[纳米艺术如何施展身手？] 复郎施(北京)纳米科技有限公司

　　纳米艺术属于先锋艺术，是近年来随着纳米科技的发展而派生的一门新兴的学科分支。在该艺术学科领域内，借助扫描探针显技术、电子显微镜技术、电子/离子/光子束、化学气相催化技术、自组装技术、计算机分子建模与模拟技术等，微纳米科学家在短短的几年内已经取得了丰硕的艺术成果。一批批优秀的所谓纳米绘画、纳米雕塑、纳米声乐，乃至纳米视频作品在各种科学艺术大赛中脱颖而出，并吸引了越来越多科学家和艺术家的眼球。
　　“DNA鸭子”与“纳米猛兽”
　　在《纳米艺术概论》一书中，纳米艺术被定义为“使用纳米技术手段、方法创作的，纳米尺度或反映纳米题材的艺术”。在微纳米艺术作品中，纳米画与纳米浮雕的区分已经很模糊了，对于由若干个分子或者是原子在基体材料表面拼成的图形，实际上我们已经很难说它是浮雕或者是纳米画。尽管如此，我们仍然可以将微纳米动物艺术作品分为平面的微纳米动物绘画、浮雕和雕塑。
　　科学家采用原子力显微镜探针，拨动DNA分子链在材料基体表面上拼绘的“DNA鸭子”，是一张扫描探针显微镜（SPM）的照片；DNA鸭子的轮廓线宽度为10余纳米，鸭子身高几百纳米，立体度很小，故可以归结为纳米画范畴。美国犹他大学机械工程系学生Ecsedy与该校艺术技术交叉研究中心合作的纳米浮雕作品，作品中的“纳米猛兽”，采用聚焦的电子束在材料表面“雕刻”而成。整个动物的身高为几百微米，立体度为百十微米。
　　从制作工艺来看，微纳米动物艺术作品可以分为传统手工艺的作品和微纳米加工技术的作品。基于传统手工艺的代表是当代英国微雕大师Willard Wigan创作的《针孔里的车马》。整个马车的长度约一毫米，马的腿、尾巴、耳朵等细节的尺寸仅为百微米。该微雕作品的创作过程实际上和宏观的雕刻作品相似，只不过创作或欣赏过程中均需要高倍的显微镜，同时，它的创作对雕刻的工具也有很高的要求。基于微纳米加工技术的的作品创作时通常需要扫描探针显微镜，或能够产生聚焦的离子/电子束设备，同时还对实验条件有苛刻要求。
　　从作品的尺度来讲，微纳米动物艺术作品可以分为百微米量级的以及微纳米量级的两大类。一般来说，基于传统手工艺的作品大都属于百微米量级的，这些作品的整体尺寸近乎毫米量级，但局部细节属于百微米量级。基于微纳米加工技术的作品则大多属于微纳米量级。百微米量级的作品通常在高倍的光学显微镜下就能看得清楚，而要欣赏微纳米量级的作品，则通常需要分辨率更高的电子显微镜，甚至扫描探针显微镜。
　　从计算机虚拟与现实的角度来看，微纳米动物艺术作品可以分实际的纳米动物作品和计算机虚拟设计的作品。
　　从作品的创作机理来看，微纳米动物艺术作品可分为基于物理方法和化学方法的作品。一般来说，传统手工创作的作品大多属于物理方法；另外，依靠扫描探针显微镜的探针，拨动纳米颗粒、分子，或者在材料基体表面刻画出动物的形象等，也属于物理方法。从作品创作的必然性和偶然性来看，又可分为有意识的，以及偶然间得到的作品。
　　针孔里的车马
　　传统的微雕技术：微雕艺术作品通常都是在高倍的光学显微镜下完成的。以《针孔里的车马》为例，为了制作针眼中的车马，作者使用极其微小的刻刀对金颗粒、砂糖或者沙粒进行微雕；雕刻这些作品时，注意力要高度集中，呼吸均匀，并利用两次心跳的间隔来工作；微雕完成后，再移植到针孔中去。整个创作过程中，任何细微的失误都会导致整个创作的失败。
　　离子/电子束刻蚀技术：采用电磁场加速和聚焦带电的离子或电子，进而可对材料的表面进行刻蚀，由于离子和电子的德布罗意（物质波）波长很短，因而刻蚀精度更高。离子/电子束光刻主要包括聚焦离子/电子束刻蚀和离子/电子投影刻蚀等。遗憾的是，离子/电子束刻蚀技术效率低下，很难在实际生产中得到应用，但这并不妨碍科学艺术家用它开展纳米雕刻艺术创作。
　　双光束聚合技术：近年来，一种被称作“双光束聚合”的技术已经被发展到三维纳米构型的加工，并被用于材料表面微观塑像的构建。最为典型的当数日本科学家的雕刻作品《纳米公牛》。该纳米牛的高度与红血球直径相当，高约数十微米。在纳米公牛像的制造过程中，科学家使用两股激光射线照射浸在合成树脂溶液中的材料表面，溶液中只有被两股激光射线交叉照射到的那部分树脂才凝固起来，形成雕塑件的“部件”，这样的部件的精度为120纳米。
　　扫描探针显微镜技术：上世纪80年代，扫描探针显微镜（SPM）的发明使人们对物质世界的认识与改造深入到了原子和分子层次。现在SPM已经发展为一大类型的显微技术，包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜、扫描力显微镜、近场光学显微镜、弹道电子发射显微镜、热扫描显微镜和静电力显微镜等。SPM不仅可以对材料表面进行微观成像，还能对材料表面进行微加工，因此被科学家誉为纳米世界的“眼”和“手”。
　　化学催化气相沉积技术：美国伦斯勒工业大学约翰·哈特教授使用大约1.5亿根纳米碳管制作了一组花花公子的兔子画像，每个微型兔子头像包含上亿个纳米碳管，这些纳米碳管像丛林中的树木一样垂直地排列着，每个纳米碳管都是中空圆柱体结构，其直径仅为人体头发的五万分之一。
　　计算机纳米工程建模技术：计算机辅助纳米工程设计软件是近几年才出现的新生事物。这些软件是依据生命科学、物理化学、分子物理力学等工程原理来构建纳米器件的综合设计工作平台，软件充分体现了纳米器件“从上到下”及“从下到上”的设计思想。这些软件为创作包括纳米动物形象在内的纳米艺术作品提供了平台。目前，许多纳米艺术家利用这些软件，开展了纳米艺术创作的尝试。
　　除了上述的各种技术以外，科学家还用聚焦离子束－气相沉积法制造了微纳米级的体育馆；用纳米压印与纳米打印技术绘制了各种纳米级的图案。
　　纳米动物艺术作品的创作是一个多学科交叉的过程，涉及到化学、物理、材料、微加工、计算机技术和微电子等学科，而其成像却又要依赖高倍的光学显微镜、电子显微镜，乃至扫描探针显微镜。随着科学家和艺术家的不断介入，以及一些纳米技术的不断成熟，纳米动物艺术作品创作中人的主观能动性日益增大。值得一提的是，最近，美国宾夕法尼亚州的鉴定专家和艺术家J.Sha受人委托制作了几件纳米作品，用于商品防伪。这些作品包括纳米鱼、纳米恐龙等动物形象。由于这些微型的防伪商标尺寸小，制作和鉴定需要高科技纳米技术或高倍显微镜系统，因此，这些纳米图案可望成为安全性级别最高的防伪商标。