原標(biāo)題：納米科技新突破！北理工團隊實現(xiàn)納米剪紙轉(zhuǎn)子自由操控

微納制造技術(shù)是指尺度為微米和納米量級的工業(yè)制造技術(shù),，比如芯片生產(chǎn)就屬于微納制造,。近年來,，我國科學(xué)家牽頭研發(fā)出一種名為“納米剪紙”的全新微納制造技術(shù),，前不久北京理工大學(xué)科研團隊運用光電鑷精準(zhǔn)操控等創(chuàng)新技術(shù),，首次實現(xiàn)了對納米剪紙微型轉(zhuǎn)子的自由操控，進一步拓寬了“納米剪紙”技術(shù)的應(yīng)用前景,。

在北京理工大學(xué)物理學(xué)院先進納米制造與微納光子學(xué)實驗室,，李家方教授正在演示納米剪紙轉(zhuǎn)子的制造、取出,、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子在光電鑷的操控下，從平躺狀態(tài)被豎立起來,，向不同的方向滾動前行,。

北京理工大學(xué)物理學(xué)院教授李家方：我們知道光鑷是2018年的諾貝爾物理學(xué)獎，它是可以控制平移,，左右來回動,，它可以控制結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動。但是有一個（運動狀態(tài)）它還沒有實現(xiàn),，就是我們的滾動,。我們在這個工作里面，我們實現(xiàn)了光學(xué)操控的結(jié)構(gòu)的滾動,，你可以想象結(jié)構(gòu)可以來回地滾動,。

李家方教授介紹，納米剪紙微型轉(zhuǎn)子10微米的尺寸僅相當(dāng)于人類頭發(fā)絲的十分之一左右，如此小的零件目前還無法通過車床等設(shè)備進行制造和操控,。他們巧妙利用了納米剪紙?zhí)厥獾奈锢硖匦?，運用光電鑷子實現(xiàn)了對它的光學(xué)無接觸式的自由操控，還進而通過光束圖案編程,，實現(xiàn)了微型轉(zhuǎn)子的自動操控,。

北京理工大學(xué)物理學(xué)院教授李家方：首先它是可以驅(qū)動的，用光學(xué)驅(qū)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,，互相交互式的有一個聯(lián)動的功能,。

專家介紹，這一創(chuàng)新研究可以使人類對微納器件復(fù)雜運動的控制變得更容易,，為未來光電驅(qū)動微納機器人,、新型微納光機電系統(tǒng)等研究開發(fā)提供了全新的思路。

納米剪紙開創(chuàng)微納制造新路徑

那么究竟什么是“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后,，再加上靜電、熱等就會產(chǎn)生神奇的變化,。這一技術(shù)可以說開創(chuàng)了微納制造的全新路徑,。

專家介紹，納米剪紙靈感來源于中國的傳統(tǒng)技藝剪紙,，可以想象將傳統(tǒng)剪紙中的紙張?zhí)鎿Q成納米薄膜,，將剪刀替換成半導(dǎo)體技術(shù)的刻蝕工具，再施加一定的應(yīng)力,，就形成了功能獨特的納米剪紙結(jié)構(gòu),，而這一技術(shù)的發(fā)明則是來自偶然的觀察。

北京理工大學(xué)物理學(xué)院教授李家方：在2018年的時候,，我們注意到在我們微納加工過程中有一些應(yīng)力,。這些應(yīng)力本身呢，大家想避免,，因為它可以導(dǎo)致我們器件的一些不需要的功能,，但是我們發(fā)現(xiàn)我們可以通過應(yīng)力像剪紙一樣控制我們的結(jié)構(gòu)形變。這樣的話,，我們反其道而行,，將納米剪紙結(jié)構(gòu)制備出來，然后它的尺寸可以達到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(shù)制造的微納器件的特殊性在于,，這是一種外形可以在一定條件下發(fā)生變化的微小器件。以螺旋形結(jié)構(gòu)的器件為例,，正常情況下它是一種平面狀態(tài),，加電之后，在靜電的影響下,，螺旋結(jié)構(gòu)就如同帶靜電的頭發(fā)會立起來一樣,，由平面變?yōu)榱Ⅲw，這個有趣的現(xiàn)象給納米剪紙的應(yīng)用帶來了巨大的想象空間,?？蒲腥藛T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(xué)物理學(xué)院教授李家方：圖案實際上是由納米剪紙這個結(jié)構(gòu)發(fā)生形變以后產(chǎn)生的,。最開始的我們的納米剪紙結(jié)構(gòu)是一個平面結(jié)構(gòu)，是一個二維的,，然后我們加完電以后,，那么有一些結(jié)構(gòu)就會像模型一樣會把它凸起來，它凸起來以后,，它對光的反射以及散射就會發(fā)生變化,，我們就能看到這個圖案。

納米剪紙應(yīng)用前景廣泛

納米剪紙技術(shù)問世以來,，全球多個科研團隊針對納米剪紙的特性和應(yīng)用開展了大量研究,，對這一技術(shù)的應(yīng)用前景已經(jīng)有了一個比較清晰的認識，專家預(yù)測納米剪紙不僅會給未來顯示器制造和使用帶來巨大變化,，還能應(yīng)用于傳感器,、激光雷達等多個領(lǐng)域,。

在北京理工大學(xué)物理學(xué)院的實驗室里,，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,，顯示器上循環(huán)顯示北京理工大學(xué)的縮寫字母“BIT”,。

北京理工大學(xué)物理學(xué)院博士研究生洪孝榮：最小的一個黑點，算是一個結(jié)構(gòu)單元，這個結(jié)構(gòu)單元的話,，它的結(jié)構(gòu)本身所占據(jù)的跨度空間是1.6微米,。

專家告訴記者，科學(xué)家已經(jīng)證實這一全新工藝在成像顯示器件方面有獨特的優(yōu)勢,，未來在投影顯示,、全息顯示、計算成像等方面用途廣泛,。

北京理工大學(xué)物理學(xué)院教授李家方：我們現(xiàn)在很多的可穿戴設(shè)備,，比如說虛擬現(xiàn)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(xué)的器件都比較大,，當(dāng)我們用納米剪紙這樣一個微投影的顯示芯片放在里面以后呢，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(dāng),。

除了顯示器件之外，研究人員發(fā)現(xiàn)納米剪紙可以影響光的偏振,、相位,、強度等，這些特性可以應(yīng)用于新型激光雷達的開發(fā),。另外由于納米剪紙具有靈活的光譜調(diào)節(jié)能力,，也可以應(yīng)用于光譜儀等。除此以外,，不同材質(zhì)和形狀結(jié)構(gòu)的納米剪紙器件對壓力,、溫度、濕度等多種物理現(xiàn)象也表現(xiàn)出敏感性,，這些特殊的物理特性,，為未來傳感器的開發(fā)也帶來了全新思路。

北京理工大學(xué)物理學(xué)院教授李家方：我們知道這個結(jié)構(gòu)它具有彈性,，它可以傳感外界的一些變化,，比如說溫度、應(yīng)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?nèi)f化,，它的應(yīng)用將來也可以做到千變?nèi)f化,。