1、 （重新设计国赛封面 序序 章章 0.1 省赛辉煌省赛辉煌 2014 年 5 月 24 日至 5 月 26 日，在南京邮电大学举办的“挑战杯”第八届江苏省大学生创业计划竞赛中，江苏星辰纳米科技有限责任公司，获省赛金奖。 图 0.1 省赛答辩合照 （左起分别为财务总监胡俏菊、市场总监何雪枫、总经理孟岭超、运营总监刘晓倜） 图 0.2 省赛优胜杯 0.2 “挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛 2013 年 10 月底，在苏州大学举办的第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中，我们的作品“纳米探针”在现场展出时吸引了无数人驻足观望、合影、拍摄，并引起
2、了新华报、苏州网等资深媒体记者的关注，同时，它也得到了大赛组委会的肯定，荣获全国二等奖。 图 0.3 现场讲解 图 0.4 媒体报道 0.3 名家推荐（详见附件）名家推荐（详见附件） 来自各行各业的名家，中国科学院院士、南京航空航天大学教授朱荻同志，长江学者、 南京航空航天大学教授徐九华同志， 航天晨光股份有限公司总设计师季明慧同志等， 另外中航世新燃气轮机股份有限公司， 中航空天发动机研究院有限公司， 中航动力科技工程有限责任公司，中航发动机控股有限公司等公司在了 解过我公司产品“纳米探针”后，纷纷表示出了极大的兴趣，并出具推荐意见。 图 0.5 推荐意见（详见附件） 0.4 关于公司关于公
3、司 江苏星辰纳米科技有限公司创业团队， 组建于 2011 年 9 月， 在第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛落幕后， 历经一个月的时间，在南京航空航天大学的创业精英中经过层层筛选，10 名大学生精英走到了一起，并为了同一个梦想，合作、创新、激情、永进！ 图 0.6 团队合照 自 2010 年 9 月，由我公司研发人员研制出一套完善的微米金属探针电化学加工系统后，为进一步向纳米探针生产的技术尖端进军，我们攻破重重技术、人力难题， 历经一年时间又研发完成一套完整的纳米探针制备系统，正式拉开纳米探针的研究序幕。 目前我们已经拥有了一套完整的、具有自主知识产权的一体化生产系统，实现了纳米
4、探针的自主研发及生产。 图 0.7 微米探针加工机床 图 0.8 微米探针研发系统 图 0.9 纳米探针制备机床 图 0.10 一体化生产系统 随着公司的不断发展， 我们成功研制出不同功能的纳米探针产品，实现了纳米检测和纳米加工两大研究领域的产品革新。 图 0.11 纳米检测探针 图 0.12 纳米加工探针 未来，在漫长的运营道路中，我们会进一步加大产品研发力度，不断升级产品性能，拓宽应用领域，实现产品的多功能化。 目目 录录 序序 章章 . i 0.1 省赛辉煌 . i 0.2 “挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛 . ii 0.3 名家推荐（详见附件） . ii 0.4 关于公司 .
5、iii 第一章第一章 执行总结执行总结. 1 1.1 公司概况 . 1 1.2 产品与技术 . 1 1.2.1 核心产品. 1 1.2.2 核心技术. 2 1.3 市场营销 . 3 1.4 投资与财务 . 3 1.5 公司战略 . 4 1.6 公司组织与人力资源 . 5 第二章第二章 产品与技术产品与技术 . 7 2.1 技术背景 . 7 2.2 核心产品 . 7 2.2.1 纳米检测探针 . 8 2.2.2 纳米加工探针 .12 2.3 产品竞争优势 .14 2.4 产品技术 .17 2.4.1 关键技术.17 2.4.2 技术原理.17 2.4.3 技术创新点 .22 2.4.4 技术成果
6、与获奖情况 .23 第三章第三章 市场分析市场分析. 29 3.1 宏观环境分析 .29 3.1.1 政治环境.29 3.1.2 经济环境.30 3.1.3 社会环境.30 3.1.4 技术环境.31 3.2 行业环境分析 .32 3.2.1 行业生命周期分析 .32 3.2.2 波特五力分析 .32 3.3 目标市场与市场定位 .34 3.3.1 市场细分.35 3.3.2 目标市场.35 3.3.3 市场定位.36 3.4 市场调查 .36 3.4.1 调查方式.36 3.4.2 调查内容.37 3.4.3 调查结果.37 3.5 市场预测 .40 3.5.1 纳米检测探针的市场预测 .4
