工業(yè)微波干燥/膨化裝備。

3D打印微波固化設(shè)備。

微波解凍裝備。圖片均由受訪者提供

　　人類是如何實(shí)現(xiàn)從古時(shí)的“烽火狼煙”到現(xiàn)在的“視頻通話”？不用水沖、不用手擦，如何“洗”掉金屬片上的斑斑銹跡？高溫低壓的爐子里，當(dāng)微波遇上甲烷氣體，一顆鉆石又是如何生成？

　　在四川大學(xué)望江校區(qū)東門口，有一棟年代久遠(yuǎn)的科研大樓，灰褐色的外觀，斑駁的墻體，平平無(wú)奇的外表下，藏著一個(gè)“機(jī)械夢(mèng)工廠”。在這里，大到生產(chǎn)線，小至微波爐，沙琪瑪非油炸膨化機(jī)、煙草桔梗處理器、半導(dǎo)體清洗裝備等，這些看似八竿子打不著的機(jī)械，都是在這里設(shè)計(jì)、組裝、測(cè)試，最后在生產(chǎn)車間運(yùn)行投用。

　　近日，記者到四川大學(xué)探訪“機(jī)械夢(mèng)工廠”——微波能量創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，看看這里有哪些神奇之處。

　　探奇

　　“機(jī)械夢(mèng)工廠”長(zhǎng)啥樣？

　　走進(jìn)四川大學(xué)電子信息學(xué)院科研大樓，教授朱鏵丞直接帶記者往地下鉆。記者好奇心一瞬間被勾起：暗黑的地下，難道要探秘有特殊環(huán)境要求的物質(zhì)？

　　“不！下面空間大，可以堆放設(shè)備。”朱鏵丞直白地打碎記者幻想。

　　穿過(guò)一扇防盜門，與印象里潔白整齊莊嚴(yán)的實(shí)驗(yàn)室不同，眼前這個(gè)實(shí)驗(yàn)室更像是一間“打鐵鋪”。環(huán)顧四周，濃厚的原始工業(yè)風(fēng)撲面而來(lái)——長(zhǎng)長(zhǎng)短短的線路四處連接，大大小小的金屬工具擺放在臺(tái)面，形態(tài)各異的機(jī)械隨處可見。正在測(cè)試器械的實(shí)驗(yàn)員，沒有白大褂、護(hù)目鏡，身著簡(jiǎn)單的T恤衫運(yùn)動(dòng)褲，一番行云流水地操作，機(jī)械發(fā)出轟鳴，開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　就是這間平平無(wú)奇的實(shí)驗(yàn)室，誕生出許多“國(guó)際首創(chuàng)”“國(guó)內(nèi)首臺(tái)”。也是在這里，高大上的微波技術(shù)，“隱藏技能”被實(shí)體化，誕生了很多“接地氣”的生活應(yīng)用。

　　微波是指頻率在 300MHz—300GHz之間的電磁波，具有穿透、反射、吸收三個(gè)基本特性。微波的波長(zhǎng)在1毫米到1米之間，具有似光性、非電離性和信息性等特點(diǎn)，微波的能量可轉(zhuǎn)化為熱量。

　　基于微波的這些特點(diǎn)，微波技術(shù)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、導(dǎo)航、遙感及電視等方面。如今能實(shí)現(xiàn)視頻通話，就是以微波為載體傳輸信號(hào)。

　　微波能量創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室由四川大學(xué)電子信息學(xué)院院長(zhǎng)楊陽(yáng)、教授朱鏵丞兩位青年學(xué)者帶隊(duì)，核心成員11人，圍繞著大功率微波源、微波等離子體多物理數(shù)值模擬、微波能工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域開展人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。

　　早在20年前，微波與通信已是熱門科研選題，包括清華大學(xué)、電子科技大學(xué)等高校都投入大量人力物力鉆研。在不具備優(yōu)勢(shì)的情況下，四川大學(xué)另辟蹊徑，在國(guó)內(nèi)率先開始微波能量載體研究。“核心課題是微波與物質(zhì)之間的相互作用。”楊陽(yáng)表示，“需要經(jīng)年累月的實(shí)驗(yàn)積累。”

