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近期，诺贝尔化学奖授予了在冷冻电镜技术行业有明显贡献的专家，让世界的目光再次聚焦于微观的世界。
如今，在深圳，国人自主开发的微纳米设备，亦聚焦于微观世界，所生产的制品冲破国外垄断，运销欧洲和北美，乃至卖到了NASA（美国国家航空航天局）和常春藤高校等世界顶级研究公司，其中的微纳米3D打印系统不仅能够打印出有序摆列的人造细胞支架等微纳米级别的生物工程制品，乃至能够打出纳米级别的电路，制备柔性电子器件，助力人们的医疗健康和方便生活。
●南方日报记者 徐勉
神奇盒子用“墨水”打印微纳米级材料
把溶液经过微米级的喷嘴挤出，形成少于1μm-10μm（微米）直径的液滴，再经过电场力拉伸，在高精度3D运动平台的配合下，能够做出直径为0.01μm-1μm的点、线的各样组合，实现单根纳米纤维和单个量子点的有序沉积。这便是电流体动力3D打印机的工作原理。
在深圳南山区科技园内，四五台全世界最先进的微纳米级别3D打印机正在紧锣密鼓地加工中，几天之后，这些设备将分别发往北京、波士顿、迪拜。
论颜值，这几台设备并未给人眼前一亮的感觉，冰箱体积的黑匣子里所有镂空，内部仿佛一个微波炉，而在盒子的顶部和下端，则留出一根超微小针头和载物台。不外，“长相”普通的它们，“能耐”却并不普通。
“这台设备是中科院定制的，专门用于她们最新型的电子材料科研。”深圳通力微纳科技有限机构总工程师李春斌指着房间角落里一台设备告诉记者，这台黑色设备名为电流体动力3D打印机，工作原理是把溶液经过微米级的喷嘴挤出，形成少于1μm-10μm直径的液滴，再经过电场力拉伸，在高精度3D运动平台的协同下，能够做出直径为0.01μm-1μm的点、线的各样组合，实现单根纳米纤维和单个量子点的有序沉积。
“能够理解为一台微纳米级别的3D打印机。”李春斌解释道，传统的3D的打印机实质上是一种宏观上的生产工艺，经过高温熔解和挤出堆积式工艺生产出各样各样的模具。另一，日前市场上现有的其他3D打印机，只能打印大于或等于喷头直径的点、线，而电流体动力打印能够打印少于喷头直径的点、线。
而微纳米级别的3D打印机，所打印出的是微纳米级别的特殊结构。打印机将导电“墨水”置于设备其中，经过电场将这神奇的“墨水”，拉出一根根直径仅几十纳米到几微米的细丝，而这些细丝则根据既定电脑程序，排布成任意形状和三维结构的制品。
李春斌介绍，拉丝的过程类似于纺织工艺中的“织布”过程，一根根细丝连成线，最后就能够在一个平面上“织造”出一张仅有纳米至微米厚度的薄膜。
记者认识到，日前，这种工艺已被用于高端生物行业。2016年，广东珠三角的一家生物科技机构，经过定制这种微纳米3D打印机，来尝试生产可用于人体中的血管、手术隔离膜等组织。
在通力微纳科技的实验室中，记者看到一张半透明薄膜，李春斌解释，这张薄膜的厚度仅有0.5mm，是一家生物材料机构所生产的用于可移植人体的组织，仅仅巴掌体积的薄膜，其市场价格就近数千元。
用一克金做打印原料一整天都消耗不完
与其他的微纳结构制造技术相比，电流体动力打印拥有设备简单、操作方便、成本低、原料源自广等优点，在众多行业如电子器件、柔性电子表示器、可穿戴设备、太阳能薄膜电池、微传感器、生物支架、组织工程、有机发光二极管、生物传感器、能量收集等行业拥有巨大的发展潜能，并起始得到应用。
除了生物类用品外，怎样将微纳米材料应用于难度更大的微电子行业？中国科学院化学科研所科研院科研员张兴业告诉记者，这必须突破微纳米生产中此前没序抛丝的困难，即是要让纳米纤维能够有序地排布，而3D电流体动力打印机的研制成功，实现了≤1μm的单个点、单根线的精确打印。
纳米纤维的有序排布，让研究者对微纳米材料的的应用有了没限想象。“不仅能够打印细胞支架，乃至能够做显微镜里才可看到的微型电路，进一步缩小电子元器件的体积。”李春斌说道，近年来，随着微纳米结构制造行业持续向前推进，微纳米3D打印设备作为全世界微纳米结构科研者的“刚需”。
与其他的微纳结构制造技术相比，电流体动力打印拥有设备简单、操作方便、成本低、原料源自广等优点，在电子器件、柔性电子表示器、可穿戴设备、太阳能薄膜电池、微传感器、生物支架、组织工程、有机发光二极管、生物传感器、能量收集等行业拥有巨大的发展潜能，并起始得到应用。
张兴业告诉记者，此前，国内的微纳米结构制造行业科研者，为能制备出纳米纤维，大多运用高压静电纺丝机，“静电纺丝办法做出的纳米纤维膜是没序的排布，类似于没纺布的样子，日前应用行业包含过滤膜、医用膜、电池隔膜等。”
实质操作中，随着科研工作的进一步深入和应用行业的持续拓展，越来越多的研究人员需求制备整齐摆列的纳米纤维阵列。而在深圳，李春斌用一种全新的方式突破了没序生产的困难。在最新的3D纳米打印机中，仅1微米外径的针头再也不像过往同样拉出微纳米丝，而是在玻璃板上，以3000μm/s的速度，打下一个个细点，“像打出一颗颗子弹同样”，最后汇聚成线。
李春斌在电脑上向记者演示了用微纳米3D打印机绘制中国地图，几秒钟之内，一张微米级别的地图呈此刻了玻璃板上。
“针头运动的路线能够根据需求掌控，这就表率能够生产任何路径的电路。”李春斌暗示，一旦微纳米级别的电路技术成熟，那样在微纳米行业的生产制造将迈向一个全新的周期。
“墨水”转化为微纳米设备，这些纳米级电路是不是稳定靠谱？答案是肯定的，而这亦是我国日前在化学材料行业所科研的重要方向，李春斌解释，相较于传统的蚀刻电路（先用原材料绘制整张样板，随后用药水擦掉不消的部分），这种打点法的消耗仅为原来的非常之一，再加上本身所制造的制品都是微纳米量级，因此呢相较于微米级别电路，纳米电路能够运用金等更加昂贵的原材料进行墨水调配，而成本并不增多。李春斌告诉记者，用微纳米3D打印机，运用一克金做为原材料，乃至能够打印一整天都消耗不完。
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发表于 2024-7-18 10:11:57
