碳纳米管：让晶体管加速退出历史舞台.docx

难，周围一切都暴露在宇宙射线下,一身太空服的两面温差可达华氏275度(135摄氏度).但是集合政界、学界以及商界的最强大脑’未来的宇航服还是有望让宇航员丢掉现有的.穿上崭新的多功能太空服太空布的革命2016年9月I5S.英国诺丁汉一位设计师兼研究者索尼娅•雷诺兹宣布，她首次研发出一种新型的轻薄无纺纱.号称"太空布~据称.这种织物将会给世界纺织业带来革命性影响雷诺兹发明的"太空布-是首个由纱线制成的无纺材料它作为一种智能无纺.拥有巨大的发展前景该织物具有独特的结构.原本属于无纺材料，却能自如地嵌入铜线、发光二极管(LED)和其他电子元件雷诺兹女士把这个想法带到诺丁汉特伦特大学高级纺织研究小组.同时努力获得该领域的博士学位，进一步探索新型”太空布”的生产过程其美其名曰索番雅书.科学学名为轻薄织物纱.它不像传统的机织或针织材料的套结或织纱,而是采用了新发明的称为纱面缠绕原理的技术据称.这是纺织业真正的突破这是首个用纱线制成的无纺材料.将对未来服装业产生影响深远由于这种材料的线型结构.它作为一种智能纺织品.其使用的潜能是无限的我们认为.无论是贴身的特定部分还是研发抗菌和芳香的衣物.它都十分有益,它适合嵌入含有药物或气味的微胶囊。

由于各类材料在视觉上有一定差别,它有可能被用于除衣服外的其他方面,如内墙装饰由于加工成本比针织物或纺织物更为低廉.所以它也是一种友好环保型材料研究表明，虽然它也可从合成纱中提取.但从天然纱线.如纯羊毛、头发和羊毛/丝的混合物中提取时.太空布最坚固高效据称.这种“轻薄织物纱~是以不可想象的速度在纺织业中飞速发展科学家确信,它与纺织技术如纺织品的加热技术、嵌入LED技术结合将在纺织品方面有很大潜力不仅如此.这种轻薄织物纱作为面料，轻巧灵活：作为拉伸复原性能良好的材料.它又可拉长.还能复原因此英国的科学家寄予厚望.因为它不仅解决了多年来一直无法解决的太空纺织物无法承受太空射线的难题，而且它有助于为人类提供更智能、更环保的未来服装据下列国际纺织媒体最新资料碳纳米管：让晶体管加速退出历史舞台CarbonNanotubes:AcceleratetheTransistorIndustryWithdrawfromHistory文/游宇翔为门果你关注碳纳米管.那你肯定听过这些描述：”碳又口纳米管是最好的……”"碳纳米管是革命性的~1991年.日本科学家饭岛澄男在《自然》杂志上发表一篇论文.碳纳米管这项技术由此出现。

前途看起来一片光明，材料学家似乎戴着墨镜都能感受到光明人们期望通过碳纳米管和硅芯片技术生产更小.更快和更高效的晶体管以改变世界电子工业电子工业领域对一种由一个碳原子厚度的碳晶体制成的单壁管很感兴趣.这种晶体管的直径为I纳米，约为人类头发直径的万分之一碳和硅均为半导体c然而.由于其体积都很小.由碳纳米管制成的半导体管.在芯片上设置导体管的数量为数十亿个，远远高于用硅片制成的晶体管，碳纳米芯片不仅更小.处理速度也更快、更高效，而且其发热量比硅片更低换句话说，碳纳米芯片具有极高的处理速度和更长的电池寿命.发热星也不会很高.也无需风扇散热所以.当饭岛发表论文时.也就不难理解为什么业界那么兴奋实际上.有三大难题阻碍着碳纳米电子技术形成规模化工业1. 混合问题纳米管造出来时.有两种类型的碳纳米管将会混杂在一起一种类型是半导体.它是制造集成电路所必须的另一种类型是金属.导电性与电线相当.但它能显著降低甚至破坏集成电路的性能碳纳米管制成可靠的集成电路要求纳米管是百分之百的半导体.而目前已有方法分离金属碳纳米和半导体2. 电阻问题通过纳米管和集成电路的金属组件之间的连接.使其导电是个问题.因为电阻会随着连接物尺寸的减小而增大。

