小而美的微雕

沈海軍

你有沒有想過，從科研技術(shù)人員的實(shí)驗(yàn)室里，也能走出令藝術(shù)界震撼的精美藝術(shù)品？

近30年來，微納米技術(shù)的發(fā)展給傳統(tǒng)藝術(shù)帶來了巨大沖擊。小型化、微型化已成為當(dāng)代藝術(shù)作品的重要特征之一，人們希望借助于微納米等高科技手段，用極少的原材料或代價(jià)生產(chǎn)出更為豐富、更為精美的藝術(shù)作品。于是乎，敏銳的藝術(shù)家們借助顯微鏡和先進(jìn)的微納技術(shù)，在微觀尺度上嘗試人物塑像、人物雕刻、人物繪畫等創(chuàng)作。

早在中國清代，雅士張潮的《核舟記》就記載過早期微雕的雛形—在盈寸桃核舟上的乘客僅有米粒般大小，這種傳統(tǒng)刻刀雕琢藝術(shù)品的手工技藝，也成為中國重要的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)之一。

而今，微納米技術(shù)的發(fā)展，又給微雕藝術(shù)配備了更先進(jìn)的武器。2007年，意大利納米藝術(shù)家斯卡利（Scali）采用“光刻”技術(shù)制作的硅自由女神像雕塑，身高只有0.5毫米。微雕藝術(shù)如此吸引人，也許在未來，還能走出高閣，飛入尋常百姓家。那么，微納米技術(shù)究竟是怎樣在雕刻中運(yùn)用的呢？用微納米技術(shù)創(chuàng)造的藝術(shù)作品又有何不尋常？

極其艱難的手工微雕藝術(shù)

在現(xiàn)代手工微雕領(lǐng)域，最為杰出的代表應(yīng)當(dāng)數(shù)美籍華人金銀華和英國著名的微雕藝術(shù)家維拉德·威根。他們的微畫或微雕作品通常都是在光學(xué)顯微鏡下純手工完成的。

金銀華創(chuàng)作了《發(fā)絲上的美國總統(tǒng)》，為了能給在發(fā)絲表面完成的總統(tǒng)進(jìn)行彩色繪制，也著實(shí)費(fèi)了一番功夫。他專門用老鼠的胡須和雞毛桿特制了一種“鼠須筆”，同時(shí)將中國國畫的顏料精研成極其細(xì)微的微型畫顏料;接著，在數(shù)百倍的光學(xué)顯微鏡下，他用“鼠須筆”在發(fā)絲表面涂抹，并繪制出了鮮活的美國總統(tǒng)形象。整個(gè)過程，包括作品的欣賞，都需要借助高倍的光學(xué)顯微鏡方能完成。《發(fā)絲上的美國總統(tǒng)》這部作品現(xiàn)在看來沒有多大的技術(shù)含量，但是僅憑他只借助顯微鏡和刻刀完成這么復(fù)雜精巧的作品，已經(jīng)是一件了不起的創(chuàng)作。

金銀華的作品《發(fā)絲上的美國總統(tǒng)》

維拉德·威根創(chuàng)作的作品《針眼里的奧斯卡小金人》也有復(fù)雜的創(chuàng)作過程。他慣于使用極其微小的刻刀（微型手術(shù)刀）對(duì)金塊（有時(shí)候是砂糖粒或沙粒）進(jìn)行雕刻，刻刀的刃部尺寸大致為發(fā)絲粗細(xì)的1/7。創(chuàng)作時(shí)，雕刻者需要保持高度的注意力，甚至要呼吸均勻，抓住兩次心跳的間隔時(shí)間來工作。因此，在微雕作品的創(chuàng)作過程中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)哪怕有一丁點(diǎn)兒的失誤，就有毀掉整個(gè)作品的可能?？梢?，傳統(tǒng)的手工微雕或者微畫創(chuàng)作，不僅要求藝術(shù)家有嫻熟的技藝，同時(shí)也在考驗(yàn)著藝術(shù)家的耐心和毅力。

巧用離子束誘導(dǎo)微雕

微納制造技術(shù)的蓬勃興起也給傳統(tǒng)手工微雕領(lǐng)域注入了越來越多的新鮮血液，使越來越多精巧的藝術(shù)品能運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)手段，在科學(xué)與藝術(shù)的交融中誕生。

?維拉德·威根是英國著名微雕藝術(shù)家，以擅長(zhǎng)肉眼看不到的微型雕塑而聞名世界

離子束（FIB）刻蝕技術(shù)通過采用電磁場(chǎng)加速和聚焦帶電離子，能對(duì)硅等材質(zhì)的表面進(jìn)行刻蝕，是目前半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)加工的一種重要技術(shù)手段。相較于之前的手工微雕，離子束刻蝕在技術(shù)運(yùn)用上又進(jìn)了一步，然而遺憾的是，F(xiàn)IB刻蝕技術(shù)效率低，很難在實(shí)際生產(chǎn)中得到大規(guī)模的應(yīng)用。

