比納米還小的原子級制造技術來了！它的出現(xiàn)將突破精度極限，變革產業(yè)結構，提升產品性能，解決制造瓶頸。11月21日，南京大學與南京市人民政府共建原子極限微制造實驗設施簽約儀式在南京舉行。
什么是“原子級制造”？
原子級制造，是工信部確立的六大未來方向之一——未來制造的重點領域，是指按原子尺度結構或原子精度產品加工的制造業(yè)。相較傳統(tǒng)制造，原子級制造是一種極限小尺度、極限高精度和從制造走向創(chuàng)造的制造終極形態(tài)。
通俗來講，原子級制造是在原子尺度上進行加工，形成具有原子級特定結構特征的器件產品。原子級制造工藝產品，將實現(xiàn)前所未有的性能提升。
作為逼近理論極限性能的變革性制造技術，原子級制造目前是各國競相布局的路徑之一。原子級制造也是國內有望與國際先進“并跑”的領域之一，對我國保持產業(yè)鏈安全、競爭高端制造市場具有重要意義。
“原子級制造”有多強？
中國科學院院士、南京大學教授祝世寧介紹，在制造方面，原子級制造有望開發(fā)出一系列具有超小尺度精度和卓越性能的新型產品。在材料方面，通過原子級設計和改造，可以實現(xiàn)材料系統(tǒng)的革新。這兩方面融合發(fā)展，將為人類社會的進步開辟新的道路。
一方面，原子級制造的測控能力達到物質世界基本單元——原子，是當代微電子制造和超精密加工的尺寸微縮極限；另一方面，它掌握了原子的操控能力，將具備從原子直接搭建分子、材料、器件甚至系統(tǒng)的能力，從而打開創(chuàng)造大量新物質新材料的終極密碼。
以集成電路行業(yè)為例，如果能實現(xiàn)單原子特征的芯片，其尺寸、功耗可降低至當前的千分之一以下，計算能力則提升千倍以上。
“原子級制造”為何落戶南京
原子級制造的應用前景廣闊，是下一代超精密制造的重要發(fā)展方向，也是材料與制造領域的必然趨勢，也是世界范圍內發(fā)展先進制造的“兵家必爭之地”。
2024年，“原子級制造”開始從前沿技術邁入產業(yè)范疇。年初，中國工程院院刊《中國工程科學》將其列入未來新材料產業(yè)。2024年2月，第一屆原子級制造論壇召開。黨的二十屆三中全會《決定》將“原子級制造”納入未來產業(yè)名詞權威解讀……
而在南京，有關“原子級制造”的相關研究早在40年前就已有涉及。1984年，南京大學王廣厚院士就開始研究原子團簇物理技術，是國內最早研究該領域的科學家之一。南京大學是全國原子級制造研究的重要基地，在二維材料電路、原子級催化材料等方向率先作出探索。2018年，南京市浦口區(qū)政府與南京大學簽訂協(xié)議，共建全國第一個原子制造研究中心——南京原子制造創(chuàng)新研究中心，主攻原子團簇、二維材料等研究方向，致力于開發(fā)原子制造的核心裝備，支撐原子極限微制造重大科技基礎設施建設。2024年3月，南京市發(fā)改委正式印發(fā)《南京市2024年新型基礎設施建設項目計劃》，其中包括南京大學原子極限微制造實驗設施項目。
據(jù)了解，目前南京原子制造研究所團隊擁有6位國家級高層次人才、院士1人、國家杰青3人、教授7人、博士11人。近5年已發(fā)表SCI論文200余篇、申請中國發(fā)明專利100余件，獲授權中國發(fā)明專利20余件。團隊未來還將引進多位國家級高層次人才。
迎難而上 “原”來可期
雖然原子級制造具有巨大應用價值，但是目前并沒有全面開展技術體系和工藝裝備的開發(fā)。在這一領域的深耕發(fā)展仍面臨不小的挑戰(zhàn)。
11月7日，南大原子極微制造實驗設施項目一期取得施工許可證后正式開工。該項目總投資1.6億元，一期總建筑面積10068.1平方米，包含預研區(qū)廠房、動力站房及實驗樓。項目建成后將通過物理和化學方法制造原子團簇，進行原子團簇實驗測試。
南京大學教授、南京原子制造研究所所長宋鳳麒認為，原子級制造面對的挑戰(zhàn)中，最關鍵的還是基礎設施與裝備部分。目前大部分核心設備仍掌握在發(fā)達國家手中，國內研究設備依賴進口。我國需要發(fā)展自主知識產權保護的核心技術裝備，以及支撐原子級制造發(fā)展的特色核心技術裝備。
據(jù)了解，此次簽約的原子極限微制造實驗設施將從三大主要分支建設七類線站，全面支撐科技與產業(yè)，將會實現(xiàn)對100個原子以內任意原子的精準操控，在團簇束流流量、單u精控質量、結構分離指標三大指標上全面領先，打造全球第一個、能力最強的原子制造大裝置。
南京廣電·牛咔視頻記者：陳震坤 馬瑞
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