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苏州纳米所真空互联(真空纳米涂层)

“跑遍亚洲,只有这儿满足用户实验市场需求”——探秘*吻合火星自然环境的纳米熔融交互试验站 【走近大国重器】 ◎本报本报记者 张 晔 蒙蒙细雨飘落江南,初秋的荷花在暖风中争奇斗艳。江苏苏州市区向东,缓缓行驶的汽车穿过波光粼粼的独墅湖,将许多各具特色的现代

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  “跑遍亚洲,只有这儿满足用户实验市场需求”——探秘*吻合火星自然环境的纳米熔融交互试验站

  【走近大国重器】

  ◎本报本报记者 张 晔

  蒙蒙细雨飘落江南,初秋的荷花在暖风中争奇斗艳。江苏苏州市区向东,缓缓行驶的汽车穿过波光粼粼的独墅湖,将许多各具特色的现代化建筑抛在后面,靠近了一座看上去“毫不起眼”的小楼。

  这儿就是中国科学院苏州材料科学与纳米人造研究所的纳米熔融交互试验站(以下简称试验站),也是现阶段地球上*吻合火星熔融自然环境的大型科学研究场所。

  “试验站已培育出第二代量子材料及元件、第三代半导体材料及元件等具有国际先进水平的核心技术丰硕成果。”8月28日,在接受科技日报本报记者采访时,试验站主任张珽副研究员自豪地说。

  开建吻合火星自然环境的试验站

  绿树掩映下,本报记者步入了试验站所在的灰白色大楼。宽敞整洁的大厅深处别有洞天——墨绿色的地板上,各式各样的科学研究仪器陈列在两侧,身穿白大褂的科技人员穿梭往来……

  张珽说本报记者,试验站进行的主要科学研究项目中,大多与纳米元件及纳米材料有关。

  对于普通人来说,纳米这个词汇带有一点距离感。其实,纳米只是一种长度单位,1纳米为10^-9米。纳米材料则是指长宽高中至少有一项处于纳米尺寸或由它们作为基本单元构成的材料。在微观尺度下,纳米材料仿佛打开了一个物质的新世界。

  “同时实现纳米材料表层或界面调控,乃至探索熔融交互下原子制造等全新制取工艺,是亚洲公认的突破‘摩尔定律失效魔咒’、研发未来信息元件及集成电路的关键技术问题。”张珽说本报记者。

  然而,纳米材料的制取、测试、加工极其困难。“以制造晶片的Class 10超净间为例,在1立方英尺的空间中,不能有超过10粒0.5微米以上的粉尘。”张珽说,“对于新型纳米材料而言,为保证其本征性质,要求更加苛刻。”

  为了给科技人员提供吻合火星自然环境的实验条件,2014年,中国科学院苏州材料科学与纳米人造研究所同包信和工程院、薛其坤工程院项目组合作,开始建设世界首个集材料生长、元件加工、测试分析于一体的关键性科学器——纳米熔融交互试验站。

  克服两大挑战顺利完成建设

  深入试验站内的科学研究区域,仿佛进入了电影中的未来世界——总长203米的银色极高熔融管线纵横交错,将40台大型设备联结起来,磁性传输轿车载着样本以每分钟3.2米的速度驶过熔融管线内的轨道,并由管线外履带上的导体“导航”至各个设备节点。

  “海外某熔融器和我们同期建设,不仅规模和复杂度远不如我们,熔融度也低很多,这就意味着在他们那里材料很快就会变得‘不那么干净’。”试验站副主任崔义副研究员介绍,为了达到极高熔融自然环境,试验站通过改良管线材料、处理工艺和设置多级泵组等多种方式,设计并改造了设备和管线的联结方式,确保每一处的熔融度保持均衡。

  “建设中的另一个难点就是在保证熔融性能的前提下,同时实现所有设备交互互通。”试验站副主任李坊森副研究员说,大部分现成的设备难以满足用户市场需求,要靠科技人员自己动手改造。

  “科技人员巧妙设计样本架,并利用磁力远程操作和运输,将样本通过臂送进管线。每段管线内有两辆带导体的轿车,由智慧中控台自动化控制。而用于检测材料性能的设备则分布在熔融管线主轴线的两侧。”指着散发出金属光泽的臂和缓慢移动的轿车,李坊森说本报记者,“就这样,我们同时实现了所有设备的交互互通。”

  今年2月,试验站二期建设项目成功验收。“现阶段,试验站的熔融度优于2×10^-8帕斯卡,吻合火星的自然环境,这为材料争取了更长的‘保真期’,突破了长期以来制约纳米材料基础研究和工程技术的难题。”崔义说本报记者。

  成为纳米材料研究“金龟”

  科学研究基础设施是纳米科技创新的基石。在张珽看来,试验站已经成为纳米材料和元件研究的“金龟”,更是人才与丰硕成果集聚的平台。

  本报记者见到俞凤至时,他正在试验站内进行新一代内存材料的开发。作为洛玛瑞晶片技术常州有限公司的研发人员,俞凤至和同事已经在这儿驻点实验3年,现阶段进展顺利,预计今年年底顺利完成**批流片。此前,海外也有同行尝试研发这种新型内存,但效果却不尽理想,主要原因就是难以在熔融自然环境下同时实现不同晶体材料的连续生长。

  除了招待国内的科学研究工作者,海外也有不少科技人员将目光投向了试验站。

  2021年,加拿大滑铁卢大学陈忠伟工程院项目组找到试验站,他们在研发锌离子电池时遇到难题,希望能借助试验站的力量顺利完成研究“*后一棒”。该项目组成员罗丹博士介绍,锌阴极的表层内部结构小到纳米级别,即使倍数*大的光学显微镜也难以看清。此外,阴极表层内部结构极易与空气发生反应,导致内部结构发生变化。

  “跑遍亚洲,只有这儿才能满足用户实验市场需求。”罗丹坦言。通过与试验站深度合作,他们*终获得各类表征数据完全吻合的实验结论,相关丰硕成果发表在《先进材料》上,引发亚洲关注。

  现阶段,试验站招待的科学研究用户已超过220家,包括清华大学、北京大学、中国科学技术大学等,在能源材料、低维材料、高温超导材料等领域取得了一批重要丰硕成果。

  “纳米熔融交互试验站提供了一种变革性的技术路线,有利于突破制约纳米领域内基础研究和工程技术进一步发展的难题,提升我国关键性仪器设备的研制水平。”展望未来,张珽充满信心地说,“我们期待试验站这一关键性科学器产出更多优秀丰硕成果!”

【编辑:陈文韬】


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