加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）的一支跨学科研究团队近日成功获得美国国家科学基金会（NSF）115万美元资助，用于采购一套先进的纳米3D打印系统。这套设备能够打印直径不足50微米的聚合物透镜，将被安置在UCSB纳米制造设施中，为校内多个研究团队提供纳米级三维制造能力。
跨学科团队推动纳米制造前沿
该项目由UCSB电气与计算机工程系教授Galan Moody担任首席研究员，联合四位共同研究员——生物工程系的Marley Dewey、物理系的Andrew Jayich和Andrea Young以及机械工程系的Sumita Pennathur——共同推进。这支横跨电气工程、生物工程、物理和机械工程的多学科团队将利用这套系统各自开展前沿研究。
Moody教授表示：「美国只有少数几所大学拥有具备这种能力的设备。虽然商业代工厂可以提供10纳米分辨率的光刻服务，但没有任何一家能够以纳米级分辨率和高速度创建真正的复杂三维结构，而这正是下一代器件所需要的。」他强调，能够以真正的三维方式制造结构将开启全新的能力边界。
多领域应用前景广阔
这套纳米3D打印系统的应用涵盖多个前沿领域。在光子学方面，研究人员将利用它创建新型光子芯片设计，通过精确控制光在芯片中的传播路径来实现更高性能的光通信和计算。在生物工程方面，团队将打印图案化的生物材料，用于细胞培养和组织工程研究。物理学家则计划利用该系统微打印离子阱结构，用于光学原子钟等量子技术研究。此外，微流控芯片的3D打印也将为化学分析和生物检测提供全新的工具。
纳米3D打印技术突破传统限制
传统的纳米制造技术主要依赖光刻工艺，这种工艺本质上是一种二维加工手段，难以制造真正意义上的三维微纳结构。而纳米3D打印技术，特别是双光子聚合（2PP）等先进工艺，能够突破这一限制，直接在三维空间中构建任意形状的微纳结构。这套新设备将具备10纳米级的分辨率，同时保持足够高的打印速度，满足高通量原型制作的需求。
培养下一代纳米制造人才
除了推动前沿研究，该团队还计划利用这套设备培训UCSB的学生以及当地社区学院的学生。Moody教授表示，纳米3D打印技术的普及需要大量掌握相关技能的人才，通过在大学阶段就让学生接触最先进的纳米制造设备，将有助于培养下一代纳米技术专家。这一培训计划也将加强UCSB与当地社区的联系，为更广泛的人才培养生态系统做出贡献。
纳米3D打印的产业化前景
纳米3D打印技术在多个产业领域拥有广阔的应用前景。在半导体行业，随着芯片制程不断逼近物理极限，三维堆叠和异质集成成为延续摩尔定律的关键路径，纳米3D打印有望在其中发挥重要作用。在生物医药领域，纳米级精度的3D打印可用于制造药物递送系统、生物传感器和微纳机器人。在光电子领域，微型透镜阵列、光子晶体和超表面结构都可以通过纳米3D打印实现。
市场研究数据显示，全球纳米3D打印市场正以年均超过20%的速度增长，预计到2030年将突破数十亿美元规模。UCSB此次获得的资助将加速纳米3D打印技术从实验室走向产业化的进程，为美国在纳米制造领域的全球竞争力注入新动力。
对加州半导体和光电子产业的战略意义
UCSB所在的加州圣塔芭芭拉地区是光电子和量子技术的重要研发中心。这套纳米3D打印系统的引入将进一步提升该地区在光电芯片、量子计算和生物光子学等前沿领域的研发能力。Moody教授的研究团队此前在集成光子学和量子光电子学领域取得了多项重要成果，纳米3D打印能力将使其能够实现更加复杂的光子芯片设计。值得一提的是，UCSB的纳米制造设施是加州大学系统中最重要的共享微纳加工平台之一，新设备的加入将使该平台的服务能力得到显著提升，惠及校内外的更多研究团队和企业合作伙伴。
在全球半导体竞争日益激烈的背景下，纳米3D打印技术正在成为各国争夺技术制高点的重要战场。美国、欧盟、日本和韩国都在加大对纳米制造技术的投入。UCSB此次获得的NSF资助不仅将推动基础研究的突破，也将为美国在纳米制造领域的长期竞争力提供人才和技术储备。正如Moody教授所言，能够以真正的三维方式制造纳米级结构，将开启光学、电子学和生物医学领域全新的技术可能性。
纳米3D打印对量子技术发展的推动作用
除了在光电器件和生物工程中的应用外，纳米3D打印系统在量子技术领域同样展现出重要价值。研究团队中的物理学家计划利用新系统微打印离子阱结构，这些结构是构建光学原子钟和量子计算硬件的核心组件。传统的离子阱制造工艺复杂且成本高昂，而纳米3D打印可以在更短时间内以更低成本制造出更高性能的离子阱结构。这一研究方向的突破有望推动量子计时和量子计算的实用化进程，为下一代量子技术的产业化铺平道路。值得注意的是，UCSB的物理系在量子信息科学领域拥有世界领先的研究实力，新设备的加入将进一步巩固这一优势地位。
这套纳米3D打印系统的引入将为UCSB在光电芯片、量子计算和生物光子学等交叉学科领域的研究注入新的活力，推动这些前沿方向取得更多原创性突破。
来源：UCSB新闻网