关键技术中的新材料(上)

新材料是发展高新技术的物质基础,也是改造传统产业的必备条件,因此,世界各工业发达国家都给予高度重视,把新材料的研究与开发列为关键技术的重要组成部分。 从目前到下世纪初,新材料的发展主要有以下几个方面: 信息功能材料 信息功能材料是新材料中最活跃的领域。信息行业,主要包括通讯、计算机及控制等三个方面,指信息的获取、传输、存储、显示、处理等,这些都以材料为基础。     

光学信息科学和工程

人们经常讲,现代的社会经济有三大支柱——能源、材料和信息.现在又添加了生物(环境)和自动化(人工智能)这也就是今后高技术发展的五大方面.在当前的世界经济和社会发展正面临着一场新的、重大的产业革命中,信息科学和技术是发展中的关键之一.目前资料、情报和知识的更新速度已达到所谓“信息爆炸”的地步.大量的军事、天文、气象、资源、工业和商业信息以每3-5年翻一番的速度增长.因此,要迅速提高信息的传输、存储和运算的容量和速度.本世纪以来,信息工程是依靠于电子学和微电子学技术,如通     

类脂双层传感器和生物分子电子学

从本世纪60年代初起人们对类脂双层进行了广泛的研究。目前,平面的双层类脂膜(缩写为BLM)与球状的类脂双层即脂质体一起在经过适当修饰后已是生物膜的最佳模型。近来,微电子学的进展和人们对包括BLM在内的超薄有机膜的兴趣已导致生物传感器的发展,从而在化学、电子学以及生物学等学科的交叉处产生了一个新的研究领域:生物分子电子学。这个激动人心的新科技领域是发展新的半导体后电子技术即其长期目标是分子计算机的分子电子学的一部分。当前的微电子学与未来的分子电子学之间的分界线为一微米。在一微米以下,经典的微电子学规律不再成立而量子力学的规律开始起作用。微电子学以半导体薄片为基础,而新型的分子电子学将以分子和原子本身的能力为基础。在分子电子学里有两个主要方向:(1)以分子和原子的性质为基础的分子电子学和(2)应用量子效应的纳电子学。人们预期这些新的领域将发展出比目前PC计算机线路要快10万倍的分子电子线路,在分子电子线路里,分子的信息加工能力将通过电子及其结构的变化来实现。在生物体里,蛋白酶的构     

迈向21世纪的纳米科技研究新进展

本文系统阐述了近年来在纳米科学与技术研究领域中取得的一些主要进展。这些领域包括单原子操纵与原子搬迁技术、纳米电子学与纳米电子技术、纳米生物学、纳米摩擦学、微米／纳米技术、原子团簇科学和纳米材料科学，其中又着重介绍了原子团簇科学和纳米磁性功能材料的研究新进展及其在现代电子信息技术及国防现代化上的应用。     

日本医疗设备的发展趋势

最近几年,日本的医疗技术取得了惊人的进展,这种进展决定着正在发展或未来发展的医疗设备环境.医疗技术的进展首先是人类多年努力的结果,也可以认为是80年代初日本显示经济势力以来在生物技术和微电子学等领域不断执行研究与发展策略的结果.     

高技术新材料与计算机模拟技术

1．高技术新材料的产生途径在当代高技术迅速发展过程中，新材料的基础和先导作用正日趋明显，新材料本身已成为高技术的重要组成部分。加速发展新材料是国际高技术激烈竞争夺取“制高点”的重要目标，纵观世界各国的高技术计划，几乎都涉及到新材料，如新型光电材料、新型金属材料、精细陶瓷、先进复合材料、生物技术材料等。高技术新材料的产生大致有以下三个途径：1）由于理论突破或偶然发现而出现的材料，如超导材料、半导体材料、激光晶体、光导纤维与金属玻璃等。其中半导体超晶格材料是一个典型的例子，该材料体系首先从理论上提出，…     

评《压电电子学与压电光电子学》

随着集成电路的集成度越来越高, 晶体管的尺寸越来越小, 特别是当器件中最小线宽趋于10 nm时, 将会出现一系列由量子效应引起的新的效应. 另外从工艺上讲, 器件线宽越小, 大规模工业化市场的成本将大幅增加. 因此终究有一天摩尔定律会遇到瓶颈甚至失效. 人们已经在探讨摩尔定律以后的电子学将向什么方向发展, 并把希望寄托在纳米电子学上, 认为由纳米科学发现的一些新材料, 如碳纳米管、石墨烯、半导体量子点、量子线等是最有可能的下一代微电子学的基础材料. 由它们制成的微电子器件工作原理已经不再是经典的输运理论, 而是需要考虑量子力学效应, 以及由此而产生的介观输运理论, 甚至量子波导理论. 目前由这些材料制成的单个晶体管已经显示出优越的性能, 但关键的障碍在于集成, 还找不到一种能与目前大规模集成电路相比拟的方法来集成纳米晶体管.     

