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基础技术和科学普及 (180305) 精选

已有 4542 次阅读 2018-3-5 09:15 |个人分类:科研管理|系统分类:观点评述| 基础技术, 科学普及, 锂离子电池, 铁电晶体管

基础技术和科学普及 (180305


闵应骅

 

    最近看到网上说300年后的人类,科学如何发达。20年后坐Hyperloop,从纽约到北京只要2小时;300年以后克隆新生命,可以达到永生,如此等等。我在想,300年后的人会像现在的人一样想象自己的生活吗?有的人把人工智能、大数据吹得神乎其神,美妙不已。但是,我们眼下能做什么创新呢?我们基本都做功能上来个新点子。我最近下载了一个数字温度计的APP,浩称可以用手机实时实地测温度。但是,手机里既没有温度传感器,云上又不可能有任何地点的温度记录,怎么可能报出实时实地的温度呢?纯粹是为了吸引眼球而已。我们的科技界应该把着眼点放到基础技术上来,科学普及要注重科学技术,而不是勾引人们的向往。

    IEEE Spectrum 2018/3月号上发表了两篇文章,一篇叫“建造安全高密度锂离子电池”;一篇叫“铁电晶体管是超低功耗的解吗?”。这两篇文章都是讲基础技术的,而且是高级科普,大同行都能看懂,而且说明如何科学地对待一个技术问题。有兴趣的读者可以参见附件。

    2016年三星Galaxy Note 7 智能手机起火,笔记本电脑被点燃,飞机迫降,悬浮滑板在火焰中升起,三星损失50亿美元,停产该手机,可谓损失惨重。几个月后,到2017年1月,三星宣布了造成某些设备过热的两个设计问题,认为不管是什么设计,都逃不掉今天锂离子电池天然的不稳定的性质。电池是所有电子设备的生命之源,在手机、平板电脑、传感器,都很关键。在日益受到关注的物联网里面更是样样都离不开它。这就是基础技术。信息技术、计算机技术尽管产品花样繁多,基础技术还是器件,特别是半导体。没有集成电路技术的进步,快速、小型化,就不会有信息产业的今天。所有这些优越性都源于集成电路技术的进步。

    在1/4世纪之前,锂离子电池刚刚商业化,商家就设计和决策使用锂离子电池。到了今天,由于芯片制造业生产技术的改进,就可以做得好得多了。美国加州菲蒙的Enovix公司可以生产更加小型、低价、安全的锂离子电池。今年开始在菲律宾生产,不久就可以推向市场。

    回顾历史,1991年索尼准备商业化锂离子电池的时候,碰到了两个问题:它的手持摄像机需要高能量的小型电池;音频磁带要换成磁盘。磁带的生产线是要涂上一层磁性薄膜,而磁盘的生产完全不同。那么,磁带生产线就要弃之不用了。电源部的人提出来可以用这套设备把化学材料涂到电极薄片上,两个薄片用聚合物分开,允许离子而不是电子在电极之间流动。原来的生产线就可以用上了。涂上金属薄片电流收集器的生产线至今都在用。但是这个办法浪费空间。

    在组装的电池里,存储能量的材料是做成阴极和阳极的微粒。而金属薄片电流收集器,分离器,和包装材料却占了40%的空间,这就降低了电池的能量密度(WH/L,每公升的瓦特小时数)。文章分析了原来的锂离子电池5层结构引起超热以致燃烧的原因。Enovix公司聚集美国硅谷多家公司的智慧,采用MEMS技术,三维细胞结构,更紧密的集成。他们做了一个智能手表里的电池18*27*4mm,能量密度由传统电池的460WH/L,提高到695WH/L。该文并不像我这里这样粗略地说个结果就完了,而是有详细的结构图,和制造过程介绍。好像他们不在乎保密。我不知道根据该文是不是自己就可以造出这种锂离子电池。我想是不太可能这么开放。不过我这里无法那么详细介绍该文。

    另一篇讲铁电晶体管。学术界2008年就有人提出晶体管加一层铁电材料,可以减少能耗。但实验表明它影响速度,最高只到100M。有人提出一种铁电材料不要求离子或原子浮动。在去年12月在旧金山举行的IEEE电子装置国际会议(IEDM)上,产业界和学术界人士展开了讨论,许多公司都在做实验,但是都担心铁电晶体管实验可以,要产业化还会有困难,从实验室走向制造厂,问题还比较多。使我想到,他们实验室的研究,发表论文,马上就有产业界响应,分别做实验。有了结果再到会上来交流,推动技术的前进。这样的过程值得我们学习。我们的学术研究往往到发表论文就结束了,再往上就是去SCI投稿,甚至得个奖。而产业界另搞一套,这一厂家与另一厂家也不交流,互相保密,这就造成了经费和时间的浪费。搞不出来就只有跟着外国跑。所以,高级科普是有实际价值的。这就是科研环境。科研环境并不只有多给科研经费,多发尖子津贴。我这想法不知道能否得到科学网朋友们的认同?

 

附件1:

建造安全高密度锂离子电池PDF.pdf


附件2

铁电晶体管是超低功耗的解吗?PDF.pdf





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