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江南全站:前沿院邵金友教授在《中国科学基金》上发文:基于原子/分子团簇结构的材料与器件制造

来源:      发布时间:江南全站-03-28     点击量:

原子/分子团簇是物质结构的一种新形态,具有独特的本征性质。从原子/分子团簇到器件的跨尺度制造,将为国防高端装备和新兴电子等产业发展带来深刻变革。团簇的多物质构效关系、宏量制造、团簇结构跨尺度构筑以及团簇器件的高性能制造等是原子/分子团簇器件制造的关键发展方向,主导着从原子到产品制造的发展历程。把握这些发展背后的重要机遇,将有助于占领原子级制造研究的制高点,引领原子级制造方法的变革。由原子/分子团簇直接构筑功能器件或构件,是产品制造的新形式,在先进制造领域具有重要的意义,其中包括两个方面。首先,可以微缩器件的特征尺寸并提高制造精度。在集成电路的发展中,越小的器件尺寸意味着更高的集成度和更好的性能。利用原子/分子团簇直接构筑功能器件或构件可以将器件尺寸缩小到原子水平,将成为在后摩尔时代提高芯片性能的重要途径。其次,该策略更具颠覆性的意义,因为它可以突破分子和晶体的限制,通过对原子的精细操控来创造新分子、新材料和新器件。因此,原子/分子团簇直接构筑功能器件或构件不仅是由原子尺度物质科学支撑的先进制造技术,而且是推动物质科学发展的一种未来技术,甚至是未来物质科学的一种新形态,其必将颠覆现有制造方式获得的产品性能,深远影响高端国防装备和新兴电子产业的未来发展。另一方面,通过对原子结构的调控,能够提高材料的工作温度,实现陶瓷增韧,为高超航天器提供新型耐高温材料与结构。在电子产业领域,将原子/分子团簇等按照一定的方式进行组装能构筑具有特定功能的器件,如具有超高分辨率、超高亮度、超快响应能力的新型显示器、红外光电探测系数数倍增强的超敏传感器、以及单分子电子器件及其构建的下一代集成电路等。

基于上述背景,西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室/前沿科学技术研究院邵金友教授等从团簇新材料的宏量制造、新型功能器件的原子/分子团簇构筑、团簇—器件的跨尺度制造工艺和装备等三个方面概括了原子/分子团簇与器件制造领域的主要研究进展,总结了原子/分子团簇与器件领域的关键科学问题及面临的挑战,并对其未来发展方向和发展战略给出了建议。特别地,建议从以下三个方面重点关注其中的科学问题研究:

1) 在原子/分子团簇及晶胞结构的形性调控机制与宏量制造方面。建议重点研究量子力学在团簇生成及晶胞结构调控过程中的作用机制与控制方法,为原子/分子团簇和晶胞的高性能制造提供量子力学调控原理;研究团簇和晶胞结构形态与材料特性之间的构效关系,为优异特性的材料制造提供合理设计;研究特定形性团簇和晶胞的稳定性和一致性控制方法,为团簇及晶胞的宏量制造提供关键方法保障。

2) 在团簇结构的定域组装方法及异质/异构界面特性的调控方面。建议重点研究团簇组装和图形化过程中的界面力学作用机制,为团簇结构制造提供关键理论支撑;研究“自下而上”与“自上而下”相结合的团簇结构定域组装机制与调控方法,实现团簇微纳结构的一致性、批量化制造;研究团簇异质/异构界面的力、热、光、电等基本物理特性形成机制与控制方法,实现团簇结构的基本性能调控。

3) 在团簇—微纳结构—器件性能映射关系与一体化高性能制造工艺和装备方面。建议研究团簇形性特征、微纳结构功能特征、器件性能表现三者之间的相互映射关系,为器件功能和性能设计提供理论依据;研究由团簇材料到宏观器件的一体化制造新工艺和新方法,为高性能团簇器件制造提供创新工艺技术;研究典型团簇器件的创新印刷装备,为团簇器件的制造和应用提供制造装备范式。

该研究成果以“基于原子/分子团簇结构的材料与器件制造”(Manufacturing From Atomic and Molecular Clusters to Devices)为题发表于材料领域高水平期刊《中国科学基金》(江南全站, v.38(01) 115-131)。西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室/前沿科学技术研究院邵金友教授论文的第一/通讯作者。

论文链接DOI: 10.16262/j.cnki.1000-8217.江南全站.01.028

邵金友教授主页链接:https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/jyshao


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