7、0 3.5.2 纳米加工探针的市场预测 .43 第四章第四章 营销策略营销策略. 47 4.1 产品策略 .47 4.1.1 品牌发展.47 4.1.2 产品创新.47 4.1.3 产品服务.48 4.2 定价策略 .49 4.2.1 定价原则.49 4.2.2 价格调整策略 .50 4.3 渠道策略 .50 4.4 促销策略 .51 4.4.1 大客户营销 .51 4.4.2 专业营销.52 第五章第五章 生产管理生产管理. 54 5.1 厂址选择 .54 5.2 工艺流程 .55 5.3 产能设计 .57 5.3.1 产量计划.57 5.3.2 厂房设置.57 5.4 生产要素 .58 5
8、.4.1 设备配置.58 5.4.2 原料供应.60 5.4.3 人员安排.61 5.5 质量控制 .61 5.6 生产管理 .62 5.7 研发投入 .64 第六章第六章 融资计划及资金运用安排融资计划及资金运用安排. 67 6.1 资金需求预测 .67 6.2 股权融资方案 .68 第七章第七章 财务预测财务预测. 70 7.1 财务假设 .70 7.2 销售收入预测 .70 7.3 成本费用预测 .71 7.3.1 制造成本预测 .71 7.3.2 期间费用预测 .73 7.4 预测财务报表 .75 7.4.1 预测利润表 .75 7.4.2 预测资产负债表 .76 7.4.3 预测现金
9、流量表 .77 第八章第八章 投资分析投资分析. 79 8.1 投资分析假设 .79 8.2 投资可行性分析.79 8.2.1 投资净现值 .80 8.2.2 内含报酬率 .80 8.2.3 投资回收期 .81 8.2.4 投资回报率 .81 8.3 投资效益分析 .82 8.3.1 偿债能力分析 .82 8.3.2 盈利能力分析 .83 8.3.3 营运能力分析 .83 8.3.4 发展能力分析 .84 8.3.5 综合分析结论 .84 8.4 投资风险分析 .85 8.4.1 盈亏平衡分析 .85 8.4.2 敏感性分析 .86 8.5 股利分配计划 .87 第九章第九章 风险资本退出风险
10、资本退出 . 90 9.1 退出时间 .90 9.2 退出方式 .90 9.2.1 管理层回购与员工持股计划相结合 .91 9.2.2 引入新的战略投资 .91 第十章第十章 公司公司战略战略. 93 10.1 公司概况 .93 10.2 公司使命与愿景.94 10.3 SWOT 分析.94 10.4 总体战略 .95 10.5 竞争战略 .96 10.5.1 技术创新战略 .96 10.5.2 差异化战略 .97 第十一章第十一章 公司管理公司管理 . 99 11.1 组织结构 .99 11.1.1 公司结构 .99 11.1.2 重要部门和岗位职责.99 11.2 管理团队 . 100 1
11、1.2.1 创业团队主要成员及其分工 . 100 11.2.2 团队成员简介 . 101 11.2.3 公司顾问介绍 . 103 11.3 人力资源管理 . 104 11.3.1 人力资源规划 . 104 11.3.2 员工招聘 . 105 11.4 薪酬与激励 . 106 11.4.1 薪酬设计 . 106 11.4.2 福利待遇 . 107 11.4.3 员工发展 . 108 11.5 企业文化 . 108 11.6 法律保护 . 109 11.6.1 商业秘密保护 . 109 11.6.2 商标保护措施 . 110 11.6.3 公司法保护 . 110 11.6.4 其他合同法律保护 .
12、 110 第十二章第十二章 风险管理风险管理 .113 12.1 技术风险 . 113 12.1.1 技术扩散风险 . 113 12.1.2 技术超越风险 . 113 12.2 市场风险 . 114 12.2.1 竞争风险 . 114 12.2.2 需求风险 . 115 12.2.3 用户议价风险 . 115 12.3 财务风险 . 116 12.3.1 成本控制风险及防范措施 . 116 12.3.2 融资风险及防范措施. 116 12.3.3 收益分配风险及防范措施 . 116 12.3.4 账款回收风险及防范措施 . 117 12.4 人力资源风险 . 117 12.4.1 亟需型人才缺
