美国橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员预测原子尺度的3D打印技术将能够创建更强、更轻、更智能的材料。其中那些涉及到电子和离子的增材制造方法可以用于开发量子计算机、高效太阳能电池和其他技术。

         近日，在《ACS Nano》杂志上发表的一篇论文中，ORNL的研究人员对几种原子尺度的3D纳米加工技术进行了评估，推荐了几种可以经过改进以适合在原子尺度上创造材料的方法。传统的3D打印机处理形状的方式是先对其进行分层，然后再将其转化成物理对象，而科学家们设想的被称为“受控物质（directed matter）”的方法则涉及到一个原子一个原子的制造结构。科学家们相信这种形式的增材制造可以让制造上面创建出具有极其精确结构的近乎完美的材料。“能够一个原子一个原子地以3D的方式组装材料使我们能够在设计出在极端环境下更强、更轻、更牢固的材料，并未能源、化学、信息学提供经济的解决方案。”该论文的作者之一Olga Ovchinnikova说。

      尽管传统的制造技术已有效地为人类服务了好几千年，但是最近兴起的增材制造技术正在为科学家们创造材料提供一种极其高效、精确的手段。ORNL的研究人员们详细，这种“受控物质”的方式将使材料和工艺制作迎来新的曙光。重要的是，他们认为通过这种技术所带来的改变将远远超过以前任何一次技术革命。

     通过在原子精度上控制物质，科学家们可以创建量子计算机、更加高效且功能强大的手机，更好的太阳能电池和更强大更便宜的材料能。据中国3D打印网了解，虽然这种“在3D空间完全控制原子排列和结合”的技术还没有被人类掌握，但是研究人员相信——无论最终怎么演化——该技术都将成为未来技术的一个组成部分：“实际上难以预测它到底要去向何方，以及该技术将如何改变我们的生活，但我们打算找出它。”Ovchinnikova 说。

在显微镜中创建的 3D 结构︰ 结构 （左） 和模拟 （右）

      尤其不同寻常地是，对于这种如此科幻的技术来说，很多受控物质的概念需要依赖于一些本来设计为其它用途的旧的科学仪器，以及建立在几十年前的科学研究的基础之上。例如，20世纪30年代的透射电子显微镜，该设备能够实现单原子成像、化学应变成像和皮米级结构映射。利用这种仪器，科学家们能够制造出特征分辨率不到10纳米的心材料。“这种交互式的、结合了电子（以及离子）的成像显微镜，可以作为下一代纳米制造工具的基础。”该论文的第一作者Stephen Jesse说。

透射电子显微镜

         该论文讲解了原子3D制造的几种方法，并评估了它们的限制条件，其标题为《控制物质：朝向原子尺度的3D纳米制造（Directing Matter: Toward Atomic-Scale 3D Nanofabrication）》。

（编译自3Ders.org）