[01634997]纳米制造技术与应用科技创新中心

1. 课题来源与背景 为支持留英归国的王作斌博士启动科研工作,长春理工大学自筹经费400万元,于2009年10月创建了纳米测量与制造技术中心（CNM）,中心成立之日即设定了“国际一流研究中心”的目标,致力于创新研究和培养国际型优秀人才。 纳米操纵与制造是支撑纳米科技走向应用的基础,为奠定纳米操纵与制造理论基础及工艺与装备原理,培养一批从事该领域前沿研究的优秀人才,提升长春市及吉林省纳米制造的源头创新能力,发展“先进制造”、“新材料”和“纳米制造的基础研究”中的关键技术,CNM于2011年申报了“长春市纳米制造技术与应用科技创新中心”科技基础条件平台建设项目。 项目在激光干涉纳米光刻制造技术与工艺、机器人纳米操作与装配技术、纳米测量技术等方面开展研究,培养和汇集纳米科技优秀人才,建设国内外较有影响的科研与学术交流中心,提高自主创新能力和科技服务能力,推进我国纳米制造技术产业的发展。 2. 技术原理及性能指标 （1）激光干涉纳米光刻制造研究平台建设及技术研究。研究高精度、大面积、可重复、低成本的激光干涉纳米制造原理及方法;在功能材料上实现二维、三维功能性纳米结构、探索其在新型纳米光电子器件上的应用。 1)基于632nm He-Ne激光器建立了2-6光束干涉光刻模拟系统,对影响光刻图形质量的一些因素进行了分析,对理论分析及计算机仿真结果进行了模拟验证。 2)通过分析表面二维周期浮雕结构的周期、占空比、沟槽深度等参数,与一定波长范围内的光反射率之间的关系,设计了表面减反射结构;根据仿生结构所产生的超疏水性原理,设计了具有自清洁能力的表面结构。 3)基于266nm大功率激光器建立了多光束干涉光刻系统,研究了太阳能电池减反射表面结构及类荷叶超疏水性结构的制备方法;搭建四光束干涉系统,制备了具有减反射和自清洁能力的电池表面结构样品;采用逐点扫描刻蚀单晶硅表面工艺实现了微纳结构的大面积制备。 4)基于所搭建的激光干涉纳米光刻制造平台,通过两光束激光干涉直写的方法制备了铂纳米栅线电极。 （2）机器人纳米操作与装配研发平台建设及技术研究。研究面向对象的机器人纳米操作与自组装相结合的混合装配原理及方法,探索用原子、分子和纳米材料进行装配或混合装配,制造纳米结构、纳米器件的方法。 自行研制的AFM可实现高清晰的气相或液相成像、细胞的拉力测试、精确的纳米操控等纳米操作及装配方面的研发,基于图像拼接技术的大面积扫描可将100um×100um×100um的扫描范围扩展到毫米级。 （3）纳米测量与检测技术平台建设及技术研究。研究可用于纳米制造过程的纳米位移传感器、坐标测量机和定位系统的原理及方法;利用规则或不规则的参考表面图案作为标尺进行一维、二维和三维纳米感测和坐标测量。搭建了由氙灯、单色仪、积分球,和电化学工作站组成的纳米结构表面反射率测试系统,以及由LED冷光源、CCD成像系统、微量移液器、电控箱,和计算机组成的接触角测量系统。 依托项目,发表论文24篇（其中SCI/EI检索21篇）;申请发明专利11项（其中授权3项）;累计承担国家级项目6项,省部级项目7项;国际科技合作项目8项;引进学术带头人1人,年均培养博士、硕士研究生30人;研发出兼具减反射和自清洁功能的结构样品1件。 3. 技术的创造性与先进性 搭建的激光干涉纳米光刻制造研究平台,实现了光刻特征尺寸从22nm到微米级连续可调,及可控的定量纳米光刻;可同时实现太阳能电池在自然环境中的仿生自清洁长效维护与减反射功能。基于AFM原理搭建的纳米操作与装配研发平台,提供了从微观光学显微观测到纳米尺度高清晰成像的完美衔接,可在气相或液相下对细胞进行拉力实验,并实现精确的纳米操控。基于图像拼接技术的大面积扫描可将扫描范围扩展到毫米级。依据国内外查新结果, 本项目平台建设工作已达国际先进水平。 4. 技术的成熟程度,适用范围和安全性 搭建的三个研究平台,对我校自主设立的“纳米制造理论与应用”学科建设构成有力支撑。中心可为相关领域的企事业单位提供研发平台,接纳博士后进站工作,可作为纳米操作与制造技术应用系统的研发基地,可作为国内外同行技术交流与合作的平台,可作为纳米科学与应用领域的高科技人才培养基地。中心于2013年被科技部认定为“国家纳米操纵与制造国际联合研究中心”。 5. 应用情况及存在的问题 通过欧盟及科技部国际合作项目,中心已与国内12个大学和研究所,以及美国、芬兰、德国、英国、法国、俄罗斯等国的高校和研究机构展开合作;承担了国内合作研究项目6项,国际合作研究项目4项;接收来自合作伙伴国家的访问学者10余名,与英国贝德福特大学联合培养博士生5名。中心的建设增强了吉林省的科技资源共享能力,对优化科技资源配置起到了积极的推动作用。 由于地理位置和人才政策的限制,在构建成员的高学缘结构方面遇到了困难。 6. 历年获奖情况 合作伙伴Sergej Fatikow获2014年吉林省国际科学技术合作奖。