气溶胶技术用于全新的微纳制造

刘仕荣

博士后

法拉第3D打印

致力于开展纳尺度金属3D打印的前沿交叉研究，攻关小于100-nm尺度的金属材料结构阵列的高速打印。3D打印又称增材制造，它是以一种全新的方式制造三维物体的新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。我们课题组独创的一项3D打印技术并将其命名为“法拉第3D打印”。该3D打印是一种利用电力线控制带电纳米颗粒的定向迁移，并使其堆垛形成微纳结构。我们主要研究内容是实现法拉第3D打印的纳米级的精确控制，使法拉第3D打印走向一体化和全自动化，最终实现产业化，以助力其他学科的研究。另外，有望将该技术突破到单原子精度的打印。与其他微纳3D打印技术相比，该技术可实现高精度、多材料、快速打印，所制造的微纳结构在光学、微电子等领域具有重要的科学价值。

刘柄言

博士后

微纳光学

研究课题围绕微纳光学的超构材料。随着微纳光学的发展，响应波长越来越短的材料与结构被研究并开发，但是目前受材料与制造工艺双重桎梏，基于表面等离激元的金属微纳光学向更短波长的发展受阻。凭借课题组开发并掌握的“法拉第”3D打印技术在打印材料以及打印结构上极大的自由度，我们致力于研究新奇材料新奇结构对电磁波的响应，探索突破光的衍射极限的新现象、新物理和新技术。在此基础上，可利用此项技术快速精确打印阵列结构的特点开展超构材料和纳米天线等方面的应用研究。

王清燕

博士生

原子三维制造

本研究旨在突破电场辅助打印技术固有的尺寸限制，以实现更复杂三维结构的制备。其核心策略是采用原子团簇作为基本构建单元。为维持这些微小团簇的稳定性，一项关键技术手段是降低环境压力：这一操作可增加团簇的平均自由程并减少碰撞频率，从而抑制团聚现象，确保团簇能够作为完整的构建基元实现精准沉积。

殷钰祥

博士生

微纳器件Ⅰ类

正致力掌控法拉第3D打印过程中粒子生成和迁移规律，并以自主创制的打印设备为基础，进行跨学科、跨领域的微纳器件打印方面的前沿研究。闲暇之余也在探索法拉第3D打印技术在生物材料制造领域的全新可能。

刘奇领

博士生

微纳光学器件

表面等离激元是金属表面的自由电子与入射光场相互作用产生的集体振荡现象，其在特征尺寸为微米、纳米的器件研究中具有巨大潜力。本课题以微纳光学为中心，利用法拉第3D打印技术，研究表面等离激元现象与材料形貌、尺寸、构型的关系以及打印材料中的电子气行为，探索并揭示超构材料的新奇性质和物理规律。

文吉

研究生

法拉第3D打印的原位检测

利用课题组的法拉第3D打印技术，正致力于实现原位“观察”打印的实时动态过程，直接反馈打印过程中纳米结构的变化过程，并对打印出来的微纳结构的导电性调控。也正在积极探索在晶圆加工中法拉第3D打印技术可以带来改进和变革的场景。

寇杰浩

博士生

原子团簇反应动力学

我们专注于一种深度学习分子动力学算法（DM）来计算生成的原子团簇的碰撞截面。我们的原子团簇是在常温常压下通过“人工闪电”而产生的。基于该MD算法，我们可以预测这些原子团簇的电学、热力学和磁学等性质。我们可通过这些性质来设计新材料，包括催化剂等。另外，我们特别关注和追踪团簇的动力学演变规律。

刘仕豪

博士生

工业生产探索

在课题组的独创法拉第3D打印基础上，致力于通过集成高精度运动系统，突破该打印方法技术瓶颈，实现打印过程的程序化与全自动化，从而解决大面积均匀性、三维形貌精确控制及多元材料原位集成三大挑战。本研究旨在开发一款稳定、精密的尖端制造装备，为超构材料与微纳光电子等领域的前沿创新，提供可靠的材料结构制备手段。

刘义州

博士生

间隙等离激元

间隙等离激元是当金属纳米结构形成纳米尺度微小间隙时，其表面自由电子集体振荡与外部电磁场耦合，在间隙区域形成的高度局域化且显著增强的电磁模式，是等离激元学的重要分支。本课题利用法拉第3D打印技术，研究间隙等离激元的调控机制与功能化应用，旨在突破传统制备技术在纳米间隙结构精准构建上的瓶颈，为高性能等离激元器件的开发提供全新技术路径。

