电子发烧友网最新前沿技术精彩赏析（三）

　　电子发烧友网讯：一个优秀的技术工程师不可能只是沉浸于一个狭小的技术领域中闭门造车，足够优秀的工程师总是能在工程设计中运用发散思维整合各种最新科技或前沿技术，打开创意产品设计之门，为通往优秀工程师之路上积聚点滴技术精华而添砖加瓦。为供电子发烧友网工程师读者参考之需，电子发烧友网整合了令人拍案叫绝的《电子发烧友网最新前沿技术精彩赏析》系列绝对新科技文章，本文为第三期，后期还将陆续推出其他相关系列，敬请留意。

　　一、“量子漂浮”技术使漂浮移动车辆可望实现

　　据国外媒体报道，一直以来，人们都认为只有像美国胡迪尼那样伟大魔术师才会能够操纵漂浮术，而现在，来自以色列特拉维夫大学的一个研究小组已经发现，通过使用名叫“量子漂浮”的技术，可以使物体漂浮在半空中。该研究小组认为，这项突破性技术的发现，可以让科学家有望制造出可漂浮移动的车辆来代替传统的燃气型机动车。

　　

　　通过使用名叫“量子漂浮”的技术，可以使物体漂浮在半空中

　　该研究小组进行了实验演示来证明他们的发现。科学家使用了单片的蓝宝石晶片（正如英国凯特王妃佩戴的蓝宝石戒指那样的材质），然后在该晶片外罩上一层薄薄的被称作钇钡铜氧的物质。钇钡铜氧是著名的高温超导体，属于第二类超导体。它是首个超导温度在77K以上的材料，也就是说它的转变温度高于液氮的沸点，用相对便宜的液氮就可以冷却，而之前发现的超导体都必须用液氦或液氢冷却。近期，钇钡铜氧在科技中心联盟的年会上夺得各种瞩目。如图一所示，使用液氮冷却外有钇钡铜氧的蓝宝石晶片之后，晶片表面释放出冷雾，使得整个实验看起来十分令人激动。

　　

　　钇钡铜氧这样的高温超导体在实际应用中可用作核磁共振成像、磁悬浮设施

　　像钇钡铜氧这样的高温超导体在实际应用中可用作核磁共振成像、磁悬浮设施。但迫于钇钡铜氧单晶有很高的临界电流密度，至于多晶则很低（保持超导态时仅能通过很小的电流），并且这种材料很脆，以传统方法制成线状并不能很好地保留其超导性质。但是钇钡铜氧可以抑制腐蚀、黏合聚合物、成核，制备有机超导体，绝缘体以及超导体隧道结。和其他超导体一样，钇钡铜氧在转变温度会发生迈斯纳效应。低于一定温度时，钇钡铜氧变为抗磁性，内部磁通量为零，磁力线无法进入超导体，超导体排斥体内的磁场，因此这时超导体表面的任何磁铁都会悬浮起来。这就为上述实验提供了可能。

　　此番实验发现主要是基于超导体和磁铁之间的具有的关系，即两者之间所带的电子相互排斥，在接触的瞬间就会使两者排斥开对方。由于在试验中使用的覆盖有钇钡铜氧的蓝宝石晶片非常之薄，磁铁的电磁波可以瞬间穿透晶片上较为薄弱的点，即晶片上的磁通管。物质中的磁通管具有这样的性质：当外加磁场强度逐渐增强，材料被磁通管占据的比例也随之增加，直到所有的磁通管都完全重叠，材料的超导性便完全消失。而位于超导体材料内部的磁通管还可以使材料漂浮，旋转，甚至在半空中移动，这样的悬空移动完全就像魔术师们的专利。

　　

　　此番实验发现主要是基于超导体和磁铁之间的具有的关系

　　虽然这种科技仍处于起步阶段，人们已经开始展望该如何利用这样的技术造福人类，或许未来就会出现漂浮的汽车，载着人们实现像魔术师一样悬空漂浮的梦想。

　　二、新型能量采集技术可从空气中收集环境能源

　　美国乔治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的研究人员开发出一种能量采集技术，能撷取广播电视发射器或是手机网络、卫星通讯系统输出的能量；透过这种从我们周遭空气中搜寻可 用环境能源（ambient energy）的技术，可望为无线传感器网络、微处理器或是通讯芯片提供一种新的供电来源。

