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纳米科技,梦想照进现实

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很多人以为纳米科技离我们很远,实际上,一些应用早已悄然来到我们的身边。

纳米技术让芯片越来越小

清华大学计算机系教授黄连生在接受记者采访时表示,在纳米技术的应用中,最为显著的例子就是其在电脑等电子产品芯片中的应用。

很多人都能够感受到的一个事实是:很多电子产品的体积越来越小,我们使用越来越方便,功能越来越强大,但是其价格却越来越低。纳米科技就在其中发挥了至关重要的作用。

晶体管的发展和演变就是最为生动的写照。晶体管是一种半导体器件,是规范操作电脑、手机和所有其他现代电子电路的基本构建块。但是晶体管的大小对电子产品的使用也非常关键。专家表示,电子产品的先进程度、便携程度与CPU(中央处理器)的“制作工艺”具有很大的关系,在生产CPU过程中,集成电路的精细度越高,生产工艺越先进,在同样的材料中可以制造更多的电子元件,同样功能的电子元件可以做得更小,连接线也越细, CPU的功耗也越小。

大约在 15 年前,半导体开始进入次微米,即小于微米的时代,之后更有深次微米,比微米小很多的时代。到了2001 年,晶体管尺寸甚至已经小于 0.1微米,也就是小于 100 纳米,晶体管的制造迈入了纳米电子时代。

“未来的集成电路及晶体管大部分都会由纳米技术做成。”中芯国际的一位专家对记者表示。

纳米技术推动电子产品普及

由于芯片中的晶体管越小,CPU内部就可以集成更多的晶体管,使处理器实现更多的功能和更高的性能,让相同面积的芯片制造原材料上可以制造出更多的CPU产品,这直接降低了CPU的产品成本,从而最终降低CPU的销售价格使电子产品的使用越来越广泛。

中芯国际的工程师也表示,消费者也为芯片的小型化提供了动力。随着信息化和智能化的不断深入,例如便携式电子产品广泛使用,使用者要求电子产品的性能越来越高、功耗越来越小。未来,随着手机的功能越来越强悍,其对纳米技术的要求也会越来越高。

当然,在电子产品芯片的研发中,纳米技术的进展也没有停下脚步。目前,全球最大的半导体芯片制造商英特尔公司生产的计算机芯片产品使用的技术尺度最小已经达到14纳米。而另一信息巨头IBM在2012年下半年就已经成功利用碳纳米材料,在单个芯片上集成了上万个9纳米制作工艺的晶体管。此外,英特尔宣称其对10纳米,7纳米,5纳米应用技术的研究也将于2015年开始。

据专家估计,到2020年,当芯片制造的工艺达到5纳米时,一个指甲盖大小的芯片上也许容纳的就是整个电脑系统上所有的集成电路了。

当然,我国的部分电子企业也已经进入到了纳米时代。中芯国际是世界领先的集成电路芯片代工企业之一,也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业,其主要业务是根据客户本身或第三者的集成电路设计为客户制造集成电路芯片。该公司公关部总监夏鹰在接受记者采访时表示,目前该公司也批量生产多种纳米尺度的芯片,能够提供 90纳米、65纳米、45纳米、40纳米等纳米尺度的芯片制造工艺,其28纳米的工艺到年底就可以面向客户进行验证,20纳米、14纳米规格的研发也在筹划之中。

让兵马俑永葆本色

当然,在其他一些领域,近些年来也有一些纳米科技的应用。北京化工大学材料科学与工程学院教授苑会林表示,多种多样的物质都可以从纳米的尺度进行研究,目前国内外已经研发并投入到实际应用中的纳米材料也是种类繁多,并涌现出一些典型的案例。

2001年4月, 西北大学纳米材料研究所所长祖庸教授对外宣称, 西北大学最新的纳米实验室成果可望使已2000多年历史的秦兵马俑告别霉菌侵扰,可使秦兵马俑永葆本色,这则消息引起了海内外的关注。

1974年出土的秦兵马俑是20世纪世界上最重要的考古发现之一。但是,由于陪葬坑内的温度和湿度有利于霉菌的生长,出土时色彩鲜艳的陶俑,受“生存环境”变化的影响和霉菌侵扰,表面颜色很快褪色。目前人们看到的兵马俑大多都已“ 锈迹斑斑”,呈陶土色,远看灰蒙蒙的。有文物保护专家表示,现在在秦俑身上发现的霉菌共多达40多种,这些霉菌已经成为兵马俑的“癌症”。考古探测表明,在西安秦兵马俑陪葬坑内共有8000多个陶俑,然而目前出土的仅有1000多个。为了不使更多的秦俑患上“绝症”,考古部门不得不放慢了对秦俑发掘的速度。

然而祖庸教授说西北大学的最新研究发现,利用溶胶与凝胶相结合的方法把新研制的纳米材料制成一种透明的胶体,涂在文物表面,可以形成一种“无机膜”,使文物完全与外界隔离,得到长期保护。毫无疑问,祖庸教授所的纳米科研成果有望给形势危急的兵马俑保护问题带来福音。

纳米涂层带来的防护

北京举办奥运会用的“鸟巢”受到举世关注,很多人不知道的是“鸟巢”顶棚铺上了一层特殊的纳米防护涂层,这个涂层可耐700摄氏度高温,从而解决了烟花燃放时焰火掉落灼穿顶棚膜的顾虑。而北京奥运会中使用的上百万平方米奥运锦旗和国旗也使用纺织品专用纳米防护液进行了相应处理。这种防护液能有效阻止污染液体的渗透,不仅能延长锦旗和国旗的使用寿命,还能有效的保持锦旗和国旗的清洁度和鲜艳色泽。

北京中科纳新印刷技术有限公司企划部总监纪艺琼在接受记者采访时表示,该公司基于纳米材料的新一代制版技术是一项具有自主知识产权的非感光、无污染、低成本的绿色印刷制版新技术。若能普及使用,将是印刷制版领域的革命,将大大减少以上污染的排放,并产生巨大的经济效益和社会效益。不过她也告诉记者,该技术的成熟和完善还需要一个过程。

最近几年,有关纳米发电也成了很多人探讨的热门话题。国家发改委能源研究所研究员姜克俊对记者表示,纳米发电目前算是一个比较新奇的技术,能不能大规模的应用,还是要看技术水平发展到什么状态,虽然其在将来应该可以满足日常的能源需求,但实现起来应该比较困难。

姜克俊说,目前的纳米发电依旧处在小规模阶段,比如鞋底摩擦给手机充电这种小输出率的技术,而如果仅仅是在小规模的阶段,其实并没有很强的竞争力,因为我们还有太阳能、光伏、薄膜电池等这些发电技术,它们的转换率可能要更高一些。

很多人都知道,传统纺织行业劳动密集且成本利润较低,香港理工大学纺织及制衣学系教授李翼表示,随着科技进步,纳米技术将融入该行业,为纺织服装行业带来了新动力与方向。另外,纳米技术的运用也可使墙面涂料的耐洗刷性提高10倍。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,不用擦洗。含有纳米微粒的建筑材料,还可以吸收对人体有害的紫外线等等。

不过专家表示,目前纳米技术的实际应用无论是在我国还是在世界范围内都还处在初级阶段。经过几十年的发展,虽然纳米技术的研究工作已经比较完善,但目前在各领域内应用的深度和广度,还达不到作为一个“时代”的要求。还需要10到20年的时间,纳米技术才能对我们的生活形成更为深刻的影响。