碳納米管的微觀結構示意圖。(視頻截圖)奈米碳管的微觀結構示意圖。(影片截圖)

IBM公司聲稱在材料科學方面取得突破進展,用碳元素家族中的「鑽石兄弟」──奈米碳管製造半導體,並期待替代電子元件霸主材料──矽的地位,帶來電子業的變革。
奈米碳管可能帶來電子技術變革
據英國《每日郵報》10月2日報導,這種芯片會更小,但是運行速度更快,功能更強大,可能帶來電子業和計算機的變革。用奈米碳管製造芯片,可以獲得更快的資料運算速度,具有處理大數據的性能,延長智能手機電池工作時間和使用壽命,改變網路技術,甚至製造出人工智能「腦芯片」。
奈米碳管製成的晶體管比頭髮絲細1萬倍,這種半導體電子元件僅為目前矽部件尺寸的二分之一,因此突破矽半導體材料的體積性能限制,可以進一步製造更小、更薄、性能更好的可佩帶醫療器械,直接貼敷皮膚和內臟表面。

報導說,IBM在去年7月聲明,將在奈米碳管芯片的研製中投資30億美元,以期取代目前世界電子產業的矽元件。
IBM研發部副總裁達里奧‧吉爾(Dario Gil)說:「芯片技術創新必須滿足雲運算、網路以及大數據系統的需要。矽技術已經接近它的物理極限,所以必須準備好新材料、新設備以及新電路工藝,才能發展先進技術,滿足認知計算時代的需要。而這項突破說明,奈米碳管計算芯片將能比業界預料的更早創造未來技術。」
吉爾補充說,有望在十年內達到奈米碳管技術的目標。
目前,矽材料構成整個電子世界的基礎,智慧型手機、數位相機、電視、電腦等等都含有各種矽元件。離開矽,就不可能有我們日常使用的各種電子產品。
研究奈米碳管 領略奇幻多彩微觀世界
顧名思義,奈米碳管由碳元素組成的物質。而碳元素是眾所周知的構成生命必須物質蛋白質、糖、脂肪等。在自然環境中,碳元素還以金剛石和石墨形式存在。在化學上,金剛石和石墨被稱為碳元素家族的異構體,也就是說它們像兄弟一樣,微觀下碳原子的不同排列造成它們彼此的外形不同,但本質一樣──都是由純的碳元素構成。

金黃色梨形鑽石──柯拉落日石,及其微觀結構中的原子排列模式。(Getty Images及YouTube視頻截圖合成)金黃色梨形鑽石──柯拉落日石,及其微觀結構中的原子排列模式。(Getty Images及YouTube影片截圖合成)

金剛石經過加工,成為貴重珠寶──鑽石。石墨是黑黑塊狀物質,可以用來製造鉛筆芯等物品。資料記載,化學家發現鑽石和石墨還有其它「兄弟」。1985年,英國科學家發現碳家族的第三個異構體──與足球形狀相同的碳晶體球,其微觀結構由60個碳原子排列而成。
1991年,日本科學家飯島澄男(Sumio Iijima)發現鑽石的第三個兄弟──奈米碳管,其中的碳原子排列為柱形,形成同軸套構碳管,相當於石墨中平面排列碳原子經過卷折而成。

碳納米管的微觀結構示意圖。(視頻截圖)奈米碳管的微觀結構示意圖。(影片截圖)

奈米碳管具有強大性能,如抗拉強度是鋼的100倍,密度卻比鋼輕6倍,因此可以作為其它纖維、金屬、陶瓷等的增強材料,甚至可以製成輕而柔軟、極其堅固的防彈背心;奈米碳管超級電容器是目前已知最大容量的電容器,等等。目前,全球科技界正在探索奈米碳管的更多性能和商業潛力。

資料來源:大紀元

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