近日，上海科技大学物质科学与技术学院冯继成教授课题组受邀综述“Nanoscale 3D printing for empowering future nanodevices”在《先进材料技术》（Advanced Materials Technologies）上发表。文章概述了从3D纳米打印到原子制造的相关基础原理和挑战，讨论了3D纳米打印如何与光刻主导的微纳制造进行对接，甚至有望取代基于光刻加工策略的主导地位。此外还进一步展望了如何将AI并入3D纳米打印和原子制造，剖析了工业化应用过程中的技术瓶颈，为3D纳米制造技术发展提供了新思路和新指引。
纳米尺度3D打印技术采用了一种“自下而上”的制造方法，与传统的“自上而下”的光刻技术截然相反。这种创新技术通过精确操控材料的定向沉积，突破了传统工艺在分辨率、材料多样性和空间几何复杂度上的局限，在下一代微纳器件的原型设计和多功能结构构建等领域，展现出广泛的应用潜力。作为当前研究热点，3D纳米打印技术已取得诸多突破性进展，但仍面临产业化应用瓶颈，其增材制造路径尚未对传统纳米制造领域产生显著影响。在此背景下，作者从技术原理、规模化潜力及未来发展方向等角度，对这一领域进行了全面剖析。
图1 现有3D 纳米打印技术概述。物理喷嘴包括：直接墨水书写、电动流体动力喷射打印、弯月面控制直写、原子力显微镜和扫描隧道显微镜。虚拟喷嘴包括：聚焦离子/电子束诱导沉积、双光子聚合、磁场诱导的纳米颗粒组装和法拉第3D打印。
作者对3D纳米打印技术做了详细的追溯，并创新性地依据对材料在纳米尺度进行限制的原理，将微尺度3D打印方法划分为两大“门派”：实体和虚拟喷嘴（图1）。最早出现并使用实体喷嘴的方法是墨水书写（DIW），其后续更新和发展，催生了电流体喷射的EHD以及基于弯液面流体控制的直写方法。而基于虚拟喷嘴的方法无需任何实物接触，通过电场、磁场或激光等远程力来诱导材料的定向沉积，摆脱了物理喷嘴造成的空域限制，具有更高精度和灵活性。
作者重点探讨了3D纳米打印技术与当前以光刻为主导的微纳制造体系的融合潜力，甚至在未来实现替代的可能性。通过对比分析不同技术的规模化可行性、多材料兼容性、原子精度等关键指标，综述评估了各类方法的产业化潜力，并结合微电子和微纳光学器件的实际应用案例进行了深入讨论。同时，文章也强调了纳米级3D打印目前尚存的诸多挑战，包括难以达到高分辨率的规模化生产、材料纯度控制以及后续加工成本高昂等问题。为应对这些挑战，文中提出了通过人工智能优化打印流程、开发新型材料及混合制造策略等方法，以进一步释放纳米级3D打印的潜力。
文章总结了纳米级3D打印技术的长期潜力，并展望了它在学术界和工业界可能产生的深远影响。通过不断优化材料选择和制造工艺，这项技术有望成为第四次工业革命的重要驱动力，改变医疗、能源、微纳光学和集成电路领域的微纳器件的设计和制造方式。
论文共同第一作者是上海科技大学物质科学与技术学院博士研究生殷钰祥与刘柄言，通讯作者为冯继成教授，上海科技大学为唯一完成单位。
论文标题：Nanoscale 3D printing for empowering future nanodevices
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202500083
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