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仿生创新设计科学家开辟可持续微加工的新路径！

来源：金属激光打标发布时间：2024-08-24 22:18:14

微加工是制造微米尺度小型结构的技术，大范围的应用于医疗保健和电子等领域，因其潜力巨大而成为当前研究的热点。然而，传统微加工面临着诸如高化学品使用量、能耗和温室气体排放等重大环境挑战。典型的微加工过程包括光刻、沉积和转移，这些步骤大量依赖于刻蚀剂、有机溶剂和氟化气体等危险化学品，导致全球每年消耗近10亿立方米的刻蚀剂，预计年增长率达6.2%。此外，微加工还对非可再生资源材料（如硅基或金属基基底和石油衍生聚合物）依赖严重，加剧了环境负担。能源消耗问题同样突出，仅美国半导体微加工行业每年消耗的工业电力占比约为1.5%。

为了应对这些挑战，芝加哥大学田博之教授课题组提出了一种仿生透过结构方法，旨在推动可持续微加工技术的发展。这一方法通过在生物聚合物基底上采用盐辅助光化学合成，实现了直接图案化器件的创新。利用水作为绿色致动剂，实现了高效的瞬时剥离，极大地减少了能源和危险化学品的消耗。与传统技术相比，这一方法不仅提升了卷对卷生产速度，还明显降低了温室气体排放和环境影响。此外，仿生透过结构策略的应用还为多种器件制造提供了新的可能性，涵盖从生物电子到催化机器人的广泛应用领域。

科学亮点】（1）实验首次引入了仿生透过结构方法，通过在生物聚合物基底上采用盐辅助光化学合成，成功实现了碳基器件的可持续微加工。

（2）实验通过构建微触结构和利用水生成的化学机械力，实现了高效的图案化器件剥离过程，剥离时间短于1秒，显著优于传统技术。这一方法不仅提升了卷对卷生产速度，还极大地减少了能源和危险化学品的消耗。

（3）通过采用可持续基底和无危处理方法，本文方法明显降低了器件制作的完整过程中的温室气体排放和环境影响，与传统微加工方法相比具有非常明显优势。

（4）该方法具有广泛的应用前景，适用于从生物电子器件到催化机器人等多种器件制作的完整过程，为推动环境友好型器件制造提供了新的技术途径。

科学结论】本文借鉴自然界精巧的生物结构和功能，特别是透过结构的应用。自然界中许多生物体，如壁虎和蝗虫，通过微小的结构在需要时实现粘附和脱离，这种机制为作者提供了创新的思路。作者将这种生物学原理转化为工程实践，通过仿生应变工程方法设计和优化透过结构，以解决微加工过程中的技术瓶颈。这种方法不仅在提高器件制备效率和质量方面具有非常明显潜力，还显著减少了能源和化学品消耗，由此减少环境负担。

通过深入理解和模仿自然界的优化解决方案，作者能够开发出更加智能和环保的微加工技术，为电子、医疗和机器人等领域的进步提供新的科学基础和工程应用。这种科学启迪不仅推动了微加工技术的创新，也为可持续发展的路径铺平了道路，为未来的研究和工程实践提供了有益的指导和范例。