鑒于離子束刻蝕中存在的弊端，日本學(xué)者松井真二對(duì)FIB刻蝕技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，提出離子束化學(xué)氣相沉積（FIB-CVD）技術(shù)。該技術(shù)需要在芳烴的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行，通常采用高能的鎵離子束輻照材料表面，誘導(dǎo)化學(xué)氣氛在材料表面的特定位置不斷沉積。應(yīng)用FIB-CVD技術(shù)雕塑作品，其一般的流程大致是：化學(xué)氣氛在材料表面的特定位置沉積時(shí)，先固定高能鎵離子束，在基體材料表面誘導(dǎo)形成一個(gè)基礎(chǔ)立柱;然后鎵離子束被移動(dòng)一個(gè)不超過立柱直徑的距離，靜止不動(dòng)直到在立柱頂端沉積出幾十納米厚度的階梯;繼續(xù)重復(fù)上述過程，就能使得沉積的材料層層疊加在前面沉積的結(jié)構(gòu)上;最終，在材料表面構(gòu)造出復(fù)雜的三維納米塑像來。

目前，利用該項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家們已經(jīng)制作了包括人物雕塑在內(nèi)的多種三維的復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)。

?FIB-CVD技術(shù)的工作原理：當(dāng)鎵離子極其緩慢地沿1-2-3-4路線掃描時(shí)，便會(huì)在立柱上沉積“生長(zhǎng)”出一個(gè)新的“枝杈”

知識(shí)鏈接 關(guān)于維拉德·威根的趣事

由于雕刻的作品太小，手的一次細(xì)微顫動(dòng)、呼吸、脈搏，甚至窗外的交通狀況都有可能影響到他的雕塑過程。因此雕刻過程中，維拉德·威根常常需要屏住呼吸。為了盡量減少外界因素對(duì)他的影響，維拉德·威根通常都選擇在夜里工作。不過即便這樣，難度如此大的工作也難免出錯(cuò)。有一次，他正集中精力將雕刻好的一個(gè)芭蕾舞演員放入針眼中，這時(shí)正好電話響了。他正在思考著是誰來電時(shí)，發(fā)現(xiàn)針頭里已經(jīng)空空如也。原來，他一不留神，竟將雕像吸進(jìn)了肚里。這也被傳為微雕領(lǐng)域的一段經(jīng)典趣事。

引入雙光束聚合3D打印

近年來，一種被稱作“雙光束聚合3D打印”的技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于加工三維微納米構(gòu)型，其中也包括在材料的表面構(gòu)建微納尺度的人物塑像。這里，最為典型的雕刻作品當(dāng)數(shù)韓國研究人員D.Y.Yang的作品《思想者》。該作品的構(gòu)型模仿了法國藝術(shù)大師奧古斯特·羅丹的著名雕塑作品《思想者》。只不過，韓國研究人員D.Y.Yang的作品是一種微雕藝術(shù)，該塑像約為4個(gè)紅血球大小，高度只有1/50000米。然而，這個(gè)即便只能用顯微鏡才能看清楚的思想者，其肌肉甚至腳趾仍清晰可見。

? 高度僅為四個(gè)紅血球大小的《思想者》微雕塑像，是不是和法國藝術(shù)大師奧古斯特·羅丹的著名雕塑作品《思想者》極其相似呢？

在微納米藝術(shù)作品《思想者》的制造過程中，D.Y.Yang使用了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會(huì)凝固、“打印”，形成雕塑件的“部件”，這樣的部件精度可達(dá)120納米。

值得一提的是，2014年11月16日，利用雙光束聚合3D打印技術(shù)，英國藝術(shù)家喬恩迪·赫維茨（Jonty Hurwitz）創(chuàng)造出一系列大小僅相當(dāng)于人類頭發(fā)絲寬度一半的微雕人像。這些微雕可被放在螞蟻頭上，或放在縫衣針的針孔上。赫維茨的這組微雕被稱為“納米雕塑”，共有7個(gè)，他用了10個(gè)月的時(shí)間設(shè)計(jì)、雕刻，最終在用于檢查癌細(xì)胞的顯微鏡下呈現(xiàn)出這些奪目的藝術(shù)品。此外，他還在頭發(fā)絲上創(chuàng)作了《裸體女人》《愛之吻》等微納米人物系列雕塑。這些作品一經(jīng)報(bào)道，立刻在科學(xué)界和藝術(shù)界引起了不小的轟動(dòng)。