本征柔性有机电子器件的研究进展

本征柔性有机电子学是近年来涌现的一项变革性的前沿交叉学科,它赋予电子材料可印刷、可折叠和可拉伸等特性,使其应用于健康医疗、柔性显示、传感探测、人工智能和脑机接口等前沿领域.为了进一步拓展本征柔性有机电子器件的应用场景,设计开发高性能、高显示度、高稳定性的本征柔性材料和有机电子器件是当前的研究重点.本文主要介绍了近年来本征柔性有机电子学相关领域的前沿研究进展,重点讨论了本征柔性材料与有机电子器件的设计和制备策略、本征柔性材料图案化工艺和集成电路,分析了本征柔性有机电子学领域的技术瓶颈和前沿问题,总结和展望了本征柔性有机电子器件的应用前景与未来发展趋势.     

纳米技术：未来最有可能取得突破的领域

纳米技术的发展日新月异，它必将在科学和世界经济等领域中发挥至关重要的作用。美国总统科技顾问尼尔·莱恩（Ｎｃａｌ Ｌａｎｃ）指出，纳米尺度的科学与工程是未来最有可能取得突破的领域。克林顿提出在 ２００１财政年度内将拨５亿美元的预算用于新的国家纳米技术计划。因此，怎样落实这项计划是一个十分重要的议题。 纳米器件具有这样的特征，它的尺寸在 １０－９～１０－７米（１～１００纳米）之间。因为材料表面的原子或分子通常是具有活性的，而纳米材料的比表面积非常大，所以纳米器件具有与普通材料迥然不同的特性。最近日本人的…     

基于分子自旋阀的自旋电子学

分子半导体材料因具有很长的自旋弛豫时间,被认为在自旋电子学领域存在巨大的应用潜力.在基于分子半导体材料开展的自旋电子学研究被首次报道后的十余年里,以分子自旋阀为载体的自旋电子学研究取得了巨大发展并引起了广泛关注.本文将围绕分子自旋阀中的自旋注入、界面效应和输运等关键研究方向,综述近年来该研究领域的重要研究成果,具体包括:分子自旋阀制备工艺改善、结构优化对自旋注入效率的提升,自旋界面效应对优化注入和调控信号等方面的最新进展;以及分子半导体中自旋输运距离优化和输运机制研究结果.最后,基于分子自旋阀中的注入、界面效应和输运的研究基础,展望分子自旋阀多功能化这一新兴研究方向的发展前景.以上进展对未来自旋电子学和分子电子学领域进一步交叉研究的开展具有借鉴价值.     

拓扑量子材料的研究进展

拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究,提出了一种基于拓扑序的研究范式,并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合,成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护,对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言,拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入,并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。     

我国重点高新技术领域技术预见与关键技术选择研究实施方案

作为上海市科委“十五”期间的创新举措 ,去年上海完成了一项重大科技项目———《“十五”上海科技重点领域技术预见工作研究》 (简称“上海技术预见”报告 )。该项目的具体实施单位———上海市科学学研究所在市科委的领导下 ,依托众多专家的建言献策 ,在信息、环保 ,生物医药、新材料等 8个重点领域进行了技术预见 ,完成了 40 0多篇世界最新科技动态报告和 1 80多个重点领域备选项目 ,为上海市的科技发展提供了科学依据。在此基础上 ,去年 1 2月中旬上海市科学学研究所、中国科技促进发展研究中心和中科院科技政策与管理科学研究所联合在沪召开了首届“全国技术预见研讨会”。为将技术预见的内容及理念介绍给大家 ,本刊选登了本次会议的部分论文 ,作为“技术预见专题”推介给读者。     

单分子电子学的实验研究进展及未来10年展望:从器件到应用

单分子电子学的初衷是采用单个分子这种极致尺寸结构精确可控的材料作为电子器件的功能单元,以此来应对半导体器件尺寸的小型化进程.从第一次实验测试到单分子电导开始,单分子电子学经历了25年的发展,逐渐衍生出两条研究路线:一条是延续该领域的初心,通过采用单个分子构筑半导体器件,进而实现逻辑运算乃至分子计算芯片;另一条是开辟新的研究领域,采用单分子电子学技术作为单分子尺度物理化学过程的表征方法和研究工具.本文沿着单分子电子学的发展脉络,简述单分子电子学领域的重要研究进展,并对该领域未来发展趋势及所面临的挑战进行展望.     

快电子学的进化

分析了快电子学从孕育发展到成熟的过程, 阐述了快电子学发展过程中形成的应用、技术和理论三个层次的关系, 并简述了近年来在电磁场仿真、并行采样和抖动研究方面的进展. 介绍了快电子学在国民经济和大科学工程中的应用成果.     

