微納制造技術(shù)是指尺度為微米和納米量級的工業(yè)制造技術(shù)，比如芯片生產(chǎn)就屬于微納制造。近年來，我國科學家牽頭研發(fā)出一種名為“納米剪紙”的全新微納制造技術(shù)，前不久北京理工大學科研團隊運用光電鑷精準操控等創(chuàng)新技術(shù)，首次實現(xiàn)了對納米剪紙微型轉(zhuǎn)子的自由操控，進一步拓寬了“納米剪紙”技術(shù)的應用前景。

在北京理工大學物理學院先進納米制造與微納光子學實驗室，李家方教授正在演示納米剪紙轉(zhuǎn)子的制造、取出、轉(zhuǎn)移，以及控制其運動的過程。在顯微鏡下，直徑只有10微米大小的納米剪紙轉(zhuǎn)子在光電鑷的操控下，從平躺狀態(tài)被豎立起來，向不同的方向滾動前行。

北京理工大學物理學院教授李家方：我們知道光鑷是2018年的諾貝爾物理學獎，它是可以控制平移，左右來回動，它可以控制結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動。但是有一個（運動狀態(tài)）它還沒有實現(xiàn)，就是我們的滾動。我們在這個工作里面，我們實現(xiàn)了光學操控的結(jié)構(gòu)的滾動，你可以想象結(jié)構(gòu)可以來回地滾動。

李家方教授介紹，納米剪紙微型轉(zhuǎn)子10微米的尺寸僅相當于人類頭發(fā)絲的十分之一左右，如此小的零件目前還無法通過車床等設備進行制造和操控。他們巧妙利用了納米剪紙?zhí)厥獾奈锢硖匦�，運用光電鑷子實現(xiàn)了對它的光學無接觸式的自由操控，還進而通過光束圖案編程，實現(xiàn)了微型轉(zhuǎn)子的自動操控。

北京理工大學物理學院教授李家方：首先它是可以驅(qū)動的，用光學驅(qū)動，第二個就是它可以進行組裝，比如說我也可以組裝這樣一個雙面的，我也可以讓他們以各種形式交疊，互相交互式的有一個聯(lián)動的功能。

專家介紹，這一創(chuàng)新研究可以使人類對微納器件復雜運動的控制變得更容易，為未來光電驅(qū)動微納機器人、新型微納光機電系統(tǒng)等研究開發(fā)提供了全新的思路。

那么究竟什么是“納米剪紙”呢？顧名思義，就是納米尺度的剪紙，專家介紹，把剪紙做到納米尺度之后，再加上靜電、熱等就會產(chǎn)生神奇的變化。這一技術(shù)可以說開創(chuàng)了微納制造的全新路徑。

專家介紹，納米剪紙靈感來源于中國的傳統(tǒng)技藝剪紙，可以想象將傳統(tǒng)剪紙中的紙張?zhí)鎿Q成納米薄膜，將剪刀替換成半導體技術(shù)的刻蝕工具，再施加一定的應力，就形成了功能獨特的納米剪紙結(jié)構(gòu)，而這一技術(shù)的發(fā)明則是來自偶然的觀察。

北京理工大學物理學院教授李家方：在2018年的時候，我們注意到在我們微納加工過程中有一些應力。這些應力本身呢，大家想避免，因為它可以導致我們器件的一些不需要的功能，但是我們發(fā)現(xiàn)我們可以通過應力像剪紙一樣控制我們的結(jié)構(gòu)形變。這樣的話，我們反其道而行，將納米剪紙結(jié)構(gòu)制備出來，然后它的尺寸可以達到1微米以下的尺度。它和我們的剪紙非常像，只是把它縮小到納米尺度，所以我們把它稱之為納米剪紙。

專家介紹，納米剪紙技術(shù)制造的微納器件的特殊性在于，這是一種外形可以在一定條件下發(fā)生變化的微小器件。以螺旋形結(jié)構(gòu)的器件為例，正常情況下它是一種平面狀態(tài)，加電之后，在靜電的影響下，螺旋結(jié)構(gòu)就如同帶靜電的頭發(fā)會立起來一樣，由平面變?yōu)榱Ⅲw，這個有趣的現(xiàn)象給納米剪紙的應用帶來了巨大的想象空間�？蒲腥藛T首先想到的就是，這個特性可以用來制作顯示裝置。

北京理工大學物理學院教授李家方：圖案實際上是由納米剪紙這個結(jié)構(gòu)發(fā)生形變以后產(chǎn)生的。最開始的我們的納米剪紙結(jié)構(gòu)是一個平面結(jié)構(gòu)，是一個二維的，然后我們加完電以后，那么有一些結(jié)構(gòu)就會像模型一樣會把它凸起來，它凸起來以后，它對光的反射以及散射就會發(fā)生變化，我們就能看到這個圖案。

納米剪紙技術(shù)問世以來，全球多個科研團隊針對納米剪紙的特性和應用開展了大量研究，對這一技術(shù)的應用前景已經(jīng)有了一個比較清晰的認識，專家預測納米剪紙不僅會給未來顯示器制造和使用帶來巨大變化，還能應用于傳感器、激光雷達等多個領域。

在北京理工大學物理學院的實驗室里，研究團隊向記者展示了另一個實驗，在這個實驗中，使用黃金薄膜制造納米剪紙顯示裝置整體尺寸還不到50微米，在顯微鏡下，隨著電壓變化，顯示器上循環(huán)顯示北京理工大學的縮寫字母“BIT”。

北京理工大學物理學院博士研究生洪孝榮：最小的一個黑點，算是一個結(jié)構(gòu)單元，這個結(jié)構(gòu)單元的話，它的結(jié)構(gòu)本身所占據(jù)的跨度空間是1.6微米。

專家告訴記者，科學家已經(jīng)證實這一全新工藝在成像顯示器件方面有獨特的優(yōu)勢，未來在投影顯示、全息顯示、計算成像等方面用途廣泛。

北京理工大學物理學院教授李家方：我們現(xiàn)在很多的可穿戴設備，比如說虛擬現(xiàn)實眼鏡，它都比較笨重，其中一個很重要的原因就是它們光學的器件都比較大，當我們用納米剪紙這樣一個微投影的顯示芯片放在里面以后呢，那它可以把這個做得更小，甚至可以做到和我們平常的眼鏡重量相當。

除了顯示器件之外，研究人員發(fā)現(xiàn)納米剪紙可以影響光的偏振、相位、強度等，這些特性可以應用于新型激光雷達的開發(fā)。另外由于納米剪紙具有靈活的光譜調(diào)節(jié)能力，也可以應用于光譜儀等。除此以外，不同材質(zhì)和形狀結(jié)構(gòu)的納米剪紙器件對壓力、溫度、濕度等多種物理現(xiàn)象也表現(xiàn)出敏感性，這些特殊的物理特性，為未來傳感器的開發(fā)也帶來了全新思路。

北京理工大學物理學院教授李家方：我們知道這個結(jié)構(gòu)它具有彈性，它可以傳感外界的一些變化，比如說溫度、應力，還有濕度等等，還有甚至是磁場，還有聲音的這些感受，它都可以來做一個傳感器，它有非常大的想象空間，就像我們剪紙一樣千變?nèi)f化，它的應用將來也可以做到千變?nèi)f化。