　　探新

　　微波賦予材料“超能力”

　　劉慈欣在小說(shuō)《中國(guó)太陽(yáng)》中構(gòu)想了這樣一個(gè)裝置：一個(gè)在太空中的巨大鏡子，能夠通過(guò)反射太陽(yáng)光調(diào)節(jié)區(qū)域氣候。這個(gè)科幻作家腦海里的“太空三峽”，靠什么將太陽(yáng)能所發(fā)的電輸送到地球上？答案是微波。

　　微波能理想地取代天地間的那條傳輸線，解決“送”的問(wèn)題。楊陽(yáng)解析，只要波段選擇適當(dāng)，受云層、大氣的影響就較小，加之它具有穿透性，便于送能。

　　前段時(shí)間，阿迪達(dá)斯一款3D打印一體鞋曝光，引發(fā)市場(chǎng)熱議。但高昂的價(jià)格，讓不少人望而卻步。3D打印鞋價(jià)格昂貴，關(guān)鍵點(diǎn)在生產(chǎn)效率。“3D打印鞋目前通過(guò)機(jī)器逐層生產(chǎn)”，生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)量有限，朱鏵丞表示，3D打印鞋要“飛入尋常百姓家”，需要批量化生產(chǎn)。

　　如何解決量產(chǎn)問(wèn)題？用“微波爐”。

　　在3D打印高分子材料中，添加吸收微波的膠水，將上百雙鞋胚一起放入微波腔體里，類似于超大型的微波爐，直接加熱作用，即可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

　　一點(diǎn)點(diǎn)甲烷氣體，一夜之間從薄薄的一片長(zhǎng)成一顆完整的鉆石，如何實(shí)現(xiàn)？微波等離子體。

　　需要把一片鉆石晶種置于裝置的減壓室中，注入甲烷氣體，然后用微波電離，形成等離子體。氣體加熱到1000攝氏度左右時(shí)，碳原子就像“雨”一樣落在鉆石晶種上，沉積生長(zhǎng)，高純度的鉆石就能在一夜之間“長(zhǎng)”出來(lái)。

　　以上這些新奇的微波妙用，是微波能量創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行的探索。

　　這間“機(jī)械夢(mèng)工廠”，利用微波特性，為材料賦予“超能力”，再根據(jù)需求方的要求，定制化制造出各類機(jī)器，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上。目前，實(shí)驗(yàn)室已形成了相關(guān)專利池，成功轉(zhuǎn)化專利14項(xiàng)，應(yīng)用于美的、中核和瑞士雀巢等企業(yè)。實(shí)驗(yàn)室在微波的工程實(shí)踐應(yīng)用上，更是全國(guó)最具有影響力的實(shí)驗(yàn)室之一。

　　探趣

　　實(shí)驗(yàn)室里有哪些好玩的機(jī)械？

　　●精準(zhǔn)加熱的微波爐

　　日常使用微波爐熱飯，總會(huì)出現(xiàn)有冷有熱的情況。這是微波特有的屬性。因?yàn)槲⒉ň哂胁ǖ奶匦裕谇惑w內(nèi)分布時(shí)，呈現(xiàn)能量強(qiáng)弱的變化，就造成了加熱不均。

　　那如何把東西加熱均勻？“這就是考手藝的地方。”朱鏵丞說(shuō)道。

　　加熱均勻最考驗(yàn)設(shè)備參數(shù)。設(shè)想，批量的物品在超大的微波爐內(nèi)加熱，每個(gè)東西放置的位置不同，保障加熱均勻，要讓不同來(lái)源的微波有新的重合。

