探索发现 · 学术讲座

超越阿贝极限的增材制造
Additive manufacturing beyond the Abbe’s limit: coming of age

顾敏,澳大利亚科学院院士、澳大利亚技术科学与工程院院士、中国工程院外籍院士,现担任皇家墨尔本理工大学副校长。他于1982年毕业于上海交通大学应用物理系并获得学士学位,1988年毕业于中国科学院上海光学精密机械研究所并获得博士学位,1995年进入维多利亚大学任教,2000年赴斯威本科技大学创立微光子学中心并担任中心首任主任,2003年出任澳大利亚研究委员会卓越中心分部主任,2005年,出任澳大利亚聚合物合作研究中心分部主任,2006年当选澳大利亚技术科学与工程院院士,2007年入选中国教育部“长江学者”讲席教授并同年当选澳大利亚科学院院士,2008年入选中组部“千人计划”特聘专家,2016年出任皇家墨尔本理工大学副校长,2017年当选中国工程院外籍院士。

顾敏教授是纳米光子学、纳米制造和生物光子学等领域的国际知名专家,被公认为三维光学成像理论的权威和先驱者之一。他出版了四本标准参考书籍,其中,两本为唯一作者,两本为第一作者。顾敏教授是16家国际顶级期刊编委会成员, 在国际期刊上发表论文480多篇,包括《Nature》、《Science》、《Nature Photonics》、《Nature Communications》等顶级刊物。他的研究成果已经在太阳能、信息技术和大数据储存等领域产生了重大影响。

增材制造(俗称3D打印)是一种将材料按照三维模型数据制作成对应物体的过程,它通常是用层叠的方式完成的。利用激光束是实现这一过程的有效途径之一。激光3D打印的基本限制来源于特征尺寸,这是由德国物理学家恩斯特·阿贝在1873年发现的所谓阿贝定律所决定的。阿贝势垒指的是由激光束(例如可见光束)产生的特征尺寸大约为300纳米。在本报告中,我将展示在最近纳米光刻技术的发展下,阿贝极限是如何被打破的。由此在聚合物材料中,高数值透镜聚焦的激光束特征尺寸可以显著地减小到9纳米。这项突破在激光3D打印中,不仅意味着光盘的容量可以高达pb(Petabytes)量级,从而加速绿色光数据中心的发展,同时也开拓了多方面的新视野,例如拥有超高能量密度的超级电容器,纳米级有机光电设备,纳米化学反应芯片,人造神经网络和仿生系统。

Abstract:Additive manufacturing is a process of joining materials to make objects from 3D model data, which is usually achieved by layer upon layer approaches. The utilisation of a laser beam is one of the effective ways to achieve this process.  In the case of laser additive manufacturing, the fundamental restriction is the limit of the feature size, which is determined by the so called Abbe’s law discovered by a German physicist, Ernst Abbe, in 1873. Abbe’s barrier means that the size of the features generated by a laser beam is approximately 300 nm, for example, in a visible beam. In this presentation, I will show how Abbe’s limit can be broken in the recent development of optical beam nanolithography. Therefore, the feature size by a laser beam focused by a high numerical lens can be remarkably reduced to 9 nm in a polymerisable material. This breakthrough in laser additive manufacturing will not only provide a means that the capacity of an optical disk can be as high as Petabytes, which will allow for the accelerating development of green optical data centres, but also facilitate a new horizon of ultrahigh energy density super-capacitors, nanoscale organic optoelectronic devices, nanoscale chemical reaction chips, artificial neural networks, and biomimetic systems.

研究生院