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西湖大學突破“冰刻”三維微納加工技術

來源:西湖大學    2020-12-07
近兩個月來,西湖大學仇旻和他的研究團隊在Nano Letters、Nanoscale、Applied Surface Science等期刊上,連續發表了一系列研究成果——在小到微米甚至納米級別的“冰雕”上,他們已然游刃有余——從精確定位到精準控制雕刻力度,再到以“冰雕”為模具制作結構、加工器件,一套以“wafer in, device out”為目標的“冰刻2.0”三維微納加工系統雛形初現。

近兩個月來,西湖大學仇旻和他的研究團隊在Nano Letters、Nanoscale、Applied Surface Science等期刊上,連續發表了一系列研究成果——在小到微米甚至納米級別的“冰雕”上,他們已然游刃有余——從精確定位到精準控制雕刻力度,再到以“冰雕”為模具制作結構、加工器件,一套以“wafer in, device out”為目標的“冰刻2.0”三維微納加工系統雛形初現。
2012年,仇旻從瑞典皇家工學院回國任教后不久,就開啟了“冰刻”研究計劃。經過六年的努力,他和他的團隊將“冰刻”從紙上談兵變成現實,完成了國內首臺“冰刻”系統的研發。來到西湖大學后,仇旻在國家自然科學基金委重大科研儀器研制項目(自由申請類)的支持下,全力研發功能更加強大的“冰刻系統2.0”。他們希望改變傳統電子束光刻繁瑣的加工程序,創造出一套全流程一體化、自動化的微納加工系統——從冰膠形成開始,到模具加工、材料生長、器件性能表征,一氣呵成。
復旦大學物理系主任、超構材料與超構表面專家周磊教授表示,這項工作對于研發集成度更高、功能性更強的光電器件具有重要的現實意義。“‘冰刻’可以將光學前沿的超構表面與已經廣泛應用的光纖有機結合,既給前者找到了合適的落地平臺,又讓后者煥發了新的生機。”他說。

目前,全世界做冰刻的實驗室只有兩個,一個在中國,一個在丹麥。顯然,這不是一個熱門的研究方向,且研發周期很長,想在這個課題上很快發文章并獲得高引用很難。

“但這是一項令人激動的新技術。”仇旻說,“這樣的探索,有可能帶來很大的突破,也有可能什么都沒有,但這正是基礎研究的意義和樂趣所在。”而當我們把視角放大到中國制造的背景下,在從制造業大國向制造業強國的轉變中,對以微納加工為代表的超精密加工的探索和創新,正是中國制造指向的未來。
在仇旻團隊最新發表的文章結尾,他們用一種非常科幻的方式展望了“冰刻”的未來。毫無疑問,未來圍繞“冰刻”的研究,將聚焦于那些傳統“光刻”能力無法企及的領域。受益于水這種物質得天獨厚的生物相容性,在生物樣本上“冰刻”光子波導或電子電路有望得以實現。而這將史無前例地提高人為干預生物樣本的能力,同時開辟出全新的學科交叉和研究方向。


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