纳米剪纸三维智能微纳制造

2019-02-25

剪纸作为中国古老的传统艺术之一，已有上千年的历史，被广泛应用在各类窗花、贺卡、仪式和节日所用的装饰中。近年来，剪纸和折纸技术在科学界得到了广泛的重视，包括太空飞行器的太阳能帆板折叠技术，微纳机电系统（MEMS/NEMS），乃至DNA纳米剪裁和折叠技术。但在纳米尺度，人们很难找到一双纳米精度、足够娴熟的“纳米手”来实现手工剪纸般的智能制造。

2018年，中国科学院物理研究所李家方副研究员团队在国家自然科学基金、国家留学基金及美国有关研究基金的支持下，从传统“拉花剪纸”中获得最基本的剪纸形变思想，并将其注入到当代的微纳加工体系中，成功论证了“纳米剪纸”这一技术和概念（如图1所示）。他们采用高剂量的聚焦离子束（FIB）作为“纳米剪刀”，利用低剂量全局帧扫描的FIB作为“纳米手”，实现了悬空金纳米薄膜（“纳米纸张”）从二维平面到三维立体结构的原位变换，包括向下或向上的弯折、旋转、扭曲等立体结构形变，加工的三维金属结构分辨率在50 nm以下，约为头发丝直径的两千分之一。该方法突破了传统自下而上、自上而下、自组装等纳米加工方法在几何形貌方面的局限，是一种新型的三维纳米制造技术，在光、机、电、声、生化传感等多个领域具有重要的潜在应用（www.nanokirigami.com）。