13、乏风险. 117 12.4.2 核心人才流失风险 . 118 12.4.3 人力资源分配不合理风险 . 118 附录附录 1 投资意向书投资意向书.120 1.1 中航世新燃气轮机股份有限公司投资（贰佰万元整）意向书 . 120 1.2 中航空天发动机研究院有限公司投资（壹佰万元整）意向书 . 121 附录附录 2 应用证明应用证明 .122 2.1 江苏省精密与微细制造技术重点实验室应用证明 . 122 2.2 中航动力科技工程有限责任公司应用证明 . 123 2.3 中航世新燃气轮机股份有限公司应用证明 . 124 2.4 航天晨光股份有限公司应用证明 . 125 2.5 中航空天发动机研
14、究院有限公司应用证明 . 126 2.6 中航发动机控股有限公司应用证明 . 127 2.7 百友机械有限公司应用证明 . 128 附录附录 3 推荐意见推荐意见 .129 3.1 中科院院士朱荻教授推荐意见 . 129 3.2 长江学者徐九华教授推荐意见 . 130 3.3 航天晨光股份有限公司总设计师季明慧推荐意见 . 131 3.4 中航世新燃气轮机股份有限公司推荐意见 . 132 3.5 中航空天发动机研究院有限公司推荐意见 . 133 3.6 中航动力科技工程有限责任公司推荐意见 . 134 3.7 中航发动机控股有限公司推荐意见 . 135 3.8 百友机械有限公司推荐意见 . 1
15、36 附录附录 4 自有技术专利自有技术专利 .137 4.1 长度可控碳纳米管电极制备与导电性能检测方法与装置 . 137 4.2 超薄工件的电解加工方法与装置 . 138 4.3 长度可控碳纳米管电极制备与导电性能检测装置 . 139 4.4 超薄工件的电解加工装置 . 140 4.5 大长径比纳米级轴制备装置及方法 . 141 4.6 纳米磁性粒子改善微细电解线切割产物排出方法 . 142 4.7 微细电解加工碳纳米管工具电极制备方法及多功能工作槽 . 143 4.8 微细群线线电极在线制备方法 . 144 4.9 亚微米球头电极制备装置及方法 . 145 附录附录 5 技术入股协议书技
16、术入股协议书 .146 附录附录 6 采购意向书采购意向书.147 6.1 北京纳辰科技发展有限责任公司采购意向书 . 147 6.2 苏州捷迪纳米科技有限公司采购意向书 . 148 附录附录 7 科技查新报告科技查新报告 .149 附录附录 8 检测分析报告检测分析报告 .158 附录附录 9 市场调查问卷市场调查问卷 .162 附录附录 10 获奖证书获奖证书 .164 10.1 第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖 . 164 10.2 第八届“挑战杯”江苏省大学生创业计划竞赛金奖 . 164 10.3 第十三届江苏省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖 . 165 10.
17、4 第十五届“CASC 杯”大学生科技节课外科技作品竞赛一等奖 . 165 10.5 第九届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛校内选拔赛特等奖 . 166 10.6 优秀研究生创新团队 . 166 0 1 第一章第一章 执行总结执行总结 1.1 公司概况公司概况 江苏星辰纳米科技有限责任公司是一家拟创建的高新技术企业， 依托江苏省精密与微细制造技术研究所，以新型的“聚焦聚焦电弧放电技术电弧放电技术”为核心技术，南京航空航天大学大学生的优秀科技创新成果“纳米探针”“纳米探针”为核心产品。 公司有强大的技术支持，中科院院士为技术顾问，自有专利四项。我公司独创的纳米探针制备技术显著增强了探针的耐用度，
18、 延长了产品的使用寿命，且精度更高、 成本更低。 目前公司已获得 2 家企业的战略投资， 8 家单位的应用证明，3 位专家和 6 家企业的推荐，2 家企业的采购意向，市场前景广阔。 在中国微纳米科技产业蓬勃发展的大环境下，公司以“取沧海一粟，纳无限“取沧海一粟，纳无限乾坤”乾坤”为理念，积极推广纳米技术的工业化应用，将公司理念诉诸产品研发，在科技创新中探索合作，在提升顾客价值中谋求发展。 1.2 产品与技术产品与技术 1.2.1 核心产品核心产品 本公司产品分为“纳米检测探针”“纳米检测探针”和“纳米加工探针”“纳米加工探针”两种型号。 纳米检测探针纳米检测探针作为原子力显微镜（AFM）和扫描
