纳米科技新突破！北理工团队实现纳米剪纸转子自由操控

　　【纳米科技新突破！北理工团队实现纳米剪纸转子自由操控】微纳制造技术是指尺度为微米和纳米量级的工业制造技术，比如芯片生产就属于微纳制造。近年来，我国科学家牵头研发出一种名为“纳米剪纸”的全新微纳制造技术，前不久北京理工大学科研团队运用光电镊精准操控等创新技术，首次实现了对纳米剪纸微型转子的自由操控，进一步拓宽了“纳米剪纸”技术的应用前景。

　　微纳制造技术是指尺度为微米和纳米量级的工业制造技术，比如芯片生产就属于微纳制造。近年来，我国科学家牵头研发出一种名为“纳米剪纸”的全新微纳制造技术，前不久北京理工大学科研团队运用光电镊精准操控等创新技术，首次实现了对纳米剪纸微型转子的自由操控，进一步拓宽了“纳米剪纸”技术的应用前景。

　　在北京理工大学物理学院先进纳米制造与微纳光子学实验室，李家方教授正在演示纳米剪纸转子的制造、取出、转移，和控制其运动的过程。在显微镜下，直径只有10微米大小的纳米剪纸转子在光电镊的操控下，从平躺状态被竖立起来，向不同的方向滚动前行。

　　北京理工大学物理学院教授李家方：我们大家都知道光镊是2018年的诺贝尔物理学奖，它是能控制平移，左右来回动，它能控制结构的转动。但是有一个（运动状态）它还没有实现，就是我们的滚动。我们在这个工作里面，我们实现了光学操控的结构的滚动，你能想象结构可以来回地滚动。

　　李家方教授介绍，纳米剪纸微型转子10微米的尺寸仅相当于人类头发丝的十分之一左右，如此小的零件目前还无法通过车床等设备做制造和操控。他们巧妙利用了纳米剪纸特殊的物理特性，运用光电镊子实现了对它的光学无接触式的自由操控，还进而通过光束图案编程，实现了微型转子的自动操控。

　　北京理工大学物理学院教授李家方：首先它是可以驱动的，用光学驱动，第二个就是它能够直接进行组装，比如说我也可以组装这样一个双面的，我也可以让他们以各种各样的形式交叠，互相交互式的有一个联动的功能。

　　专业的人介绍，这一创新研究可以使人类对微纳器件复杂运动的控制变得更容易，为未来光电驱动微纳机器人、新型微纳光机电系统等研究开发提供了全新的思路。

　　那么究竟什么是“纳米剪纸”呢？顾名思义，就是纳米尺度的剪纸，专家介绍，把剪纸做到纳米尺度之后，再加上静电、热等就会产生神奇的变化。这一技术可以说开创了微纳制造的全新路径。

　　专家介绍，纳米剪纸灵感来源于中国的传统技艺剪纸，能想象将传统剪纸中的纸张替换成纳米薄膜，将剪刀替换成半导体技术的刻蚀工具，再施加一定的应力，就形成了功能独特的纳米剪纸结构，而这一技术的发明则是来自偶然的观察。

　　北京理工大学物理学院教授李家方：在2018年的时候，我们注意到在我们微纳工艺流程中有一些应力。这些应力本身呢，大家想避免，因为它可以导致我们器件的一些不需要的功能，但是我们得知我们大家可以通过应力像剪纸一样控制我们的结构形变。这样的话，我们反其道而行，将纳米剪纸结构制备出来，然后它的尺寸能够达到1微米以下的尺度。它和我们的剪纸非常像，只是把它缩小到纳米尺度，所以我们把它称之为纳米剪纸。

　　专家介绍，纳米剪纸技术制造的微纳器件的特殊性在于，这是一种外形可以在一定条件下发生明显的变化的微小器件。以螺旋形结构的器件为例，一般的情况下它是一种平面状态，加电之后，在静电的影响下，螺旋结构就如同带静电的头发会立起来一样，由平面变为立体，这个有趣的现象给纳米剪纸的应用带来了巨大的想象空间。科研人员首先想到的就是，这个特性可拿来制作显示装置。

　　北京理工大学物理学院教授李家方：图案其实就是由纳米剪纸这个结构发生形变以后产生的。最开始的我们的纳米剪纸结构是一个平面结构，是一个二维的，然后我们加完电以后，那么有一些结构就会像模型一样会把它凸起来，它凸起来以后，它对光的反射以及散射就会发生明显的变化，我们就能看到这一个图案。

　　纳米剪纸技术问世以来，全球多个科研团队针对纳米剪纸的特性和应用开展了大量研究，对这一技术的应用前景已经有了一个比较清晰的认识，专家预测纳米剪纸不仅会给未来显示器制造和使用带来非常大变化，还能应用于传感器、激光雷达等多个领域。

　　在北京理工大学物理学院的实验室里，研究团队向记者展示了另一个实验，在这个实验中，使用黄金薄膜制造纳米剪纸显示装置整体尺寸还不到50微米，在显微镜下，随着电压变化，显示器上循环显示北京理工大学的缩写字母“BIT”。

　　北京理工大学物理学院博士研究生洪孝荣：最小的一个黑点，算是一个结构单元，这个结构单元的话，它的结构本身所占据的跨度空间是1.6微米。

　　专家和记者说，科学家已经证实这一全新工艺在成像显示器件方面有独特的优势，未来在投影显示、全息显示、计算成像等方面用途广泛。

　　北京理工大学物理学院教授李家方：我们现在很多的可穿戴设备，比如说虚拟现实眼镜，它都比较笨重，其中一个很重要的原因是它们光学的器件都比较大，当我们用纳米剪纸这样一个微投影的显示芯片放在里面以后呢，那它可以把这个做得更小，还可以做到和我们平常的眼镜重量相当。除了显示器件之外，研究人员发现纳米剪纸可以影响光的偏振、相位、强度等，这些特性可以应用于新型的开发。另外由于纳米剪纸具有灵活的光谱调节能力，也可以应用于光谱仪等。除此以外，不同材质和形状结构的纳米剪纸器件对压力、温度、湿度等多种物理现象也表现出敏感性，这些特殊的物理特性，为未来的开发也带来了全新思路。

　　北京理工大学物理学院教授李家方：我们知道这个结构它具有弹性，它可以传感外界的一些变化，比如说温度、应力，还有湿度等等，还有甚至是磁场，还有声音的这些感受，它都可以来做一个，它有非常大的想象空间，就像我们剪纸一样千变万化，它的应用将来也能做到千变万化。