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未来十年科技发展方向新趋势
来源:未知     作者:admin    发布时间:2017-10-08 18:57     浏览次数:
  从“蒸汽机”、到“发电机”、再到“计算机”,这三大科技进步先后使人类发生了三次工业革命,每一次世界都会发生翻天覆地的变化。现在“智能化”正在推动人类的下一次工业革命。那么智能化的关键点在哪里呢?我们以
 
  从“蒸汽机”、到“发电机”、再到“计算机”,这三大科技进步先后使人类发生了三次工业革命,每一次世界都会发生翻天覆地的变化。现在“智能化”正在推动人类的下一次工业革命。
 
  那么智能化的关键点在哪里呢?我们以“智能手机”为例,“智能手机”是智能时代的开端产品,作为人类行为和交往的基本工具,它的革新可以直接影响我们的效率。
 
  我们都知道,“智能手机”中有大量芯片,比如音频芯片、视频芯片、电源管理芯片、ISP芯片(拍照用)、WIFI芯片、CPU、GPU、基带等等,人们对智能手机的性能的要求越来越高,尤其是续航能力,所以这些芯片的负荷也就越来越高。但是在在材料没有更新的情况下,所有的改进都是量变而不是质变。
 
  现在芯片的材料都是硅,硅的极限宽度是七纳米,已经临近边界。
 
  因此这场变革的临界点落脚到了材料的创新上面。
 
  今天,我们就来看一下新材料之王:石墨烯,稀土和锗。
 
  首先,我们来认识一下大自然最基本、最神奇的元素——碳
 
  碳,是生命的基本单元。碳原子一个一个的排列,演变成氨基酸、核苷酸,然后再一节链一节地接长,演变成为蛋白质和核酸,进而演化出细胞,最后组成了虫、鱼、鸟、兽、猴子、猩猩、直至人类。可以说“碳”是生命世界的栋梁之材。
 
  没有碳,就没有生命。世界上已经回荡了三四十亿年的生命交响乐,可以说其主旋律就是“碳:元素的化学演变。
 
  既然碳元素那么神奇,它形成的物质也不同凡响。碳原子的排列方式不同,就组成了不同物质。
 
  我们平常所说的钻石(金刚石),就是由碳原子组成的。碳原子排成四面体,碳原子位于四面体的角顶及中心,具有高度的对称性,于是形成了金刚石。
 
  但金刚石由于是天然物质,因此含有杂质。
 
  但碳元素形成的另外一种物体石墨烯(Graphene)就不同了,它是完全纯洁的物体。虽然也是由碳原子组成(跟钻石是同素异形体)。但是石墨烯的原子尺寸结构非常特殊,石墨烯是由一层碳原子构成的二维碳膜(只有一层原子厚度),它是世界上唯一只有一层原子构成的物质,特殊到必须用量子场论才能描绘。
 
  2004年,英国曼彻斯特大学物理学家将它成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,因此2010年诺贝尔物理学奖。
 
  铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起,而碳纳米管就是石墨烯卷成了筒状。
 
  石墨烯有多神奇?
 
  在塑料里掺入百分之一的石墨烯,就能使塑料具备良好的导电性;加入千分之一的石墨烯,能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。
 
  科研人员还发现,细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类的细胞则可以正常生长。
 
  由于石墨烯的电子在一个平面内,其运动速度达到了光速的三百分之一,远远超过了电子在一般导体的运转速度,所以导电性极佳。如果用石墨烯制作电容装置,它的充放电速度是锂电池100倍——1000倍,石墨烯手机充电时间只需5秒,电池就满档,可以连续使用半个月!石墨烯电池只需充电10分钟,环保节能汽车就有可能行驶1000公里!
 
  很多人抱怨智能手机用不多久就得一天充几次电,但不久之后“一天一充”的现状将成为历史,充电宝也将被新技术所淘汰。
 
  同时,就好比金刚石是地球上天然存在的最坚硬物质,石墨烯也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。
 
  根据这个性能,比尔盖茨甚至提出要制定出新是带安全套的计划,并给了英国曼彻斯特大学10万美元基金,以研发更薄更坚韧的安全套。
 
  在信号传输方面,石墨稀的电子传输速度极快,它制造的处理器频率有望达到1THz以上,是目前硅芯片的100到1000倍。根据IBM的研究人员们在《科学》杂志上展示的石墨烯晶体管,其最高射频速度高达100GHz(每秒1000亿次循环),而此前的最好成绩是40GHz。
 
