編者寄語：未來制造啥模樣？作為逼近理論極限性能的變革性制造技術(shù)，原子級制造是各國競相布局的路徑之一。原子級制造也是國內(nèi)有望與國際先進(jìn)“并跑”的領(lǐng)域之一，對我國保持產(chǎn)業(yè)鏈安全、競爭高端制造市場具有重要意義。

2024年9月底，工信部在南京舉辦的原子級制造創(chuàng)新發(fā)展座談會上，政企學(xué)研金各界代表，共同探討國內(nèi)原子級制造從“萌芽”到落地的更多可能性。

會議聚焦原子級制造未來產(chǎn)業(yè)，重點圍繞《原子級制造創(chuàng)新發(fā)展實施意見（2025—2030年）》（討論稿）(以下簡稱“實施意見”)開展了深入的研討。

會議由工業(yè)和信息化部高新技術(shù)司主辦，國家發(fā)展和改革委員會高技術(shù)司和16個地方科技、工信主管部門領(lǐng)導(dǎo)，以及國家開發(fā)銀行、中國電子科技集團有限公司、中國工程物理研究院、國家制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級基金股份有限公司、華為技術(shù)有限公司、國儀量子技術(shù)（合肥）股份有限公司、南京大學(xué)、東南大學(xué)、天津大學(xué)等單位代表參加座談會。

會議得到江蘇省工業(yè)和信息化廳、南京市人民政府、機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所的支持協(xié)助。

 

何為“原子級制造”？

原子級制造是以原子級精度進(jìn)行“去除”加工或 “增材”制造，進(jìn)而產(chǎn)出具有原子級特定結(jié)構(gòu)特征的器件產(chǎn)品，在未來制造、未來信息、未來材料、未來能源、未來空間和未來健康等方向有著豐富的應(yīng)用場景，有望催生萬億規(guī)模新市場。

原子級制造，是工信部確立的六大未來方向之一——未來制造的重點領(lǐng)域，是指按原子尺度結(jié)構(gòu)或原子精度產(chǎn)品加工的制造業(yè)。相較傳統(tǒng)制造，原子級制造是一種極限小尺度、極限高精度和從制造走向創(chuàng)造的制造終極形態(tài)。

原子級制造有多強？

一方面，它的測控能力達(dá)到物質(zhì)世界基本單元——原子，是當(dāng)代微電子制造和超精密加工的尺寸微縮極限；另一方面，它掌握了原子的操控能力，將具備從原子直接搭建分子、材料、器件甚至系統(tǒng)的能力，從而打開創(chuàng)造大量新物質(zhì)新材料的終極密碼。以集成電路行業(yè)為例，如果能實現(xiàn)單原子特征的芯片，其尺寸、功耗可降低至當(dāng)前的千分之一以下，計算能力則提升千倍以上。

原子級制造的應(yīng)用前景廣闊，是下一代超精密制造的重要發(fā)展方向，也是材料與制造領(lǐng)域的必然趨勢。南京大學(xué)原子制造研究院院長宋鳳麒認(rèn)為，“原子級制造有望將制造的結(jié)構(gòu)、尺寸全面提升至原子極限水平，是世界主要大國近年來競相布局的先進(jìn)制造‘未來域’，是我國必須掌握的核心‘根技術(shù)’。”

當(dāng)前，各國對原子級制造的研究堪稱“并駕齊驅(qū)”。記者從會上了解到，我國把原子級制造作為引領(lǐng)制造業(yè)跨越趕超的新賽道，加以研究部署——工信部提出，要聚焦原子級制造等領(lǐng)域，實施一批科研攻關(guān)項目，突破一批關(guān)鍵核心技術(shù)，形成一批標(biāo)志性產(chǎn)品，取得一批標(biāo)志性成果，建設(shè)一批企業(yè)孵化器，從前瞻性布局逐步進(jìn)入實質(zhì)性推進(jìn)。

我們有何先發(fā)優(yōu)勢？

制造是中國的“看家本領(lǐng)”，我國在原子級制造技術(shù)領(lǐng)域同樣擁有較好的研究基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，是全球最早布局開展原子級制造技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化的地區(qū)之一。

“早在1984年，南京大學(xué)王廣厚院士就開始研究原子團簇物理技術(shù)，是國內(nèi)最早研究該領(lǐng)域的科學(xué)家之一。”省科技廳高新處副處長張迪告訴記者，南京大學(xué)是全國原子級制造研究的重要基地，在二維材料電路、原子級催化材料等方向率先作出探索，東南大學(xué)在原子級制造檢測、蘇州大學(xué)在表界面原子分析組裝等細(xì)分領(lǐng)域也均有建樹。

“重量級”平臺機構(gòu)相繼出現(xiàn)。南京大學(xué)成立全國首個原子制造創(chuàng)新研究中心，設(shè)立原子制造研究院，正在籌建該領(lǐng)域的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。東南大學(xué)、蘇州大學(xué)、蘇州實驗室也都成立或籌建原子級制造相關(guān)機構(gòu)。

