7月10日，“燕缘科创”第十五期邀请南京大学教授博士生导师、北京大学物理系1997级校友张伟华，分享了《从微纳增材制造技术到科教市场的思考》。

张伟华本科和硕士均毕业于北京大学物理系，在苏黎士联邦理工获得分析化学博士。曾先后在洛桑联邦理工纳米光子学与计量学实验室和普林斯顿大学纳米结构实验室从事研究工作。回国后在南京大学现代工程与应用科学学院任博士生导师，参与创建了南京大学光声超构材料产业研究院。主要研究领域为：微纳制造技术，扫描探针技术，生化分析、微纳光学、计算电磁学。现任中国仪器仪表协会图像科学与工程分会常务理事。

张伟华认为过去四千年，人类文明发展史背后的动力是制造技术的进步，衣服、伞此类物品约有小于100个零部件构成，到汽车大概有几万个零部件构成，到手机里的半导体芯片已经达到几十亿个晶体管，这一切都是加工技术的快速迭代发展带来的。

但当摩尔定律走向“死亡”，从原理上逼近硅原子制程极限，下一步制造技术的迭代该走向哪里？

张伟华认为未来以5G、大数据、人工智能等为基础，将走向物化生交叉、新原理、新材料、新器件、新制造，向外改造世界，向内改造人类自身。

这将面临两个挑战，第一是超级大数据对能源的消耗，算力对速度的需求。目前全国数据中心一年的耗电量已经相当于三峡水电站一年的产能，能耗问题已经是芯片半导体的一大挑战；第二是硅-碳接口挑战，实现无机材料、器件与有机神经网络、内脏器官、皮肤、细胞等连接，将需要跨尺度、多材料、复杂异质的集成。

这两个挑战对传统自上而下的硅基“雕刻”制造技术提出了新的挑战， 给纳米增材制造技术带来了机会。

纳米增材制造技术已经出现了二三十年，在克林顿时期涌入了大量该领域的研究。但受限于“通量”和“良率”，未能真正大规模市场化落地应用。但目前在南京大学的实验室，张伟华团队已在局部领域实现了技术上规模应用的验证。

据张伟华介绍，目前在材料上已经建立了原子精度的功能纳米材料库，基本可以实现金属、半导体、电介质、荧光等材料原子精度、任意形状的制备，可以实现规模生产，尺寸大小浮动小于5%。

其团队用纳米静电印刷术，已经实现了7纳米颗粒、 80nm线宽电极的快速制造，该技术可以实现纳米结构的“秒印”，可靠、速度快。与传统微纳加工技术相比，纳米印刷术可以使用任意液相纳米颗粒材料，超越了传统硅等半导体材料的限制，制作设备简单，条件无需真空在大气中就可以，耗能低、速度快。

目前，纳米印刷技术还可以实现彩色、多材料、多层次的纳米异质集成，层间对齐精确度理论上可以实现10纳米印刷。张伟华也提到，纳米印刷技术局限于良率等并不能替代当前的半导体制造工艺，但可以用于生产纳米传感器等。

此外，张伟华还介绍了单颗粒组装技术，目前其团队已可以实现50nm以下的单量子点阵列的制备。

此前非常火热的3D打印技术，张伟华称在一些市场的原型制造等领域已经相当成熟。但在科研领域，3D打印还面临精度、材料、跨尺度等难题，张伟华团队已可以实现纵100纳米、横1微米的精度，尺寸可以实现厘米图案+纳米图案的跨度，材料可以使用发光、高低折射率、磁性材料等。

张伟华认为，如果3D打印可以继续推进到亚微米、纳米级别精度，在MEMS、微流控、传感器等领域将有非常大的应用空间。