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1、1电子科技行业电子科技行业的的前沿技术前沿技术集锦（集锦（20132013年年）一、一、复旦成功研发世界第一个半浮栅晶体管（复旦成功研发世界第一个半浮栅晶体管（SFGTSFGT）。2 2二、二、石墨烯新进展石墨烯新进展 神奇之碳再写神奇神奇之碳再写神奇。6 6三、三、意念控制的未来正在走近意念控制的未来正在走近。1313四、四、全新液流电池全新液流电池 属于未来的电池属于未来的电池。1515五、五、微型能量收集技术微型能量收集技术 实现无电池应用实现无电池应用。1818六、六、集成电路集成电路突破半导体限制：不使用半导体的晶体管突破半导体限制：不使用半导体的晶体管 VSVS 光子回路光子回路。
2、2424七、七、植入大脑的微芯片可保存人们的大脑记忆内容植入大脑的微芯片可保存人们的大脑记忆内容。2626八、八、全新电阻式全新电阻式 RAMRAM 技术问世技术问世 单芯片可存单芯片可存1TB1TB 数据数据。2828九、九、“透明纸透明纸”将改变电子元器件未来将改变电子元器件未来。3030十、十、中科院研制室温状态下液态金属直接印刷电子中科院研制室温状态下液态金属直接印刷电子。36362一、一、复旦成功研发世界第一个半浮栅晶体管（复旦成功研发世界第一个半浮栅晶体管（SFGTSFGT）北京时间2013年8月9日出版的最新一期科学杂志（Science）刊发了复旦大学微电子学院张卫团队最新科研论
3、文，该团队提出并实现了一种新型的微电子基础器件：半浮栅晶体管（SFGT，Semi-Floating-Gate Transistor）。这是我国科学家在该顶级学术期刊上发表的第一篇微电子器件领域的原创性成果。据悉，当代集成电路科技的发展主要是基于摩尔定律，该定律是由英特尔公司创始人之一戈登?摩尔提出的：芯片上的晶体管特征尺寸在不断地缩小，使得芯片上的晶体管数量每隔18个月便会增加一倍。目前，集成电路的量产技术已发展到了22纳米技术节点，尽管我国在自主知识产权集成电路技术上取得了长足进步，但集成电路的核心技术基本上依然由国外公司拥有。我国集成电路产业主要依靠引进和吸收国外成熟的技术，在微电子核心器
4、件及集成工艺上缺乏核心技术。半浮栅晶体管（SFGT）作为一种新型的微电子基础器件，它的成功研制将有助于我国掌握集成电路的核心技术，从而在芯片设计与制造上逐渐获得更多话语权。微电子学院实验室检测台半浮栅晶体管（半浮栅晶体管（SFGTSFGT）：结构巧：结构巧 性能高性能高金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）是目前集成电路中最基本的器件，工艺的进步让 MOSFET 晶体管的尺寸不断缩小，而其功率密度也一直在升高。我们常用的 U盘等闪存芯片则采用了另一种称为浮栅晶体管的器件。闪存又称“非挥发性存储器”。所谓“非挥发”，就是在芯片没有供电的情况下，信息仍被保存不会丢失。这种器件在写入和擦除
5、时都需要有电流通过一层接近5纳米厚的氧化硅介质，因此需要较高的操作电压（接近320伏）和较长的时间（微秒级）。复旦大学的科学家们把一个隧穿场效应晶体管（TFET）和浮栅器件结合起来，构成了一种全新的“半浮栅”结构的器件，称为半浮栅晶体管。“硅基 TFET 晶体管使用了硅体内的量子隧穿效应，而传统的浮栅晶体管的擦写操作则是使电子隧穿过绝缘介质。”论文第一作者王鹏飞教授解释说。“隧穿”是量子世界的常见现象，可以“魔术般”地通过固体，好像拥有了穿墙术。“隧穿”势垒越低，相当于“墙”就越薄，器件隧穿所需电压也就越低。把 TFET 和浮栅相结合，半浮栅晶体管（SFGT）的“数据”擦写更加容易、迅速。“T
6、FET 为浮栅充放电、完成数据擦写的操作，半浮栅则实现“数据存放和读出”的功能。”张卫解释说，传统浮栅晶体管是将电子隧穿过高势垒（禁带宽度接近8.9 eV）的二氧化硅绝缘介质，而半浮栅晶体管（SFGT）的隧穿发生在禁带宽度仅1.1eV 的硅材料内，隧穿势垒大为降低。打个比方，原来在浮栅晶体管中，电子需要穿过的是一堵“钢筋水泥墙”，而在半浮栅晶体管中只需要穿过“木板墙”，“穿墙”的难度和所需的电压得以大幅降低，而速度则明显提升。这种结构设计可以让半浮栅晶体管的数据擦写更加容易、迅速，整个过程都可以在低电压条件下完成，为实现芯片低功耗运行创造了条件。新型晶体管可在三大领域应用新型晶体管可在三大领域