19、隧道显微镜（STM）等高精设备的检测工具，用来扫描微纳米器件的表面结构，获取表面纹理、表面粗糙度等技术参数，从而对微纳米器件的加工质量进行评估； 它也可以作为生物工程领域的细胞结构探测工具，检测细胞及其内部结构的特征。 纳米加工探针纳米加工探针作为微纳电化学加工中的阴极工具， 利用电化学原理在零件上刻蚀出微孔、微缝、微型槽等微细结构。具有这些微结构的零件在众多微型化器件的生产领域普遍应用，包括航空、航天、航海中应用的惯性仪表、微型机械，检测力学量、磁学量、热学量和生物量的微型传感器，以及生物医学中的血管支架等微型件。 与同类产品相比，本公司产品具有以下 3 大优势： 2 （1）更小尺度。更小尺
20、度。纳米探针具有纳米级特征尺寸，有效直径为 10100nm，长度为 1040 m。 纳米级的高精尺度使显微检测分辨率更高、 产品加工更加精细。 （2）更高精度。更高精度。探针的制备、检测和优化过程都是在具有自主知识产权的高精度纳米探针制备机床上完成的。先进的设备使得探针的尺寸精度在 20nm 以内 ,直线度在 10nm 以内，达到国际先进水平。 （3）更优性能。更优性能。利用公司首创的探针制备技术生产的探针，其耐用度和使用寿命得以显著延长，为工业制造与微纳检测提供了强有力的保障。此外，先进的纳米探针制备技术极大降低了探针的生产成本， 为公司应对未来发展的风险提供了坚实基础。 表 1.1 公司产
21、品 技术基础 新型纳米探针制备技术（ “聚焦电弧放电法” ） 公司产品 纳米检测探针 纳米加工探针 产品型号 CNT-T CNT-E 应用对象 AFM/STM 显微镜 细胞穿刺 微细电化学加工机床 产品用途 作为显微镜 扫描探针 生物研究 探测探针 微细电化学加工用 工具电极 （生产制造微型件） 1.2.2 核心核心技术技术 “新型纳米探针制备技术”由我公司总经理孟岭超博士， 带领创业团队历经3 年时间研发完成。该创新技术曾获得第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖，并具有完全自主知识产权，为本公司自有技术自有技术。目前已申请发明专利发明专利 2 项， 实用新型专利项， 实用新
22、型专利 2 项项， 在诸多场合进行创新技术公开展示和现场推介，得到了新华网、苏州日报新华网、苏州日报等多方媒体的高度关注。 利用新型纳米探针制备技术，即“聚焦电弧放电法” ，在碳纳米管（全球热门的新材料）与金属钨针之间施加合适的电压，产生电弧放电，最终以“焊接”的形式结合在一起，从而制成本公司产品纳米探针。与现有技术相比，我公司的制备技术工艺简单、生产效率高，生产出的纳米探针结合强度高。公司将建 3 立不同尺度的纳米探针生产工艺体系， 实现柔性化的产品生产， 从而满足客户对产品的个性化需求。 1.3 市场营销市场营销 目前，我国纳米探针市场尚处于起步阶段。本公司的目标市场定为纳米检测市场与纳米
23、加工市场， 目标客户主要为相关领域的实验室、研究所以及精密产品加工企业。 根据市场调查， 当前我国纳米探针检测和加工领域的市场容量分别约为 57760 根根和 22000 根根，未来，市场容量还会不断扩大，产品市场前景广阔。本公司作为进入该领域的先行企业，将抓住机遇，积极开拓市场，我们的产品推广战略将分三步走：第一步第一步，以技术为先导，专注开拓纳米检测探针市场，推广技术领先纳米探针系列产品。第二步第二步，覆盖纳米加工探针市场的同时，实现产品的规模经营，确立国内纳米探针市场的领先地位。第三步第三步，以品牌为核心，开发新产品，打造纳米产品一体化平台，力争成为纳米探针生产和服务的领先者。 在具体实
24、施过程中， 公司将运用大客户管理策略， 通过人员推销、 体验营销、专业营销、网络营销等手段创造更多需求。目前，我公司产品已成功销售给苏州捷迪纳米科技有限公司、北京纳辰科技发展有限责任公司。另外，本公司已经与江苏省精密与微细制造技术重点实验室、 航天晨光股份有限公司等 6 家单位达成了合作意向。优秀的产品和广阔的市场，使我们对公司充满信心。 1.4 投资与财务投资与财务 公司根据产品特性及市场需求的预测进行了产能设计， 预计需求初始投资资金 850 万元，公司计划注册资本 1150 万元。其中，星辰创业团队计划投资 350万元(其中技术入股 300 万元，资金入股 50 万元)，占股本总额的 3
25、0.43%；计划引入战略投资 300 万元，占股本总额的 26.09%；其余 500 万元计划吸收风险投资公司共同参股。 基于对市场利率、 通货膨胀率和项目的投资风险等因素的综合考虑， 我们确定本项目的折现率为 16%， 根据本项目预计的初始投资金额、 经营现金流量以及终结现金流量，计算出我公司项目投资净现值为 1778.52 万元，内含收益率为68.79%，静态回收期为 1.87 年，动态回收期为 2.20 年。以上数据表明，我公司 4 项目的投资回收期短，投资收益率高，说明本项目具有极强的投资可行性。 在盈亏平衡分析中，公司前五年的营业收入均超过保本点，且二者差距逐年增大，这表明公司经营风
