相同的。 随着生物体尺寸的增大。体重与体积成正比，所以体重的增加是以三次幂的速度增加的。支撑体重及运动的能力是与腿的受力面积成正比的，所以是以二次幂的速度增加的。可见生物支撑体重及运动能力的增强，比体重增加的要慢。这种情况下，只有再增加受力面积，即再增加腿的尺寸才可以抵消体重的更快增加。 生物 整体尺寸 支撑腿的尺寸 大象 4米 0.5米 人 2米 20厘米 蝗虫 10厘米 2-3毫米 蚊蚋 <1厘米 0.1毫米 在地球上，如果我们把人类的尺寸看作是最佳生命尺寸的话，那么在质量小于地球的行星上，最佳生命尺寸应比地球上的大。但过小的行星则其大小可能无法维持一个生物圈，因此仅考虑尺寸效应对生物的影响，我们也可推测能够进化出智慧生命的行星，其大小应当受一定限制。
2.微机电系统
微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
MEMS的特点
MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。MEMS的特点是： 1）微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。 2）以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。 3）批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS。批量生产可大大降低生产成本。 4）集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。 5）多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。 MEMS发展的目标在于，通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。MEMS可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务，也可嵌入大尺寸系统中，把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。21世纪MEMS将逐步从实验室走向实用化，对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学发展产生重大影响。
编辑本段微机电系统
概念
（micro-electromechanicalsystem—MEMS）微机电系统基本上是指尺寸在几厘米以下乃至更小的小型装置，是一个独立的智能系统，主要由传感顺、作动器（执行器）和微能源三大部分组成。微机电系统涉及物理学、化学、光学、医学、电子工程、材料工程、机械工程、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术，目前在系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域开拓了广阔的用途。微机电系统的制造工艺主要有集成电路工艺、微米/纳米制造工艺、小机械工艺和其他特种加工工种。微机电系统在国民经济和军事系统方面将有着广泛的应用前景。主要民用领域是医学、电子和航空航天系统。美国已研制成功用于汽车防撞和节油的微机电系统加速度表和传感器，可提高汽车的安全性，节油10％。仅此一项美国国防部系统每年就可节约几十亿美元的汽油费。微机电系统在航空航天系统的应用可大大节省费用，提高系统的灵活性，并将导致航空航天系统的变革。例如，一种微型惯性测量装置的样机，尺度为2厘米×2厘米×0.5厘米，重5克。在军事应用方面，美国国防部高级研究计划局正在进行把微机电系统应用于个人导航用的小型惯性测量装置、大容量数据存储器件、小型分析仪器、医用传感器、光纤网络开关、环境与安全监测用的分布式无人值守传感等方面的研究。该局已演示以微机电系统为基础制造的加速度表，它能承受火炮发射时产生的近10.5个重力加速度的冲击力，可以为非制导弹药提供一种经济的制导系统。设想中的微机电系统的军事应用还有：化学战剂报警器、敌我识别装置、灵巧蒙皮、分布式战场传感器网络等。 全称Micro Electromechanical System 微机电系统 MEMS(Micro Electromechanical System，即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。概括起来，MEMS具有以下几个基本特点，微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。 MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。其研究内容一般可以归纳为以下三个基本方面： 1．理论基础： 在当前MEMS所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起作用，但由于尺寸缩小带来的影响（Scaling Effects），许多物理现象与宏观世界有很大区别，因此许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等，因此有必要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。这一方面的研究虽然受到重视，但难度较大，往往需要多学科的学者进行基础研究。
技术基础
MEMS的技术基础可以分为以下几个方面： （1）设计与仿真技术； （2）材料与加工技术 （3）封装与装配技术； （4）测量与测试技术； （5）集成与系统技术等。
应用研究
人们不仅要开发各种制造MEMS的技术，更重要的是如何将MEMS技术与航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器等应用领域相结合，制作出符合各领域要求的微传感器、微执行器、微结构等MEMS器件与系统。 大方向有三类：RF MEMS;射频，比如relay，switch，可变电容，谐振器……BIO-MEMS;生物，比如微全分析系统。POWER MEMS.微能量采集，比如微马达。
3.超精密加工
20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。到80年代初，其最高加工尺寸精度已可达10纳米（1纳米=0.001微米）级,表面粗糙度达1纳米,加工的最小尺寸达 1微米，正在向纳米级加工尺寸精度的目标前进。纳米级的超精密加工也称为纳米工艺(nano-technology) 。超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。
简介
20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的加工技术。超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级。到20世纪80年代，加工尺寸精度可达10纳米(1×10-8米)，表面粗糙度达1纳米。超精密加工对工件材质、加工设备、工具、测量和环境等条件都有特殊的要求，需要综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统、计算机控制以及其他先进技术。超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级，除需要采用新的加工方法或新的加工机理之外,对工件材质,加工设备、工具、测量和环境条件等都有特殊的要求。工件材质必须极为细致均匀，并经适当处理以消除内部残余应力,保证高度的尺寸稳定性,防止加工后发生变形。加工设备要有极高的运动精度，导轨直线性和主轴回转精度要达到0.1微米级,微量进给和定位精度要达到0.01微米级。对环境条件要求严格，须保持恒温、恒湿和空气洁净，并采取有效的防振措施。加工系统的系统误差和随机误差都应控制在 0.1微米级或更小。这些条件是靠综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统和计算机控制等各种先进技术获得的。
编辑本段分类
超精密切削加工
主要有超精密车削、镜面磨削和研磨等。在超精密车床上用经过精细研磨的单晶金刚石车刀进行微量车削,切削厚度仅1微米左右，常用于加工有色金属材料的球面、非球面和平面的反射镜等高精度、表面高度光洁的零件。例如加工核聚变装置用的直径为800毫米的非球面反射镜，最高精度可达0.1微米，表面粗糙度为Rz0.05微米。
超精密特种加工当
加工精度以纳米，甚至最终以原子单位(原子晶格距离为0.1～0.2纳米)为目标时，切削加工方法已不能适应，需要借助特种加工的方法，即应用化学能、电化学能、热能或电能等，使这些能量超越原子间的结合能，从而去除工件表面的部分原子间的附着、结合或晶格变形，以达到超精密加工的目的。属于这类加工的有机械化学抛光、离子溅射和离子注入、电子束曝射、激光束加工、金属蒸镀和分子束外延等。这些方法的特点是对表面层物质去除或添加的量可以作极细微的控制。但是要获得超精密的加工精度，仍有赖于精密的加工设备和精确的控制系统，并采用超精密掩膜作中介物。例如超大规模集成电路的制版就是采用电子束对掩膜上的光致抗蚀剂（见光刻）进行曝射，使光致抗蚀剂的原子在电子撞击下直接聚合(或分解)，再用显影剂把聚合过的或未聚合过的部分溶解掉，制成掩膜。电子束曝射制版需要采用工作台定位精度高达±0.01微米的超精密加工设备。
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