原子級制造：超精密制造重要發展方向

　　與傳統制造有著本質區別，原子級制造是指按原子尺度結構或原子精度產品加工的制造業，其發展將推動人類制造技術走向極限水平。

　　2024年，"原子級制造"一詞密集出現并被廣泛關注。9月20日，2024原子級制造創新發展座談會重點圍繞《原子級制造創新發展實施意見（2025-2030年）》內容設置的科學性和可實施性進行深入研討。11月，第一屆原子級制造產業發展論壇舉辦，近百家高校、科研院所和企業等共同發起組建的原子級制造創新發展聯盟揭牌成立。12月，工業和信息化部相關負責人在2024裝備制造業發展大會上表示，我國將推動科技創新和產業創新深度融合，加快培育發展原子級制造產業。同月召開的全國工業和信息化工作會議提出，制定出臺原子級制造等領域創新發展政策。

　　據介紹，原子級制造目前正處于從理論創新、關鍵技術突破向產業化邁進的關鍵階段。

　　或將實現傳統制造全面革新

　　原子級制造有多強？

　　據了解，一方面，它的測控能力達到物質世界基本單元原子，是當代微電子制造和超精密加工的尺寸微縮極限；另一方面，它掌握了原子的操控能力，具備從原子直接搭建分子、材料、器件甚至系統的能力，將為創造大量新物質新材料提供有力支撐。以集成電路行業為例，具備單原子特征的芯片，其尺寸、功耗將降低至當前的1‰以下，計算能力則提升1000倍以上。

　　合肥綜合性國家科學中心能源研究院院長助理凌航焜對記者說，"原子級制造將實現傳統制造三要素的全面革新：一是將加工對象從連續材料變革為離散原子；二是將加工精度尺度變革為原子尺度；三是將材料和結構決定產品性能變革為原子調控產品性能。"

　　南京大學相關專家在接受記者采訪時表示，原子級制造加工對象從傳統制造的連續介質的固體變為單個原子，加工尺度直接用原子度量，使得制造由傳統制造的形狀變化提升器件性能的模式改變為通過原子調控器件性能。

　　原子級制造技術現在用在哪里？

　　中國工程院院士楊華勇此前曾表示，最尖端的比如集成電路，5納米以下就開始用亞納米級，光刻機上光路系統中的平面加工精度就要達到亞納米級。另外，未來航空航天領域均可使用原子級制造技術。因為原子級制造是零點幾納米，精度改變可能會改變材料的各個方面。

　　"原子級制造在材料與制造兩大領域都將展現出前所未有的潛力。"南京大學相關專家說，比如，在制造方面，有望開發出一系列具有超小尺度精度和卓越性能的新型產品；在材料方面，通過原子級設計和改造，可以實現材料系統革新。此外，原子級制造工藝創制的新物質和零部件，不僅在結構上可實現原子尺度的細銳、精準、完美，而且其物理特性遠超常規塊材物性。人們利用原子級制造技術創制海量研究對象，收集物質數據，建立物質、材料物性數據庫，創建材料創制人工智能大模型，可實現材料創制智能化。

　　正處于邁向產業化關鍵階段

　　近年來，我國大力支持原子級制造發展。南京大學、浙江大學、天津大學、北京航空航天大學、西南交通大學、東南大學等高校均設立了原子制造相關研究中心；南京、上海、杭州、成都和蘇州等地提出原子級制造基礎設施建設構想……

　　在此背景下，原子級制造已實現了一些關鍵技術突破。比如，在原子級加工方面，原子級沉積技術已經開始在集成電路、光伏等領域廣泛應用，其市場規模已達百億元；原子級精密處理相關工程樣機完成開發，正開展生產線驗證工作。

　　"近些年也出現了原子級制造發展的新波次。一方面，制造效率不斷提高，大面積二維原子層材料已經實現米級制造，原子級金屬粉體材料實現克級突破，正開展中試載體建設；另一方面，原子級產品的設計逐漸精巧化，近期涌現出一大批具備產業潛力的產品。"南京大學相關專家說。

　　目前，原子級制造在材料開發、航空航天、能源催化、生物醫藥、精密加工、信息技術等領域展現出強大的應用能力和前景。江蘇省是全國最早布局開展原子級制造技術研究和產業化的省份之一。江蘇集創原子團簇科技研究院開發的氣體團簇表面精密處理裝備可以將器件精度、結構和損傷全面推進到原子水平，可應用在集成電路、光學元件加工等領域；徐州國基原子制造有限公司開發的原子特種金屬粉體材料，實現了金屬粉體熔點下降到其他尺度金屬粉的一半甚至更低，打破傳統焊接工藝，利用同材焊接技術，在航空航天、半導體等高端制造行業擁有廣泛的應用前景。

　　將推動制造技術彎道超車

　　2024年9月底，工業和信息化部相關負責人在南京市舉辦的原子級制造創新發展座談會上提出，要聚焦原子級制造等領域，實施一批科研攻關項目，突破一批關鍵核心技術，形成一批標志性產品，取得一批標志性成果，建設一批企業孵化器，從前瞻性布局逐步進入實質性推進。

　　"原子級制造技術是推動我國成為制造強國、實現制造技術彎道超車的重要機遇和手段。"南京大學相關專家表示，目前，我國與國際先進水平處于"并跑"階段，互有領先。如同人工智能一樣，原子級制造技術也會經歷多重發展波次，帶動人類操控技術不斷發展，直至達到人類終極制造能力極限；同時，原子級制造技術的發展可以帶動整個制造業變革，在支撐工業"四基"關鍵基礎材料、核心基礎零部件（元器件）、先進基礎工藝、產業技術基礎方面，具有重大意義，有望催生上萬億元新市場。

　　業界認為，原子級制造涉及機械、材料、物理、化學等多個學科領域，需提前布局，借鑒成熟產業培育模式，強化原子級制造戰略力量建設，培養跨學科交叉復合型人才和工程型人才，推進校企融合發展。

　　南京大學相關專家坦言，接下來，針對原子級制造技術，需要持續攻關，建設一系列大型綜合性科研平臺，利用平臺凝聚一批高水平隊伍，突破一批難題，形成一批顛覆性成果，集中力量開展產業應用探索。

　　"從原材料到產品，原子級制造雖然可以輻射部分關鍵加工環節或步驟，但不足以全面覆蓋所有流程，尚需打通原子級制造產品產業鏈，與傳統制造相融合，對現有產業和制造技術進行原子級賦能，打造原子級制造產業生態。"南京大學相關專家表示，該產業快速發展還需要政府層面進行資源引導，需要技術、資金、人才等相關資源集中發力，包括獲得耐心資本等相關投資資本的關注。（記者 李洋）

　　轉自：中國高新技術產業導報

　　【版權及免責聲明】凡本網所屬版權作品，轉載時須獲得授權并注明來源“中國產業經濟信息網”，違者本網將保留追究其相關法律責任的權力。凡轉載文章及企業宣傳資訊，僅代表作者個人觀點，不代表本網觀點和立場。版權事宜請聯系：010-65363056。

延伸閱讀