26、险不断降低，盈利能力具有较强的可持续性。敏感性分析显示，在单价、销量、单位变动成本和固定成本正负 20%的变动范围内，投资净现值始终大于 0，表明公司具有较强的抵御风险的能力。其中，公司对单价的变动最为敏感，单位变动成本和固定成本的影响都相对较小。 公司未来五年净利润从 169.58 万元增长至 1837.99 万元，平均增长率为61.06%，总资产从 1384.49 万元增长至 5151.78 万元，平均增长率为 30.06%，现金净流量从 72.95 万元增长至 1585.98 万元，平均增长率为 85.12%，从五年的经营效益和财务状况来看，公司处于快速成长期，上升空间大。随着市场的不断
27、开拓，销售净利率、资产利润率逐年上升，盈利能力良好；同时，营运能力及偿债能力的财务指标也充分显示公司具有较强的经营管理水平和财务安全性。 公司计划前两年不分配股利，后三年分别按净利润的 15%、20%、25%进行分配，累计现金分红 809.64 万元，第五年末留存收益 3048.27 万元，五年平均投资回报率达到 31.37%。公司预计在第五年进入成熟发展阶段，此时将是风险资本的退出的极佳时期， 我们计划采用管理层收购与员工持股相结合、 吸收新的战略伙伴投资两种方案。 1.5 公司战略公司战略 公司以“制造精微工具，探索精彩未来”为使命，力争 5 年内成为国内纳米探针行业的主导者，10 年内成
28、为国际纳米技术行业的领导者。 公司发展战略分为三个阶段： （1） 初期初期以技术为先导， 采用市场渗透战略市场渗透战略，大力拓展纳米检测探针市场机会， 主要集中于微细检测市场， 渗透式的营销推广，建立行业标准，提高市场占有率。（2）中期中期以技术为先导，采用市场开发战略市场开发战略和产品开发战略和产品开发战略，抓住市场契机，加强产品研发，在开拓纳米检测探针市场的基础上，利用技术和品牌优势，重点进军纳米加工探针的微细加工市场，形成规模经济，树立较高的行业进入壁垒。（3）长期长期以品牌为核心，采用纵向纵向一体化战一体化战略，略， 进行技术革新， 专注纳机电系统元器件产品的研发， 保持市场， 阻挡效
29、仿者，不断提升服务质量， 最终通过强化核心竞争力逐步走向世界， 成为行业领军企业。 5 1.6 公司组织与人力资源公司组织与人力资源 公司定位为高新技术企业，性质为有限责任公司，采用扁平化的组织结构，实行总经理负责制，下设技术研发部、生产部、市场营销部、财务部、人力资源部和技术培训服务部等六个部门。预计五年内公司在职员工将达到 81 人。 纳米探针由公司技术顾问曾永彬副教授和公司总经理孟岭超通过多年研究开发，公司依托 “聚焦电弧放电技术”所生产的产品集技术创新与实用性为一体， 广泛运用到纳米级产品的加工和检测中。 参与纳米探针研制的团队成员秦鹏将负责公司产品的研发和创新。团队其他成员将参与到公
30、司的管理、营销、财务中，为公司的发展带来蓬勃生机。 公司本着“取沧海一粟，纳无限乾坤”的经营理念，通过合理的战略谋划、系统的人力资源规划、科学的薪酬激励体制、完善的法律保护、先进的企业文化来保证公司的正常运转和持续发展。 6 7 第二章第二章 产品与技术产品与技术 2.1 技术背景技术背景 21 世纪以来，纳米技术引起了世界各国，尤其是工业发达国家前所未有的关注和热情。据美国国家科学基金会预测，纳米产业将在未来的 10 到 15 年内发展成万亿美元以上的产业。美国市场调查公司 Lux Research 的一份最新报告指出，到 2014 年底全球将会有 2.6 万亿美元的产品与纳米技术有关，约为
31、总产值的 15%。中国政府对纳米技术的发展尤为重视。 “十一五”期间，中国纳米科技研究经费投入超过 50 亿元，比“十五”期间的 15 亿元增长 3 倍多。 纳米技术依赖于纳米尺度的功能结构与器件， 实现功能结构纳米化的基础是先进的纳米加工技术和纳米检测技术。 而只有采用先进的纳米加工技术和检测技术，才能使微纳机电系统从设计构想转化为现实产品。目前，纳米技术研究水平提升的决定性因素是高质量、高精度、高灵敏度的纳米工具。然而，我国的纳米技术研究仍处于起步阶段，纳米工具制备技术与国外的差距较大，精密仪器的研究水平落后，主要产品市场都被国外占领，发展空间和市场缺口巨大。 2.2 核心产品核心产品 我