　　“在我们周遭有大量的电磁能 源（electromagnetic energy），但迄今尚未有人能够开采这些能量，”主持该研究案的乔治亚理工学院电子与电脑工程系教授Manos Tentzeris表示，“我们使用了一种超宽频（ultra-wideband）天线，以利用来自不同频段的各种讯号，也借此大大提高了能量收集能力。”

　　Tentzeris 的研究团队用喷墨印刷（inkjet printers）技术将传感器、天线与能量搜寻电路整合在纸张或是软性聚合物上，所产出的自供电无线传感器能提供在国防、工业领域的化学、生物或温度、 压力传感应用，以及制造业、零售业使用的RFID标签，也可做为通讯、电力使用情况等方面的监测应用。

　　通讯设备会在许多不同频段发射能量，乔治亚理工学院研究团队的能量采集装置能撷取这类能量，并将交流电（AC）转换为直流电（DC）储存至电容或是电池中；该种技术能立即利用来自FM广播到雷达频率范围内，约100MHz至15GHz或更高的能量。

　　研究人员在电视广播频段所进行的实验，已经采集到数百微瓦（microwatts）的电力。若采用支持多频段的采集装置，预期可收集到至少1毫瓦（milliwatt）的电力，足以驱动许多小型电子元件，例如传感器与微处理器。

　　

　　乔治亚理工学院电子与电脑工程系教授Manos Tentzeris手持以喷墨印刷技术印在纸上的能量采集传感器（左）与超宽频螺旋天线（spiral antenna）

　　藉由结合此种能量采集技术与超级电容（supercapacitor）、循环运作机制（cycled operation），乔治亚理工学院的研究团队预期未来可驱动电力需求量50毫瓦以上的元件；这种方法是将能量储存在类似电池的超级电容中，当电量累积到所需的一定程度就可以使用。

　　研究人员已经成功地将撷取自半公里远的电视发射台电磁能量，驱动了一颗温度传感器，目前正在准备用该种技术验证驱动微控制器。

　　Tentzeris 表示，可利用不同电磁频段的能量，将提升能量采集装置的可靠性，因为如果某个频段因为使用状况而暂时无法收集到能量，还是可以从其他频段取得。该装置还能 与其他发电技术一起使用，例如搭配太阳能发电装置，在白天以日光为系统的电池充电，但到了晚上，太阳能无法供电时，该能量采集装置就可继续为系统的电池充 电，避免电力消耗。

　　这种能量采集技术也可做为某种形式的系统备援；如果系统所配备的太阳能装置或是电池暂时故障，就可透过该能量采集技术来维持系统的基本功能。

　　乔治亚理工学院是以标准的喷墨印刷制程来制作所需电路，不过Tentzeris补充指出，他们的墨水采用了结合银纳米粒子与其他纳米粒子的“独家配方”。其技术不仅能印刷出RF元件与电路，也能制作出以碳纳米管等纳米材料为基础的创新传感元件。

　　三、 双曲超材料使得太阳能电池效率有望达到99％

　　普通黑色油漆可吸收约85％的光照。所以，使得一些东西看起来是黑色，仅仅意味着能确保它至少吸收这么多。

　　现在，美国普渡大学（Purdue University）的埃乌杰尼•纳里马诺夫（Evgenii Narimanov）和几个同事研究发现，他们可以做的更好，使用的一种材料，称为双曲超材料（metamaterial），可以吸收大多类型的光，并绊在它的结构内。

　　这些研究人员创造了一种双曲超材料，他们在氧化铝膜上培育银纳米线，制成一种平整的的吸光板。这可吸收80％的照射光。

　　这种材料相当黑，但随后他们有了一个想法。把这种板表面弄粗糙，任何光线只要受到反射，就会被吸收，进入具有高峰和低谷的表面。实际上，光子是被“吸”进材料中，研究人员说。结果产生的一种材料，能吸收高达99％的照射光线。

