周郁：纳米压印带来新的革命 创造了超1万亿利润

美国麻省理工学院博士，美国工程院院士周郁

　　新浪科技讯 10月29日上午消息，2017未来科学大奖颁奖典礼暨未来论坛年会于10月28-29日在京举办。美国普林斯顿大学的约瑟夫?埃尔金讲席教授及纳米结构实验室主任，美国麻省理工学院博士，美国工程院院士周郁在材料科学研讨会上发表演讲。

　　周郁在演讲中提到，传统技术中，制作纳米结构通常使用光束和电子束，但如何做得很小是一个问题，而且由于散射的存在，大小方面也会受到限制。

　　周郁表示，现在依然有许多新的可发明纳米材料的方式。但在机械办法下，纳米压印可以压到几个原子，做得非常精细，也能够做出很大的面积。现在工业界都在使用这一技术。纳米压印重要的是模子。首先是自我组装，大面积形成微米结构，第二个关键是去除缺陷。弯的结构需要变直，短的结构需要变长变细。

　　“Many impossibles today will be impossible tomorrow。纳米压印是一个革新性的理论和结果，创造了制造业21世纪新的制造方式生式，同时也带来了超过产生了1万亿利润。它会影响很多的学科，影响非常深远。可是我们现在还是在一个开始的阶段，我们会继续努力。” 周郁说。（张俊）

　　以下为演讲全文：

　　周郁：大家早上好，谢谢陈总的开幕词。在新材料的发展和应用中，有一个很重要的方法，就是制造，没有制造方法，就不可能来做成材料，也不可能研究它，也不可能在商业上应用它，所以制造实际上就跟材料的发展不可分开。今天我要讲纳米材料的发展和制造。讲一个很重要的技术，叫做纳米压印，纳米压印在纳米材料中的作用，做新材料有两个非常基本的东西，第一个是材料的概念，第二个是做材料的办法，做新材料有两种方法，一个是材料的成分，原子，分子，还有一个办法是不改变它的成分，但是改变它的结构，这种材料叫做Materials，结构在纳米或者是上百个纳米的范围，这是一个很重要，这是很多的例子，各种各样的Materials，他们有不同的结构，虽然材料的本身是知道的，但是用了纳米结构以后，这个性质和原来的材料完全不一样了。问题就是说我们怎么样做这种材料，传统问题的是要用纳米结构的话光速或者是电子束来做，如果尺寸非常小的时候，发现这个技术很有限制，因为最小的尺寸限制于它的波长。另外广播或者是电子束都要有散射，散射本身也会限制你做的尺寸大小。

　　还有就是说你怎么样把它的面积做大，用半导体系数的话，一个光刻机，现在的价钱很高，不可能做很多我们要做的纳米材料。二十年前，我提出要用纳米压印办法来做纳米。但是别人都觉得这是一个不可能的事情。因为机械的办法不可能做得小。这是我当年提出纳米压印到conference，这家公司把它放在最后了，因为他们是做微米技术，那个时候工业界做350个（英文），我已经做到了（英文）。当时觉得机械做纳米的办法是不可能的。所以我对在座的研究者说一定要（英文），好多人觉得了，当然了，但是他们是做不到的，要对他们质疑。不可想象的也是可能的，而实际上有很多的今天不可能，都会成为明天的可能。所以纳米压印实际上用机械的办法来在另外一个材料上造型，关键就是说这个东西，压印是很老的技术，实际上我们在路上走路就是压印，关键是你能压印多小，这才是真正的问题。所以这是一个例子，纳米压印可以做到比一个纳米还要小。实际上，最近发现纳米压印的尺寸可以小到0.3个原子，几个原子，用机械的办法把几个原子都可以压印出来，这的技术和别的技术比较的话，它的优势是现有的优势是不可比拟的。平常的机械可以做三维的，可以做得非常准，还可以做很大的面积。比如说用（英文）可以做纳米结构在整个墙全都可以铺上。还可以做弯曲的表面等等。很重要的一点是说现在有很多的不同纳米生产和制作方式，不是每个方式都安全，只有可以给你最便宜的方法和最大的面积才能够致胜，因此这个角度来讲，应该是最好的之一。

　　实际上，现在的纳米压印已经被各个制造工业界应用，从显示、存储材料、半导体、生物、太阳能，实际长如果你要把它的所有的应用加起来超过一万亿美金，所以它也是最重要的制作方法之一。在21世纪。

