師者・新科創
在南京工業大學，有這樣一批青年教師，他們以熱愛為起點、以堅韌為基石，秉持「頂天立地」的科研追求——既面向國家重大需求，又紮根產業一線回應實際需求，堅持把論文寫在車間里、寫在裝置上、寫在產品中，以科技服務社會，讓每一次探索都成為賦能發展的力量、惠及民生的微光。
官微特開闢「師者・新科創」專欄，走近那些深耕科研一線的青年力量，聆聽他們的創新故事，見證其紮根大地、科技報國的生動實踐！
手機日益輕薄、晶元性能持續躍升，這對微電子器件內部連接線路的尺度與精度提出更高要求。近日，在第10屆「科創江蘇」創新創業大賽路演中，依託「納鑄智創—高精度金屬納米電化學3D列印技術」項目技術成果，機械與動力工程學院張彥老師團隊研發的納米電化學3D印表機，正「吐」出直徑僅100-300納米的金屬液柱——這些細如髮絲的「微納橋樑」，能精準架設於微電路之間，破解傳統技術在尺度、精度與成本上的多重困境，有效應對上述挑戰。最終，該項目斬獲大賽裝備製造領域一等獎。
左起第二為張彥
「精微」製造破局：用電壓「牽出」納米未來
傳統金屬3D列印在納米尺度下顯得「力不從心」——極限列印尺度在800-900納米左右，難以滿足微電子器件的精細需求。但在張彥團隊的設備中，溶液液滴在電場牽引作用下形成納米「泰勒錐」，經科研人員精準調控電壓，牽引出的液柱直徑能縮小至100-300納米，再通過電化學反應，成功實現純銅、純銀及銅銀鋅合金等金屬微結構的3D列印。
這項技術是張彥團隊歷經近十年科技攻關的重要成果。自2017年起，他從前沿科技領域某微納增材項目入手，瞄準了行業的核心痛點：國外用激光增材或金屬顆粒噴印技術，不僅設備和列印成本極高，且列印精度難以突破納米極限。為實現低成本、納米級列印技術與裝備的國產化自主可控，張彥帶領團隊另闢蹊徑，創新性地融合電化學與電流體技術，通過萬分之一電壓精準調控來實現列印液柱納米尺度精確可控。
「前沿技術走向產業應用，關鍵挑戰在於成熟穩定的工藝與裝備。」回顧研發過程，張彥印象深刻：環境溫度和溶液粘度的微小波動，都會影響列印液柱的尺度、精度；電壓稍高，牽引射流便會霧化散逸；電壓略低，液體無法順利噴出。團隊通過逐參數調試、逐變數排查，歷經無數次失敗，才攻克了工藝和裝備研究困境，成功研製如今穩定的列印工藝和裝備。該設備和製造成本明顯低於國內外同類產品，未來將廣泛用於納米探針與電路連接，助力電子產業「精細化」升級。
「增材」賦能國之重器：
給關鍵裝備「穿好防護衣」
「科研不能只停留在實驗室，要真正解決實際問題。」張彥的這句話，體現在他對國家戰略需求的精準響應上。今年八月，他帶領團隊研發的「光刻+電化學增材」技術，正式交付給合作單位，應用於行業發動機的關鍵部件——該技術能夠在零件表面構建一層超疏水層，如同荷葉般使水滴迅速滾落，從而有效防止水結成冰，避免因冰層脫落損傷發動機葉片，為「國之重器」披上一件可靠的「防護衣」。
這項技術的研發始於2018年。當時合作單位提出需求：傳統非金屬防冰塗料疏水性不足，且塗層易磨損、壽命短。受自然界「微納凸起」結構超疏水現象啟發，張彥老師想：「能否給零件表面『種』上規則排列的金屬陣列結構，形成類似荷葉表面的絨毛狀結構？」基於這一思路，團隊利用光刻技術在零件表面光刻膠上刻出精密鏤空圖案，再通過電化學沉積方法，使金屬在預設位置「長」出微納尺度疏水陣列結構。該工藝可一次性成型成千上萬個微凸起結構，使表面疏水角提升至150-160度，遠優於非金屬疏水塗層，使用壽命更是提升數倍。
從微納增材製造技術走向航空發動機的實際應用，張彥始終錨定「國家需求」，逐步構建起「材料-工藝-設備」的完整研發鏈條。目前，團隊正進一步探索立體集成電路納米增材製造技術。「我們致力於將平面電路立體堆疊，通過納米增材實現立體電路逐層列印，力爭突破摩爾定律限制，為中國晶元領域的自主發展貢獻力量。」
科研育人結碩果：
把創新的種子播進學生心裡
「機械製造遠不只是車銑刨磨，激光、電化學等前沿技術更是機械製造領域未來的方向。」在「機械製造工藝」課堂上，張彥使用的是2023年自己主編的教材《機械製造技術基礎》，該教材打破傳統教材的框架，將納米製造、增材製造等最新科研成果融入教學，讓學生接觸到機械製造領域最前沿的知識和案例，激發學生運用所學知識打造「國之重器」的動力與決心。
在科研指導中，張彥更是秉持因材施教、全程賦能的理念。機械（國）2302班瞿嘉欣在參加「微納電火花-電解複合加工機理的探討」大創項目時，張彥老師不僅引導她確立了以「超低電導率鹽溶液電火花-電化學複合加工」的創新方向，還親自帶領她設計研究方案、開展實驗研究；在撰寫專利階段，他更是針對每一個創新點，與團隊反覆打磨、優化，直至方案達到最優。瞿嘉欣感慨道：「張老師不僅是導師，更是引路人。他讓我明白，本科生同樣可以做出有價值的科研成果。」
這只是張彥因材施教的一個縮影：對於思維靈活的學生，他鼓勵其牽頭創新課題；對動手能力強的學生，重點指導其進行實驗操作。「我本科階段幾乎沒有接觸過科研，起初連文獻都讀不懂。」機械學院研究生二年級學生王坤說，張老師會逐句講解論文中的技術原理，並帶著他參與項目書撰寫。當發現王坤對材料工藝感興趣時，張老師便將「純銀納米列印」子課題交給他獨立負責。如今，王坤已經在行業知名期刊發表學術論文一篇，申請專利一項。他坦言：「跟著張老師從事科研一年多，我發現自己不僅提升了能力，做事也更加踏實了。」
「看到學生熱愛科研，成長為有擔當、能扛事的人才，比自己取得成果更令人欣慰。」自2016年博士畢業入職南京工業大學以來，張彥始終堅守在科研與育人一線，一方面，致力於特種加工、微納製造等增材領域的技術與工藝研發，服務社會發展；另一方面，將前沿技術與科研的種子一同播撒在學生心中，助力學生成長成才。「做出服務國家的技術，培養持續奮鬥的人才」，他所從事的不僅是「增材」製造，更是「增才」育人。
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來源 | 機械與動力工程學院
采寫 | 朱琳
圖片 | 由受訪者提供
編輯 | 侯學遠、隆正萍（實習）
責任編輯 | 姜畔
