纳米材料在电子产品方面的应用

纳米材料在电子产品方面的应用

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米科技是指在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质。纳米技术的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，纳米的概念已渗入到力学、生物学、物理学、化学、电子学、机械学、材料科学、信息科学、环境科学、能源科学等领域。首先，纳米技术能够制造出纯度很高的材料。第二，纳米机器可以回收并提取微量元素，还能清除废水中的有毒物质。第三，纳米技术可以制造超级嗅觉器，用来检测毒品、炸药、工厂泄露物质等。第四，纳米机器可以缩短产品从设计到批量生产所需的时间。第五，使用纳米机器，可以使传统的装配工艺变成一次成型工艺。它可以做修理工作，其工作范围从消除发动机零件的腐蚀损坏与细小裂纹到医治患者的病变、修复损坏的器官、进行人体肢体再生、人体整容等。第六，纳米逻辑部件具有先进水平，亿倍于目前微处理器和随机存取存储器芯片的容量。纳米机器不仅可以控制单个电子，而且可以控制单个光子，实现通讯瞬时化。本文主要介绍纳米技术在电子产品中的应用。

纳米纸

便携、低成本、可弯曲、绿色环保，这些都是当前电子产品的重要发展趋势。上海同济大学和美国马里兰大学科学家共同研究的一项成果，以全透明、可弯曲、可降解的“纳米纸”为衬底，成功制造出同样透明、可弯曲、可降解的半导体器件，向“纸质电子产品”迈出重要一步，科幻电影中的幻想也许不久将变为现实。

“纳米纸”实际上是一个笼统的概念，泛指用纳米材料制作的纸，或者是采用纳米技术对纸张的某种性能进行改善而制造出来的纸张。由欧美等国家相继研制成的各种纳米纸，令人对未来的电子产品充满了期待。纳米纸泛指用纳米材料制作或采用纳米技术对纸张的某种性能进行改善后的纸张。它除了具有可书写、可复印等应用性能外，还具有超疏水、自洁净、防潮、耐老化及高印刷表面强度等优异性能，有比较广阔的市场应用前景。看过电影《哈利-波特》的读者，都会对其中的“魔法报纸”留有深刻的印象。而可弯曲、便携化、低成本化、绿色环保，这些恰恰也是当前电子产品的重要的发展趋势。如此一来，不仅可以进一步降低电子产品的成本，或许，在不久的将来，人们还能利用可再生资源印刷出透明、可弯曲的电子设备，即类似于电影《哈利·波特》中的“魔法报纸”之类的纸质电子产品，或是科幻电影中出现的可弯曲、可折叠、全透明的显示屏。

纳米纸晶体管最大的特点，是将透明、柔软可弯曲、可降解这几大功能和特性同时整合在一个器件上。如果将电子产品做在塑料衬底材料上，虽然可弯曲也透明，但无法降解，最终会产生出大量的电子垃圾，污染环境。电子垃圾眼下已经成为世界面临的一大问题。使用可降解的纸作为代替塑料的衬底材料，使得器件具备绿色环保的优点。

休斯顿大学的团队使用金纳米线材料创建了一种网状材料。他们将网状材料镶嵌到一种透明的聚合物中。之所以选择黄金作为原材料，是因为它比银和铜这些已经被测试过的材料都要更理想。它不会轻易被氧化，因此能够保持更长久的导电性。要测试创建的网状材料，科学家们将它拉伸长达160%。当拉伸到它的极限时，纳米网材料的导电性变弱一些，但是当它恢复到原来的形状时，它的导电性也恢复至未拉伸之前的一样。

到目前为止智能手机制造商在研究柔性机型时，这些机型并非是完全柔软的，而且它们不能被拉伸。这项新发现意味着将来的智能手机可能是完全柔软且能够被拉伸的，更重要的是它们可能还是透明的。现在智能手机的尺寸慢慢接近平板的尺寸，因此能够卷起来或者折叠放进口袋的智能手机未来将变得更加受欢迎，并且非常容易携带。

