微納制造技術是指尺度為微米和納米量級的工業制造技術，比如芯片生產就屬於微納制造。近年來，中國科學家牽頭研發出一種名為「納米剪紙」的全新微納制造技術，前不久北京理工大學科研團隊運用光電鑷精準操控等創新技術，首次實作了對納米剪紙微型轉子的自由操控，進一步拓寬了「納米剪紙」技術的套用前景。
在北京理工大學物理學院先進納米制造與微納光子學實驗室，李家方教授正在演示納米剪紙轉子的制造、取出、轉移，以及控制其運動的過程。在顯微鏡下，直徑只有10微米大小的納米剪紙轉子在光電鑷的操控下，從平躺狀態被豎立起來，向不同的方向捲動前行。
北京理工大學物理學院教授 李家方：我們知道光鑷是2018年的諾貝爾物理學獎，它是可以控制平移，左右來回動，它可以控制結構的轉動。但是有一個（運動狀態）它還沒有實作，就是我們的捲動。我們在這個工作裏面，我們實作了光學操控的結構的捲動，你可以想象結構可以來回地捲動。
李家方教授介紹，納米剪紙微型轉子10微米的尺寸僅相當於人類頭發絲的十分之一左右，如此小的零件目前還無法透過車床等器材進行制造和操控。他們巧妙利用了納米剪紙特殊的物理特性，運用光電鑷子實作了對它的光學無接觸式的自由操控，還進而透過光束圖案編程，實作了微型轉子的自動操控。
北京理工大學物理學院教授 李家方：首先它是可以驅動的，用光學驅動，第二個就是它可以進行組裝，比如說我也可以組裝這樣一個雙面的，我也可以讓他們以各種形式交疊，互相互動式的有一個聯動的功能。
專家介紹，這一創新研究可以使人類對微納器件復雜運動的控制變得更容易，為未來光電驅動微納機器人、新型微納光機電系統等研究開發提供了全新的思路。
納米剪紙開創微納制造新路徑
那麽究竟什麽是「納米剪紙」呢？顧名思義，就是納米尺度的剪紙，專家介紹，把剪紙做到納米尺度之後，再加上靜電、熱等就會產生神奇的變化。這一技術可以說開創了微納制造的全新路徑。
專家介紹，納米剪紙靈感來源於中國的傳統技藝剪紙，可以想象將傳統剪紙中的紙張替換成納米薄膜，將剪刀替換成半導體技術的刻蝕工具，再施加一定的應力，就形成了功能獨特的納米剪紙結構，而這一技術的發明則是來自偶然的觀察。
北京理工大學物理學院教授 李家方：在2018年的時候，我們註意到在我們微納加工過程中有一些應力。這些應力本身呢，大家想避免，因為它可以導致我們器件的一些不需要的功能，但是我們發現我們可以透過應力像剪紙一樣控制我們的結構形變。這樣的話，我們反其道而行，將納米剪紙結構制備出來，然後它的尺寸可以達到1微米以下的尺度。它和我們的剪紙非常像，只是把它縮小到納米尺度，所以我們把它稱之為納米剪紙。
專家介紹，納米剪紙技術制造的微納器件的特殊性在於，這是一種外形可以在一定條件下發生變化的微小器件。以螺旋形結構的器件為例，正常情況下它是一種平面狀態，加電之後，在靜電的影響下，螺旋結構就如同帶靜電的頭發會立起來一樣，由平面變為立體，這個有趣的現象給納米剪紙的套用帶來了巨大的想象空間。科研人員首先想到的就是，這個特性可以用來制作顯示裝置。
北京理工大學物理學院教授 李家方：圖案實際上是由納米剪紙這個結構發生形變以後產生的。最開始的我們的納米剪紙結構是一個平面結構，是一個二維的，然後我們加完電以後，那麽有一些結構就會像模型一樣會把它凸起來，它凸起來以後，它對光的反射以及散射就會發生變化，我們就能看到這個圖案。
納米剪紙套用前景廣泛
納米剪紙技術問世以來，全球多個科研團隊針對納米剪紙的特性和套用開展了大量研究，對這一技術的套用前景已經有了一個比較清晰的認識，專家預測納米剪紙不僅會給未來顯視器制造和使用帶來巨大變化，還能套用於傳感器、激光雷達等多個領域。
在北京理工大學物理學院的實驗室裏，研究團隊向記者展示了另一個實驗，在這個實驗中，使用黃金薄膜制造納米剪紙顯示裝置整體尺寸還不到50微米，在顯微鏡下，隨著電壓變化，顯視器上迴圈顯示北京理工大學的縮寫字母「BIT」。
北京理工大學物理學院博士研究生 洪孝榮：最小的一個黑點，算是一個結構單元，這個結構單元的話，它的結構本身所占據的跨度空間是1.6微米。
專家告訴記者，科學家已經證實這一全新工藝在成像顯視器件方面有獨特的優勢，未來在投影顯示、全像顯示、計算成像等方面用途廣泛。
北京理工大學物理學院教授 李家方：我們現在很多的可穿戴器材，比如說虛擬現實眼鏡，它都比較笨重，其中一個很重要的原因就是它們光學的器件都比較大，當我們用納米剪紙這樣一個微投影的顯示芯片放在裏面以後呢，那它可以把這個做得更小，甚至可以做到和我們平常的眼鏡重量相當。
除了顯視器件之外，研究人員發現納米剪紙可以影響光的偏振、相位、強度等，這些特性可以套用於新型激光雷達的開發。另外由於納米剪紙具有靈活的光譜調節能力，也可以套用於光譜儀等。除此以外，不同材質和形狀結構的納米剪紙器件對壓力、溫度、濕度等多種物理現象也表現出敏感性，這些特殊的物理特性，為未來傳感器的開發也帶來了全新思路。
北京理工大學物理學院教授 李家方：我們知道這個結構它具有彈性，它可以傳感外界的一些變化，比如說溫度、應力，還有濕度等等，還有甚至是磁場，還有聲音的這些感受，它都可以來做一個傳感器，它有非常大的想象空間，就像我們剪紙一樣千變萬化，它的套用將來也可以做到千變萬化。
來源：央視新聞
