工業微波干燥/膨化裝備。

3D打印微波固化設備。

微波解凍裝備。圖片均由受訪者提供

　　人類是如何實現從古時的“烽火狼煙”到現在的“視頻通話”？不用水沖、不用手擦，如何“洗”掉金屬片上的斑斑鏽跡？高溫低壓的爐子裡，當微波遇上甲烷氣體，一顆鑽石又是如何生成？

　　在四川大學望江校區東門口，有一棟年代久遠的科研大樓，灰褐色的外觀，斑駁的牆體，平平無奇的外表下，藏著一個“機械夢工廠”。在這裡，大到生產線，小至微波爐，沙琪瑪非油炸膨化機、煙草桔梗處理器、半導體清洗裝備等，這些看似八竿子打不著的機械，都是在這裡設計、組裝、測試，最后在生產車間運行投用。

　　近日，記者到四川大學探訪“機械夢工廠”——微波能量創新應用實驗室，看看這裡有哪些神奇之處。

　　探奇

　　“機械夢工廠”長啥樣？

　　走進四川大學電子信息學院科研大樓，教授朱鏵丞直接帶記者往地下鑽。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境要求的物質？

　　“不！下面空間大，可以堆放設備。”朱鏵丞直白地打碎記者幻想。

　　穿過一扇防盜門，與印象裡潔白整齊庄嚴的實驗室不同，眼前這個實驗室更像是一間“打鐵鋪”。環顧四周，濃厚的原始工業風扑面而來——長長短短的線路四處連接，大大小小的金屬工具擺放在台面，形態各異的機械隨處可見。正在測試器械的實驗員，沒有白大褂、護目鏡，身著簡單的T恤衫運動褲，一番行雲流水地操作，機械發出轟鳴，開始運轉。

　　就是這間平平無奇的實驗室，誕生出許多“國際首創”“國內首台”。也是在這裡，高大上的微波技術，“隱藏技能”被實體化，誕生了很多“接地氣”的生活應用。

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

　　基於微波的這些特點，微波技術廣泛應用於雷達、導航、遙感及電視等方面。如今能實現視頻通話，就是以微波為載體傳輸信號。

　　微波能量創新應用實驗室由四川大學電子信息學院院長楊陽、教授朱鏵丞兩位青年學者帶隊，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值模擬、微波能工業應用等領域開展人才培養、科學研究和技術成果轉化。

　　早在20年前，微波與通信已是熱門科研選題，包括清華大學、電子科技大學等高校都投入大量人力物力鑽研。在不具備優勢的情況下，四川大學另辟蹊徑，在國內率先開始微波能量載體研究。“核心課題是微波與物質之間的相互作用。”楊陽表示，“需要經年累月的實驗積累。”

　　探新

　　微波賦予材料“超能力”

　　劉慈欣在小說《中國太陽》中構想了這樣一個裝置：一個在太空中的巨大鏡子，能夠通過反射太陽光調節區域氣候。這個科幻作家腦海裡的“太空三峽”，靠什麼將太陽能所發的電輸送到地球上？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”的問題。楊陽解析，隻要波段選擇適當，受雲層、大氣的影響就較小，加之它具有穿透性，便於送能。

　　前段時間，阿迪達斯一款3D打印一體鞋曝光，引發市場熱議。但高昂的價格，讓不少人望而卻步。3D打印鞋價格昂貴，關鍵點在生產效率。“3D打印鞋目前通過機器逐層生產”，生產時間長、產量有限，朱鏵丞表示，3D打印鞋要“飛入尋常百姓家”，需要批量化生產。

　　如何解決量產問題？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裡，類似於超大型的微波爐，直接加熱作用，即可實現批量生產。

　　一點點甲烷氣體，一夜之間從薄薄的一片長成一顆完整的鑽石，如何實現？微波等離子體。

　　需要把一片鑽石晶種置於裝置的減壓室中，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，碳原子就像“雨”一樣落在鑽石晶種上，沉積生長，高純度的鑽石就能在一夜之間“長”出來。