　　我举几个例子，这是各种各样的形状，这是三维的，可以一下子压好，另外你可以用滚筒的办法可以做很大的面积，或者做很小的尺寸。这是我们实验室的滚筒机，做大面积的电池或者是生物膜。你可以看到它做得非常的准，而且非常非常的均匀。你要看这个历史，刚刚开始的时候，就没有人相信纳米压印机械的办法可以做纳米，所以前几年没有人做，就我和另外一个组做，然后开始发展，现在都在用这个技术。如果你要看有多少的论文，你会发现（派喷 音）的数量大大超过了论文的数量，大家会认为纳米压印的经济价值是巨大的。这是几个例子，比如说显示器，还有光的这些东西，都是用到纳米压印。包括了亚马逊的一个读书的电脑，也是由纳米做的，这里也是用纳米压印，所以你的照片可以照得非常好，没有任何的反光。谷歌眼镜的表面上全都是纳米结构，是用纳米压印的办法做好的。你看太阳能，没有反射，另外也可以全方向的来接收光，半导体也是开始用纳米压印做存储器，所以看任何你用的地方，很多地方都已经用纳米压印的办法做了。压印的重要性，已经被证明是最重要的，我们社会生产方法之一了德国科学试验馆是专门收集第一个东西，第一个计算机。六年前把握第一个做纳米压印的设备，实际上是非常简单的，给收藏去了，你如果去的话可以看到一个纳米压印的展柜，旁边有第一台纳米压印的工具。

　　我想再给你介绍其他的几个，我觉得也是对纳米制造非常重要的技术。另外也给你看一下，其实有很多的新办法，还可以继续发明。纳米压印是做得非常小，非常大的面积。但是你一定要做模子。关键是第一个模子怎么做的？这是一个很关键的东西。

　　我介绍一两个新的方法，这个可以大规模的做模子，一个是用自我组装的办法，可以大面积的形成纳米，微米结构。第二个问题是你要做纳米结构的时候，总会有缺陷，你怎么把这个缺陷去掉。这个工作是我大概二十年之前了。有一个很平的薄膜，你要是把这个薄膜熔化之后，再把它冷却下来，它还是一个薄膜。但是你要上面放一个PLATE，如果这个PLATE的距离比较近的话，薄膜自己就会形成这种柱子，你可以控制它的形状，和它的这个，比如说话你要有一个三角形的，上面有一个PLATE，它就自己组装成这个三角形的板，如果用这个线的话，最后形成点。然后你还可以控制它的图案，比如说你还可以控制不同的晶体结构，都是靠自我形成办法。

　　还有一个很有趣的办法，一个周期不是一下子就能生成出来的。我们做了一个薄膜，一开始是平的，在方的底片的角上先开始，从一个角先形成，然后边上再形成，然后到里面，先在角上。

　　给你看一个视频。大家看到一下，这并不是同时成形的，这是非常有趣的一个科学。从外面到里面一些情况。

　　下一个，你做大你的纳米结构总会有缺陷，你怎么解决这种缺陷呢？第一个你要知道这个缺陷实际上是物理本身的，是不可能去掉的。所以我们说有一个弯的线要变直，矮的这个结构要变长和细。你想这是一个梦想，通常的办法是说有这个线的（英文），你这个变了以后，线也会变宽，也会变低，这个东西只是可以用在（跑了木 音）这个材料上，不会用在别的材料上。大概十年前我们提出了一项新技术，叫做自我完善。自我完善的液化方法。当你这么做的时候。上面已经被固定住了，所以只有这个（塞多 音）可以嵌去，如果PLATE比较高的话，就可以（英文），金属半导体等等。还有一个办法，我发现如果有一个（英文），这个材料会往上走。（英文），我给大家举一个例子。最开始是一个椎体，所有粗糙的墙体，侧墙，然后往上走，一开始的这个足迹已经能够看到了。一开始很宽，要是方的东西呢，就会便圆的，这个告诉你你开始的结构是一个方的，然后你要没有这个板的话，就会出现一个圆顶的情况。上面可以加一个板，不管怎么说吧，我的时间已经快到了，最后来讲的话，纳米打印是一项非常重要的出现的一场革命，无论从理论还是结果来说都是如此，包括原子。它比其他的技术更加的优越，它促进纳米技术和商业化，并且是21世纪最重要的制造方法之一，以及它影响了很多的学科。影响非常的深远。可以产生数十亿美元的级别的产业，甚至是一万亿美元的收入，是的？可是现在我们只是在一个开始阶段。谢谢。