知識(shí)鏈接 喬恩迪·赫維茨是如何創(chuàng)作納米雕塑的？

為了創(chuàng)作納米雕塑，喬恩迪·赫維茨在穹頂上安裝了250部相機(jī)，對(duì)站在屋中央的女子從不同角度拍攝其擺出的不同姿勢(shì)。之后，他的團(tuán)隊(duì)將照片進(jìn)行掃描，再利用高性能的計(jì)算機(jī)程序分析數(shù)據(jù)，將圖像組合成“數(shù)字黏土”—人物模型。最后，他們利用魏茲曼研究所提供的3D打印設(shè)備打印雕像。

?英國藝術(shù)家喬恩迪·赫維茨團(tuán)隊(duì)創(chuàng)作納米雕塑作品時(shí)的場(chǎng)景

打印好的雕像被放在一個(gè)首飾盒的鏡子上，這些作品如同鏡面上的7粒塵埃一般。赫維茨用顯微鏡經(jīng)過45分鐘的搜索，最終才在鏡面上找到他的納米雕塑！然而，赫維茨的興奮僅持續(xù)了片刻，因?yàn)樗械淖髌繁灰晃煌碌氖种笟У袅?。這位同事試圖移動(dòng)鏡子從不同角度欣賞這些雕塑，但脆弱的雕像卻被他的手指碾碎，并無法復(fù)原，這不得不說是一種遺憾。

用化學(xué)氣相

沉積（CVD）法作畫

2011年，美國密歇根大學(xué)科學(xué)家使用大約1.5億根納米碳管為當(dāng)選總統(tǒng)的奧巴馬制作了一組畫像。這是一幅在電子顯微鏡下才能看到的納米碳管畫像。微型奧巴馬頭像的作者是約翰·哈特教授，該作品被稱為《納米奧巴馬》。在該作品中，每個(gè)納米奧巴馬頭像都包含了上億個(gè)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(gè)納米碳管都是中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，其直徑僅為人體頭發(fā)直徑的1/50000，如此精細(xì)復(fù)雜的繪畫，也許只有這個(gè)領(lǐng)域的頂尖科學(xué)家才能創(chuàng)作完成呢！

據(jù)稱，哈特制造這件“納米藝術(shù)品”的真實(shí)目的，在于讓更多人來體驗(yàn)納米技術(shù)與藝術(shù)的魅力所在。為了創(chuàng)建《納米奧巴馬》頭像，哈特采用了畫家謝潑德·費(fèi)爾雷繪制的奧巴馬素描頭像，該奧巴馬頭像以紅、白、藍(lán)三種顏色為主色調(diào)，曾頗受美國民眾歡迎。哈特先是將這個(gè)素描頭像進(jìn)行縮小，并將縮小的頭像打印在一個(gè)玻璃板上;然后，用紫外線照射，穿過這個(gè)玻璃板，將頭像投影在一張硅片上;接著，他巧妙地在硅片表面有頭像的地方“撒”上催化劑，并使用高溫CVD方法，在有催化劑的地方生長(zhǎng)納米碳管。這些過程完成后，研究人員使用電子顯微鏡對(duì)硅片進(jìn)行拍照，得到了尺寸僅有0.5毫米大小的納米奧巴馬頭像。

知識(shí)鏈接 一張海報(bào)引發(fā)的官司

藝術(shù)家謝潑德·費(fèi)爾雷在創(chuàng)作《希望》這部作品時(shí)，最初使用的作品名為《進(jìn)展》。然而，當(dāng)時(shí)奧巴馬的競(jìng)選團(tuán)隊(duì)欣賞該作品時(shí)，有人建議，這個(gè)作品名是否能夠改為“希望”，于是，作品名就改為現(xiàn)在的《希望》了。

那時(shí)候，這張海報(bào)幾乎充斥了競(jìng)選的所有地方。而美聯(lián)社卻因?yàn)檫@張海報(bào)起訴了藝術(shù)家謝潑德·費(fèi)爾雷，他們認(rèn)為，這張海報(bào)使用的是他們擁有版權(quán)的一張奧巴馬照片。而謝潑德·費(fèi)爾雷認(rèn)為，自己的這件作品用新的創(chuàng)意改變了原始的圖片，最終呈現(xiàn)的視覺藝術(shù)效果完全不同于原始照片本身。這起官司持續(xù)了兩年多，最終他們達(dá)成了和解協(xié)議。

微納米科技與藝術(shù)的高度結(jié)合，開拓了微納制造的應(yīng)用前景，也使其擁有了無窮的魅力。顯微鏡下的微納世界，為我們提供了全新的藝術(shù)創(chuàng)作舞臺(tái)和巨大的藝術(shù)想象空間。伴隨著各種新技術(shù)的引入，微納米藝術(shù)將在更多領(lǐng)域大展拳腳。也許就在不久的將來，微雕技術(shù)的進(jìn)步就會(huì)引入我們的生活，帶給你我無限的驚喜。讓我們一起來感受這科學(xué)與藝術(shù)交織下的魅力吧！