【康沃真空網(wǎng)】納米有多小？一根頭發(fā)絲的直徑約為5萬納米。隨著科學技術的發(fā)展，納米材料的應用越來越廣泛，但傳統(tǒng)的研究與制造技術在面向納米材料與器件的時候遇到極大挑戰(zhàn)，必須有一種變革性的技術路線來滿足納米材料與器件的制造。

　　我省尖端技術創(chuàng)新的重要源頭——納米真空互聯(lián)實驗站（Nano-X）由此應運而生。納米真空互聯(lián)實驗站是世界首個集材料生長、器件加工、測試分析為一體的納米科技真空互聯(lián)綜合實驗裝置，作為目前世界上最大的真空互聯(lián)科研裝置，它極大地提升了納米級器件研發(fā)和制造的效率。

　　不久前，《科技周刊》記者走進中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所（以下簡稱“中科院蘇州納米所”），現(xiàn)場探訪納米真空互聯(lián)實驗站，看看它是如何模擬“太空環(huán)境”，打開納米材料新世界的。

　　走進納米真空互聯(lián)實驗站，仿佛進入電影中的未來科技世界——總長203米的銀色超高真空管道縱橫交錯，將40臺大型設備連接起來，磁性傳輸小車載著樣品以3.2米/分鐘的速度駛過真空管道內(nèi)的軌道，并由管道外履帶上的磁鐵“導航”至各個設備節(jié)點……

　　為什么要在真空中進行材料研究？“目前集成電路硅基工業(yè)主要是在超凈間內(nèi)控制微塵顆粒等環(huán)境因素，但新型納米材料需要一個干擾更小的制造環(huán)境來保證其本征性質(zhì)，我們探索的是未來納米器件制造變革性技術路線?！奔{米真空互聯(lián)實驗平臺主任張珽研究員稱，這就像模擬太空的環(huán)境，在沒有空氣的情況下制造納米材料和器件。為了達到超高真空環(huán)境，操作人員用多級泵組一節(jié)節(jié)抽取管道中的空氣，從粗真空、低真空、高真空再到超高真空逐漸過渡。“這些納米材料和器件的樣品可以通過真空管道的互聯(lián)互通到達任意一個設備節(jié)點檢測性能，最大限度地排除大氣環(huán)境對材料與器件表界面的不利影響，保留實驗材料和器件的‘原汁原味’?！?/p>

　　怎么在超高真空下傳送和操作樣品呢？納米真空互聯(lián)實驗平臺副主任李坊森研究員介紹，超高真空內(nèi)主要借助磁力作用。樣品通過機械手送進管道中，在超高真空的負壓環(huán)境中巧妙地利用了磁力遠程操作和運輸。每段管道內(nèi)有兩輛帶磁鐵的小車，由智慧中控臺自動化控制。用于檢測材料性能的系統(tǒng)就“藏”在真空管道主軸線旁邊立著的一只只黑箱子中。

　　“納米真空互聯(lián)實驗站提供了一種變革性的技術路線，有利于突破阻礙納米領域內(nèi)基礎研究和技術開發(fā)進一步發(fā)展的瓶頸，提升我國重大儀器設備的研制水平。這是一次前所未有的探索。”張珽說，納米真空互聯(lián)實驗站是按國家重大科技基礎設施標準建設集材料原位生長、器件加工、測試分析為一體的重大科學裝置，擬建設成國際上最先進的真空互聯(lián)條件下材料、器件與裝備原位綜合研究平臺。將依托體系化大平臺的創(chuàng)新和集成優(yōu)勢，實現(xiàn)跨行業(yè)、跨學科、跨要素的技術集成創(chuàng)新，縮短和簡化從基礎研究、戰(zhàn)略核心技術到應用開發(fā)的過程。

　　“建設的主要難點就是怎樣實現(xiàn)所有設備互聯(lián)互通，利用超高真空管道將設備像珍珠一樣一個個串起來?！睆埇E回憶，大部分設備不符合管道互聯(lián)互通的需求，就要科研人員自己動手改造；改造途中，核心部件和轉(zhuǎn)接系統(tǒng)的設計又提出了技術上的巨大挑戰(zhàn)。

　　“2015年我剛來的時候，實驗場地還沒建好，這里還是個水塘。為了避免整棟大樓的低頻震動給設備造成影響，我們就在水塘中挖了兩個坑，放置水泥墩子來隔絕震動?！崩罘簧貞?，當時設備安裝調(diào)試任務重，場地剛剛建成時還沒有空調(diào)，同事們在嚴冬接近零度條件下完成了設備安裝調(diào)試。還有一次，管道始終無法抽成真空，大家排查各種技術原因后發(fā)現(xiàn)，原來是一只小蚊子在安裝調(diào)試的時候通過玻璃窗爬進了真空腔?！捌鋵嵨覀冊诮ㄔO中還做了許多特殊設計來保證設備的正常使用，儀器的精密度容不得一絲一毫的差錯。我有幸見證了一片荒地水塘變成如今的高精尖實驗站的全過程?！?/p>

　　經(jīng)過反復研究、不斷合作嘗試，納米真空互聯(lián)實驗站已成為目前世界上該領域規(guī)模最大、功能最全的研發(fā)平臺。該技術路線已培育出第二代量子材料及器件、第三代半導體材料及器件等具有國際先進水平的核心技術成果。

　　釋放“聚寶盆”效應，

　　成為產(chǎn)業(yè)“播種機”

　　“全息顯示芯片、柔性太陽能電池、超高靈敏的感知探測器件……不久的將來，這些東西將借助納米材料出現(xiàn)在普通人的生活中?！睆埇E說，納米憑借其優(yōu)異的性能和效應，不僅滲透到能源電池、半導體材料、芯片、量子計算等領域，還將出現(xiàn)在人們衣食住行的方方面面。