纳米防水材料

随着电子3C产品对于耐用性要求的提升，防水处理成为不少电子产品的选择。目前大多数户外专用的“三防”电子产品都会强调其防水性。不过大多是通过特殊处理的手机外壳或手机套实现防水，对于手机的音频、光学器件也会造成一定的影响。

纳米防水材料的出现使得“防水手机”在性能上有了进一步的提升。美国科技公司就研发出一种防水涂料，新型纳米防水技术HzO，能够保护电子设备免受水的侵害。这种HzO 纳米薄膜能够紧紧贴附于电子设备的内部原件以及外表面，从而保护设备免受水的侵害，并且绝对不会影响电子设备的正常运行，通过对手机进行喷涂，可以渗透到电子设备的空隙内，形成保护膜，实现完全的防水性能。该技术不会改变电子产品内部或外部结构，也不会增加产品本身重量。可广泛应用在太阳能、通讯设备、LED防水、精密IC封装、电路版集成、汽车电子等种种高科技领域。

据介绍，这种纳米防水技术主要采用纳米级分子有机涂层材料，在真空无尘的环境下，经过超音波震荡，对电子产品进行完美封装，达到在水中与正常状态使用中完全相同的功能。经过封装后的电子产品，在防护组件上形成一透明无色之分子抗水薄膜链，使水分子无法接触被防护组件，不但防水，同时还可以抗酸碱、耐腐蚀，由于其高透光性，也不会影响到光学镜头的清晰度。此外，由于采用了隐形分子薄膜涂层技术，其涂料厚度达到纳米级，也不会影响到连接器的使用，因此可以直接针对手机主板进行防水处理。

碳纳米管电视

自从1991年日本电子显微镜专家饭岛澄男（SumioIijima）首次发现碳纳米管后，场发射显示器（FED）开始成为各国竞相研发的热点。科学家发现，碳纳米管可以作为电子枪，当被置于相对均衡的电场中时，碳纳米管能像水管发射水柱一样发射电子束。虽然许多材料在一定的电压下会发射电子，但碳纳米管能使电子束加速，能量足够大，从而在非常低压的电场中发出荧光。

碳纳米管制成的显示器与液晶显示器相比，功耗更低，用于电视、电脑及其他大显示设

备的薄屏不久将具有炫丽、清晰的图象和更低的能耗，这都归功于晶体管可采用碳纳米管以新方式传导电流。新技术采用有机光发射二极管（OLED）薄膜在电流的响应下产生光辐射。这种显示与传统液晶显示相比有许多优势，比如说，非背光板照明，所以黑色就不是依靠阻光，而是独立的二极管发射更少的光形成的，这会节省能源。但制作比智能手机（smart phone）屏幕大得多的OLED显示器成为一个棘手的问题。伴随总体能耗降低，需要一个电流尖峰来激活每一个像素。能产生这种电流的晶体管体积很大，会占据有价值的屏幕空间；同时需要精巧、昂贵的结构并导致像素不均匀，这是一个伴随显示尺寸增加的问题。

为制造更薄、更轻的大屏幕彩电，各彩电制造企业竞相开展等离子电视和液晶电视的研发工作，但是这两种电视都存在这样那样的不足，首先，它们的价格都太贵。另外，如果长时间使用，等离子电视容易“内燃”，而且是高耗电产品，可能会成为环保人士反对其更大面积推广的瓶颈。对于液晶电视来说，由于不同颜色之间的像素转换太慢，画面上容易出现重影，影响收视效果。而场发射显示器可以完全解决这些问题，不但不易“内燃”，能量消耗也很低，同时像素转换也很快。

一种碳纳米管是由石墨原子层卷曲而成的碳管，直径一般为几纳米到几十纳米，管壁厚度仅为几个纳米。当有电压存在时，碳纳米管能释放出大量的电子，使荧光体发光。利用毛玻璃上生长整齐的碳纳米管阵列，可以生产新式的电视机平面显示器和计算机显示器。碳纳米管是良好的电子发射体，可作为晶体管的发射极。当把碳纳米管排列成平面时，电子可以从个细管的末端发射出来，而不像电视机中笨大的阴极射线管那样用单一的电子束扫描整个屏幕，碳纳米管可能使人们从更大的角度观看更明亮的图像。