納米藝術如何施展身手？

納米藝術屬于先鋒藝術，是近年來隨著納米科技的發展而派生的一門新興的學科分支。在該藝術學科領域內，借助掃描探針顯技術、電子顯微鏡技術、電子/離子/光子束、化學氣相催化技術、自組裝技術、計算機分子建模與模擬技術等，微納米科學家在短短的幾年內已經取得了豐碩的藝術成果。一批批優秀的所謂納米繪畫、納米雕塑、納米聲樂，乃至納米視頻作品在各種科學藝術大賽中脫穎而出，并吸引了越來越多科學家和藝術家的眼球。

“DNA鴨子”與“納米猛獸”

在《納米藝術概論》一書中，納米藝術被定義為“使用納米技術手段、方法創作的，納米尺度或反映納米題材的藝術”。在微納米藝術作品中，納米畫與納米浮雕的區分已經很模糊了，對于由若干個分子或者是原子在基體材料表面拼成的圖形，實際上我們已經很難說它是浮雕或者是納米畫。盡管如此，我們仍然可以將微納米動物藝術作品分為平面的微納米動物繪畫、浮雕和雕塑。

科學家采用原子力顯微鏡探針，撥動DNA分子鏈在材料基體表面上拼繪的“DNA鴨子”，是一張掃描探針顯微鏡（SPM）的照片；DNA鴨子的輪廓線寬度為10余納米，鴨子身高幾百納米，立體度很小，故可以歸結為納米畫范疇。美國猶他大學機械工程系學生Ecsedy與該校藝術技術交叉研究中心合作的納米浮雕作品，作品中的“納米猛獸”，采用聚焦的電子束在材料表面“雕刻”而成。整個動物的身高為幾百微米，立體度為百十微米。

從制作工藝來看，微納米動物藝術作品可以分為傳統手工藝的作品和微納米加工技術的作品。基于傳統手工藝的代表是當代英國微雕大師Willard Wigan創作的《針孔里的車馬》。整個馬車的長度約一毫米，馬的腿、尾巴、耳朵等細節的尺寸僅為百微米。該微雕作品的創作過程實際上和宏觀的雕刻作品相似，只不過創作或欣賞過程中均需要高倍的顯微鏡，同時，它的創作對雕刻的工具也有很高的要求。基于微納米加工技術的的作品創作時通常需要掃描探針顯微鏡，或能夠產生聚焦的離子/電子束設備，同時還對實驗條件有苛刻要求。

從作品的尺度來講，微納米動物藝術作品可以分為百微米量級的以及微納米量級的兩大類。一般來說，基于傳統手工藝的作品大都屬于百微米量級的，這些作品的整體尺寸近乎毫米量級，但局部細節屬于百微米量級。基于微納米加工技術的作品則大多屬于微納米量級。百微米量級的作品通常在高倍的光學顯微鏡下就能看得清楚，而要欣賞微納米量級的作品，則通常需要分辨率更高的電子顯微鏡，甚至掃描探針顯微鏡。

從計算機虛擬與現實的角度來看，微納米動物藝術作品可以分實際的納米動物作品和計算機虛擬設計的作品。

從作品的創作機理來看，微納米動物藝術作品可分為基于物理方法和化學方法的作品。一般來說，傳統手工創作的作品大多屬于物理方法；另外，依靠掃描探針顯微鏡的探針，撥動納米顆粒、分子，或者在材料基體表面刻畫出動物的形象等，也屬于物理方法。從作品創作的必然性和偶然性來看，又可分為有意識的，以及偶然間得到的作品。

針孔里的車馬

傳統的微雕技術：微雕藝術作品通常都是在高倍的光學顯微鏡下完成的。以《針孔里的車馬》為例，為了制作針眼中的車馬，作者使用極其微小的刻刀對金顆粒、砂糖或者沙粒進行微雕；雕刻這些作品時，注意力要高度集中，呼吸均勻，并利用兩次心跳的間隔來工作；微雕完成后，再移植到針孔中去。整個創作過程中，任何細微的失誤都會導致整個創作的失敗。

離子/電子束刻蝕技術：采用電磁場加速和聚焦帶電的離子或電子，進而可對材料的表面進行刻蝕，由于離子和電子的德布羅意（物質波）波長很短，因而刻蝕精度更高。離子/電子束光刻主要包括聚焦離子/電子束刻蝕和離子/電子投影刻蝕等。遺憾的是，離子/電子束刻蝕技術效率低下，很難在實際生產中得到應用，但這并不妨礙科學藝術家用它開展納米雕刻藝術創作。

雙光束聚合技術：近年來，一種被稱作“雙光束聚合”的技術已經被發展到三維納米構型的加工，并被用于材料表面微觀塑像的構建。最為典型的當數日本科學家的雕刻作品《納米公牛》。該納米牛的高度與紅血球直徑相當，高約數十微米。在納米公牛像的制造過程中，科學家使用兩股激光射線照射浸在合成樹脂溶液中的材料表面，溶液中只有被兩股激光射線交叉照射到的那部分樹脂才凝固起來，形成雕塑件的“部件”，這樣的部件的精度為120納米。

掃描探針顯微鏡技術：上世紀80年代，掃描探針顯微鏡（SPM）的發明使人們對物質世界的認識與改造深入到了原子和分子層次。現在SPM已經發展為一大類型的顯微技術，包括掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描力顯微鏡、近場光學顯微鏡、彈道電子發射顯微鏡、熱掃描顯微鏡和靜電力顯微鏡等。SPM不僅可以對材料表面進行微觀成像，還能對材料表面進行微加工，因此被科學家譽為納米世界的“眼”和“手”。

化學催化氣相沉積技術：美國倫斯勒工業大學約翰·哈特教授使用大約1.5億根納米碳管制作了一組花花公子的兔子畫像，每個微型兔子頭像包含上億個納米碳管，這些納米碳管像叢林中的樹木一樣垂直地排列著，每個納米碳管都是中空圓柱體結構，其直徑僅為人體頭發的五萬分之一。

計算機納米工程建模技術：計算機輔助納米工程設計軟件是近幾年才出現的新生事物。這些軟件是依據生命科學、物理化學、分子物理力學等工程原理來構建納米器件的綜合設計工作平臺，軟件充分體現了納米器件“從上到下”及“從下到上”的設計思想。這些軟件為創作包括納米動物形象在內的納米藝術作品提供了平臺。目前，許多納米藝術家利用這些軟件，開展了納米藝術創作的嘗試。

除了上述的各種技術以外，科學家還用聚焦離子束－氣相沉積法制造了微納米級的體育館；用納米壓印與納米打印技術繪制了各種納米級的圖案。

納米動物藝術作品的創作是一個多學科交叉的過程，涉及到化學、物理、材料、微加工、計算機技術和微電子等學科，而其成像卻又要依賴高倍的光學顯微鏡、電子顯微鏡，乃至掃描探針顯微鏡。隨著科學家和藝術家的不斷介入，以及一些納米技術的不斷成熟，納米動物藝術作品創作中人的主觀能動性日益增大。值得一提的是，最近，美國賓夕法尼亞州的鑒定專家和藝術家J.Sha受人委托制作了幾件納米作品，用于商品防偽。這些作品包括納米魚、納米恐龍等動物形象。由于這些微型的防偽商標尺寸小，制作和鑒定需要高科技納米技術或高倍顯微鏡系統，因此，這些納米圖案可望成為安全性級別最高的防偽商標。