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原子級制造——面向未來 穩(wěn)步發(fā)展

發(fā)布時間:2024-02-29 10:00:00來源: 光明網(wǎng)-《光明日報》

  光明日報記者 齊芳

  2月24日至26日,2024(第一屆)原子級制造論壇在北京舉辦。論壇由南京大學、浙江大學、清華大學、北京航空航天大學、西南交通大學等18家單位主辦,來自中國科學院、高校、行業(yè)主管部門、產(chǎn)業(yè)界、投資界的400余位代表出席會議。

  原子級制造究竟是什么?為何吸引了這么多專家學者的目光?

  逼近理論極限性能的變革性制造技術(shù)

  南京大學教授宋鳳麒介紹,原子級制造是將能量聚焦于物質(zhì)世界的基本單元——原子或定量基元,實施規(guī)?;珳什倏兀瑢崿F(xiàn)原子尺度結(jié)構(gòu)或原子精度加工,賦能產(chǎn)品獲得逼近理論極限性能的一種變革性制造技術(shù)。

  這一概念大概于20世紀中期提出,20世紀90年代開始發(fā)展,隨著納米科技的興起,很快就成為世界主要國家競相布局的戰(zhàn)略高地。“這讓人們對未來制造業(yè)的發(fā)展有了更多期許。”宋鳳麒說,“原子級制造瞄準未來技術(shù),致力于將物質(zhì)結(jié)構(gòu)的控制精度全面提升至原子極限水平,制造性能逼近極限的‘完美’產(chǎn)品;極大豐富新材料供應(yīng),推動人類實現(xiàn)‘材料按性能需求定制’;將芯片集成度提高至原子水平,推動芯片和算力的巨大提升,以核心材料的精細化和高性能化帶動單個器件乃至整個系統(tǒng)的性能飛躍,推動制造業(yè)走向未來時代。”

  如今,在高端芯片制造、新材料研發(fā)等領(lǐng)域,原子級制造已經(jīng)開始有所應(yīng)用,但距離大面積推廣使用,并形成規(guī)模和影響力還有很長距離。中國科學院院士、南京大學教授祝世寧說:“我必須強調(diào),原子級制造是人類在材料和制造領(lǐng)域的一項變革性甚至是顛覆性技術(shù),僅靠單一學科是不可能做到的,必須依靠多學科的交叉和協(xié)同、政府的組織引導和市場的積極參與,長期堅持,才能取得成效。”

  實現(xiàn)原子級制造要跨過很多難關(guān)

  中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學教授譚久彬說:“盡管原子級制造的優(yōu)勢非常顯著,但目前來看,實現(xiàn)原子級制造非常難。這一技術(shù)在國內(nèi)外都還處于萌芽階段,無論是科學原理,還是關(guān)鍵技術(shù),無論是探索原理所需的科學儀器,還是探索過程中所需的加工裝備,都極大地挑戰(zhàn)了我們現(xiàn)在的認知和能力范疇,大量瓶頸問題亟待解決。”

  他舉例說,在傳統(tǒng)制造過程中,制造的精度、范圍和效率是互為矛盾的三角,而對原子級制造而言,三者的矛盾更加突出。在宏觀工件上精準找到一個特定原子,難度堪比大海撈針;而原子級制造中,要求反復、精準實現(xiàn)“大海撈針”,即使成功,其效率可能也會非常低,“導致無法實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”。

  原子級制造具有很強的交叉學科背景,涉及機械、材料、物理、化學、信息等多個學科領(lǐng)域,發(fā)展路徑還不明晰,國內(nèi)外都在探索過程中。中國科學院院士、清華大學教授雒建斌回憶,十幾年前,國家自然科學基金委員會曾設(shè)立“納米制造基礎(chǔ)研究”重大研究計劃,其中涉及很多原子層級的制造技術(shù),結(jié)題時提出未來兩個發(fā)展方向:以碳基為主的制造技術(shù)和以原子級制造為主的技術(shù)。“后來,很多學者從不同方面、不同層次開展原子級制造的相關(guān)研究工作,希望找出一條適合中國發(fā)展的原子級制造技術(shù)路線,使我們能夠真正走到國際最前沿。”

  對我國而言,還有另一個比較突出的瓶頸問題——制造業(yè)整體水平有待提升?!熬蛯W術(shù)范圍而言,我們國家與發(fā)達國家基本處于同一起跑線,理論發(fā)現(xiàn)和技術(shù)儲備上都有所長?!弊J缹幷f,“但制造業(yè)是一個產(chǎn)業(yè),需要上下游的配合,我們國家是制造業(yè)大國,但還不是制造業(yè)強國。把學術(shù)儲備轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實生產(chǎn)力,不僅需要科技界內(nèi)部的開放和合作,也需要科技界和產(chǎn)業(yè)界的緊密合作。”

  為發(fā)展原子級制造建言獻策

  在原子級制造方面,我們國家一直在發(fā)力。2018年,中國科學院推出了“功能導向的原子級制造前沿科學問題”先導計劃,南京大學設(shè)立了全國首個原子制造創(chuàng)新研究中心。近年來,浙江大學、天津大學、北京航空航天大學、西南交通大學、東南大學等高校,華為等企業(yè),都積極布局原子級制造研發(fā)。據(jù)祝世寧透露,南京、上海、杭州、成都和蘇州等城市也提出了原子級制造基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)構(gòu)想。

  論壇上,專家學者們紛紛為發(fā)展原子級制造建言獻策。

  宋鳳麒認為,在原子級制造所面對的挑戰(zhàn)中,最關(guān)鍵的還是基礎(chǔ)設(shè)施與裝備部分?!按蟛糠趾诵脑O(shè)備仍掌握在發(fā)達國家手中,國內(nèi)研究設(shè)備依賴進口。所以,我們需要發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)保護的核心技術(shù)裝備,以及支撐原子級制造發(fā)展的特色核心技術(shù)裝備?!?/p>

  譚久彬說,在原子級制造領(lǐng)域,可以發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢,整合全國優(yōu)勢研究資源協(xié)同攻關(guān),實現(xiàn)“并跑”甚至“領(lǐng)跑”,為全面支撐我國高端制造能力跨越式發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)和原始推動力。

  人才是最核心的問題之一。中國科學院院士、中國科學院國家納米科學中心主任唐智勇提出,通過原子級制造,以科技創(chuàng)新和體制機制創(chuàng)新為動力,可以布局一批前沿科學中心和交叉學科中心,培育一批前沿科學中心,以前沿科學問題為牽引,培養(yǎng)一批富有創(chuàng)新精神的緊缺的國際型、復合型、實戰(zhàn)型人才,構(gòu)建從高端研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用“全鏈條”的學科建設(shè)和人才支撐體系,在前瞻性、戰(zhàn)略性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,形成一批世界一流學科,這對于人才培養(yǎng)和學科建設(shè)等工作將產(chǎn)生積極有力的推動作用。

  祝世寧提醒,對“熱”領(lǐng)域更要保持冷靜。“人類的技術(shù)進步是一個逐步迭代的過程,每一點進步都建立在長時間的凝練與積累之上。單純寄希望于短期的‘超車’可能會帶來一時的突破,但長遠來看,穩(wěn)健、持續(xù)的步伐才是關(guān)鍵。因此,我期望原子級制造技術(shù)能夠穩(wěn)扎穩(wěn)打,一步一個腳印踏踏實實向前推進?!?/p>

  (光明日報北京2月27日電)

  《光明日報》(2024年02月28日 08版)

(責編:李雨潼)

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