深紫外非线性光学晶体材料:发展趋势和创新探索

随着全固态激光技术在光通讯、光加工和光存储等领域的发展,深紫外非线性光学晶体材料成为目前国内外的研究热点.深紫外(λ200 nm)非线性光学(NLO)晶体是获得全固态深紫外激光的必不可少的材料.目前仅有KBe_2BO_3F_2(KBBF)晶体能够实现Nd:YAG的直接六倍频深紫外激光(波长=177.3 nm)输出.然而,KBBF晶体存在难以克服的本征缺陷,如原料氧化铍有剧毒、晶体存在严重的层状生长习性,从而极大地制约了其商业化生产和应用进程.因此,世界各国科研机构都在积极探索发展新一代的深紫外NLO晶体材料.本文通过回顾深紫外NLO晶体的发展历程,总结近十年来该领域新材料的发展趋势,重点分析限制深紫外NLO晶体发展的主要因素,讨论目前发展深紫外NLO晶体材料的主要矛盾和解决策略,以期对未来新材料的创新探索提供借鉴.     

有机-无机范德瓦尔斯异质结界面的光电过程

近年来,有机-无机范德瓦尔斯异质结由于其低成本加工和高性能而在光电应用领域引起了极大的关注.无机的二维材料具有光暗电导比高、载流子迁移率高、稳定性高以及使用寿命长等优点,但是其吸收带窄、可选材料较少、生产成本高;而有机材料具有低成本、透明、柔性、重量轻和易加工等优点,但其介电常数低、载流子迁移率低.如果通过合理的界面设计将二者相结合,扬长避短,有望获得更加优良的光电性能.目前国际上已有多个研究组在这个领域进行了探索性的研究,主要集中在材料的探索和器件功能性的开发,但是其背后的物理原理还不清晰.而微观机理的研究离不开先进的表征技术和测量方法的发展,因此本文旨在总结目前该领域研究进展的基础上,重点介绍有机-无机范德瓦尔斯异质结界面光电子学的表征方法,主要集中在以下3个方面:界面处材料的结构与分子表征、电子结构与局域态表征和微观动力学过程.此外,还针对该领域存在的问题提出了潜在的表征手段,进一步讨论了该领域可能的发展方向.     

纳米金等离子共振特性在生物成像中的应用

随着生物医学的发展, 科学研究对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高, 纳米技术和材料被越来越多地应用到生物医学领域中来. 在细胞和生物组织的成像分析中, 纳米金由于其特殊的表面等离子共振特性和优良的生物相容性, 常被用作对比剂、靶向载体、增强剂、示踪剂和传感器而广泛应用于生物成像领域中. 我们将课题组的研究方向与目前该领域的研究热点相结合, 从纳米金辅助细胞及细胞内成像和动物活体成像两个方面就纳米金在生物成像、医学诊断等领域中的应用进展进行了阐述.     

用原子层覆盖法制造材料

世界各国一百多个实验室的科学家们在争先恐后地利用一项可开创新技术领域的工艺,其制造材料的方法极其精细,可一层原子一层原子地制造新材料。这一无比精密的方法称为“分子束晶体附生法(Molecular beam epitaxy)”,大致类似于用原子或分子缓慢地喷涂。科学家们可以用仅有两个原子厚的一层材料涂覆晶体表面,然后再在它上面涂一层     

纳米伦理: 研究现状、问题与挑战

20 世纪90 年代以来, 伴随着纳米科学与技术的蓬勃发展, 有关纳米技术的社会和伦理问题的研究悄然兴起并逐渐成为一门跨学科的研究领域. 本文主要从纳米伦理研究的兴起、纳米伦理研究的主要内容、以及纳米伦理研究所面临的挑战与应对等三个方面评述纳米伦理研究的现状、存在的问题以及未来发展的方向.     

p-n嵌段调节有机光电功能材料的能级

有机电致发光技术在通讯、信息、显示和照明等许多领域显现出巨大的商业应用前景,十几年来一直是光电信息领域的研究热点之一.相对于无机电致发光材料而言,有机电致发光材料具有许多优点.在影响有机电致发光器件性能的各种因素中,光电材料的能级扮演着非常重要的角色,这是因为在电致发光二极管中,不同层之间由于能级匹配而产生的势垒对整个器件的驱动电压、发光波长、效率以及寿命等性能都有明显影响,因此研究有机光电功能材料能级的可控调节对推动整个有机电子学的发展具有非常重要的意义.以我们的工作为主,从材料合成的角度介绍了近年来通过p-n嵌段方法调节有机光电功能材料能级的最新研究进展,并对下一步需要研究的热点问题作了展望.