比纳米还小的原子级制造技术来了！它的出现将突破精度极限，变革产业结构，提升产品性能，解决制造瓶颈。11月21日，南京大学与南京市人民政府共建原子极限微制造实验设施签约仪式在南京举行。
什么是“原子级制造”？
原子级制造，是工信部确立的六大未来方向之一——未来制造的重点领域，是指按原子尺度结构或原子精度产品加工的制造业。相较传统制造，原子级制造是一种极限小尺度、极限高精度和从制造走向创造的制造终极形态。
通俗来讲，原子级制造是在原子尺度上进行加工，形成具有原子级特定结构特征的器件产品。原子级制造工艺产品，将实现前所未有的性能提升。
作为逼近理论极限性能的变革性制造技术，原子级制造目前是各国竞相布局的路径之一。原子级制造也是国内有望与国际先进“并跑”的领域之一，对我国保持产业链安全、竞争高端制造市场具有重要意义。
“原子级制造”有多强？
中国科学院院士、南京大学教授祝世宁介绍，在制造方面，原子级制造有望开发出一系列具有超小尺度精度和卓越性能的新型产品。在材料方面，通过原子级设计和改造，可以实现材料系统的革新。这两方面融合发展，将为人类社会的进步开辟新的道路。
一方面，原子级制造的测控能力达到物质世界基本单元——原子，是当代微电子制造和超精密加工的尺寸微缩极限；另一方面，它掌握了原子的操控能力，将具备从原子直接搭建分子、材料、器件甚至系统的能力，从而打开创造大量新物质新材料的终极密码。
以集成电路行业为例，如果能实现单原子特征的芯片，其尺寸、功耗可降低至当前的千分之一以下，计算能力则提升千倍以上。
“原子级制造”为何落户南京
原子级制造的应用前景广阔，是下一代超精密制造的重要发展方向，也是材料与制造领域的必然趋势，也是世界范围内发展先进制造的“兵家必争之地”。
2024年，“原子级制造”开始从前沿技术迈入产业范畴。年初，中国工程院院刊《中国工程科学》将其列入未来新材料产业。2024年2月，第一届原子级制造论坛召开。党的二十届三中全会《决定》将“原子级制造”纳入未来产业名词权威解读……
而在南京，有关“原子级制造”的相关研究早在40年前就已有涉及。1984年，南京大学王广厚院士就开始研究原子团簇物理技术，是国内最早研究该领域的科学家之一。南京大学是全国原子级制造研究的重要基地，在二维材料电路、原子级催化材料等方向率先作出探索。2018年，南京市浦口区政府与南京大学签订协议，共建全国第一个原子制造研究中心——南京原子制造创新研究中心，主攻原子团簇、二维材料等研究方向，致力于开发原子制造的核心装备，支撑原子极限微制造重大科技基础设施建设。2024年3月，南京市发改委正式印发《南京市2024年新型基础设施建设项目计划》，其中包括南京大学原子极限微制造实验设施项目。
据了解，目前南京原子制造研究所团队拥有6位国家级高层次人才、院士1人、国家杰青3人、教授7人、博士11人。近5年已发表SCI论文200余篇、申请中国发明专利100余件，获授权中国发明专利20余件。团队未来还将引进多位国家级高层次人才。
迎难而上 “原”来可期
虽然原子级制造具有巨大应用价值，但是目前并没有全面开展技术体系和工艺装备的开发。在这一领域的深耕发展仍面临不小的挑战。
11月7日，南大原子极微制造实验设施项目一期取得施工许可证后正式开工。该项目总投资1.6亿元，一期总建筑面积10068.1平方米，包含预研区厂房、动力站房及实验楼。项目建成后将通过物理和化学方法制造原子团簇，进行原子团簇实验测试。
南京大学教授、南京原子制造研究所所长宋凤麒认为，原子级制造面对的挑战中，最关键的还是基础设施与装备部分。目前大部分核心设备仍掌握在发达国家手中，国内研究设备依赖进口。我国需要发展自主知识产权保护的核心技术装备，以及支撑原子级制造发展的特色核心技术装备。
据了解，此次签约的原子极限微制造实验设施将从三大主要分支建设七类线站，全面支撑科技与产业，将会实现对100个原子以内任意原子的精准操控，在团簇束流流量、单u精控质量、结构分离指标三大指标上全面领先，打造全球第一个、能力最强的原子制造大装置。
南京广电·牛咔视频记者：陈震坤 马瑞
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