山姚涛

博士生

3D打印晶体管

聚焦于后摩尔时代集成电路三维集成的关键技术挑战，针对传统光刻技术面临的分辨率物理极限、三维构型制造能力不足以及多材料集成灵活性差等问题，提出了一种基于自主研制法拉第3D打印的垂直晶体管制备新范式。摆脱对光刻技术的依赖，有望实现高纵横比、高性能垂直晶体管的打印制备，为发展单片三维电路提供一种材料选择自由度高、工艺简化的替代方案，为高端芯片制造领域贡献一条潜在的原创性技术路线

李正堃

研究生（材料器件中心联合培养）

法拉第转印

法拉第3D打印作为微纳制造领域的一种新兴技术，可实现多材料、高精度、大面积金属3D纳米结构的制备，为微纳工艺突破瓶颈提供了新的基础。本课题旨在系统探索法拉第3D打印技术在集成电路制造领域的核心应用场景与工艺适配路径，聚焦其与现有的微纳制造技术相结合的方法。实现“3D打印初始图案—传统微纳工艺—图案转印”的完整图案化方法。

张炜

研究生（材料器件中心联合培养）

灰度光刻

本课题面向微纳制造，围绕灰度光刻定义的三维介电层对局域电场与法拉第3D打印路径的调控机理展开。通过设计开口形貌与剂量梯度，系统研究介电层形貌结构成形之间的定量关系，建立特征尺寸、几何构型与材料形貌的可编程映，实现对局域电场与材料沉积的精细编程，迈向接近原子层级的三维可控构筑与结构阵列制造。

肖乐豪

研究生

异质集成

先进增材制造技术，特别是具备纳米级分辨率和多材料沉积能力的技术，为设计具有定制化性能的材料开辟了全新途径。本研究利用法拉第3D打印的技术优势，致力于构建并表征异质三维纳米结构，旨在系统探究纳米尺度下材料序列对结构整体电学行为的影响规律。核心目标是通过设计特定的材料组合与空间排列，揭示由此引发的新奇物性，从而为下一代无源电子元件与自导电路的开发提供基础支撑。

孙天翔

研究生

原子团簇

原子团簇由有限数目的原子组成，具有介于孤立原子与块体材料之间的独特电子结构，其物理化学性质对尺寸、构型及电荷状态高度敏感，是探索微观反应机制与调控催化性能的重要研究对象。然而，如何在实现团簇稳定固定的同时保留其特定电荷状态，仍是构建团簇功能体系的关键问题。我们以带正电金团簇与绝缘基底的相互作用为研究对象，通过表面功能化引入中性化学锚定位点，探索彼此孤立的单团簇固定策略。结合第一性原理计算，研究团簇与表面之间的成键行为、电荷重排及结构稳定性，分析局部配位环境对电荷保持和团簇迁移的影响，为常温常压气体环境下兼顾短期电荷保持与长期位置稳定的材料设计提供理论依据，并为活性位点明确、电子态可调的单团簇催化奠定基础。

朱磊哲

研究生（材料器件中心联合培养）

CMOS

本项目面向可编程法拉第3D打印，开发基于CMOS的有源基板，用于动态调控局部电场分布。通过将可寻址MOSFET器件与电极阵列集成，可对各个打印位点的电学状态进行独立编程，从而实现对电场拓扑的空间分辨且可重构控制。项目系统研究CMOS器件制造、电学特性及其与法拉第打印过程的耦合，并建立晶体管操作、局部电场与结构形成之间的定量关系。这使打印基板能够从被动的图案化模板发展为主动可编程的电子平台，推动其向数字化控制、可重构的三维微纳制造方向迈进。

梅君竹

研究生（材料器件中心联合培养）

非周期电场控制

本课题旨在实现微纳范围区间的电场的独立操控。通过精确分割电势所施加的孔道，从而操控带电粒子的非周期性打印和构筑。研究重点解决阵列化条件下单孔电荷注入、保持与独立寻址等关键问题，为微纳尺度粒子筛选、输运及局域场调控提供一种可集成的器件平台。