　　以上這些新奇的微波妙用，是微波能量創新應用實驗室正在進行的探索。

　　這間“機械夢工廠”，利用微波特性，為材料賦予“超能力”，再根據需求方的要求，定制化制造出各類機器，應用於工業生產上。目前，實驗室已形成了相關專利池，成功轉化專利14項，應用於美的、中核和瑞士雀巢等企業。實驗室在微波的工程實踐應用上，更是全國最具有影響力的實驗室之一。

　　探趣

　　實驗室裡有哪些好玩的機械？

　　●精准加熱的微波爐

　　日常使用微波爐熱飯，總會出現有冷有熱的情況。這是微波特有的屬性。因為微波具有波的特性，在腔體內分布時，呈現能量強弱的變化，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。”朱鏵丞說道。

　　加熱均勻最考驗設備參數。設想，批量的物品在超大的微波爐內加熱，每個東西放置的位置不同，保障加熱均勻，要讓不同來源的微波有新的重合。

　　一般家用微波爐有一個微波源，而實驗室這台定向加熱微波爐，設計了六個微波源。六個微波源之間相互作用，改變腔內能量分布。如此，就可以隨意調節腔內不同區域加熱物品的溫度。

　　朱鏵丞將4杯水放入微波爐中，簡單設置一下，每杯水精准達到了指定溫度。“該設備目前已走入市場，進入普通人家中。”

　　●非油炸的膨化機

　　“接地氣”應用不隻於此。在實驗室工廠，還有一台食品加工設備——沙琪瑪膨化機，與普通的生產線並無二致。流程簡單，需要將沙琪瑪的原料生面段放到輸送台上，進入加工機器裡，最快半分鐘，出來時，已經呈現膨化狀態。

　　設備原理是利用微波輻射加熱，使面段中的水分吸熱汽化，帶動食品物料組織迅速膨化，變得鬆軟、口感酥脆。微波加熱速度快，所需時間為常規方法的1/4，設備連續生產，能源僅使用電，讓沙琪瑪徹底告別油炸。

　　同樣的原理，利用微波加熱由內而外的特性，不通過油炸即可膨化物體，團隊將機械稍加改良，即可用於煙梗處理。

　　要知道，煙梗佔葉重的25%—30%，作為煙草生產大國，我國每年有數十萬噸煙梗被棄置浪費。隻需將其通過微波加熱迅速膨化，體積擴大2至3倍，膨化后的煙梗顆粒在卷煙配方中應用，卷煙燃燒性能提高，木質氣味減少，降低卷煙氣中的焦油量。

　　●不用“水洗”的芯片“洗衣機”

　　實驗室還研制了用於芯片制造過程的微波等離子體清洗裝備，解決了“中國芯”關鍵難題。

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

　　實驗室根據前期研究，擁有多項“殺手锏”——等離子體在線式參量測量技術、基於參數等效的三維微波等離子體多物理場仿真方法，這些技術解決了大面積微波等離子體高效率、高均勻性設計難題，衍生出用於多款高性能微波等離子體清洗裝備。

　　隻需要將帶有光刻膠的晶圓放入設備中，高性能微波等離子體將氧氣電離，變成氧化性非常強的氣體。此時，在低溫下，光刻膠變成了水、一氧化碳、二氧化碳。相比於傳統射頻等離子體，該裝備反應更快，對晶圓的損傷更小，完全滿足干法清洗的要求。

　　基於這一成果，實驗室“揭榜”成都市、合肥市科技項目，項目金額總數1300萬元，開發了國內首套全國產化、用於半導體鍵合的高性能微波等離子體清洗裝備。

　　目前，該設備達到生產線要求，有望進一步拓展其在先進封裝和先進制造領域的應用，為半導體生產裝備的國產化提供有力支撐。

□四川日報全媒體記者 蘭珍

分享讓更多人看到