美國黑科技：Frontier l 原子級3D打印

寂靜天花板

記憶電阻、量子計算以及高效主流能量儲存和轉(zhuǎn)換技術(shù)等應用都需要用到原子級的定制材料，這就需要對原子進行3D打印。多年來，科學家們主要通過光刻技術(shù)和掃描探針技術(shù)來探索實現(xiàn)這一目標的方法。這些技術(shù)雖然具有一定的三維構(gòu)建能力，但主要還是用于構(gòu)建二維的表面結(jié)構(gòu)。

美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學家通過對一系列聚焦的電子和離子束3D打印技術(shù)進行評估，推薦了適合在固體、液體和表面進行原子三維排列、組合的可替代技術(shù)。

將原子進行三維排列、組合

傳統(tǒng)的3D打印機的工作原理是將打印對象進行分層，然后一層一層的制造出一個三維的物理結(jié)構(gòu)，而ORNL的科學家們研究的技術(shù)則更加微觀，他們使用的技術(shù)是將原子進行逐一的排列、組合，以制造出原子級的三維結(jié)構(gòu)。ORNL科學家將這類技術(shù)稱之為“directed matter”。

科學家認為這種原子級的3D打印技術(shù)可以制造出精確結(jié)構(gòu)的材料。使用該技術(shù)人們將能夠設(shè)計出在極端環(huán)境下更強、更輕、更牢固的材料，為能源、化學、信息學等領(lǐng)域提供經(jīng)濟的材料解決方案。雖然目前這種在3D空間完全控制原子排列和組合的3D打印技術(shù)還在探索階段，但是ORNL 科學家相信該技術(shù)將成為未來材料技術(shù)的一個組成部分。

那么ORNL 科學家是通過什么樣的設(shè)備實現(xiàn)原子3D打印的呢？原來一些用于其它研究領(lǐng)域的科學儀器發(fā)揮了重要作用。例如，透射電子顯微鏡。透射電子顯微鏡能夠?qū)崿F(xiàn)單原子成像、化學應變成像和皮米級結(jié)構(gòu)映射，它使科學家能夠制造出特征分辨率不到10納米的新材料。ORNL 科學家表示，這種這種交互式的、結(jié)合了電子、離子的成像顯微鏡，可以作為下一代原子級3D打印設(shè)備的基礎(chǔ)。

相關(guān)論文發(fā)表在《ACS Nano》雜志上，題目為：Directing Matter: Toward Atomic-Scale 3D Nanofabrication。