随著(zhe)結構材料增材制造技術逐漸走向(xiàng)成(chéng)熟，産業界對(duì)面(miàn)向(xiàng)電、磁、光和熱功能(néng)材料的3D打印技術需求逐步增加。根據材料與性能(néng)的構效關系，各種(zhǒng)性能(néng)的調控與優化需要從微納尺度結構調控入手。但現有成(chéng)熟的增材制造技術還(hái)存在成(chéng)型精度不高、難于多材料集成(chéng)等關鍵問題，嚴重制約著(zhe)增材制造技術的應用推廣。特别是随著(zhe)近年來器件的小型化發(fā)展，對(duì)微/納米尺度複雜三維（3D）結構的需求也越來越緊迫。包括MEMS、集成(chéng)電路和生物醫療系統等對(duì)微/納米結構快速定制、批量化加工以及多材料原位集成(chéng)提出了更高的要求。因此，開(kāi)發(fā)具有高性能(néng)、高效率和多組分的3D微納打印技術是未來增材制造發(fā)展的趨勢。

　　中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所增材制造材料技術團隊提出了電化學(xué)梯度調控微結構新原理，采用動态彎液面(miàn)限域技術，實現了高純度、高密度納米孿晶和納米晶的按需調控。制備的三維納米孿晶銅結構同時具有較高的力學(xué)強度和導電性能(néng)，彈性模量值高達～155.2 GPa，硬度值達～2.4 Gpa（如圖1）。該方法爲高性能(néng)微電子系統的3D全打印和集成(chéng)電路的發(fā)展開(kāi)辟了新的可能(néng)性。

　　爲解決成(chéng)型速度問題，課題組利用彎液面(miàn)限域電沉積技術的自調節生長(cháng)機制，實現超高縱橫比、超高密度的銅微結構并行工藝制造。這(zhè)種(zhǒng)大面(miàn)積的銅微結構陣列具有高的機械屈服強度、高的導電性和設計的機械順應性（如圖2）。研究人員將(jiāng)這(zhè)種(zhǒng)彎液面(miàn)限域的電沉積工藝擴展到大面(miàn)積平行制備高精密金屬微結構中，成(chéng)型速度提高400倍以上，爲微電子機械系統以及微系統集成(chéng)開(kāi)發(fā)了一種(zhǒng)靈活且具有成(chéng)本效益的有力方法。

　　進(jìn)一步，研究人員在彎液面(miàn)中集成(chéng)共沉積模式，從單一電解質中打印出成(chéng)分覆蓋範圍廣（Co9Cu91～Co100Cu0）、形貌可控的Co/Cu合金微結構。這(zhè)種(zhǒng)工藝制備的合金線内部結構緻密，成(chéng)分均勻，并且随著(zhe)銅含量的增加，合金線的矯頑力和磁各向(xiàng)異性均增強（如圖3）。利用這(zhè)種(zhǒng)工藝不僅可以制造磁性微/納米機電器件，還(hái)可以制備連續的合金成(chéng)分庫來進(jìn)行材料表征，從而促進(jìn)對(duì)合金材料的基礎研究。

　　相關工作已在國(guó)際著名期刊（Appl. Mater. Today 24 (2021) 101085; Appl. Mater. Today 24 (2021) 101138）上發(fā)表；上述研究工作得到國(guó)家自然基金委（No. 11874366），浙江省自然科學(xué)基金（No. 2021C01023）等的支持。

圖1 高電化學(xué)梯度制備孿晶銅結構

圖2 并行3D打印銅金屬線陣列及其力學(xué)性能(néng)

圖3 3D打印多組分Co/Cu合金線

　　(納米實驗室 雷雨 郭建軍)