来源：新加坡南洋理工大学；太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

    新加坡南洋理工大学（NTU）的科学家们受到古代东亚利用“舌片和槽沟”技术建造木构建筑方法的启发，开发出一种制造先进陶瓷微粒的新方法，这种微粒的宽度仅略大于人类头发的宽度。

    NTU材料学的科学家们利用这种方法制造了一种微流控芯片，该芯片能生产并塑型微小陶瓷微粒，使其达到前所未有的复杂度和精确度。他们的方法发表在《自然通讯》（Nature Communications）期刊上。

    这些微粒具有各种各样复杂的形状与精确的尺寸，如十齿齿轮或带有角边的三角形，它们可被广泛地应用于微电子、航空航天、能源、医疗和机械工程等领域。

    例如，四面体形状（四面）的二氧化锆（ZrO₂）微粒可以改变太赫兹发射器和接收器的性能和功能——它们通常被用于成像，如安全、医疗诊断和制造中的质量控制领域。

    同样，八面体形状（八面）的二氧化硅（SiO₂）微粒可以提高材料的强度和韧性，而齿轮形状的陶瓷颗粒对于机械传动至关重要。

    传统的制造方法，如微机械加工和激光烧结，在分辨率和大规模生产这种微小、复杂形状的能力方面存在局限性。

    由于微粒的材料特性和微小尺寸，目前的方法都难以塑造边缘锋利和不透明的微粒。

    相比之下，NTU的方法通过采用简单的三步过程有效地解决了这些挑战。

    首先，通过将塑料基板模制和切割成多个部分形成微流控芯片，每个部分都经过精细成型，形成中空通道，以便配适下一个部分。

    为了确保微流控芯片各部分精确对齐，每一片都设计了可以完美互锁的舌片和槽沟。然后将这些部件组装成一个成形的管状模具，并使用聚碳酸酯夹具固定结构以保持其完整性。

    接下来，将一种特殊的聚合物溶液和陶瓷纳米粒子注入微流体芯片中，并将它们充分混合。然后该混合物经过加热过程形成固化，并在芯片内相互交联形成固体材料。

    最后，当固化材料从微流体芯片中被挤出时——类似于香肠的制作方式——它被切成所需的厚度。此步骤可确保最终产品满足各种应用领域所需的特定尺寸。

    这种新方法显著提高了生产率——是当前方法的10倍——而且所制造出的微陶瓷颗粒达到了前所未有的高质量。

    微流体芯片的构造受到了古建筑技术的启发，这种技术被称为“榫卯”细木工，它使用互锁的凹槽和舌片，而不是钉子或胶水。

    早在公元前1000年，“榫卯”技术就被用于中国古代宫殿与住宅的营造。自14世纪以来，该技术一直也被用于韩国古建和日本寺庙的建造中。目前，它在韩国传统“韩屋”建筑风格中仍然十分流行，首尔的景福宫也采用了“榫卯”技术进行建造。

    来自NTU材料科学与工程学院的首席科学家赵南俊（Cho Nam Joon音译）教授，有着土木工程的教育背景，他十分强调这项技术背后的灵感。

    “我们的方法植根于韩国建筑中所使用的古老工艺。长期以来，韩国建筑一直利用精确的联锁技术来创造持续了几个世纪的耐用结构。作为一名韩国人，我想知道我们是否可以将这项技术应用于跨学科科学。通过将其与化学和材料科学相结合，从而创造出稳定而强大的微粒，”赵教授同时也是NTU跨经济中心的主任。

    “我们的新微细加工方法表明，随着技术变得越来越微型化，即使在最具挑战性的微尺度水平上，它也能满足当今时代对精度和复杂度的要求。”

    该方法代表了微型制造的重大进步，也是传统技术如何激发当代技术创新的最好例证。

    该研究项目的下一阶段就是赵教授及其团队正在努力将这些新开发的微型零件组装成为一项工作机制，由此便可作为展示不同类型微机械启用不同案例的概念验证。