专家：原子级制造是下一代超精密制造的重要发展方向
近日，2024（第一届）原子级制造论坛在北京举办。与会专家一致认为，当前新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，学科交叉融合不断发展，面向世界科技前沿与国家重大需求，加快实现前沿技术的突破，创新驱动发展的重要战略部署。其中，原子级制造是具有前沿性、挑战性和高价值的研究方向，它代表制造领域的技术制高点，原子级制造的技术突破将极大影响产业结构。
据了解，南京大学原子制造研究院院长宋凤麒在主论坛上发布了《原子级制造调研报告》，介绍了原子级制造的概念、背景与发展基础，探讨了原子级制造的实施路径并提出发展建议。原子级制造论坛组委会在主论坛发布了《原子级制造发展倡议书》。《原子级制造发展倡议书》旨在进一步加强原子级制造技术创新与产业合作，提出了系统推进科学研究、全面强化技术开发、前瞻布局产业应用、共建专业人才队伍等倡议。
会上，记者采访了中科院院士、南京大学教授祝世宁，中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授、研究院院长谭久彬和国家纳米科学中心主任唐智勇。
谭久彬院士指出，通俗来讲，原子制造就是在原子尺度上去进行加工，形成具有原子级特定结构特征的器件产品。当然从实现形式上，可以是以原子级精度来进行“去除”加工，也可以是以原子级精度来进行“增材”制造。无论哪种方式，都要实现对大规模原子的逐一精确操控。“原子级制造工艺创制的新物质和零部件，不仅结构上实现了原子尺度的细锐、精准、完美，而且其物理特性远超常规块材物性。例如，在集成电路行业，如果能实现单原子特征的芯片，其在尺寸、功耗将会降低为当前的千分之一以下的同时，可将计算能力提升千倍以上。因此，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。”
祝世宁院士告诉记者，原子级制造在材料与制造两大领域中都展现出前所未有的潜力和前景。“从制造角度看，随着技术进步，我们不断突破尺寸和精度的极限。从宏观制造、微米制造，再到当前的纳米制造，未来我们必将会更进一步走向原子尺度。与此同时，从材料角度看，从初级地物理上利用材料，到对材料化学性质的掌握，再到现在走向材料底层原子的直接操作，这也是一个自然而然地演变过程。所以，原子级制造是材料与制造领域共同关注的一项核心技术。进一步的研究和探索将会带来更显著地成果：在制造方面，我们有望开发出一系列具有超小尺度精度和卓越性能地新型产品。在材料方面，通过原子级地设计和改造，我们可以实现材料系统的革新。”
“当前阶段，我们其实已经获得了一些初步的成果。尤其是在新材料领域，比如我们现在已经获得纳米粉体，那么是否存在原子级粉体？答案是肯定的，通过精密的技术，我们可以制备出每个颗粒只包含100个原子的金属粉体。这使得我们能够在传统结构材料熔点1/3甚至1/5的温度下处理这些材料，极大的降低高温合金材料的处理温度。”祝世宁院士进一步举例称，近年来备受关注的单原子催化剂，这种催化剂仅用百分之一的金属原子就能达到原有的性能。这不仅大幅节约贵金属原子，降低成本，同时也减少了重金属的污染。并且这种单原子催化剂已经实现了产业化。
“原子制造将推动器件特征尺寸和加工精度从当前的10纳米微缩至原子尺度，百倍提高集成度,实现同等尺寸的芯片算力万倍提高。”在唐智勇主任看来，原子级制造将产品的物理结构、尺寸精度和表面缺陷全面提升至原子级水平，制造逼近理论极限的“完美”产品。未来材料必将实现按需定制。当前结构材料、功能材料体系受限，原子级制造将突破当前大部分设计材料无法合成的壁垒，结合人工智能，推动人类从体系优化转变为功能端的材料按需定制，形成“材料种类极大丰富、性能按需定制”的未来材料。
最后，祝世宁院士表示，“早期成果表明，尽管全面实现原子级制造需要长时间的努力，但我们已经在这条道路上迈出了坚实的步伐。随着技术的不断进步和研究的深入，我们有望在未来看到更多令人振奋的突破和创新。”