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