  在承受性方面,石墨烯可承受1 亿~2 亿A/cm2 的电流密度,这是铜耐受量的100 倍左右。
 
  在信号感应方面,石墨烯由于有巨大的表面,所以对周围环境极其敏感,传感极为灵敏,即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到,从而捕捉到微小的电阻变化。据新加坡一个科研团队展示的科研成果,石墨烯感光元件的性能比传统传感器强1000倍,在昏暗的光线环境中,这类传感器依然能够捕捉到较为清晰的物体影像。
 
  除此之外,有研究者试着用石墨烯纳米带来制成量子点,他们在纳米带的某些特定位置改变宽度,形成量子禁闭。
 
  在军事方面,美军在轰炸科索沃的军事行动中就曾大量使用石墨炸弹,早在海湾战争时期,美军就在伊拉克使用这种石墨炸弹来瘫痪萨达姆政府的供电设施和通讯网。最后使伊拉克全国供电系统85%瘫痪。
 
  放眼未来,互联网正在升级到物联网,无论是5G还是智能时代,未来一定是万物互联的。这就对智能设备材料的性能、传感性、敏感度都提出了更高的要求,目前来看石墨烯已经做好了充分的准备,是最好的基础材料,石墨烯才是万物互联的基石!
 
  因此石墨烯被称为“黑金”,对于未来的超级计算机来说,石墨烯也有可能成为材料备选。科学家预言石墨烯将改变人类的21世纪。
 
  鉴于石墨烯所蕴含的无限应用潜力,世界各国都在不遗余力推动石墨烯产业化发展。2011 年英国将石墨烯确定为今后重点发展的四项新兴技术之一,2013 年,韩国宣布将在国内形成石墨烯联盟。2013 年1 月,欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一,十年提供10亿欧元资助,将石墨烯研究提升至战略高度。全球已有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯研发。
 
  此外,全球各大企业,尤其是通讯巨头都在争相投入,三星、苹果和谷歌公司开始积累各种与石墨烯有关的专利,未来的竞争之战已在实验室打响。
 
  华为总裁任正非很看好石墨烯。他认为目前一些新技术新商业模式的颠覆还不足以动摇整个时代。这个时代将来最大的颠覆,是石墨烯时代颠覆硅时代。
 
  据报道:中国现在已成功做出世界第一块石墨烯太赫兹芯片,而且世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”,已经在中国诞生。用锗衬底上直接制备石墨烯
 
  泰晤士报指出,在截至今年初的逾2.5万件石墨烯应用专利申请中,近1/3来自中国。只有12件申请来自曼彻斯特。2015年全球石墨烯专利数据显示:排名首位的依然是中国,之后是美国、韩国、日本。(转载至作品《时代之巅》,作者水木然)
 
  锗的储量分布:美国占全球储量的 45%,其次是中国,保有储量的 41%,全球分布非常集中.
 
  锗,是德国化学家文克列尔发现的。是浅色得金属,半导体物质,其原子具有32个电子,电子在人体里受电子工学作用而膨胀,而且通过净化作用给细胞供氧.研究证明锗晶体里的原子排列与金刚石一样,硬而且脆,锗在自然界分布很散、很广。铜矿。铁矿、硫化矿以至岩石,泥土和泉水中都含有微量得锗。在地壳中得含量为一百万分之七,所以锗含十一种珍贵得稀有元素。
 
  锗在大健康的作用: 缺氧成为万病得根源,而锗被称为能吃的氧。证明锗对缺氧引起的以下病症又特殊的疗效:由于精神压力的加重,引起血液粘稠度升高;现代人由于运动量不足引起的新陈代谢不振;各种心里因素和身心衰弱引起的睡眠不足;呼吸污染的空气而引起的肺功能底下;大量的吸入过量化学物质(药品或化学调料)等。锗是起抑制放射线引起的伤害,从而减轻伤害,恢复被伤害的细胞的作用。通过血球细胞增加供氧,使血液干净。肝癌。肺癌、胃癌等血管丰富部位的癌症和呼吸道疾病、哮喘和皮肤病等疾病的治疗有着特殊的疗效。
 
  锗原子核周围有32个电子,最外侧轨道上的4个电子做不规则运动。一旦温度上升,最外侧轨道上的一个电子就会因受刺激而离轨。而脱离了轨道的电子有助于调整生物的离子平衡,使身体神经电路的异常恢复正常,具有预防和改善身体的不适感及按摩温泉效果等功效。
 
