铝基跨尺度3D制造技术：从纳米到宏观的高精度制造

西湖大学未来产业研究中心、工学院特聘研究员文燎勇课题组开发出了一种新型的铝基跨尺度3D制造技术。他们利用铝在加工过程中产生的硬化效应，首次实现了从纳米、微米到宏观全尺度范围内多种材料的高精度制造。这一技术在柔性电子、光学防伪和光电集成等领域展现出广阔的应用前景。11月11日，相关研究发表在《自然—材料》上。

实验室里常见的铝卷

实验室自研铝基跨尺度3D压印设备

文燎勇的实验室里，随手就摆着一卷铝。实验室里的铝卷只有卫生间的卷纸那么大。铝卷的不远处，摆着一台课题组定制的机器。10厘米见方的铝片会被送进这里，接受至少3次“盖章”（压印）加工。

金属材料在加工变形后，力学强度和硬度都会升高，这样便阻碍了金属进一步变形。

“从来没有人想过，要去压印第二层、第三层……”文燎勇课题组正是利用了铝金属在加工过程中所展现出的硬化效应，确保了一层又一层连续压印过程中，各个尺度的精密结构都能精确地保留下来。

文燎勇将阳极氧化步骤放在多层压印之后，专门用于调整第一层纳米结构的直径、深度和形貌。通过调配不同成分的电解液，研究团队能够精确控制这些纳米孔的特性。

此外，研究人员还通过在纳米孔中填充碳、半导体、金属及高分子等多种功能材料，赋予阳极氧化铝更多的功能特性，使其不仅具有装饰效果，还可实现光电探测、触觉传感和光学防伪等功能。

通过多层压印和阳极氧化创新结合，文燎勇课题组的铝基3D制造技术，可以同时对纳米、微米、宏观多个“图层”进行自定义设计和精细调控，从而在全尺度材料结构制造中展现出极高的灵活性和精确性。

“多级压印和阳极氧化相结合才能发挥出最大的优势，也只有铝可以做到，它就是这个天选之子。”文燎勇说。

他表示，铝基跨尺度3D制造技术具有高度个性化定制的能力，非常适合与人工智能结合。“针对特定的应用场景和功能需求，让AI先完成结构和材料的智能化设计，再由铝基跨尺度3D制造技术精准实现，从而将柔性电子、光学防伪以及光电集成等诸多领域带入高度智能化和定制化的时代。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-024-02036-2