32、公司产品纳米探针（产品原型如图 2.1） 。纳米探针总长 30mm，基体是钨针。放大 5000 后，可以看到它的尖端是一段碳纳米管。碳纳米管针尖长度为1040m，直径在 10100nm，大约是一根头发丝直径的千分之一。 图 2.1 纳米探针原型 根据产品功能与尺寸差异， 纳米探针分为“纳米检测探针”和“纳米加工探针”两种（放大 5000 倍的照片如图 2.2 所示） ，可分别作为显微镜的扫描针尖和微型加工的工具电极，用于高分辨率的检测和高精度的制造。 产品采用本创业团队首创的“聚焦电弧放电法”进行生产， 即在金属钨针和 8 碳纳米管之间施加适当的电压， 产生电弧放电现象，从而将金属钨针和碳纳米
33、管以“焊接”的方式结合在一起。 在生产过程中施加不同电压， 可以制备不同直径和长度的纳米探针。 我公司运用这一技术生产的纳米探针具有尺寸小、 长径比大、寿命长，制备周期短、效率高、成本低、质量高的优点。 图 2.2 两种纳米探针的针尖照片（放大 5000 倍） 我公司产品系列与功能如表 2.1 所示： 表 2.1 产品系列与功能 公司产品公司产品 纳米检测探针 纳米加工探针 产品型号产品型号 CNT-T CNT-E 产品性能产品性能 直径 1050 nm 直径 50100 nm 应用对象应用对象 AFM/STM 显微镜 细胞穿刺 微细加工机床 产品用途产品用途 作为 AFM/STM 显微镜的显
34、微扫描探针 作为生物研究的探测探针 微细加工的工具电极（生产制造微型件） 2.2.1 纳米检测探针纳米检测探针 本公司产品分为“纳米检测探针”和“纳米加工探针”两种型号。纳米检测探针作为原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）等高精设备的检测工具，用来扫描微纳米器件的表面结构，获取表面纹理、表面粗糙度等技术参数，从而对微纳米器件的加工质量进行评估； 它也可以作为生物工程领域的细胞结构探测工具，检测细胞及其内部结构的特征，为生物工程的深入研究提供基础。 9 （1 1）显微镜扫显微镜扫描纳米探针描纳米探针 显微镜中的微悬臂，对微弱力极其敏感，它的一端被固定，另一端有一微小的针尖，我们的探针
35、针尖应用于此，探针针尖是原子力显微镜的核心部件。针尖的几何参数等性质将对原子力显微镜的成像分辨率产生显著影响。AFM 在扫描图像时， 针尖与样品表面接触，在针尖尖端原子与样品表面原子间存在微弱的相互作用力，会使悬臂产生微小变化。这种微小变化被检测出来，作为保持两者之间相互作用力恒定的依据。从微悬臂对应于扫描各点的位置变化，可获得样品表面形貌的图像。原子力显微镜及其工作原理分别如图 2.3、2.4 所示。 图 2.3 原子力显微镜 图 2.4 原子力显微镜工作原理图 传统的 AFM 敲击模式硅针尖是微悬臂/针尖一体化的结构， 如图 2.5 所示。针尖是锥形的，锥角为 2030，曲率半径在 102
36、0 nm。因此当样品的尺寸 10 大小与探针的曲率半径相当， 特别是样品的深宽比较大时，普通探针会产生显著的加宽效应。由于硅探针硬脆，不仅容易磨损、使用寿命低，而且成像过程中容易损害扫描的样品，特别是生物样品等柔软样品。 图 2.5 硅探针 碳纳米管细长、纵横比高，其弹性模量非常高，可高达 1Tpa。由于其特殊的网状结构，碳纳米管具有奇特的弹性弯曲能力，柔韧性非常好，且具有确定的电子特性。经试验证明，纳米探针比普通硅探针扫描的分辨率高。每年原子力显微镜也会耗用大量探针， 而国外进口探针成本很高， 国内传统制备工艺下的微米探针性能不能达到探测与制造需求。 我公司自主研发的纳米探针在新的制备工艺下
37、有着成本上不可小觑的优势， 同时纳米探针在精度上实现纳米级的探测、 满足未来微细化加工研发的尺寸精度要求、 实现高分辨率的清晰成像、 使用寿命更长等特点也得到广泛认可，市场需求量大。国外进口的纳米探针，如图 2.6 所示。 图 2.6 国外进口纳米探针 （2）生物研究纳米探针生物研究纳米探针 纳米探针具有分辨率高， 对样品损伤小等优点。 我公司的纳米检测探针是利 11 用了碳纳米管能够在液体中稳定工作的特性， 作为生物医学领域中新型的纳米生物传感器，在生物领域对活体细胞、DNA 等生物样品的研究中有着十分重要的地位。其应用领域广：生物仿生与医疗（如耳膜修复） 、细胞穿刺平台对生物的探测、微型诊