7、应用拥有巨大的潜在市场拥有巨大的潜在市场作为一种新型的基础器件，半浮栅晶体管（SFGT）可应用于不同的集成电路。首先，它可以取代一部分的 SRAM，即静态随机存储器。SRAM 是一种具有高速静态存取功能的存储器，多应用于中央处理器(CPU)内的高速缓存，对处理器性能起到决定性的作用。传统 SRAM 需用6个 MOSFET 晶体管才能构成一个存储单元，集成度较低，占用面积大。半浮栅晶体管则可以单个晶体管构成一个存储单元，存储速度接近由6个晶体管构成的SRAM 存储单元。因此，由半浮栅晶体管（SFGT）构成的 SRAM 单元面积更小，密度相比传统 SRAM 大约可提高10倍。显然如果在同等工艺尺寸
8、下，半浮栅晶体管（SFGT）构成的 SRAM 具有高密度和低功耗的明显优势。其次，半浮栅晶体管（SFGT）还可以应用于 DRAM 领域。DRAM（Dynamic RandomAccess Memory），即动态随机存储器，广泛应用于计算机内存。其基本单元由1T1C 构成，也就是一个晶体管加一个电容的结构。由于其电容需要保持一定电荷量来有效地存储信息，无法像 MOSFET 那样持续缩小尺寸。业界通常通过挖“深槽”等手段制造特殊结构的电容来缩小其占用的面积，但随着存储密度提升，电容加工的技术难度和成本大幅度提高。因此，业界一直在寻找可以用于制造 DRAM 的无电容器件技术，而半浮栅晶体管（SFGT
9、）构成的 DRAM 无需电容器便可实现传统 DRAM 全部功能，不但成本大幅降低，而且集成度更高，读写速度更快。半浮栅晶体管（SFGT）不但应用于存储器，它还可以应用于主动式图像传感器芯片(APS)。传统的图像传感器芯片需要用三个晶体管和一个感光二极管构成一个感光单元，而由单个半浮栅晶体管构成的新型图像传感器单元在面积上能缩小20%以上。感光单元密4度提高，使图像传感器芯片的分辨率和灵敏度得到提升。目前，DRAM、SRAM 和图像传感器技术的核心专利基本上都是被美光、三星、Intel、索尼等国外公司控制。“在这些领域，中国大陆具有自主知识产权且可应用的产品几乎没有。”张卫教授说。半浮栅晶体管作
10、为一种基础电子器件，它在存储和图像传感等领域的潜在应用市场规模达到三百亿美元以上。它的成功研制有助于我国掌握集成电路的核心器件技术，是我国在新型微电子器件技术研发上的一个里程碑。制造工艺兼容度高制造工艺兼容度高 以产业化为最终目标以产业化为最终目标不同于实验室研究的基于碳纳米管、石墨烯等新材料的晶体管，半浮栅晶体管（SFGT）是一种基于标准硅 CMOS 工艺的微电子器件。SFGT 原型器件首先在复旦大学的实验室中研制成功，而与标准 CMOS 工艺兼容的 SFGT 器件也已在国内生产线上成功制造出来。“半浮栅晶体管（SFGT）兼容现有主流硅集成电路制造工艺，具有很好的产业化基础。”张卫教授表示半
11、浮栅晶体管（SFGT）并不需要对现有集成电路制造工艺进行很大的改动。不过，新型器件往往还需要经过深入研究、性能优化、电路设计等大量的工作才能逐步实现产业化。目前针对这个器件的优化和电路设计工作也已经开始。课题组成员在微电子实验室留影过去，国外集成电路厂商常会以高价将落后一到两代的技术淘汰给中国企业。“国外公司在市场上推出65纳米芯片后，便把90纳米芯片制造工艺卖给中国企业。”这是王鹏飞教授在国外从事65纳米技术研发的亲身经历。中国曾经有 DRAM 制造企业，由于与先进工艺存在一代半以上的技术差距而缺乏市场竞争力，现在已经不再做 DRAM 产品。“目前，我们国家的集成电路技术上跟国际领先水平还有
12、不小的距离。”张卫教授表示。而技术基础薄弱、投入较少以及高端人才缺乏是其主要原因。半浮栅晶体管的发明及产业化推广，实际上是通过新型基础器件的技术优势来弥补我国 IC 企业在核心技术上的差距。如果将新器件5技术转化为生产力，中国集成电路企业可以在某些应用领域大幅减少对国外技术的依赖，并形成具有极强竞争力的自主核心技术。对于一项新的技术发明，我们还需要不断完善和夯实基础，这需要政府和相关部门的大力支持。另外，产业化的推广还要加强产学研的紧密合作。“我们希望能够有设计和制造伙伴与我们进行对接，向产业化推进。”张卫表示。设计公司出产品、制造企业生产、复旦大学提供技术支持，只有三方紧密合作才能实现半浮栅