　　科技基礎設施是納米科技創(chuàng)新的基石。2006年以來，中科院蘇州納米所著手建設了納米真空互聯(lián)實驗站、納米加工平臺、測試分析平臺、生化平臺4個集科研攻關與公共服務于一體的公共技術平臺，為納米科技發(fā)展和相關領域產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強有力的支撐，成為蘇州納米產(chǎn)業(yè)的“播種機”?！白鳛榻K的經(jīng)濟強市，蘇州當時也希望建設一個體系化大平臺來吸引高端人才與優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，填補江蘇在大科學裝置方面的空白。”李坊森回憶。

　　在張珽看來，平臺如今已經(jīng)成為了“聚寶盆”，擁有對納米領域高端企業(yè)與人才的集聚效應。納米真空互聯(lián)實驗站不止是一個真空互聯(lián)的平臺，更是一個成果互聯(lián)的平臺?！凹{米領域最前端的研究人才都聚到這個平臺互相探討課題，交流先進成果。裝置也面向全球開放，許多企業(yè)慕名而來?！睆埇E介紹，平臺會針對用戶申請的課題組織論證，前沿基礎領域的重大課題將被定義為A類課題，擁有較大力度的經(jīng)費支持。目前平臺約有220家用戶，包括清華、北大、中科大等科研單位和一些行業(yè)頭部企業(yè)。

　　外界許多人前來尋求合作，但許多初創(chuàng)企業(yè)缺乏足夠資金批量制備納米材料怎么辦？“他們會先來這里摸索工藝，利用真空裝置檢驗材料的本征性質(zhì)，走通工藝路線再去融資。”張珽說，實驗站相當于為這些初創(chuàng)企業(yè)提供了試驗的機會，設備經(jīng)培訓后可由企業(yè)員工自己操作。而在深度合作中，實驗站的科研人員會與合作方共同開發(fā)產(chǎn)品并給出專業(yè)建議，共享合作成果與知識產(chǎn)權(quán)?！皣鴥?nèi)許多龍頭企業(yè)都已經(jīng)和我們進行研發(fā)合作，在實驗站布局其未來關鍵研發(fā)技術。”張珽表示，這些龍頭企業(yè)利用真空互聯(lián)技術實現(xiàn)創(chuàng)新工藝并縮短研發(fā)周期，既為產(chǎn)品的成功上市加快進程，又能促進江蘇形成全球有影響的納米技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)集群。

　　開辟納米“新賽道”，

　　仍需“腦洞大開”

　　穿行在納米真空互聯(lián)實驗站里，記者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的科研人員都非常年輕。據(jù)介紹，目前該平臺有40多名專職科研人員，平均年齡30歲出頭。加上共建團隊的科研人員，這支隊伍已經(jīng)集聚了200多名高水平創(chuàng)新人才。

　　李坊森曾在英國伯明翰大學做聯(lián)合博士研究，又在清華大學薛其坤院士組做博士后研究工作，2015年來到納米真空互聯(lián)實驗站任副研究員。從英國回來后，李坊森直觀感受到我國的科研投入大、設備更新?lián)Q代速度快，這些都讓國外不少科研人員羨慕。值得一提的是，2020年美國國家科學院每四年發(fā)布一次有關納米技術、科學與商業(yè)應用的咨詢報告中，詳細介紹了納米真空互聯(lián)實驗站，并稱美國沒有相媲美的工程?！坝行┯残詶l件的差距和國外相比也在漸漸縮小?！崩罘簧e例，國內(nèi)的設備類經(jīng)費相比于英國較少，但他回國后發(fā)現(xiàn)，不少國內(nèi)專家從最核心的掃描隧道顯微鏡開始自主研發(fā)，慢慢搭建出一整套設備?！皬淖罨A的東西做起，這非常有利于培養(yǎng)科研人才。”李坊森說，搭建一整套設備至少要兩三年以上的時間，這意味著科研人員擁有了可以“狠下功夫靜下心”的科研環(huán)境，不再人人急功近利追求時髦課題。“搞科研不僅需要發(fā)表期刊，還要擁有深厚的技術積累，這樣才能推動科技進步?！?/p>

　　“我們現(xiàn)在要做的就是把制造路線往頂端再推一推?！睆埇E感嘆，真空互聯(lián)的器件化仍然是難點。超高真空環(huán)境怕水，在實驗站大廳，可以看到設備外包著許多導熱鋁箔，隔段時間設備就會通過烘烤除濕。此外，真空中不能使用尋常的“濕法”刻蝕，比如利用酒精或丙酮清洗光刻膠?！斑@時必須要開發(fā)‘干法’刻蝕或利用其他氣體做出芯片的圖形化?！睆埇E表示，目前全世界從事該領域研究的并不多，這相當于開辟了一個新賽道?！肮タ嗽撾y點需要國家的大力支持，大家腦洞大開去突破一個世界難題，將真空互聯(lián)制造路線作為未來納米器件發(fā)展的主導路線?！?/p>

　　“目前二期建設已基本完成。未來，裝置三期將加強多功能性和不可替代性，力爭列入國家重大科技基礎設施?！睆埇E表示，納米真空互聯(lián)實驗站最終將建設成國際上最先進的納米器件與材料綜合研究系統(tǒng)和公共實驗平臺，它不僅是江蘇省重大科技基礎設施的核心單元，也將為我國在納米材料、關鍵器件和核心裝備領域形成自主創(chuàng)新、不可替代的核心競爭力，提升基礎設施保障能力，成為引領納米科技的重要基地！