原子級制造：超精密制造重要發(fā)展方向

　　與傳統(tǒng)制造有著本質(zhì)區(qū)別，原子級制造是指按原子尺度結(jié)構(gòu)或原子精度產(chǎn)品加工的制造業(yè)，其發(fā)展將推動人類制造技術(shù)走向極限水平。

　　2024年，"原子級制造"一詞密集出現(xiàn)并被廣泛關(guān)注。9月20日，2024原子級制造創(chuàng)新發(fā)展座談會重點(diǎn)圍繞《原子級制造創(chuàng)新發(fā)展實(shí)施意見（2025-2030年）》內(nèi)容設(shè)置的科學(xué)性和可實(shí)施性進(jìn)行深入研討。11月，第一屆原子級制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇舉辦，近百家高校、科研院所和企業(yè)等共同發(fā)起組建的原子級制造創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)盟揭牌成立。12月，工業(yè)和信息化部相關(guān)負(fù)責(zé)人在2024裝備制造業(yè)發(fā)展大會上表示，我國將推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合，加快培育發(fā)展原子級制造產(chǎn)業(yè)。同月召開的全國工業(yè)和信息化工作會議提出，制定出臺原子級制造等領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展政策。

　　據(jù)介紹，原子級制造目前正處于從理論創(chuàng)新、關(guān)鍵技術(shù)突破向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)的關(guān)鍵階段。

　　或?qū)?shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造全面革新

　　原子級制造有多強(qiáng)？

　　據(jù)了解，一方面，它的測控能力達(dá)到物質(zhì)世界基本單元原子，是當(dāng)代微電子制造和超精密加工的尺寸微縮極限；另一方面，它掌握了原子的操控能力，具備從原子直接搭建分子、材料、器件甚至系統(tǒng)的能力，將為創(chuàng)造大量新物質(zhì)新材料提供有力支撐。以集成電路行業(yè)為例，具備單原子特征的芯片，其尺寸、功耗將降低至當(dāng)前的1‰以下，計(jì)算能力則提升1000倍以上。

　　合肥綜合性國家科學(xué)中心能源研究院院長助理凌航焜對記者說，"原子級制造將實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造三要素的全面革新：一是將加工對象從連續(xù)材料變革為離散原子；二是將加工精度尺度變革為原子尺度；三是將材料和結(jié)構(gòu)決定產(chǎn)品性能變革為原子調(diào)控產(chǎn)品性能。"

　　南京大學(xué)相關(guān)專家在接受記者采訪時表示，原子級制造加工對象從傳統(tǒng)制造的連續(xù)介質(zhì)的固體變?yōu)閱蝹€原子，加工尺度直接用原子度量，使得制造由傳統(tǒng)制造的形狀變化提升器件性能的模式改變?yōu)橥ㄟ^原子調(diào)控器件性能。

　　原子級制造技術(shù)現(xiàn)在用在哪里？

　　中國工程院院士楊華勇此前曾表示，最尖端的比如集成電路，5納米以下就開始用亞納米級，光刻機(jī)上光路系統(tǒng)中的平面加工精度就要達(dá)到亞納米級。另外，未來航空航天領(lǐng)域均可使用原子級制造技術(shù)。因?yàn)樵蛹壷圃焓橇泓c(diǎn)幾納米，精度改變可能會改變材料的各個方面。

　　"原子級制造在材料與制造兩大領(lǐng)域都將展現(xiàn)出前所未有的潛力。"南京大學(xué)相關(guān)專家說，比如，在制造方面，有望開發(fā)出一系列具有超小尺度精度和卓越性能的新型產(chǎn)品；在材料方面，通過原子級設(shè)計(jì)和改造，可以實(shí)現(xiàn)材料系統(tǒng)革新。此外，原子級制造工藝創(chuàng)制的新物質(zhì)和零部件，不僅在結(jié)構(gòu)上可實(shí)現(xiàn)原子尺度的細(xì)銳、精準(zhǔn)、完美，而且其物理特性遠(yuǎn)超常規(guī)塊材物性。人們利用原子級制造技術(shù)創(chuàng)制海量研究對象，收集物質(zhì)數(shù)據(jù)，建立物質(zhì)、材料物性數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建材料創(chuàng)制人工智能大模型，可實(shí)現(xiàn)材料創(chuàng)制智能化。

　　正處于邁向產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵階段

　　近年來，我國大力支持原子級制造發(fā)展。南京大學(xué)、浙江大學(xué)、天津大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西南交通大學(xué)、東南大學(xué)等高校均設(shè)立了原子制造相關(guān)研究中心；南京、上海、杭州、成都和蘇州等地提出原子級制造基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)想……