38、断治疗的器械（如血管支架、医用超微型机器人）等。细胞穿刺平台如图 2.7 所示，显微镜下观测细胞穿刺过程如图 2.8 所示，细胞穿刺结果示意图如图 2.9 所示。纳米检测探针可以深入到单个细胞内部，实现提取、标记、诊断等功能，且具有实时检测、无损伤等诸多优点。目前对于尺寸小于 1 微米的细菌样品探测，必须使用纳米探针， 我公司的纳米检测探针成功突破了国内生物探针 100 nm 的尺度瓶颈。 图 2.7 细胞穿刺平台 图 2.8 显微镜下观测细胞穿刺过程 12 图 2.9 细胞穿刺结果示意图 2.2.2 纳米加工探针纳米加工探针 微纳米加工技术是微小型零件制造的基础， 是产品微型化的根本支撑。微
39、纳米加工技术近年来有了突破性进展， 现已成为具有广阔发展前景的全新加工领域，成为世界各国科技界所关注的焦点。 纳米加工探针作为微纳电化学加工中的阴极工具， 利用电化学原理在零件上刻蚀出微孔，切割出微缝、微型槽等微细结构。具有这些微结构的零件在众多微型化器件的生产领域普遍应用，包括航空、航天、航海中应用的惯性仪表、微型机械，检测力学量、磁学量、热学量和生物量的微型传感器，以及生物医学中的血管支架等微型件。 基于纳米探针的微细电化学加工过程如图 2.10 所示。它是利用金属在电解液 （图示为一滴液膜） 中发生电解阳极溶解的原理， 采用纳米探针作为电解阴极，结合多轴数控运动，进行金属材料的纳米级去除
40、， 可加工两维复杂形状及三维结构。 13 图 2.10 纳米探针用于电化学加工 纳米加工探针加工性能优越， 应用广泛。 在国防尖端武器装备和宇航工程领域，微型传感器、微型飞行器、微纳卫星等微型化器件在进一步小型化过程中，其推进、传动、操纵等单元部件中的微小整体叶轮、锭子、微线圈、栅电极、微齿轮，微小固体火箭、微反应室等，都需要在高性能金属及其合金材料上制造出纳米尺度或纳米精度的缝、槽或结构件。运用纳米加工探针，就可以对这些精密的部件进行加工，以满足其功能要求。如图 2.11 所示。 图 2.11 微型化产品 14 2.3 产品竞争优势产品竞争优势 我公司生产的纳米检测探针是纳米检测必需的检测工
41、具， 纳米加工探针是制造微型器件不可或缺的加工工具。公司利用 “聚焦电弧放电法” 将碳纳米管钨针焊接在钨针尖上所制备的纳米探针，其性能指标如下： （1）形貌尺寸更小：纳米探针 10100 nm； （2）长径比更大：最大可达 1000； （3）结合强度更好：平均结合力 3.6 N，平均焊接强度 3.06 108 N/m2； （4）使用寿命更长：使用寿命 50 h； （5）工作精度更高：最高分辨率 10 nm； 纳米探针的以上各项性能指标已经过南京航天晨光集团有限责任公司航天理化分析与无损检测研究所的检测，检测报告如图 2.12 所示。 图 2.12 检测分析报告 15 （1）国内同类产品与公司产
42、品比较国内同类产品与公司产品比较 目前国内市场上用于纳米加工和检测的探针主要为硅探针， 以下是我公司产品纳米探针与该类产品的对比，见表 2.2： 表 2.2 国内产品与公司产品对比 生产厂商生产厂商 北京五泽坤公司 星辰公司 产品名称产品名称 硅探针 纳米探针 产品图示产品图示 形貌尺寸形貌尺寸 最尖端 20 nm 平均 20 nm 长径比长径比 / 最大 1000 结合强度结合强度 / 平均结合力 3.6 N 使用寿命使用寿命 使用寿命 50 h 工作精度工作精度 最高分辨率 200 nm 最高分辨率 80 nm 产品价格产品价格 1200 元/根 小于 2500 元/根 从上表可发现， 本
43、公司的产品相比于国内存在的替代品， 在性能上具有明显优势，可以满足更高精度的纳米检测与加工要求， 我公司产品不会受到国内市场替代品的威胁。 （2）国外同类产品与公司产品比较）国外同类产品与公司产品比较 目前国内纳米级精度检测与加工中所使用的纳米探针，主要依靠国外进口。但由于国外技术垄断， 纳米探针价格高昂，对纳米研究机构和微型器件制造企业而言应用成本极高， 这在一定程度上制约了我国纳米技术的研究和纳米制造工业的发展。表 2.3 是国外进口探针与我公司探针的比较： 16 表2.3 国内产品与公司产品对比 生产厂商生产厂商 美国 Cnano 公司 星辰公司 产品名称产品名称 纳米探针 纳米探针 产
44、品图示产品图示 形貌尺寸形貌尺寸 平均 20 nm 平均 20 nm 长径比长径比 最大 800 最大 1000 结合强度结合强度 平均结合力 2.4 N 平均结合力 3.6 N 使用寿命使用寿命 使用寿命 50 h 工作精度工作精度 最高分辨率 80 nm 最高分辨率 80 nm 产品价格产品价格 进口售价 5000 元/根 纳米检测探针为 2200 元/根 纳米加工探针为 2400 元/根 国外同类产品中， 纳米金属线型的探针单价为 3500 元左右， 碳纳米管型的纳米探针单价为 5000 元左右。本公司利用自有技术生产的纳米探针探针的单位生产成本仅为 300 元左右，公司两种产品，即纳米