　　由于这明显优于普通的黑色烤漆，因此，纳里马诺夫和同事说，他们的材料比黑色更暗。

　　这个想法有很多潜在的用途，其中最重要的是提高太阳能电池的效率。

　　

　　这种具有褶皱的曲光材料，倾向于使光线散射在介质中，形成很低的反射系数，最终形成黑暗的外观，属于双曲色散（hyperbolic dispersion）的光谱范围。这种现象非常重要，实验证明存在于阵列状的银纳米线中，是在氧化铝上培育的，这种现象源自具有宽频奇异性的致密光子状 态。这就为各种应用铺平了道路，应用范围包括窃听技术、高效太阳能电池和光电探测器等。来源：普渡大学

　　四、 澳洲大学研究发现：压电材料可将压力转换成电力

　　澳洲皇家墨尔本理工大学（RMIT University）最近发表了一项技术突破，让自我供电（self-powering）便携式电子产品的实现又迈进一步。该校研究人员首度将压电薄膜 （piezoelectric thin films）转换机械压力为电力的功能特征化，论文已经刊登在知名材料科学期刊《Advanced Functional Materials》。

　　该论文共同作者Madhu Bhaskaran表示，其研究成果是压电材料可将压力转换成电力的潜能，以及芯片制造技术、薄膜技术的结晶，“压电技术装置能嵌入到跑鞋中为手机充电，或是让笔记本电脑在使用者打字的过程中获得电力，甚至将人体的血压转换为心脏起搏器的电源，基本上能创造一种永久性的电池。”

　　他进一步指出：“利用压电纳米材料来采集能源的概念已经被证实，但实现该架构的过程会很复杂，而且不太适用于大量生产。我们的研究则是集中在薄膜涂层（coatings ），因为我们相信这是唯一有可能实现将压电技术与现有电子技术整合的方案。”

　　

　　《Advanced Functional Materials》内刊登的压电发电

　　这项研究由澳洲研发委员会（Australian Research Council）赞助，该机构对纳米尺度压电薄膜的发电能力进行了评估，首度精确地量测出其电压与电流等级，以及可产生之电量。Bhaskaran是与同所大学的Sharath Sriram共同进行这项研究。

　　“人们对替代能源解决方案需求殷切，我们也需要更省电的方式驱动微芯片，”Bhaskaran表示，“接下来的关键挑战是将压电材料所产生的电力放大，让该技术能够整合到低成本、小型化的系统架构中。”

　　五、MIT研发出在水中长出亚微观线路的方法

　　美国麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出在水中长出亚微观（submicroscopic）线路的方法，可望催生以液体工艺（liquid-based process）生产完整电子元件的技术。

　　这种水热合成（hydrothermal synthesis）方法，基本上是采用一种注射器，将溶液经由直径仅十分之一毫米（millimeter wide）的毛细管推出，因此不需要用到任何昂贵的半导体工艺或设备。研究团队以微流体通道（microfluidic channel）中的氧化锌纳米线，制作出LED阵列。该系统能精确地控制纳米线的长宽比（aspect ratio），生产出包括平板（flat plate）或是长、细线型态的各种东西。

　　根 据已经刊登在7月10日出版之《Nature Materials》期刊的MIT论文共同作者Brian Chow表示：“人们已经通过其他方式展现对线路型态的良好控制，特别是在较高的温度或是有机溶剂（organic solvents）工艺环境下，而能在水中或是低温的工艺环境下做到一样的效果，是颇具吸引力的。”该技术将可简化采用软性聚合物或塑胶的元件制造。

　　MIT的研究团队也期望可利用这种方法来制作可置入人脑的微小元件，提供高解析度、长距离感应以及刺激（stimulation）等功能。而据了解，这项横跨物理、纳米材料与应用化学等学科的研究案，是三个研究所好朋友针对更好的电子元件制造方法的讨论结果。