13、晶体管（SFGT）技术的产业化。技术领先并不等于占领未来的广阔市场技术领先并不等于占领未来的广阔市场 后续研究仍需重视后续研究仍需重视拥有核心专利并不等于拥有未来的广阔市场。尽管半浮栅晶体管应用市场广阔，但前提是核心专利的优化布局。“我们要布局做得更快一点，避免被国外的大公司很快地赶超。”国外大公司拥有资金和人才优势，可以大规模申请专利，与之对比，张卫教授团队明显“势单力薄”。张卫教授表示，目前的半浮栅晶体管（SFGT）是在较大工艺技术节点上实现的，主要是为了验证器件性能。未来研究工作主要集中于器件性能的优化和进一步提升，相关应用的电路设计和关键 IP 技术，以及技术节点缩小带来的一系列工艺问
14、题等。附：复旦大学微电子学院及团队介绍复旦大学微电子学院及团队介绍复旦大学微电子学院（简称学院）成立于2013年4月，是由原“微电子研究院”、“信息学院微电子学系”和“985微纳电子科技创新平台”合并而成，也是复旦大学积极响应“国家急需，世界一流”号召，发展工科“先行先试”的首个改革试点单位，是直属于学校的教学科研实体单位。学院拥有的“微电子学与固体电子学”学科，其前身是1958年由谢希德教授创办的半导体物理专业。在各级政府和复旦大学的大力支持下，微电子学院已拥有一个可以加工10纳米线宽的先进微纳电子器件研发平台。张卫教授领导的团队长期以来一直从事集成电路工艺和新型半导体器件的研发。该团队是由
15、张卫教授依托复旦大学微电子学科，历时多年逐步建立起来的。团队研究骨干为了共同的研究兴趣和目标，从世界各地陆续加入复旦大学。该团队近5年来的多项研究成果已发表于 Science、IEEE Electron Device Letters、IEEE Transactions on Electron Devices、Applied Physics Letters 等本领域顶级国际期刊上，并已获得中国及美国专利授权30余项。团队中有多位成员具有在国外微电子工业界第一线进行器件创新、工艺研发和技术转让的成功经验。本论文第一作者王鹏飞教授2003年在慕尼黑工业大学获得工学博士学位（Summa Cum Lau
16、de），之后加入德国英飞凌科技有限公司从事新器件研发工作，2009年6月加入复旦大学。（复旦新闻文化网）6二、石墨烯新进展石墨烯新进展 神奇之碳再写神奇神奇之碳再写神奇碳科学一直是科学界研究的重点。石墨烯更是早已成为物理学界研究的前沿课题。自从2010年诺贝尔物理学奖引发了石墨烯疯狂，科技行业对石墨烯的研究与关注就从未停止。日前，北京大学、美国弗吉尼亚联邦大学和中科院上海技术物理研究所的科学家组成国际科研团队，通过理论计算，推算出一种能够在常温常压下保持金属形态的三维碳，并于美国国家科学院院刊 在线发表了相关论文。该项研究或将揭开“是否存在于常温常压下保持金属形态的碳”之谜。那么，作为一直被热
17、炒的对象、号称神奇之碳的石墨烯，它的研究又取得了哪些进展呢？石墨烯无缝集成电路架构石墨烯无缝集成电路架构 噪声容限更高、静态功耗更低噪声容限更高、静态功耗更低美国科学家研制出了一种新的集成电路架构并做出了模型。在这一架构内，晶体管和互连设备无缝地结合在一块石墨烯薄片上。发表在应用物理快报杂志上的这项最新研究将有助于科学家们制造出能效超高的柔性透明电子设备。目前，用来制造晶体管和互联设备的都是大块材料，因此很难让集成电路变得更小，而且大块材料也容易导致晶体管和互联设备之间的“接触电阻”变大，而这两方面都会降低晶体管和互联设备的性能并增加能耗。基于石墨烯的晶体管和互连设备极具前景，有望解决这些基本
18、问题。该研究的领导者、加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)电子和计算机工程系教授、纳米电子设备研究实验室主任高斯塔夫巴纳吉表示：“石墨烯除了是目前最纤薄的材料之外，其还具有一个可调谐的带隙。狭窄的石墨烯带能被用来制造半导体;而宽的石墨烯带是金属。不同的石墨烯带可以制成不同的设备，制成的设备可以无缝地结合在一起，这样也可以降低接触电阻。”在实验中，巴纳吉研究团队使用非平衡格林函数(NEGF)来对包含有如此多异质结构的复杂电路架构的性能进行评估，并研究出了一种方法，设计出了这种“全石墨烯”的逻辑电路。该7研究的合作者康家豪(音译)表示：“对电子通过由不同类型的石墨烯纳米带制造的设备和互连设备的情况以及
19、跨过其接口的情况进行精确的评估是我们的电路设计成功并达到最优化的关键。”石墨烯研究领域的大咖、哥伦比亚大学的物理学教授菲利普吉姆表示：“这项研究通过使用一种全石墨烯的设备互联架构，为传统集成电路会遇到的接触电阻问题提供了一种解决办法，这将显着简化基于石墨烯的纳米电子设备的集成电路构建过程。”结果表明，与目前的集成电路技术相比，新的全石墨烯电路的噪声容限更高，且耗费的静态功耗低很多。另外，巴纳吉表示，随着石墨烯研究领域不断取得进展，这种全石墨烯电路有望在不久的将来成为现实。全新石墨烯生产工艺 推动柔韧和透明电子产品发展哥伦比亚大学工程研究实验首次证明，可以从只有原子厚度的薄二维材料的一维边缘来进
