深圳造微納米3D打印機繪制微米地圖

近日，諾貝爾化學獎授予了在冷凍電鏡技術領域有突出貢獻的科學家，讓世界的目光再次聚焦于微觀的世界。

近日，諾貝爾化學獎授予了在冷凍電鏡技術領域有突出貢獻的科學家，讓世界的目光再次聚焦于微觀的世界。

如今，在深圳，國人自主研發的微納米設備，也聚焦于微觀世界，所生產的產品沖破國外壟斷，運銷歐洲和北美，甚至賣到了NASA(美國國家航空航天局)和常春藤高校等世界頂級科研機構，其中的微納米3D打印系統不但可以打印出有序排列的人造細胞支架等微納米級別的生物工程制品，甚至可以打出納米級別的電路，制備柔性電子器件，助力人們的醫療健康和便捷生活。

神奇盒子用“墨水”打印微納米級材料

把溶液通過微米級的噴嘴擠出，形成小于1μm-10μm(微米)直徑的液滴，再通過電場力拉伸，在高精度3D運動平臺的配合下，可以做出直徑為0.01μm-1μm的點、線的各種組合，實現單根納米纖維和單個量子點的有序沉積。這就是電流體動力3D打印機的工作原理。

在深圳南山區科技園內，四五臺全球最先進的微納米級別3D打印機正在緊鑼密鼓地加工中，幾天之后，這些設備將分別發往北京、波士頓、迪拜。

論顏值，這幾臺機器并未給人眼前一亮的感覺，冰箱大小的黑匣子里全部鏤空，內部仿佛一個微波爐，而在盒子的頂部和下端，則留出一根超微小針頭和載物臺。不過，“長相”普通的它們，“能耐”卻并不普通。

“這臺機器是中科院定制的，專門用于他們最新型的電子材料研究。”深圳通力微納科技有限公司總工程師李春斌指著房間角落里一臺機器告訴記者，這臺黑色機器名為電流體動力3D打印機，工作原理是把溶液通過微米級的噴嘴擠出，形成小于1μm-10μm直徑的液滴，再通過電場力拉伸，在高精度3D運動平臺的配合下，可以做出直徑為0.01μm-1μm的點、線的各種組合，實現單根納米纖維和單個量子點的有序沉積。

“可以理解為一臺微納米級別的3D打印機。”李春斌解釋道，傳統的3D的打印機實際上是一種宏觀上的生產工藝，通過高溫熔解和擠出堆積式工藝生產出各種各樣的模具。另外，目前市場上現有的其他3D打印機，只能打印大于或等于噴頭直徑的點、線，而電流體動力打印可以打印小于噴頭直徑的點、線。

而微納米級別的3D打印機，所打印出的是微納米級別的特殊結構。打印機將導電“墨水”置于機器當中，通過電場將這神奇的“墨水”，拉出一根根直徑僅幾十納米到幾微米的細絲，而這些細絲則按照既定電腦程序，排布成任意形狀和三維結構的制品。

李春斌介紹，拉絲的過程類似于紡織工藝中的“織布”過程，一根根細絲連成線，最后就可以在一個平面上“織造”出一張僅有納米至微米厚度的薄膜。

記者了解到，目前，這種工藝已被用于高端生物領域。2016年，廣東珠三角的一家生物科技公司，通過定制這種微納米3D打印機，來嘗試生產可用于人體中的血管、手術隔離膜等組織。

在通力微納科技的實驗室中，記者看到一張半透明薄膜，李春斌解釋，這張薄膜的厚度僅有0.5mm，是一家生物材料公司所生產的用于可植入人體的組織，僅僅巴掌大小的薄膜，其市場價格就近數千元。

用一克金做打印原料一整天都消耗不完

與其他的微納結構制造技術相比，電流體動力打印具有設備簡單、操作方便、成本低、原料來源廣等優點，在眾多領域如電子器件、柔性電子顯示器、可穿戴設備、太陽能薄膜電池、微傳感器、生物支架、組織工程、有機發光二極管、生物傳感器、能量收集等領域具有巨大的發展潛力，并開始獲得應用。

除了生物類用品外，如何將微納米材料應用于難度更大的微電子領域？中國科學院化學研究所研究院研究員張興業告訴記者，這需要突破微納米生產中此前無序拋絲的難題，即是要讓納米纖維能夠有序地排布，而3D電流體動力打印機的研制成功，實現了≤1μm的單個點、單根線的精確打印。

納米纖維的有序排布，讓科研者對微納米材料的的應用有了無限想象。“不但可以打印細胞支架，甚至可以做顯微鏡里才能看到的微型電路，進一步縮小電子元器件的體積。”李春斌說道，近年來，隨著微納米結構制造領域不斷向前推進，微納米3D打印設備成為全球微納米結構研究者的“剛需”。

與其他的微納結構制造技術相比，電流體動力打印具有設備簡單、操作方便、成本低、原料來源廣等優點，在電子器件、柔性電子顯示器、可穿戴設備、太陽能薄膜電池、微傳感器、生物支架、組織工程、有機發光二極管、生物傳感器、能量收集等領域具有巨大的發展潛力，并開始獲得應用。

張興業告訴記者，此前，國內的微納米結構制造領域研究者，為能制備出納米纖維，大多使用高壓靜電紡絲機，“靜電紡絲方法做出的納米纖維膜是無序的排布，類似于無紡布的樣子，目前應用領域包括過濾膜、醫用膜、電池隔膜等。”

實際操作中，隨著研究工作的進一步深入和應用領域的不斷拓展，越來越多的科研人員要求制備整齊排列的納米纖維陣列。而在深圳，李春斌用一種全新的方式突破了無序生產的難題。在最新的3D納米打印機中，僅1微米外徑的針頭不再像過往一樣拉出微納米絲，而是在玻璃板上，以3000μm/s的速度，打下一個個細點，“像打出一顆顆子彈一樣”，最終匯聚成線。

李春斌在電腦上向記者演示了用微納米3D打印機繪制中國地圖，幾秒鐘之內，一張微米級別的地圖呈現在了玻璃板上。

“針頭運動的路線可以按照要求控制，這就代表可以生產任何路徑的電路。”李春斌表示，一旦微納米級別的電路技術成熟，那么在微納米領域的生產制造將邁向一個全新的階段。

“墨水”轉化為微納米設備，這些納米級電路是否穩定可靠？答案是肯定的，而這也是我國目前在化學材料領域所研究的重要方向，李春斌解釋，相較于傳統的蝕刻電路(先用原材料繪制整張樣板，隨后用藥水擦掉不用的部分)，這種打點法的消耗僅為原來的十分之一，再加上本身所制造的產品都是微納米量級，因此相較于微米級別電路，納米電路可以使用金等更加昂貴的原材料進行墨水調配，而成本并不增加。李春斌告訴記者，用微納米3D打印機，使用一克金作為原材料，甚至可以打印一整天都消耗不完。 南方網 徐勉

[責任編輯：楊凡、楊婷婷]

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