　　这 三个好朋友除了Chow之外，还有Manu Prakash与论文的主要作者Jaebum Joo。Jo现在是Dow Chemical的资深研究员。他们谈到目前电子元件制造方法缺乏效率，芯片需要先被制造出来、然后封装，最后进行测试。他们意识到，生产微流体元件，封 装会是最后的程序，而测试则是在制造过程中持续进行的步骤。

　　六、 德国研究所用LED照明光实现宽频数据流传输

　　德国研究机构Fraunhofer Heinrich Hertz研究所计划利用其可见光通讯（Visible Light Communication，VLC）技术，发表一项创新的宽频传输解决方案；据了解，只要利用现成的标准LED照明，宽频数据流就能在可见光中传输到电脑或是其他具通讯功能的终端设备中。

　　这种宽频传输技术的速度为100Mbps，研究人员在实验室中曾经达到800Mbps的速度；由于所使用的是省电的LED技术，因此很适合应用于宽频视频流的传播，以及双向通讯──包括互联网应用与视频会议等。

　　研究人员也表示，这种光学无线技术能布署在没有WLAN网路的场所，例如医院或是生产线；基本上可应用于有使用LED技术的任何地方。采用可见光通讯技术的另一个优势，是让数据传输与读取只能在可见光锥形区域内进行。

　　以上可见光通讯技术是由Fraunhofer Heinrich Hertz研究所与西门子（Siemens）、法国电信（France Telecom） Orange实验室合作，在欧盟OMEGA专案下所进行的研发。

　　七、美科学家研制可粘在皮肤上的超薄柔性电子电路

　　据英国《独立报》报道，美国科学家研制出一种超薄柔性电子电路，可以像临时刺青一样粘在皮肤上，并且能够像常规装置一样监视心率。随着这一没有重量且不引人注意的无线装置的发明，研制可藏在袖子下的电脑或者手机有望在不久后成为现实。

　　

　　这块电子皮肤装有一个电子装置阵列，可用于监视重要体征

　　科学家表示，这种电子电路几乎不可见，具备传统电子装置的功能同时不需要线路或者大量电量。它的发明标志着消费型电子设备进入一个新时代。这项 技术能够在很多领域得到应用，例如医疗诊断和秘密军事行动。这种“表皮电子系统”依靠具有高度柔性的电子电路，构成蛇一般的导电电路，可以在不影响性能的 情况下弯曲和伸展。超薄电子电路的尺寸与一张邮票相当，厚度不及人的一根头发，可利用天然静电力粘在皮肤上，无需使用胶水。

　　

　　美国科学家研制出一种超薄柔性电子电路，可以像临时刺青一样粘在皮肤上

　　

　　这种电子电路几乎不可见，具备传统电子装置的功能同时不需要线路或者大量电量

　　研究小组领导人、美国伊利诺斯州大学厄巴纳-香槟分校的托德-科勒曼教授表示：“我们认为这项成就是研制可佩戴电子设备方面取得的一项重大进步，能够帮助研制几乎不会被佩戴者注意到的装置。这项技术能够让你以一种非常自然的方式与物理世界和网络世界连接在一起。”

　　粘在皮肤上的电子电路可用于监视佩戴者的心率和肌肉运动，就像传统医学监视器一样。由于没有重量并且几乎不会被人发现，这种装置显然优于传统装 置，让佩戴者获得更多益处。科学家表示研制探测喉部周围活动的电路似乎也可成为一种可能，以进行无线信息传输。这种电路可作为记录佩戴者讲话的一种方式， 哪怕他们发出不可辨别的声音。

　　测试结果显示这种系统可用于控制声音激活的电脑游戏。科学家建议利用这项技术研制粘在皮肤上的语音盒电路，在环境危险导致无法使用对讲机时隐蔽 警方行动。伊利诺斯州埃文斯通西北大学工程学教授黄永刚（Yonggang Huang，音译）说：“电子学与生物学的融合才是关键。所有已经确立地位的电子装置均十分坚硬，生物学装置则柔软而富有弹性。是两个不同的世界。这是一 种能够真正将它们融合在一起的方式。”