20、行电接触，而不是按照常规做法从其顶部接触。有了这样新的接触架构，研究人员已开发出一种新的层状材料组装工艺来防止接口污染。此外，使用石墨烯作为二维材料样品表明，这两种方法的结合会形成无污染石墨烯，该石墨烯目前尚未实现。研究人员采用一种新技术将二维石墨烯层完全密封在一个薄的绝缘氮化硼晶体的夹层结构中，并且将这些晶体层一个接一个地堆叠在里面。Dean 解释道：“我们组装这些异质结构的方法完全消除层与层之间的任何污染，这可以通过横切设备并观察其在原子分辨率的透射电子显微镜成像来证实。”一旦他们创建了堆栈，石墨烯的边缘就会暴露蚀刻，然后将金属蒸发到边缘来建立电接触。通过沿边缘进行电接触，该团队实现了在二
21、维有源层和三维金属电极之间的一维接触。此外，尽管电子仅从石墨片的一维原子边缘进入，但接触电阻是相当低的，可到达每微米100 Ohms的接触宽度，这比石墨烯顶面接触可实现的值更小。有了这两个新工艺，即通过一维边缘的接触架构和防止接口污染的堆栈组装方法，该团队能够生产“尚未实现的最干净的石墨烯”。在室温下，这些设备表现出以往所没有的性能，包括比任何传统二维电子系统至少大两倍的电子迁移率、当加入足够静电电荷到薄片时少于40Ohms 的薄层电阻率等。令人惊讶的是，这个二维薄层电阻相对于一个“大块”三维电阻率在常温下比其他金属电阻率更小。在低温下，电子通过样品时并不分散，这种现象被称为弹道传8输。弹道传
22、输在以往的样品中观察时是接近于1毫米的大小，但是这项工作证明样品中同样的行为有20毫米那么大。Dean 称：“距离远近纯粹受设备大小所限，这表明真正的本质行为甚至会更好。”该团队目前正在运用机械组装和混合材料的边缘接触等工艺来开发新的复合材料。这些混合材料来自于全套可用的层状材料，包括石墨烯、氮化硼、过渡金属 dichlcogenides（TMDCs）、过渡金属氧化物（TMOs）和拓扑绝缘体（TIs）。Dean 补充道：“目前，我们正利用常规手段获得石墨烯设备前所未有的性能来探索大尺度弹道电子传输相关的一些效果和应用。有了这么多聚焦于正在开发的整合层状二维系统新设备的最新研究，那么石墨烯各种潜
23、在应用会是令人难以置信的，其中包括垂直结构晶体管、隧道设备和传感器、光敏混合材料、高柔韧度和透明度的电子产品。”石墨烯量子晶体管 助力 DNA 感测器在基因组测序技术领域，科学家在不断追求速度更快、成本更低的方法和设备。据物理学家组织网10月30日报道，最近，美国伊利诺斯大学厄本那香槟分校最近开发出了一种新奇的方法：把石墨烯纳米带（GNR）夹在两层有纳米孔（内径约1纳米）的固体膜中间，再让 DNA分子穿过这种“三明治”设备，以此来感知辨认所通过的 DNA 碱基对。9研究人员设计的 DNA 感测器是一种以石墨烯为基础的场效应类晶体管设备，能探测 DNA链的旋转和位置结构。实现这一点的关键是利用了
24、石墨烯的电学性质，制成的 GNR 可以多方调节，改变它的边缘形状、载流子浓度、纳米孔位置等，由此来调节它的电导率和对外部电荷的灵敏度。“在这一专业领域，当前主要的实验研究是模型模拟。”这里面临着许多难题和挑战，让-皮埃尔莱伯顿教授介绍说，常用的密度泛函理论（DFT，一种物理学和化学中所用的量子力学模型方法，用于研究多物体系统的电子结构），仅限于固体系统中，而我们所处理的是一种固液混合系统。此外，DFT 还要对石墨烯纳米带假设一些过于简单和理想化的条件，比如 GNR宽度要一致，边缘要规则，纳米孔还要位于石墨烯带的中心，没有电解液的静电穿透等。“在我们的方法中，我们使用一种多轨道紧绑（TB）技术，
25、比 DFT 处理的原子数量要大得多，而且考虑了 GNR 宽度不一，边缘不规则，以及纳米孔大小和位置不同等问题。”莱伯顿解释说。此外，他们用一种多尺度法处理了双混系统。研究人员指出，其他领域也可能从这项研究中受益。比如开发新的小型生物电子设备，广10泛用于个体化医疗。莱伯顿说：“从更广泛的意义上说，这是生物学与纳米电子学在分子水平上的互动。纳米电子设备带给我们控制生物信息的可能，利用生物处理海量信息的能力，开辟信息处理技术的新天地。”紫外光紫外光/臭氧真空型设备臭氧真空型设备 实现石墨烯显示屏制备实现石墨烯显示屏制备上海交通大学日前披露，该校物理与天文系教授陈险峰与陶海华博士科研团队，研发了具有