　　在此背景下，原子級制造已實(shí)現(xiàn)了一些關(guān)鍵技術(shù)突破。比如，在原子級加工方面，原子級沉積技術(shù)已經(jīng)開始在集成電路、光伏等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其市場規(guī)模已達(dá)百億元；原子級精密處理相關(guān)工程樣機(jī)完成開發(fā)，正開展生產(chǎn)線驗(yàn)證工作。

　　"近些年也出現(xiàn)了原子級制造發(fā)展的新波次。一方面，制造效率不斷提高，大面積二維原子層材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)米級制造，原子級金屬粉體材料實(shí)現(xiàn)克級突破，正開展中試載體建設(shè)；另一方面，原子級產(chǎn)品的設(shè)計(jì)逐漸精巧化，近期涌現(xiàn)出一大批具備產(chǎn)業(yè)潛力的產(chǎn)品。"南京大學(xué)相關(guān)專家說。

　　目前，原子級制造在材料開發(fā)、航空航天、能源催化、生物醫(yī)藥、精密加工、信息技術(shù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)用能力和前景。江蘇省是全國最早布局開展原子級制造技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化的省份之一。江蘇集創(chuàng)原子團(tuán)簇科技研究院開發(fā)的氣體團(tuán)簇表面精密處理裝備可以將器件精度、結(jié)構(gòu)和損傷全面推進(jìn)到原子水平，可應(yīng)用在集成電路、光學(xué)元件加工等領(lǐng)域；徐州國基原子制造有限公司開發(fā)的原子特種金屬粉體材料，實(shí)現(xiàn)了金屬粉體熔點(diǎn)下降到其他尺度金屬粉的一半甚至更低，打破傳統(tǒng)焊接工藝，利用同材焊接技術(shù)，在航空航天、半導(dǎo)體等高端制造行業(yè)擁有廣泛的應(yīng)用前景。

　　將推動制造技術(shù)彎道超車

　　2024年9月底，工業(yè)和信息化部相關(guān)負(fù)責(zé)人在南京市舉辦的原子級制造創(chuàng)新發(fā)展座談會上提出，要聚焦原子級制造等領(lǐng)域，實(shí)施一批科研攻關(guān)項(xiàng)目，突破一批關(guān)鍵核心技術(shù)，形成一批標(biāo)志性產(chǎn)品，取得一批標(biāo)志性成果，建設(shè)一批企業(yè)孵化器，從前瞻性布局逐步進(jìn)入實(shí)質(zhì)性推進(jìn)。

　　"原子級制造技術(shù)是推動我國成為制造強(qiáng)國、實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)彎道超車的重要機(jī)遇和手段。"南京大學(xué)相關(guān)專家表示，目前，我國與國際先進(jìn)水平處于"并跑"階段，互有領(lǐng)先。如同人工智能一樣，原子級制造技術(shù)也會經(jīng)歷多重發(fā)展波次，帶動人類操控技術(shù)不斷發(fā)展，直至達(dá)到人類終極制造能力極限；同時，原子級制造技術(shù)的發(fā)展可以帶動整個制造業(yè)變革，在支撐工業(yè)"四基"關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、核心基礎(chǔ)零部件（元器件）、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)方面，具有重大意義，有望催生上萬億元新市場。

　　業(yè)界認(rèn)為，原子級制造涉及機(jī)械、材料、物理、化學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，需提前布局，借鑒成熟產(chǎn)業(yè)培育模式，強(qiáng)化原子級制造戰(zhàn)略力量建設(shè)，培養(yǎng)跨學(xué)科交叉復(fù)合型人才和工程型人才，推進(jìn)校企融合發(fā)展。

　　南京大學(xué)相關(guān)專家坦言，接下來，針對原子級制造技術(shù)，需要持續(xù)攻關(guān)，建設(shè)一系列大型綜合性科研平臺，利用平臺凝聚一批高水平隊(duì)伍，突破一批難題，形成一批顛覆性成果，集中力量開展產(chǎn)業(yè)應(yīng)用探索。

　　"從原材料到產(chǎn)品，原子級制造雖然可以輻射部分關(guān)鍵加工環(huán)節(jié)或步驟，但不足以全面覆蓋所有流程，尚需打通原子級制造產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，與傳統(tǒng)制造相融合，對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)和制造技術(shù)進(jìn)行原子級賦能，打造原子級制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)。"南京大學(xué)相關(guān)專家表示，該產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展還需要政府層面進(jìn)行資源引導(dǎo)，需要技術(shù)、資金、人才等相關(guān)資源集中發(fā)力，包括獲得耐心資本等相關(guān)投資資本的關(guān)注。（記者 李洋）

　　轉(zhuǎn)自：中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào)

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