超常物理性能取决于构成材料本征性质、人工设计的结构分布,其制造是瓶颈!超表面研究仍处于实验室阶段,缺乏自主可控的算法、关键技术。
实验室结果很诱人,然而,缺失“制造”,超表面远未能实用化。 既然功能来自微纳结构,就不是仅问“能不能做出来”,而是必须要问以下几个关键问题:
特性/功能:超表面特性优化与算法极其重要,海量数据计算与转化,如何达成?
面积:实验室小样品,与在米级基底上做出高质量微纳结构与图案,是两种难度。
精度:结构尺寸、间距、高度、形貌。稍有偏差,光学与电磁响应特性就可能失去。
批量性/成本:电子束光刻很精细,但要“写”出大面积纳米图案,成本与速度难以进入应用。
一致性/良率:超表面不能仅是一块漂亮样品,应用需要的是,每件材料、每批产品都足够稳定并符合需求。
这些工艺装备从何而来?
聚焦上述问题,《Nature》在4月刊发两篇重磅研究,聚焦光学超表面的制造路线,受到全球学界与产业界广泛关注:
300-unit-per-second roll-to-roll manufacturing of visible metalenses
韩国科研团队创新卷对卷纳米压印搭配高折射率层工艺,实现超透镜(金属透镜)高速规模化制备,兼顾高效、高均匀性与高良率,成本可对标传统光学元件,为成像、传感类产品商业化打通通路,充分验证超表面从实验室走向工业应用的可行性。
Printable meta-assemblies enable synergetic colouration
中-新联合团队研发跨尺度光学集成打印系统,融合高通量喷墨打印、卷对卷连续制造与界面自组装调控技术,攻克光学超材料低成本、规模化、定制化量产难题,可精准制备多尺度结构色超材料,在防伪、显示、柔性光学等领域具备广阔应用前景。
两篇《Nature》论文从理论与工艺层面,佐证了光学超表面制造的技术可行性,旨在改变光学产业的“游戏规则”。然而,上述路线,缺乏普适性,难以适应多尺度、多材料、多功能集成的超表面的设计与制造。
SVG苏大维格研究院团队另辟蹊径,构建“AI赋能-纳米集成制造平台”(Nano Integrated Manufacturing,NiM Platform)。
该平台打破了超表面加工“先沉积材料、后蚀刻结构”经典模式,发明了“先定义微纳结构,再内嵌材料与多层集成”大面积超表面新路线。它将AI算法与功能设计、纳米制程工艺、关键装备研制相融合,打造多尺度、多材料(金属、介质、有机/无机等)、多功能集成超表面制造的新路线并取得突破性进展。目前,多种光学超表面、电磁超表面、结构色光场成像等相继成功研发制造,并应用于国际著名品牌,展示了NiM Platform巨大潜力与产业应用的光明前景。
AI NiM Platform平台特色
特点:面向超表面(光学超表面、电磁超表面)、微纳光学与柔性光电子等的高效制造,加工面积大(可达米级幅面)、材料选择灵活(金属/介质/半导体/有机)、制程可控性与一致性高,支持柔性、硬质衬底上的光电子功能集成,具备概念验证、中试和量产能力。
普适性:AI赋能,支持微纳结构功能化设计(金属超透镜与偏振光栅、合束光栅与定位正交编码器、衍射光波导、结构色光场成像、集成透明电极、电磁超表面、智能表面、防窥显示材料、红外与太赫兹超材料等,部分成果已转化成产品,在国内外应用。NiM Platform的普适性,为未来超表面器件与材料的自主创新与产业应用,提供了坚实创新平台。
叩开未来材料创新大门:NiM Platform,与AI数据驱动、材料科学、光子科技、半导体技术和原子级制造相融合, 有望发展成为光学超表面、电磁超材料的高端制造的创新平台,对服务国家战略和产业自主创新,促进可持续发展,具有战略意义。
SVG-NiM Platform五大突破
围绕微纳结构精度、制备幅面、功能定制、制造成本、量产一致性五大核心维度,苏大维格实现了全方位技术突破:
精度精准可控:自研智能计算三维光刻系统,结合AI算法优化微纳结构形貌,加工精度达10nm级,精准匹配光学与电磁响应性能要求;
大幅面制备:突破大面积微纳结构内嵌纳米材料技术壁垒,可支撑800mm×600mm及以上幅面加工,适配光场显示、柔性触控、智能表面等应用场景;
多元功能定制:依托自主可控的设计算法,实现米级幅面微纳结构与材料性能协同优化,可满足光场悬浮成像、偏振传感、透明天线等定制化开发需求;
高效降本量产:以卷对卷套准纳米压印技术,实现大面积超表面高保真制造,兼顾批量性与低成本;
稳定高良率:从数字设计、精密纳米涂布、多多材料沉积到限域自组装的全自主工艺体系,保障产品一致性,达到量产良率标准。
SVG-NiM Platform应用场景
凭借全方位的核心技术壁垒与落地能力,面向光子产业、人工智能的发展机遇,苏大维格的研究人员正努力开拓光学超表面、电磁超表面产业创新的新赛道,为大面积超表面的关键技术的自主化、制造技术的规模化、产品的高端化,筑牢产业创新的根基。


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