26、自主知识产权的紫外光/臭氧真空型设备，通过利用紫外光化学反应对石墨烯进行清洗和掺杂，有效提高其导电性能，使它在产业化过程中作为一种透明导电材料，让可卷曲的电视、电脑、手机变成现实。据介绍，在电子显示器件领域，获得柔性显示屏一直是人们的梦想。然而，电极材料成了制约这一技术发展的关键因素之一。在传统的平板显示行业，ITO 薄膜是人们采用的常规材料。但因其质地脆、成膜温度高，不适宜用于普通的柔性有机基底材料上。石墨烯用于电极材料时，其主要是由单层或几层碳原子薄膜支撑，将大面积生长的石墨烯薄膜转移到任意柔性材料上，并随之弯曲、折叠。研究团队认为，石墨烯是人类用于发展柔性显示器的宝贵礼物，紫外光/臭氧真
27、空设备提供一种准确可控的干法表面处理技术，将可能在这一使命中发挥无可替代的重要作用。11据了解，石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体，厚度仅有一个碳原子大小，具有优异的导电性、导热性、光学透过率和韧性等。石墨烯这一领域的研究，由于全世界各国政府、科研人员和产业界的共同关注，在不到十年的时间里取得了诸多成果。同时，由于石墨烯本身所具有的优异特性，科研人员正在探索用石墨烯代替脆质、资源日益匮乏的氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜。据介绍，研究团队研发的紫外光/臭氧表面处理真空设备，可以用来有效清洗石墨烯表面的有机污染物，并进一步实现载流子的掺杂。通过进一步控制工艺流程，若把石墨烯的导电性能提高到与 IT
28、O 薄膜相当的水平，这将为柔性显示器件所必须的阳极透明导电薄膜的生产奠定基础。专家认为，紫外光/臭氧真空设备不仅是紫外光化学反应技术本身的革命，它还会对材料、器件、医学、生物等众多领域的基础研究和产业化应用产生重要的影响，有望成为未来产业界中的重要链条。石墨烯毫米波器件 毫米波器件发展热点由于电子在石墨烯中可不被散射而进行传输，用其制备的晶体管尺寸更小、速度更快，能耗更低，适于高性能、高集成度的 RF 系统级芯片（SoC）应用。石墨烯器件工艺与传统的 CMOS 工艺兼容，是器件关键材料的更新换代的首选。专家预测石墨烯的研究成果将对高端军用系统的创新发展产生难以估量的冲击力，包括毫米波精密成像系
29、统、毫米波超宽带通信系统、雷达及电子战系统等。石墨烯由于其特有的高迁移率、好的噪声性能等，在低噪声放大应用中有很大的优势，能广泛的应用于 W 波段以及以上波段的毫米波单片集成电路（MMIC）和低噪声放大器等电路中，因而成为近期研究的一个热点。碳纳米管能让电池变柔软碳纳米管能让电池变柔软最后，我看来再来看一个碳家族成员的神奇表现，虽然它不叫石墨烯。12据报道，美国新泽西理工学院的科学家已经开发出一种由碳纳米管制成的柔性电池，未来有望在柔性显示器和可穿戴电子设备上获得应用。电子产品制造商现在已经制造出了柔性 OLED 显示器，这种开拓性的技术将让我们身边的电子产品发生根本性的改观，可以折叠的手机、
30、平板电脑和电视正在从科幻走入现实。而这种新型柔性电池的研制成功无疑让这些柔性可折叠设备离我们更近了一步。领导该项研究的美国新泽西理工学院化学与环境科学教授萨曼尼米特拉说，这种电池由碳纳米管和作为活性成分的细微粒子构成，这些粒子与传统电池中的粒子作用类似，但它们被设计成在具有活性的同时保持柔性。这种电池在外形设计上极为灵活，小可如针头，大可如地毯，应用领域可以说是无穷无尽，多种尺寸的柔性便携设备都能适配。可以用其替代普通的AA 或 AAA 电池，也可以将其卷起来放在电动汽车的后背箱里作为备用电源。除此之外，这种电池还有另外一种革命性的潜力，它结构简单、组装难度较小，掌握技术要领后容易批量生产。制
31、造电池需要的基本部件包括电极、电浆和包裹材料。使用两片塑料包裹材料将电极和电浆包裹起来之后，再在其中加入塑料隔板，最后将整个系统封装起来就可以了。神奇的碳，再一次在我们面前展示了其神奇之处。石墨烯将推动的巨大市场已成万人关注焦点。它的研究还会取得怎样的进展，让我们拭目以待。(来源：OFweek 电子工程网)13三、意念控制的未来正在走近意念控制的未来正在走近今天纽约时报撰文报道了最新意念操控的技术发展，可能几年之后，我们就可以双手插袋，用意念控制家中的灯具开关，或者控制电脑撰写 email。从巨型的电子计算机到 Google Glass 等可穿戴设备，人类与机器的沟通方式已经从繁琐的计算机语言
