美國黑科技：Frontier l 原子級3D打印

寂靜天花板

記憶電阻、量子計算以及高效主流能量儲存和轉換技術等應用都需要用到原子級的定制材料，這就需要對原子進行3D打印。多年來，科學家們主要通過光刻技術和掃描探針技術來探索實現這一目標的方法。這些技術雖然具有一定的三維構建能力，但主要還是用于構建二維的表面結構。

美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學家通過對一系列聚焦的電子和離子束3D打印技術進行評估，推薦了適合在固體、液體和表面進行原子三維排列、組合的可替代技術。

將原子進行三維排列、組合

傳統的3D打印機的工作原理是將打印對象進行分層，然后一層一層的制造出一個三維的物理結構，而ORNL的科學家們研究的技術則更加微觀，他們使用的技術是將原子進行逐一的排列、組合，以制造出原子級的三維結構。ORNL科學家將這類技術稱之為“directed matter”。

科學家認為這種原子級的3D打印技術可以制造出精確結構的材料。使用該技術人們將能夠設計出在極端環境下更強、更輕、更牢固的材料，為能源、化學、信息學等領域提供經濟的材料解決方案。雖然目前這種在3D空間完全控制原子排列和組合的3D打印技術還在探索階段，但是ORNL 科學家相信該技術將成為未來材料技術的一個組成部分。

那么ORNL 科學家是通過什么樣的設備實現原子3D打印的呢？原來一些用于其它研究領域的科學儀器發揮了重要作用。例如，透射電子顯微鏡。透射電子顯微鏡能夠實現單原子成像、化學應變成像和皮米級結構映射，它使科學家能夠制造出特征分辨率不到10納米的新材料。ORNL 科學家表示，這種這種交互式的、結合了電子、離子的成像顯微鏡，可以作為下一代原子級3D打印設備的基礎。

相關論文發表在《ACS Nano》雜志上，題目為：Directing Matter: Toward Atomic-Scale 3D Nanofabrication。