　　一般家用微波爐有一個(gè)微波源，而實(shí)驗(yàn)室這臺(tái)定向加熱微波爐，設(shè)計(jì)了六個(gè)微波源。六個(gè)微波源之間相互作用，改變腔內(nèi)能量分布。如此，就可以隨意調(diào)節(jié)腔內(nèi)不同區(qū)域加熱物品的溫度。

　　朱鏵丞將4杯水放入微波爐中，簡(jiǎn)單設(shè)置一下，每杯水精準(zhǔn)達(dá)到了指定溫度。“該設(shè)備目前已走入市場(chǎng)，進(jìn)入普通人家中。”

　　●非油炸的膨化機(jī)

　　“接地氣”應(yīng)用不只于此。在實(shí)驗(yàn)室工廠，還有一臺(tái)食品加工設(shè)備——沙琪瑪膨化機(jī)，與普通的生產(chǎn)線并無(wú)二致。流程簡(jiǎn)單，需要將沙琪瑪?shù)脑仙娑畏诺捷斔团_(tái)上，進(jìn)入加工機(jī)器里，最快半分鐘，出來(lái)時(shí)，已經(jīng)呈現(xiàn)膨化狀態(tài)。

　　設(shè)備原理是利用微波輻射加熱，使面段中的水分吸熱汽化，帶動(dòng)食品物料組織迅速膨化，變得松軟、口感酥脆。微波加熱速度快，所需時(shí)間為常規(guī)方法的1/4，設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)，能源僅使用電，讓沙琪瑪徹底告別油炸。

　　同樣的原理，利用微波加熱由內(nèi)而外的特性，不通過(guò)油炸即可膨化物體，團(tuán)隊(duì)將機(jī)械稍加改良，即可用于煙梗處理。

　　要知道，煙梗占葉重的25%—30%，作為煙草生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)每年有數(shù)十萬(wàn)噸煙梗被棄置浪費(fèi)。只需將其通過(guò)微波加熱迅速膨化，體積擴(kuò)大2至3倍，膨化后的煙梗顆粒在卷煙配方中應(yīng)用，卷煙燃燒性能提高，木質(zhì)氣味減少，降低卷煙氣中的焦油量。

　　●不用“水洗”的芯片“洗衣機(jī)”

　　實(shí)驗(yàn)室還研制了用于芯片制造過(guò)程的微波等離子體清洗裝備，解決了“中國(guó)芯”關(guān)鍵難題。

　　在芯片制造過(guò)程中，晶圓光刻前需要涂光刻膠，這種光刻膠如何快速、有效地被清洗干凈？

　　實(shí)驗(yàn)室根據(jù)前期研究，擁有多項(xiàng)“殺手锏”——等離子體在線式參量測(cè)量技術(shù)、基于參數(shù)等效的三維微波等離子體多物理場(chǎng)仿真方法，這些技術(shù)解決了大面積微波等離子體高效率、高均勻性設(shè)計(jì)難題，衍生出用于多款高性能微波等離子體清洗裝備。

　　只需要將帶有光刻膠的晶圓放入設(shè)備中，高性能微波等離子體將氧氣電離，變成氧化性非常強(qiáng)的氣體。此時(shí)，在低溫下，光刻膠變成了水、一氧化碳、二氧化碳。相比于傳統(tǒng)射頻等離子體，該裝備反應(yīng)更快，對(duì)晶圓的損傷更小，完全滿足干法清洗的要求。

　　基于這一成果，實(shí)驗(yàn)室“揭榜”成都市、合肥市科技項(xiàng)目，項(xiàng)目金額總數(shù)1300萬(wàn)元，開發(fā)了國(guó)內(nèi)首套全國(guó)產(chǎn)化、用于半導(dǎo)體鍵合的高性能微波等離子體清洗裝備。

　　目前，該設(shè)備達(dá)到生產(chǎn)線要求，有望進(jìn)一步拓展其在先進(jìn)封裝和先進(jìn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用，為半導(dǎo)體生產(chǎn)裝備的國(guó)產(chǎn)化提供有力支撐。

□四川日?qǐng)?bào)全媒體記者 蘭珍

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