32、，简化成细微的身体动作点头就可触发 Google Glass 的开关，眨眼即可拍摄照片。很快，这些动作可能都不需要了。今天纽约时报撰文报道了最新意念操控的技术发展，可能几年之后，我们就可以双手插袋，用意念控制家中的灯具开关，或者控制电脑撰写email。这种技术一般被称作“脑机接口”(Brain-Computer Interface，简称 BCI)，本来主要用于让瘫痪或者残疾人士使用意念控制电脑或者机器外肢。而这种技术，经过 30 年的发展，现在准备应用于消费者电子产品。麻省理工学院科技评论(MIT Technology Review)近日披露了三星的新兴科技实验室正在测试的一项新技术利用大脑控
33、制的平板电脑。实验还在推进当中，目前，要控制平板还需要佩戴一顶镶嵌了监测电极的帽子。位于加州的 NeuroSky 公司，早前发布了一款意念控制的猫耳装置，佩戴之后猫耳会根据人的喜怒哀乐而竖起，垂下以及摆动。最近他们还发布了一款蓝牙耳机，可以让用户使用意念万平板和智能手机上的游戏。而 Emotiv，则正在销售一款很有未来感的耳机，可以读取脑电波，通过情绪和意念来搜索 Flickr 的图片，而不需要使用关键字。Muse 无线发带还能让人使用“脑部锻炼”的应用，通过游戏增强专注力，他们称之为“大脑健身”。14而在去年，一个名为“大脑之门”(BrainGate)的项目，还曾让两位四肢瘫痪的患者通过大脑
34、活动成功控制机器人。其中一位实验者已经 15 年没有使用过她的手臂了。而现在，她能够通过机器手拿起咖啡，给自己喂食。这些都通过想象和意念完成。但 BCI 目前还有很多有待解决的问题，现在的确能够“读取”信息，但是程度还很粗浅。现在的意念科技像是在隔着一层消音罩来听足球场上的对话。如果真的要完全理解大脑发出的信号，还需要动用外科手术将感应器安装到大脑当中。“大脑之门”项目的负责人约翰多诺霍博士(John Donoghue)对 BCI 的前景虽然表示乐观，但他们承认现在的意念控制技术依然相当不成熟。而且，和 Google Glass 等可穿戴设备一样，BCI 依然存在隐私问题。有用户担心真实版的“
35、盗梦空间”(Inception，也就是意念植入)会上演，Muse 的官方网站还专门向消费者说明，设备不会偷取用户的思考结果。不知道这位重度使用者会不会担心这个问题：（文/崔绮雯）来源：爱范儿15四、一样的能量一样的能量 不一样的电池技术不一样的电池技术全新液流电池全新液流电池 属于未来的电池属于未来的电池美国麻省理工学院(MIT)终于研究出既便宜又高效的可循环使用液流电池，可以储存间歇性能源，比如太阳能、风能，发电量是大部分锂电池的10 倍。那么究竟什么是液流电池呢？它是一种通过两种带有相反电荷(电解质)的液体交换离子，然后直接将化学能转换成电能的可循环使用电池。什么是液流电池？液流电池是一种
36、可重复充电电池，两种有着相反电荷(电解质)的液体在那交换离子，然后将化学能转换为电能。之前通常有一层薄膜让电解质分开，让他们交换离子的时候两种液体不混合。但往往使用的电解质成本不高，它们却要侵蚀价格并不便宜的薄膜，这也就大大缩短了电池的寿命。所以研究人员实现目标的最好办法就是直接撤掉薄膜的使用。为了让两种液体不会混合在一起，研究人员采用了液流体动力学中的层液流技术将它们放置在容器中。电解质存储会跟电池本身分开，有两个槽装着电解质，这意味着电池的大小可以轻易控制，只要改变槽的大小就可改变电池的尺寸。发电量也会从几千万到几兆瓦不等。除了尺寸可调节，液流电池还有更多的好处：“可以闲置很长一段时间不失
37、去电荷、响应时间快、通过更换电解液可以很快地充电和放电”因为这个，前几年便有人推崇这个应该用来给电动汽车的快速充电。另一方面，液流电池比普通电池更复杂，每一个都需要自己的泵和传感器系统。而且能量密度比一般的锂电池要低。这是属于未来的电池现在MIT给液流电池发展在性能和成本方面做了一个很好的平衡，使用的电解质不贵，代替了之前昂贵的薄膜、解决了电池寿命短的缺点。MIT 实验室的电池原型使用的是液流体动力学中称为层流的奇怪现象：当两种液体保持足够低的速度，其它条件都满足，两种电解质不会混合，从而使得薄膜多余。液流电池可以产生每平方厘米0.795瓦的电力，发电量是其他薄膜电池设计系统的3倍，是普通锂电
