寧波材料所金屬三維微結(jié)構(gòu)制造與測試研究獲系列進(jìn)展

　　器件小型化是現(xiàn)代工業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的趨勢之一。作為近30來全球先進(jìn)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)新型數(shù)字化成型制造技術(shù)，增材制造（3D打?。┰诳焖俪尚汀⒕_定位、直接構(gòu)筑傳統(tǒng)加工技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的高深寬比復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)等方面的優(yōu)勢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于現(xiàn)有的微器件加工技術(shù)。但商業(yè)化增材制造設(shè)備在打印精度(0.1mm量級)和特征尺度(高深寬比)方面尚無法用于微納器件的直接制造。因此，開發(fā)具有高精度、高效率和多材質(zhì)的3D微納打印技術(shù)將會(huì)是未來增材制造的主要發(fā)展方向。

　　針對高深寬比復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)在器件小型化和微系統(tǒng)技術(shù)中的重大需求，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所增材制造研發(fā)團(tuán)隊(duì)自2013年起致力于“直寫式”3D微打印技術(shù)的開發(fā)。經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)研制出集電化學(xué)沉積、材料擠出和定點(diǎn)腐蝕技術(shù)于一體的多材料三維微納打印系統(tǒng)。該系統(tǒng)成型精度達(dá)±50nm，成型速度達(dá)0.112μm3·s−1，表面精度達(dá)Ra±2nm，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬、高分子、陶瓷等多種材料的三維微結(jié)構(gòu)加工。

　　微納尺度三維結(jié)構(gòu)的核心性能取決于材料性能與結(jié)構(gòu)性能兩方面。因此，微納結(jié)構(gòu)的性能測試一直是業(yè)界研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，微納結(jié)構(gòu)性能測試的主流方法主要采用原子力顯微(AFM)技術(shù)。但由于設(shè)備昂貴，難以大規(guī)模普及。對此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用微尺度力學(xué)方法，開發(fā)了測量材料楊式模量的靜態(tài)法和測量微結(jié)構(gòu)柔性的動(dòng)態(tài)測量法，并將其應(yīng)用于微米尺度微結(jié)構(gòu)性能表征。

　　此外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過測試發(fā)現(xiàn)，3D微打印制備的三維微結(jié)構(gòu)由銅納米晶組成，其楊氏模量和導(dǎo)電性能均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，分別達(dá)到122.6Gpa和2785S·cm−1，接近塊體銅的性質(zhì)；銅螺旋線的柔性可達(dá)到0.5989 × 10−14N·m2以下。基于其優(yōu)良性能，研究人員正在開發(fā)基于多種三維微結(jié)構(gòu)的微機(jī)電執(zhí)行器和光位移生物傳感器。

　　以上研究得到了國家自然科學(xué)基金委和寧波市科技局的資助。

不同基底上的純銅微米線陣列

微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能測試方法及實(shí)例