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。
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，以及控制其运动的过程。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：我们知道光镊是2018年的诺贝尔物理学奖，它是可以控制平移，左右来回动，它可以控制结构的转动。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，你可以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进行制造和操控。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，第二个就是它可以进行组装，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形式交叠，互相交互式的有一个联动的功能。
专家介绍，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。
纳米剪纸开创微纳制造新路径
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，可以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加工过程中有一些应力。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，但是我们发现我们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，然后它的尺寸可以达到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变化的微小器件。以螺旋形结构的器件为例，正常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，这个特性可以用来制作显示装置。
北京理工大学物理学院教授 李家方：图案实际上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变化，我们就能看到这个图案。
纳米剪纸应用前景广泛
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巨大变化，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。
专家告诉记者，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就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，甚至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激光雷达的开发。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，为未来传感器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，它都可以来做一个传感器，它有非常大的想象空间，就像我们剪纸一样千变万化，它的应用将来也可以做到千变万化。
来源：央视新闻
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（剪纸图片由AI生成）
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