38、池的10倍。之前相关团队也有涉及薄膜电池系统，但这是第一个可以自动放电和充电的节能电池，而且这个设备的放大版本经真正带来影响力，它可以以每千瓦时只需100美元。另外有个好处是，这个技术可用在可再生能源的存储，因为阳光和风在短期内可以看做是无限的，所以可以存储大量的清洁能源作为备用。这以后将有望无间歇地转化太阳能和风能，变成16我们电动车的最佳能源之选。科研人员用废弃稻壳制造锂电池科研人员用废弃稻壳制造锂电池7月13日消息，据国外媒体报道，韩国的一组研究人员在研究充分利用废弃稻壳，将它转化成硅，然后用于制造智能手机和混合动力汽车所需要的锂离子电池。大米是全球过半人口的主食。根据国际大米研究所的数
39、据，2010年，单是中国便生产了超过1.97亿公吨的大米。不过大米总重量中的20%属于不可食用的稻壳，而韩国的一组研究人员想要好好利用这种废品，想要将它转化成为硅。他们的相关研究论文本周刊登在美国国家科学院院刊上面。不能吃但富含二氧化硅的稻壳可用于生产智能手机的电池硅最广为人知的地方在于其在半导体中的使用，不过随着智能手机和混合动力汽车对电池的需求不断增长，研究人员希望用硅来替代锂离子电池两极中的石墨。找到像稻壳这样的廉价硅来源会有助于提高这些经过改进的电池的成本效率。废弃稻壳还可以用于其它目的，如生产砖块和为厨灶提供燃料。不过撰写上述论文的其中一位研究人员 Jang Wook Choi 认为
40、，将稻壳转化为硅不会对它的其它用途造成破坏。“从经济角度来看，我想那会是可行的方案。”Jang Wook Choi 指出，“制造电池所需的稻壳要远远少于脱籽过程中产生的稻壳量。因此，稻壳供应量会非常充足。”研究人员利用热量和酸从稻壳中提取出二氧化硅，然后将二氧化硅转化成硅，再将硅用于锂离子电池。他们发现，这类电池比用传统硅合金制造的电池要更加高效。微型超级电容器：数秒完成手机充电微型超级电容器：数秒完成手机充电加州大学洛杉矶分校的研究人员日前发明了一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，令人称奇的是，该电容器不仅外型小巧，而且可以在数秒内为手机甚至汽车充电。据英国每日邮报网站3月1日报道，这种电容
41、器用仅有一个原子厚度的碳层制成，其充电和放电的速度比标准电池快百倍甚至千倍。该校材料科学与工程专业的教授理查德卡纳说：“蓄电器与电路的集成过程很具挑战性，经常限制整个系统的小型化。”而他的团队研发的新电池型号更小，适合多种电器使用。另外该研究团队还发现了一种生产这种新型电池的简易方法，只需用到常见的 DVD刻录机即可。目前制造微型超级电容器比较普遍的方法是平版印刷技术，但是这需要投入大量人力，所以很难生产出成本划算的设备，从而限制了该产品的商业应用。卡纳介绍说：“只需一台普通的 DVD 光雕刻录机，我们就能在不到30分钟的时间内，17在一张光盘上生产出100多个石墨烯微型超级电容器，成本只是传
42、统设备的一小部分。而且所用材料都很便宜。”超级电容器电池的两极需要分开放置，扩大两极之间的平面距离，以提高电量。研究人员透露，他们目前正在寻找电器制造商等行业合作伙伴，以快速将该产品推入市场。18五、五、微型能量收集技术微型能量收集技术 实现无电池应用实现无电池应用市场现状与趋势市场现状与趋势“事实上，微型能量收集并不是一个全新的概念，它之所以一直没有被真正的广泛应用的最大原因是其能量收集端所能收集到的能量和其实际能够推动的能量消耗端所消耗的能量之间一直处于不平衡的状态，简单点说就是其收集的能量不够用。可喜的是随着传感器、MCU、RF 等器件功耗的不断降低，以及微型能量收集电源管理 IC 技术
43、的突破，使得系统能量收支逐渐趋于平衡。”富士通半导体市场部高级经理王韵介绍说。而据日经 BP 社的测算，这类应用的能量收集和能量消耗情况在2010年和2011年阶段的时候已经非常接近，而2011年以后，他们认为微型能量收集技术所能收集的能量已经完全可以用于能量消耗的部分。另据美国 InnovativeResearchandProducts(iRAP)公司的调查显示，到2014年，整个微型能量收集的市场规模将达到12.54亿美元。而从2009年开始，其市场一直保持每年73%的高增长率。英国的 IDTechEx 公司也曾提供数据：“能量收集与能源类相关设备市场规模将由2010年的4.4亿美元增长至
44、2020年的6.05亿美元”，微型能量收集技术将成为一个非常有潜力的市场。将无电池应用变为现实将无电池应用变为现实我们的生活圈中存在各种能量，如光、热、无线电波和振动等，如下图1所示。这些能量以太阳能、电磁、压电等形式输入能量收集电源管理 IC(PMIC)，用于能量收集。输出功率可以用于传感器、低功耗 MCU 或存储在存储元件中，如双电层电容和全固态二次电池。19图1：能量收集系统配置富士通半导体及合作伙伴们一直在设想有哪些应用方案可以使这些生活中随处可见的能源被收集起来。王韵例举了几种非常有意思的能量收集应用。如下图2所示，这些应用包括：无需钥匙就能打开车门、水管理系统、无电池遥控、自定位系