  锗还有调整人体不正常电位的功能,在癌细胞电位剧烈上升时,锗元素会夺取癌细胞的电子,使它电位下降,抑制病症的恶化
 
  关于锗化合物除抗癌作用外,还有在抗衰老、类风湿关节炎、糖尿病、慢性胃炎等方面的试验。
 
  锗石粉是起抑制放射线引起的伤害,从而减轻伤害,恢复被伤害的细胞的作用。通过血球细胞增加供氧,使血液干净。肝癌。肺癌、胃癌等血管丰富部位的癌症和呼吸道疾病、哮喘和皮肤病等疾病的治疗有着特殊的疗效。有助于调整生物的离子平衡,使身体神经电路的异常恢复正常,具有预防和改善身体的不适感及按摩温泉效果等功效。锗还有调整人体不正常电位的功能,在癌细胞电位剧烈上升时,锗元素会夺取癌细胞的电子,使它电位下降,抑制病症的恶。
 
  锗在光纤通讯、红外光学、航空航天等领域有着广泛的应用,尤其是光纤领域及民用红外领域锗消费仍在不断积累,如今国家正在大规模推进5G工程,高速光纤在5G建设中将大批量运用,锗的5G光纤中的运用,必须用到的材料四氧化锗,锗的用量将越来越大。
 
  高纯锗技术及应用具有高技术壁垒,超高附加值的特征。13N高纯锗技术目前只有美国和比利时掌握及应用,产品对华禁售。高纯锗技术产品具有暴利。由于制备过程涉及区域提纯和单晶生长等对杂质控制要求极为严苛的工艺,目前中国公司继续组织对13N的超纯锗单晶技术进行攻关。一旦技术突破,相关企业将一飞冲天。因为探测器要用到高纯度锗,在所有金属当中,探测器所需要的原材料最贵是锎,锎的价格现在虽然已大幅度下降,但仍然需要1300多万美金/克,主要是探矿,13N高纯锗单品材料制成的高端高纯锗检器仪器前程不可限量。
 
  构成现代文明的三大支柱!新材料,信息,能源,这三大支柱其核心部件都要用到稀土,包括镨、钕、铕、钬 铒、锗等。未来的智能设备新一代隐藏式WIFI,包括手机无线充电设施以及互联网的核心部件——传感器,其材料都需要用到稀土,太阳能是取之不尽,用之不得,随着科技的进步未来运用空间巨大。太阳能锗电池想象空间巨大,卫星空间站需要太阳能锗电池。
 
  芯片,中国每年进口芯片的费用与进口石油的费用旗鼓相当。芯片的材料几乎都是稀土等微量元素。砷化镓也是做传感器的新材料之一。
 
  最近美国拉斯维加斯发生枪击案,其他地区也陆续发生一些恐怖袭击,全球的安防系统将大范围升级,尤其是红外摄像头,红外线摄像仪,红外锗镜片镜头市场容量将大幅度提升,
 
  任何一个国家都是资源为王,物以稀为贵,是任何时间,任何地点,放之四海的真理。俄罗斯铝业,美国铝业今年股价接近翻倍。具备中国特色的中国占有量最大的稀有金属估值有待大幅提升。最近锗价有反转的趋势,受益于环保督察,关掉了一些锗矿,还受益于铅锌及煤矿的减产,在一定程度上收缩了锗的供应。
 
  其实一个国家的稀土消耗量,就可以判断一个国家的工业水平,任何高,精,尖的材料,原件,设备都离不开稀有金属。为什么同样是钢材,别人就比你耐腐蚀?同样是机床主轴,别人就比你耐用精确?同样是单晶,别人就能达到1650°的高温?为什么别人的玻璃折射率这么高?为什么丰田能做到世界最高汽车热效率41%?这些统统都跟稀有金属的应用有关系。日本目前是世界第一大稀土消耗国,其稀土冶金水平世界第一。什么时候中国能把稀土玩到美日层次,什么时候你就掌握了目前50%未掌握的核心技术。所以各位加油了。。
 
  目前的美日都在大力发展物联网,工业机器人,大数据云计算,新能源这些都是今后世界发展的重点。从尖端专利申请我们就可以看出,美日现在到底在干嘛。我国目前认识是清楚,方向是对的,就看效果了。
 
  大数据分析的专利目前基本被美国IBM,微软。日本日立,NTT,富士通垄断。
 
  美日在抢占物联网的技术,专利。目前进半日企都开始应用物联网技术。
 
  全球已进入万物互联的时代,物联网的核心是芯片和传感器,而芯片和传感器的主要材料就是稀土,中国的稀土储量全球第一。其中锗,锑,钨,钒都占据着全球储量的半壁江山。中国科技是有源之水,最终将惠泽全人类。
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