這是一種全新的“增材制造”，其中最為引人注目的可能是它要使用高達(dá)1或2吉帕斯卡（1吉帕斯卡=1百萬帕）的壓力。這就是“激光震動壓印（laser shock imprinting）”技術(shù)，這種技術(shù)能夠在室溫條件下創(chuàng)建小至10納米的3D晶體金屬結(jié)構(gòu)，而且其表面十分光滑。

      這種方法能夠在一個金屬片上用納米級的3D結(jié)構(gòu)組成大面積的圖案，并可能導(dǎo)致創(chuàng)新性的低成本規(guī)模制造方式的出現(xiàn)，比如“電漿子超穎材料（plasmonic metamaterials）”在先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域的使用。所謂電漿子超穎材料是一種可定制的復(fù)合材料（一種將金屬和介電材料結(jié)合在一起的設(shè)計，以實現(xiàn)自然界中不存在的光學(xué)特性），由于這種復(fù)合材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)很多匪夷所思的功能，比如通過控制光線穿過材料內(nèi)部的路徑以實現(xiàn)真正的隱身等。

        近日發(fā)表的一篇論文——《超級光滑3D晶體金屬結(jié)構(gòu)的大尺度納米成型（Large Scale Nanoshaping of Ultrasmooth 3D Crystalline Metallic Structures）》詳細(xì)介紹了這種技術(shù)，該論文稱這種技術(shù)可以實現(xiàn)更薄的金屬層以納米級的精度成型。這篇論文的作者是Huang Gao、Yaowu Hu、Yi Xuan、Ji Li、Yingling Yang、Ramses V. Martinez、Chunyu Li、Jian Luo、Minghao Qi和 Gary J. Cheng。他們分別是普渡大學(xué)的博士生和教授、哈佛大學(xué)和馬德里高級研究所的研究員、以及加州大學(xué)圣地亞哥分校的教授。

        該技術(shù)能夠制造具有統(tǒng)一納米圖案的超穎材料，并可以在其表面形成各種功能、結(jié)構(gòu)、元素，從實現(xiàn)對光前所未有的控制。研究人員說，這項技術(shù)可能會導(dǎo)致更多的創(chuàng)新技術(shù)，如高速電子、先進(jìn)傳感器和太陽能電池等。這種技術(shù)可以創(chuàng)造出獨(dú)特的金屬結(jié)晶形式，從而使材料具備“理想的機(jī)械和光學(xué)性能。”

        研究人員已經(jīng)使用這種技術(shù)用鈦、鋁、銅、金、銀等金屬做材料生成了各種納米形狀，比如納米金字塔、齒輪、短板、槽和漁網(wǎng)等，據(jù)天工.社了解，這些形狀的大小只有人的頭發(fā)寬度的幾千分之一。 這種“震動誘導(dǎo)成型”技術(shù)能夠非常精確地定義角度和垂直面。

        “這些納米形狀也有非常光滑的表面，這非常有利于開發(fā)潛在的商業(yè)應(yīng)用。傳統(tǒng)上，要將一個晶體材料變形成為一個比起始材料粒徑小很多的納米模具（nanomold）非常困難。這是因為當(dāng)顆粒降到非常小的尺度時，尺寸效應(yīng)使得材料的強(qiáng)度非常高。”普渡大學(xué)教授Gary J. Cheng說。“讓金屬流入高保真3D成型的納米模具非常具有挑戰(zhàn)性。”

Gary J. Cheng教授

        Cheng補(bǔ)充說，他們的研究還將金屬與石墨烯結(jié)合，形成了混合結(jié)構(gòu)，而這些混合材料提高了電漿子效果，形成了“超材料完美吸收體（Metamaterial Prfect Absorbers），”或MPAs。

        該技術(shù)主要使用脈沖激光，產(chǎn)生“高應(yīng)變速率”壓印金屬進(jìn)入納米模具。

        “我們一開始使用金屬薄膜，這樣我們可以將其大面積變形成為3D納米形狀。更有趣的是，壓印之后所產(chǎn)生的3D納米結(jié)構(gòu)仍然是晶體，它提供了良好的電磁和光學(xué)特性。”Cheng說。

        該項目由美國國家科學(xué)基金會、美國國立衛(wèi)生研究院、美國國防部威脅防御局、美國海軍研究辦公室和美國國家研究理事會支持。