45、统等。图2：微型能量收集技术可实现的无电池应用例子日常生活中，这些应用如果使用电池，就需要手动更换电池。电池确实是非常便宜，但是很多情况下对基础设施的电池进行更换的费用往往代价昂贵，而且废旧电池属于污染物。那么，此时能量收集方案就是解决方案。“对于微型能量收集的无电池应用（batteryless），富士通半导体关注的重要领域之一就是在物联网即所谓的传感器网络（sensornetwork）的应用，帮助这类系统中的传感器节点（sensornode）以及用于通信的 RF 模块实现半永久的供电。”王韵进一步指出。下图3的三角形显示了微型能量收集的无电池应用在云业务中的3个层级，可以看到三角形的底层即是
46、我们所讲的传感器节点，在中间层是一些网关，而这个三角形的顶部是云业务。20图3：为什么需要无电池解决方案？“在这个系统中需要数量庞大的传感器节点，并且对其中的每个传感器节点都要求能够自由维护，并可以安装在任何地方。这就决定了必须是无电池的解决方案。”王韵解释道。桥梁安全监控等桥梁安全监控等“半永久半永久”传感器网络传感器网络文章开头提及的桥梁安全监控也是传感器网络的一个实例。据不完全统计，最近五年内中国倒塌的桥梁总共达有三十七座之多。其实不光是在中国，在美国、日本、欧洲，很多桥梁因为建造的问题，因为地质变动的问题，因为老朽化的问题，多多少少都会存在一定的危险性。桥梁的安全性问题迫使人们不得不对
47、桥梁进行定期的或实时的监控。而现在能够对桥梁进行实时监控的方式之一就是将传感器安放在桥梁上。但是新的问题又出现了，因为在桥梁上布电源线是非常不方便的，传感器必须实现无线，按照现在的方式只能在传感器内部放一颗电池，可是放电池又遇到一个问题，即当电池电量耗完后，必须有人到桥梁可能人都没办法爬进去的地方去换电池，这就逼迫大家必须考虑将环境能量收集过来实现“半永久”工作的传感器网络。王韵认为，除了桥梁的安全监控，能量收集技术在中国应用最多的还将体现在其它一些基础设施或建筑物上面，如下图4所示，大楼、地下管道、大坝、工厂设备的安全监控等都可以通过这种无线传感器网络的方式实现。21图4：微型能量收集技术用
48、于基础设施中的无线传感器网络。帮助实现帮助实现“零瓦零瓦”待机这一新卖点待机这一新卖点现在消费者对节能的要求越来越高，特别是崇尚绿色生活的欧洲用户，非常厌恶使用电池的应用。因此在家用电器方面，很多厂商都在努力实现0W 待机，以获得一个新的卖点和产品差异化特性。如机顶盒待机是从20W 到10W 到5W，到目前实现1W 待机，以后要实现0W 待机，但是0W 待机在物理上是有限制的，要跨过这一步就必须采用微型能量收集技术来帮助实现，这是市场应用的机会所在。富士通半导体本次展示的一款 PMIC 就属于微光太阳能采集芯片，能帮助实现0W 待机。如在机顶盒或电视机上加上小小的一片太阳能电池板，帮助收集室内
49、的微弱光照，让一颗 MCU 维持待机的功能，另外的主系统就真正实现关闭，这样就真正实现了0W 待机。“而以前的电视厂商都是通过电池来实现待机的，现在我们用太阳能电池板替换了电池的应用，实现了无污染的零瓦待机。”王韵说。用于智能照明控制，大幅降低楼宇耗电用于智能照明控制，大幅降低楼宇耗电“通常，我们会下意识的认为大楼里面能耗最大的是空调，冷气或暖气系统，但当我们进行调查研究后，得出的结论竟然是楼宇里的照明才是耗电最大的部分。所以要降低整个大楼的能耗，就要首先从照明系统开始。”王韵介绍说。22图5.用于楼宇智能控制的“无线遥控器+LED 照明”方案。富士通半导体现在已经开发出了这方面的参考设计方案
50、，如上图5所示的“无线遥控器+LED 照明”方案。图中遥控器的供电是用无电池的方式实现，通过它可以控制照明，然后这个遥控器上又有一些光的传感器，通过这些传感器对外面亮度的感应，可以自动调节灯的亮暗、开关。把这种应用用到整个大楼，即当把这个遥控器放在整个大楼的任何一个地方都可以实现对这一片区域灯光的控制。“采用这种智能方式对降低大楼的能耗是非常有效的。”王韵表示。两项突破：两项突破：0.35V0.35V 超低电压启动支持微光太阳能以及可同时收集太阳能和震动能的双超低电压启动支持微光太阳能以及可同时收集太阳能和震动能的双模供电模供电现在让我们回到富士通半导体的技术和产品本身，看看富士通半导体的环境