DARPA推动纳米级制造技术突破
2016-01-01 10:13:04   来源：微迷   评论：0   点击：

纳米级的材料通常具有罕见的电气与量子级特性，但在大多数芯片制造时的毫米级却消失了。美国国防先进研究计划署（DARPA）正积极寻找一种两全其美的好办法：以纳米级制造为基础，同时升级至更实用的毫米级。DARPA目前已经将这项挑战部署于其“原子到产品”（A2P）计划的全美10座实验室中。

“这些‘原子级’的行为具有潜在的重要国防应用，”DARPA在其A2P计划网站上指出，“包括量子化的电流-电压行为，大幅降低了熔点以及明显更高的比热。但其挑战在于如何在更大的‘产品级’(一般约几公分)装置与系统时保留材料的原子级特征。”

负责该计划的其中一座主要实验室——HRL Laboratories, LLC.透露，HRL将部份计划转包给Intelligent Materials Solutions，透过精确地原子逐一组装方式，共同扩展先进材料的纳米级魔力。

“为了在毫米级取得纳米技术的优点，我们与Intelligent Material Solutions携手合作，”共同致力于实现A2P计划梦想的HRL计划负责人Adam Gross与Christopher Roper表示，“我们最初的计划是将纳米粒子组装于较其更大100万倍的成品元件中，从而控制红外线。”

积层组装控制纳米级魔力

目前的纳米级制造技术是减层法，例如微影、蚀刻和真空沉积，但经由逐一组装原子的3D结构，HRL与Intelligent Material Solutions期望能在毫米级扩展纳米级在芯片上所实现的惊人量子效应。

波士顿大学的显微镜工具称为纳米级“原子书写器”(atom writer)，可在表面上制造极其微小的光源操纵结构

“我们已经证实能够组装两种可控制红外光的纳米粒子，”Gross表示，“我们组装了一层层的球形衍射光栅。第一项里程碑是将两种次200纳米光栅组装于210微米的组件中，以保持其纳米级特性。”

这一步骤就要花费这项3年计划中约12个月的时间。接下来，研究团队的下一步是将这些微米级次组件组装于毫米级产品中，继续维持其量子效应以及纳米级组件的较低熔点与更高比热。

其它参与实验室及其研究

其它九支研究团队分别致力于不同计划，包括医疗应用等。这些研究团队包括：波士顿大学、Draper Laboratory、Embody、哈佛大学、SRI、圣母大学、Voxtel、Xerox Palo Alto Research Center Inc.以及Zyvex Labs等实验室。

Embody重点发展纳米胶原纤维，可模拟加速士兵医疗康复的天然韧带，而且成本更低50%。就像所有的DARPA计划一样，研究人员希望这项成果能渗透到一般运动伤害领域。

Draper将着重于射频(RF)子系统，使其得以提高20倍的全球定位范围和精确度，实际作法是先在微米级组装纳米级编织次组件，然后在第二阶段于毫米级进行组装。其技术是将DNA如何自组装复制到交织结构中。

Voxtel和奥勒冈州立大学专注于仿造自然能力于自组装多材料结构，他们利用高速率的流体制程，结合合成与供应材料至3D混合有机与无机材料，以较低的价格维持更佳品质。

波士顿大学的目标在于打造原子级书写技术，能以具有原子级准确度的“喷漆”法，在“光子”战场上打造可调谐的光学超材料。

圣母大学则瞄准平行的纳米制造技术，可使光学超材料随特定的设计者特性需求而制造。透过单原子电化学特性，该技术将会使用能以不同配置快速组装的光砖。

Xerox PARC现正打造全球首款利用微米级墨水粒子的数字微组装印表机。这种微米级墨水粒子能够组装公分级组件，同时维持纳米级特性，以确保安全的通讯、侦察与电子战。

Zyvex打算自上而下打造具有纳米级特性的微米级元件，以及具有原子级的精确度，以实现超灵敏的传感器、威胁侦察、量子通讯以及沙粒大小的原子钟。

SRI的目标在于建造所谓的“漂浮微工厂”（levitating micro-factories），结合MEMS以及连接微米级次组件与纳米级特性于毫米级产品的取放机器人“大军”。

哈佛大学则致力于创造毫米级外科工具的新时代，将2D逐层组合过程提升至复杂先进的3D器件，以实现特殊的外科手术。研究人员的目标在于让外科医生即使是在执行微米级手术时，也能保有触觉反馈的能力。