人们需要有效地利用碳纳米管.包括10纳米以及10纳米以下的连接物但从结果来看.电阻过高导致无法实现增加芯片的尺寸就意味着减少芯片上的纳米管.如此一来.碳纳米管相对于硅片的优势也会消失3. 队列问题当今世界上最先进的电脑芯片是一颗14纳米制成的芯片.上面有超过70亿个晶体管从硅片到碳纳米管的转变使在同一空间可放置更多的晶体管要在一个极小的表面上放置数十亿个晶体管.这要求精确地对齐校准和纳米管的间距现在的问题就是要找到可靠的方法以实现这一精密布局混合问题去年4月，美国伊利诺伊大学一团队开发出一种廉价的方法.以此消除金属和半导体碳纳米管混合物中的金属碳纳米管他们找到一张位于金属条上的碳纳米管，并在纳米管上涂了一层有机金属.然后在这个金属条上传导一阵低压电流此时导电的金属纳米管发热了.而半导体纳米管的温度保持不变因为它不导电高热会熔化涂在金属纳米管上的有机材料，它会因此变干、腐蚀.所以人们选择这种方法除去金属碳纳米管.留下半导体碳纳米管美国麦克马斯特大学一小组提出解决混合问题的另一方案有许多方法隔离金属碳纳米管，包括通过安装半导体碳纳米管在负电子聚合物内把半导体碳纳米管消除掉C研究人员修改了电子聚合物，使其处于少电子状态。

这一简单的改变扭转了其净化过程在聚合物上的金属碳纳米管被清除掉，只留下半导体碳纳米管“电阻问题去年.美国IBM公司一主导团队报道了解决这个电阻问题.即用典型的金属接触器一般连接在碳纳米管的顶部或四周.【BM团队把接触器安置在碳纳米管的两端他们在纳米管上加入金属部件.并把它加入到钥硬质合金集成电路上英特尔公司也在现有顶级芯片制程中使用了14纳米英特尔打算在2017年推出10纳米制程的芯片°IBM的团队创建了碳纳米晶体管试验显示，接触长度从30()纳米减少到10纳米.其电阻并没有增加排列问题2014年3月.美国威斯康星大学一团队开发出一项技术.称之为~剂量控制.浮动蒸发自组装-.这给队列问题提供了一解决方案其工作原理是，在一个容器里装点水.然后将一个薄的矩形底板置于容器底部试想象一6英寸的尺子在一平底锅外面竖直起来的样子一滴包含半导体纳米管的溶液滴进底板附近的水里结果液滴在水面上扩散开来.碳纳米管穿过底板表层.而底板的表面又与水接触为控制沉积在底板上的碳纳米管的厚度和密度.应缓慢地把底板从水里拉上来随着底板慢慢拉出.水里的碳纳米管已所剩无几.最后就都流失掉若这个底板达到要求的厚度.又往里滴一滴碳纳米管溶液.这只是重复了之前的动作。

但该过程在碳纳米管间产生一系列精确的碳纳米管队列.之后可用在集成电路上不久的将来，威斯康星团队将开发出排列整齐的纳米管融会贯通2013年9月.美国斯坦福大学一研究小组在《自然》杂志上发文，描述了第一台装载碳纳米管的电脑，这台电脑的处理器有178个晶体管，均用碳纳米管制成.其性能相当于英特尔1971年出售的第一批处理器以今天的标准来看.这个系统确实落后.但不可否认的是.碳纳米管可代替硅片制造电脑三年后.今年9月2日，威斯康星大学研究小组在《科学》杂志上发文称，研究人员利用阵列问题、混合问题和电阻问题解决方案制造了碳纳米晶体管这种碳纳米管的性能比现今最先进的硅晶体管更加出色该文出版前.碳纳米管相对于硅的优越性只是在理论模型上表现过该团队让碳纳米管制造的半导体管发挥出最先进的性能，从而使该领域从理论走向现实.实现了飞跃碳纳米管器件的性能确实是巨大的进步，但也仅仅是一步而已在不久的将来.我们不会再使用设置碳纳米芯片的电子设备，这里的关键词是••不远的将来"2016年8月31日.日本富士通半导体公司宣布.他们将于2018年底在产品中使用Nantero公司的碳纳米管随机存取存储器人们普遍认为,硅片的处理能力最多也就只能持续到2019年。

为此.IBM正在努力制造可行的碳纳米商用芯片.并计划在2020年投入市场会成功吗？没人敢保证但最近的进步正在克服碳纳米管集成电路中的各种问题.可能还会遇到更多问题,但碳纳米管取代晶体管已成为必然据美国财富杂志最新资http:〃。