上海科技大学：纳米尺度3D打印技术赋能未来功能性纳米器件制造

在纳米科技领域，以光刻为代表的制造技术是当前半导体和纳米器件制造的基石，但其在材料普适性和三维复杂结构制造方面面临固有瓶颈。

与之相对，纳米尺度3D打印技术，通过精确控制材料在纳米尺度的逐点或逐层堆积，为制造具有前所未有几何自由度和材料多样性的功能性纳米器件开辟了全新的路径。尽管发展迅猛，该技术在分辨率、规模化生产、材料纯度等方面仍存在巨大挑战，阻碍了其广泛的工业和学术应用。

该综述系统梳理了当前最前沿的纳米3D打印技术，并创新性地将其分为 “实体喷头”和“虚拟喷头”两大类进行论述。文章深入探讨了各项技术的基本原理、关键应用（特别是在纳米电子学和纳米光子学领域）、尚待解决的技术挑战，并对该领域未来的发展方向，特别是与人工智能（AI）的结合以及在原子级制造，进行了前瞻性展望。

“实体喷头”技术，如直接墨水书写（DIW）、电喷印（EHD）等，通过边界约束来沉积材料。而“虚拟喷头”技术则摆脱了物理限制，利用外部场（如电场、磁场、光场）来引导材料的精准沉积，包括化学反应驱动的聚焦离子/电子束诱导沉积（FIBID/FEBID）、双光子聚合（TPP），以及电场定义的法拉第3D打印等。

图1. 纳米3D打印技术概览。

 结论

随后，该综述深入剖析了当前技术与实际应用之间的核心差距：

尽管纳米3D打印在制造复杂三维结构方面优势显著，但在分辨率上仍普遍落后于顶尖的光刻技术（；

在材料方面，许多技术依赖于特定“墨水”或前驱体，且容易引入杂质，影响器件性能；

在规模化方面，打印速度是制约其走向大规模工业化生产的主要瓶颈 。

最后，该综述展望了两个极具潜力的未来发展方向。

其一，与人工智能（AI）的深度融合 ，通过AI实现打印过程的实时反馈控制、缺陷检测与修正，并智能协调多喷头并行工作，有望从根本上解决当前面临的精度和效率难题 。

其二，向原子/团簇级精度制造的终极目标迈进，将原子/团簇作为构筑基元，实现真正意义上的原子精度“自下而上”创造物质，这将彻底突破传统制造方法的极限 。

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