　　工程师已经研制出测试用电路，安装在薄薄的橡胶基片上，基片粘附在皮肤上。这种电路装有传感器、发光二极管、晶体管、射频电容、无线天线、导电 线圈和太阳能电池。研究论文主执笔人、伊利诺斯州大学厄巴纳-香槟分校工程学教授约翰-罗杰斯说：“我们将包里的所有部件装上这个平台，而后加入一些新想 法，用于验证我们能够让它发挥作用。”研究论文刊登在《科学》杂志上。

　　八、 匈牙利本科生解决“隐形衣”的关键技术难题

　　据国外媒体报道，英国圣安德鲁斯大学一名来自匈牙利的本科生近日解决“隐形衣”研制过程中的一个关键技术难题。研究人员在所谓“隐形衣”上增加了一种光学设备，这种光学设备不仅仅本身可以实现隐形，而且还能够令光线减速。

　　

　　据介绍，这种光学设备被称为“隐形球”，它可以令所有接近隐形衣的光线变缓。这就意味着，被隐形物体周围的光线不一定要被加速。通常，有限隐形 的隐形衣必须要让周围的光线加速才能够实现在可见光谱的特定区域内隐形。新发明将可能保证隐形衣穿戴者在颜色不断变换的背景中到处走动而不现身。

　　最新研究成果发表于德国物理学会物理研究所《新物理学杂志》之上，该研究成果作者为参加英国圣安德鲁斯大学夏季学校的一名来自匈牙利的本科生简诺斯-佩泽尔，他是在乌尔夫-莱昂哈特教授指导下完成这项研究的。佩泽尔认为，这种隐形球未来应用潜力巨大。

　　设计隐形衣的通常做法是在希望被隐形的物体周围使用某些特殊材料来实现令光线弯曲的目的。光线被弯曲后，就无法抵达该物体，在观测者眼睛看来该 物体就不存在。然而，光线必须要加速到一定速度才能够有效，这也就限制了隐形衣必须在有限的光谱范围内才能够工作。如果一个人只准备站着静止不动，这种隐 形衣效果是比较理想的。但是，当他开始移动时，场景开始变形，隐形衣下的人就被暴露出来。如果利用一种所谓的隐形球能够让所有光线减速，而不必要将光线加 速到如此高的速度，那么隐形衣就可以在光谱的所有范围内工作。

　　佩泽尔介绍说，“我在莱昂哈特教授指导下，开始对超光速传播问题进行研究。有了想法后，我努力钻研了8个月，终于克服了其中的技术障碍，并验证了可行性。”

　　德国物理学会物理研究所一位发言人表示，“这一最新成果将让未来研制出实用的隐形衣成为一种可能，它解决了其他先进正努力克服的光速难题。更令人难忘的是，这一重要研究成果竟然是由一；名年仅22岁的本科生完成的。”

　　九、 香港科技大学首证爱因斯坦理论，任何光子都不能超越光速极限

　　据香港文汇报报道，爱因斯坦被誉为现代物理学之父，他其中一个著名理论，就是没有任何物质的运动可以超越光速。围绕有关基础，学界多年来于科研上更取得不少进展。今年，香港科技大学物理学系助理教授杜胜望及其团队，更就有关理论取得重大实验突破。

　　他们透过电磁诱导透明技术，将单一光子（Photon）中的光前驱波分离，并首次证明任何光子都不能超越光速极限，确切证实爱因斯坦的理论。是次实验结果，也基本推翻透过光子作时间穿梭的理论假设，未来要制作任何时光机，亦只能另辟蹊径。

　　光速每秒近30万公里，即可环绕地球7个圈，根据爱因斯坦理论，那一直被视为极限速度。约十多年前科学家一度发现，由一大群光子组成的光脉冲，能出现超光速“视觉效应”，虽然那未足否定爱因斯坦理论，但亦令不少人科学家寄望，尝试以单光子超越光速并传递信息及时间穿梭的可能性。

　　为探索有关问题，科大杜胜望与其队伍花了3年时间研究，终在今年得出成果，于上月出版的《物理评论快报》发表作焦点介绍。在实验中研究人员先产生一对单光子，并控制其形状，引导其中一个光子通过一团激光冷却的铷原子，利用电磁诱导透明效应，成功将光前驱波（Optical precursor）从单光子中“拆开”。

