我国科学家开发出新型铝基跨尺度3D制造技术

科技日报记者 刘园园

记者12日获悉，西湖大学未来产业研究中心、工学院文燎勇课题组成功开发出一种新型铝基跨尺度3D制造技术，为柔性电子、光学防伪和光电集成等领域带来全新的发展契机。相关研究成果日前刊发在《自然·材料》杂志。

在研究过程中，课题组采用自主研发的3D压印设备对10厘米见方铝片进行至少3次“盖章”（压印）加工：首先，在铝片上形成纳米级图案，数千万个直径约100纳米的小孔规律分布；随后叠加微米级图案，小孔直径跃升至10微米；最后再叠加更大尺寸图案。

实验室自研铝基跨尺度3D压印设备。西湖大学供图

“金属材料在加工变形后，力学强度和硬度都会升高，这样便能够让压印结构在后续的压印过程中高保真地保持原形貌。”文燎勇介绍，课题组利用铝金属在加工过程中所展现出的硬化效应，确保了纳米-微米-宏观结构的一层又一层连续压印过程中，各个尺度的精密结构都能精确地保留下来。在多层压印之后，课题组采用阳极氧化方法调整第一层纳米结构的直径、深度和形貌。通过调配不同成分的电解液，研究团队能够精确控制这些纳米孔的特性。

此外，研究人员通过在纳米孔中填充碳纳米管、半导体、金属及高分子等多种功能材料，赋予跨尺度结构更多的功能，比如实现光电探测、触觉传感和光学防伪等功能。

文燎勇介绍，这项铝基跨尺度3D制造技术通过多层压印和阳极氧化的创新结合，实现了对纳米、微米和宏观多个层面的自定义设计和精细调控，展示出极高的灵活性和精确性。这一技术在多种器件制造方面拥有广泛的应用前景。例如，在智能穿戴设备的传感器制造中，高精度跨尺度制造技术能够将不同结构需求的传感器件集成在一起。

该技术具备高度个性化定制的能力，非常适合与人工智能技术相结合。“针对特定的应用场景和功能需求，可以让人工智能先完成结构和材料的智能化设计，再由铝基跨尺度3D制造技术精准实现，从而有望将柔性电子、光学防伪以及光电集成等诸多领域带入高度智能化和定制化的时代。”文燎勇表示。