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发信人: janrondu(痴情疯龍) 整理人: camelsu(2001-05-09 13:16:48), 站内信件 |
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我们知道，微米尺度的加工和结构材料是当代微电子工业的支柱，而纳米技术（包括制备和加工等）和纳米材料将成为下一代微电子学器件的基础。在纳米科技发展中，纳米材料是它的前导。纳米材料集中体现了小尺寸、复杂构型、高集成度和强相互作用以及高比表面积等现代科学技术发展的特点，其中最应该指出的是纳米材料是将量子力学效应工程化或技术化的最好场合之一，会产生全新的物理化学现象。 在进入21世纪之际，人们期望科学技术的发展能对社会的发展、生存环境的改善及人类健康的保障都做出更大的贡献。在新的世纪里，信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术将是科学技术发展的三个主要领域，它们的发展将使人类社会环境、生存环境和科学技术本身变得更加美好。 纳米单电子元器件 把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，就会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，原来可以在费米动量以下连续具有任意动量的电子状态，变成只能具有某一动量值，也就是电子动量或能量被量子化了。自由电子能量量子化的最直接结果表现为，在金属颗粒的两端加上电压，当电压合适时，金属颗粒导电；而电压不合适时，金属颗粒不导电。这样一来，原来在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界就不再成立了。还有一种奇怪的现象，当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时，金属颗粒具有了负电性，它的库仑力足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内，这就切断了电流的连续性，这使人们联想到是否可以发明用一个电子来控制的电子器件，所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小，一旦实现，把它们集成起来做成电脑芯片，电脑的容量和计算速度将提高上百万倍。 纳米激光器和高密度信息存储器 实际上，被囚禁的电子并不那么“老实”。按照量子力学的规律，有时它可以穿过“监狱”的“墙壁”逃逸出来，这种现象一方面预示着在新一代芯片中的逻辑单元将不用连线而相关联，因而需要新的设计才能使单电子器件变成集成电路;另一方面也会使芯片的动作不可控制。归根结底，在这一情况下电子应被看成是“波”而不是一个粒子。所以尽管电子器件已经在实验室里得以实现，但是真要用在工业上还需要时间。被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献，是会使材料发出很强的光。“量子点列激光器”或“级联激光器”的尺寸极小，但发光的强度很高，用很低的电压就可以驱动它们发出蓝光或绿光，用来读写光盘可使光盘的存储密度提高好几倍。如果用“囚禁”原子的小颗粒量子点来存储数据，制成量子磁盘，存储度可提高成千上万倍，会给信息存储技术带来一场革命。 世界各国工程技术界及产业界的有识之士都充分认识到纳米技术和纳米材料不但将成为明天高新技术产业的源头，而且也在今天的应用上呈现出令人惊叹的表现。发达国家政府和大型企业纷纷启动了发展纳米技术的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，要像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。最近日本设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护并列为四大重点发展领域。德国也把纳米技术列为本世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在纳米技术的研究方面，现在美国已在纳米结构组装体系的高比表面纳米颗粒制备与合成方面领先，在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术中的应用上与欧共体并列世界第一，纳米尺度的元器件和纳米固体制备上也要与日本分庭抗礼。 我国在纳米领域的科学发现和产业化研究有一定的优势，目前同美、日、德等国位于国际第一梯队的前列。虽然现在我国已经建立了一定数量的纳米材料生产基地，纳米技术的开发应用也已经兴起，初步实现了产业化，但只有纳米技术实现了全面产业化，才能说纳米时代到来了。纳米要实现大规模、低成本的产业化生产，还有许多的工作要做。人们应该认识到纳米技术中很多目标的实现仍然需要10年到20年的时间。另外，还要充分了解纳米科学技术是多学科的、综合性的科学研究，又是极具研究风险和投资风险的领域，只有依赖大量的资金和高科技投入才能换取高额的利润回报。 ---- 路漫漫兮其修远，吾将上下而求索。  |
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