　　实验进一步发现，光前驱波就是单光子速度最快的“前驱”部分，而光速移动则是其极限，也就是说，单光子根本无法超越光速，为其速度写下结论。是次实验首次为爱因斯坦相关理论提供充分证据，也说明在物理现象中，结果不能先于原因出现。

　　杜胜望指，若从应用层面看，研究结果主要有两个意义：一是证明了单光子不能超越光速，从而减低其它实验走错方向的机会，例如时间穿梭的研究，将不可能透过光子来实现；二是为未来信息传输加密带来新启示，即如通讯只透过单光子进行，过程中只要一有干扰或接触，就会立刻被发现。

　　08年加入科大的杜胜望又表示，由于单光子的研究不易控制，现时世界上专家并不多，他们的研究可说是“走在世界最前”，未来也面对极大挑战。虽然有关实验大部分仪器均是自行组件，但3年亦已耗资达300万元，资金分别来自科大及捐赠，但去年起亦开始获研资局拨款，继续研究单光子特性。

　　

　　科大物理学系助理教授杜胜望团队，首次透过实验证实单一光子不能超越光速极限。

　　十、 9纳米！！！！---MIT实现9纳米工艺电子束光刻技术

　　麻省理工学院 （MIT）的研究人员表示，已经开发出一种技术，可望提升在芯片上写入图案的高速电子束光刻解析度，甚至可达9nm，远小于原先所预期的尺寸。

　　MIT表示，电子束光刻工具的最小特征尺寸已证实可以解决25nm的制程跨越问题。这项研究结果将发表在Microelectronic Engineering中，可望让电子束光刻回归到未来半导体制造的光刻技术的讨论范畴之中。

　　多年来，超紫外光光刻（EUV）一直被视为是接替光学光刻的领先技术。将EUV导入量产的时程已经往后推移了许多次，目前预计领先的IC制造商将在2012和2013年将该技术导入22nm半间距节点之中。

　　然而，EUV仍然遭遇极大挑战，包括需要足够的光源，以及缺乏能保护掩膜使其不受污染的EUV保护膜（EUV pellicle）。

　　研究人员一直在寻求电子束光刻技术的进一步发展，因为它一直被视为具备可超越其他技术的固有解析度优势。直写式电子束光刻也相当具有吸引力，因为它消除了目前芯片制造中极其昂贵的一个部份──掩膜。

　　然而，该技术仍有着顽强的吞吐量问题──与其他技术相比，其电子束写入时间非常缓慢。电子束工具可用于掩膜写入，但许多人认为，对于量产的半导体光刻技术而言，该技术永远不够快。目前，有几家公司和研究机构正在开发针对直写式光刻和其他特殊应用的电子束工具。

　　在电子束光刻领域，MIT表示，电子束会一行一行地扫描整个芯片光刻胶的表面，而目前的光光刻则是让光线通过掩膜照射，一次冲击整个芯片表面。

　　MIT的研究人员──RLE研究生Vitor Manfrinato、电子工程暨电脑科学副教授Karl Berggren、电子工程系教授Henry Smith和几位研究生表示，他们采用了两个技巧来改善高速电子束光刻技术的解析度。首先是使用较薄的光刻胶层，以将电子散射降至最小。其次是使用包含普通食盐的溶液来“开发”光刻胶，硬化区域可接收到稍多的电子，其他区域则接受得略少一些。

　　MIT的网页引述荷兰Delft University of Technology物理系教授暨直写式光刻系统开发商Mapper NV联合创始人Pieter Kruit的看法，他怀疑制造商会采用与MIT研究人员在实验中使用的相同光刻胶。尽管研究人员的目标是找到一种可应对更小电子剂量的光刻胶，但 Kruit表示，他们的方案实际上还“有点过于敏感”。

　　“不过，这是需要稍微修改光刻胶的问题，而这也是光刻胶供应商致力开发的部份。”Kruit说。