纳米技术有什么用处,纳米技术的应用的例子分享
纳米技术有什么用处
作者: 畅的新材料科技
2020-05-18 16:50:29
[ 闻蜂导读 ] 纳米科技的发展又有什么作用。纳米技术目前能够比较好投入应用主要考虑的是纳米结构制备的成本,而成本往往和结构的有序性成正相关,和材料的本身(金银还是硅铜)倒没有特别强的关系。我发现目前应用做的比较好的主要是两个极端:

1.极度有序的结构:半导体计算、存储器件的尺度都到了100纳米以下。这些器件通过光刻等CMOS制备方法实现,具有高度的有序性。但是这样的高度有序性的代价很大,需要非常昂贵的设备以及配套的超净间,以及高技能的人员。所以目前这类技术只用于芯片,memory等高附加值的电子产品。

纳米技术中现在有哪些真正的被应用了?或者具有很好的应用前景?

Samsung's 14 nm LPE FinFET Transistors | EE Times

2. 极度随机的结构:主要都是随机分布的结构,比如随机分布的纳米颗粒纳米棒,随机分布的石墨烯碳纳米管,以及前面答主提到的孔洞结构。这一类纳米结构由于随机分布,所以制备的成本并不高,而且往往通过化学方法不需要借助光刻即可完成,所以成本较低。由于其本身纳米尺度已经带来了足够有价值的效应,并且随机的结构也不影响其效应的发挥,所以这一类纳米技术也得到了很大的发展,也可以这么说,很多这样的纳米技术的应用被发掘的差不多了,很多科学家再做一些修饰性或者提高性能的工作,主要是为了把纳米技术性能进一步提高从而能够成功推向应用市场。

纳米技术中现在有哪些真正的被应用了?或者具有很好的应用前景?

Figure 2: SEM images of the as-prepared TiO2.

而问题就在于很多实验室内的纳米技术,随机结构就可见的纳米技术已经被发掘的差不多了。进入到一个必须要纳米(或者微米)尺度上整体有序(或者部分有序),才能发挥一定的效用的阶段,然而在这个阶段,往往成本并不能像无序结构那样低,所以纳米技术被牢牢地限制在实验室中。

我们实验可以用飞秒激光实现一种双光子吸收聚合化(two photon polymerization, 2PP)技术,这个技术可以用来做任意形状的3D纳米聚合物结构,resolution在100nm左右,accuracy在300nm左右,目前被看好用于光子晶体,可是这样的光子晶体,目前即使用商业仪器Nanoscribe做,一个也要好几个小时,不能批量制造。而仪器的一个部件就是飞秒激光,成本也不低。显然光子晶体还没有芯片那么高的附加值,但是成本已经达到了准芯片的水平,所以这种人工合成的光子晶体纳米技术目前也无法服务于人类。所以这里面的主要问题就是如何提高2PP技术的生产效率。1)激光的平行化,如果能够利用多束激光同时进行制备的话,那成本就可以降低了2)如果可以利用分子自组装+2PP组合来做光子晶体的话,那只要2PP画一个大的框架,里面的小结构就可以用一些silica bead之类的自组装的话,那这样时间也可以大大节省。这些都不是纯粹科学的问题,而是一项工程问题,而且是制造工程。

纳米技术中现在有哪些真正的被应用了?或者具有很好的应用前景?

Photonics 4 Life - Network of Excellence for Biophotonics - Two ...

纳米技术中现在有哪些真正的被应用了?或者具有很好的应用前景?

Materials processing: Two-photon fabrication : Article : Nature ...

主要的近阶段我所关注的一些方向中,重大的进展算是一个是UC Bekeley的Ali Javey 做了一个MoS2+CNT的FET,人们惊呼下一代晶体管出现了。但是真的做这个方向的人会知道,首先CNT是朝垂直于催化剂方向生长的,要平放在基底上,需要先从生长基底转移到transistor基底,而且是无序分散在基底上。紧接着,MoS2由于是剥离得到的,它在整个基底上面也是随机分布的,只有找到单层并且和CNT重叠之后才能用电子束曝光来做电极,做Transistor。这样无序的MoS2生产过程+极度有序的人工筛选+电子束曝光才得到了这样的器件,如果真的要把这样的纳米技术推向市场,不解决MoS2和CNT生产的有序性问题,成本是大大高于半导体产业能够承受的,即使是熟练操作+没有一点问题的材料,包括人工费用,sample制备,这样能够work的一个sample价值也在700刀以上,赶上一部iPhone,别说再考虑良品率了。从这个例子中就发现,加入能够实现MoS2的大规模制备,同时实现CNT的有序Alignment,或者有序生长,那么这项技术才是有意义的,而上面提到的这些,真是是一项纳米制造的竞争。(顺便敬佩一下本文作者的实验毅力)

纳米技术中现在有哪些真正的被应用了?或者具有很好的应用前景?

MoS2 transistors with 1-nanometer gate lengths | Science

所以这么看来,要让纳米技术能够真正走向应用,确实需要专门的研究着眼于降低纳米结构制备的成本,发展各种除了光刻方法之外提高纳米制备有序性的方法,于是就形成了纳米制造这一领域,Nanomanufacuring。现在纳米整个领域很多paper的出发点,也就是用低成本制备结构有序的纳米结构,并且有独特的性能。这一方面,韩国人还是很有竞争力的。当然顺便提一句,也有部分的纳米paper的水分就是这样来的,也是需要擦亮眼睛,避免误入歧途。

水分就是在于所谓的facile啊,fabrication free啊,low cost啊这些制备方法的paper。如果能够有超越基础制备办法的性能,那么是可以提倡的。如果只是换了一个方法得到了相似的性能,这样的纳米paper不值得过分追求,如果要追求,那么一定要有成本意识,选择最简单最廉价的方法。因为大部分的paper都是选取了SEM里面最好的一部分,或者选取了整个sample里面最好的一块儿,本来就是一个制备的paper,把产量这个信息去掉,还忽略人工筛选的成本,那么都是纯粹耍流氓。试想,很低的cost除以很低良品率之后单位cost还是会变很大,所以工业界不会真的会考虑这个方法。

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