在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，一批國內(nèi)企業(yè)也在嘗試“破冰”——

透射電鏡設(shè)備是原子級制造的重要觀察分析儀器之一。廣州慧炬科技TH120這款120千伏場發(fā)射透射電鏡產(chǎn)品能夠研發(fā)成功，很大原因在于其技術(shù)的積累，并組建起一支包括電子光學(xué)、電子電路、電氣控制、機械、軟件等專業(yè)的強大技術(shù)隊伍。

不少細(xì)分領(lǐng)域已有初步積累。無錫的微導(dǎo)納米公司是國際領(lǐng)先的原子層沉積加工企業(yè)，去年產(chǎn)值超過60億元；南京的原磊納米公司主攻應(yīng)用于半導(dǎo)體制造的原子層沉積設(shè)備……

工信部已將原子級制造作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的13個重點方向之一。“我們將重點支持南京、蘇州、無錫等有條件的地區(qū)加快原子級制造領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化、示范應(yīng)用場景推廣，爭創(chuàng)國家未來產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)。”

下一步，將在廳“1650”協(xié)同攻關(guān)項目中積極納入原子級制造相關(guān)技術(shù)攻關(guān)項目，發(fā)動企業(yè)參與申報工信部原子級制造“揭榜掛帥”任務(wù)。同時，全力支持原子級制造創(chuàng)新人才團隊建設(shè)，為搭建產(chǎn)業(yè)生態(tài)積蓄力量。

戰(zhàn)略節(jié)點上瓶頸如何突破？

應(yīng)用前景廣闊并取得一批早期成果，但國內(nèi)外原子級制造尚處于“萌芽”和產(chǎn)業(yè)化初期階段，從科學(xué)原理、關(guān)鍵技術(shù)，到原子級制造所需的科學(xué)儀器、加工裝備，都存在大量瓶頸問題亟待解決，全面實現(xiàn)原子級制造還需長期努力。

中國科學(xué)院院士、廈門大學(xué)教授謝素原舉例說，早在上世紀(jì)80年代就有人提出操控原子，但“原子沒那么聽話”，技術(shù)層面很有難度，至今沒有根本性突破，中國在這方面沒有絕對優(yōu)勢，因此尤其需要加強對基礎(chǔ)理論的研究。

當(dāng)前，原子級制造正處于從點的突破邁向系統(tǒng)能力提升的關(guān)鍵戰(zhàn)略節(jié)點，如何加速突破這一“轉(zhuǎn)型期”？

中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)副校長鄭海榮建議，原子級制造涉及機械、材料、物理、化學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，要提前布局，借鑒已成熟的產(chǎn)業(yè)培育模式，強化原子級制造戰(zhàn)略力量建設(shè)，培養(yǎng)跨學(xué)科的交叉復(fù)合型人才和工程型人才，推進(jìn)校企融合發(fā)展。

國儀量子技術(shù)（合肥）股份有限公司董事長賀羽建議，進(jìn)一步支持國產(chǎn)儀器設(shè)備采購，在推動大規(guī)模設(shè)備更新的政策下，鼓勵財政經(jīng)費優(yōu)先購買國產(chǎn)儀器，并向國產(chǎn)科學(xué)儀器采購方提供和進(jìn)口儀器同樣的稅惠政策。

當(dāng)天，與會人士圍繞原子級制造創(chuàng)新發(fā)展實施意見草案開展討論，一致認(rèn)為，搶占原子級制造發(fā)展先機，要發(fā)揮好新型舉國體制的優(yōu)勢，改變過去單點自由探索的狀況，組織好各優(yōu)勢單位圍繞共同目標(biāo)攻關(guān)研究，從而為全面支撐我國高端制造能力跨越式發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)和原始推動力。

“原子級制造處在全球‘齊跑’階段，每一步都是全新探索，這是機會也是挑戰(zhàn)。”機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所所長歐陽勁松意味深長地說，“實施意見發(fā)布讓人期待，這正是我國原子級制造走出的‘關(guān)鍵一步’！”

工業(yè)和信息化部高新技術(shù)司陳彥丞副司長強調(diào)，要深刻領(lǐng)會習(xí)近平總書記關(guān)于推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合的指示，準(zhǔn)確把握發(fā)展原子級制造未來產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略意義，形成以產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新帶動理論創(chuàng)新、技術(shù)突破、產(chǎn)品研發(fā)一體化貫通式發(fā)展模式，加快原子級制造科技創(chuàng)新引領(lǐng)。

發(fā)展原子級制造為國產(chǎn)高端儀器前沿技術(shù)突破和市場拓展帶來新機遇。一方面，原子級制造離不開制造過程檢測和產(chǎn)品性能表征的高端儀器，超高時空分辨成像、原子級制造過程表征、制造裝備狀態(tài)感知等儀器是實現(xiàn)原子級制造的關(guān)鍵測量裝備；

另一方面，通過原子級制造能夠創(chuàng)新出超高性能的新型傳感器和儀器，例如超高精度半球陀螺、超靈敏生化傳感器和量子測量儀器等。

在布局原子級制造未來產(chǎn)業(yè)中，國產(chǎn)高端儀器不可或缺。可以預(yù)見，原子級制造必將成為國產(chǎn)高端儀器行業(yè)發(fā)力的新領(lǐng)域，是國產(chǎn)高端儀器創(chuàng)新發(fā)展的新賽道。