45、检测探针与纳米加工探针，定价分别为 2300 元、2500 元，未来随着生产技术的不断改进成本有望进一步降低。 综合以上分析，与同类产品相比，本公司产品具有以下本公司产品具有以下 3 大优势大优势： （1）更小尺度。）更小尺度。纳米探针具有纳米级特征尺寸，有效直径为 10100nm，长度为 1040 m。 纳米级的高精尺度使显微检测分辨率更高、 产品加工更加精细。 （2）更高精）更高精度。度。探针的制备、检测和优化过程都是在具有自主知识产权的高精度纳米探针制备机床上完成的。先进的设备使得探针的尺寸精度在 20nm 以内，直线度在 10nm 以内，达到国际先进水平。 17 （3）更优性能。）更优
46、性能。利用公司首创的探针制备技术生产的探针，其耐用度和使用寿命得以显著延长，为工业制造与微纳检测提供了强有力的保障。 此外，先进的纳米探针制备技术极大降低了探针的生产成本， 公司产品具有极大的价格优势，这为公司应对未来发展的风险提供了坚实基础。 2.4 产品技术产品技术 2.4.1 关键技术关键技术 （1 1）聚焦电弧放电焊接技术）聚焦电弧放电焊接技术 我们采用电弧击穿效应， 将能量集聚针尖一点的点焊技术，以最小的有效电压，最小的能量损耗实现对点焊接。 （2 2）电场控制优化技术）电场控制优化技术 通过电场吸引力和电蚀法的有效控制， 在线快速实现纳米探针的形貌和电导率优化，提高探针的性能。 （
47、3 3）微观静电诱导技术）微观静电诱导技术 通过低电位静电吸引， 从阵列纳米管中自由选取单根或多根纳米管， 达到不同的直径。 2.4.2技术原理技术原理 （1）钨针的制备钨针的制备 我们运用电化学刻蚀法，制取不同尺寸的钨针，如图 2.13 所示。 图 2.13 电化学刻蚀法原理图 不锈钢圆筒WO42-KOH溶液钨丝电源 18 开始时加工电压为1U，直径0D的柱状钨丝浸入电解液的深度为0L，进行电化学腐蚀，此时加工电流为aI；电化学腐蚀一段时间，加工电流减为bI，此时向上提起1L的长度； 当加工电流减为cI时， 再向上提起2L的长度， 设加工电压为2U；当电流为dI时， 立即断开电源， 将钨针提
48、出液面。钨针制备过程如图 2.14 所示。 扫描电子显微镜下的三阶柱状钨针照片如图 2.15 所示。不同钨针如图 2.16所示。 图 2.15 三阶钨针的扫描电镜图 图 2.14 三阶柱状钨针加工过程示意图 L2D0D1D2L1L0 19 图 2.16 不同针尖圆弧半径钨针的扫描电镜图 （2）碳纳米管的制备）碳纳米管的制备 碳纳米管电极制备试验中，通过多种碳纳米管样品的尝试与比较我们发现，有序生长的阵列碳纳米管纯度高，排列有序，方向性好，更适合用来制备碳纳米管电极。 若将粉末状碳纳米管和阵列碳纳米管分别稀释在无水乙醇中，可以发现粉末状的碳纳米管细小散乱， 不便后续的粘取， 且粘取后碳纳米管是杂
49、乱无序的，利用率较低；而阵列的碳纳米管即使稀释后仍然“藕断丝连” ，只需很小面积的导电胶就可以粘取较多的碳纳米管， 且这些碳纳米管的方向仍旧保持一致，利用率较高，如图 2.17 所示： 图 2.17 不同的碳纳米管稀释在乙醇中 我们采用了 CVD 法来制备有序多壁碳纳米管阵列，利用含碳气源在高温下被催化剂催化分解出碳，然后在高纯硅基底上通过催化剂作用生长出碳纳米管，硅基底尺寸为： 1 cm 1 cm， 制备出的多壁碳纳米管内外直径分别为 1015 nm、2040 nm，长度约为 200 m。与电弧法和激光法相比，CVD 法工艺简便、可控性强、成本低、纯度高，适宜于大规模工业化生产。碳纳米管阵列
50、的场发射电镜 20 照片，如图 2.18 所示： 图 2.18 碳纳米管阵列场发射电镜照片 （3）纳米探针的制备）纳米探针的制备 在纳米探针焊接制备系统中，利用直流稳恒电源，保持相同的放电间隙，采用电弧放电法对不同针尖圆弧半径的钨针进行工艺规律研究。 该制备过程需在常温、空气相对湿度为 20%50%的环境下进行。 图 2.19 电弧放电焊接碳纳米管的原理示意图 焊接试验主要分为定位、拉直、放电焊接三个过程。在光学显微镜 1000 倍-+ 电源-+钨针碳纳米管钨针电弧碳纳米管(a)(b)(c)(d)-+-+ 电源 电源 电源 21 视场中， 首先操纵两个三维移动台和压电陶瓷调整针尖和碳纳米管之间
