飞速裂变的时代中看纳米科技-程曜-第2章
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我们现在来看第二次工业革命是什么？第二次工业革命主要是人类控制了信息，信息我们不但可以把这些信息储藏起来，我们还可以运算，我们还可以交换、通讯，我们还要感官。在未来我们可以把这个光直接打到眼睛里面，直接在眼球里面成像，这个技术其实已经有了。所以信息的工业革命，它包含不只是计算机，不只是这些，还包括到你的眼、耳、鼻、舌、声、意，现在你眼睛瞎了，可以用电子眼重新再看到，耳朵聋了，我可以用电子耳受再重新听到，这个你们大概都知道。我们可以直接用电子跟神经做交换，这些所有的感官信息都可以数码化，都可以传进来。
第二次工业革命主要来源是信息的储存没有大小，它没有空间上的大小，所以我今天我作为一个晶体管来储藏它，我这个晶体管做得越小，结果它越好。我在相同的面积，相同的芯片面积上，我如果生产越小的晶体管，我的产量就越大，然后它的速度就越快，对不对。现在不是奔四嘛，以后可能奔五、奔六，这个本来是兆赫，现在已经到了千兆赫，越来越快，用的能量越少。在这个情况下，就引起了整个大的变动，这个就是信息产业的工业革命的来源，这个信息产业工业革命，它牵涉着其中有一个生产力的变革，我们叫做光刻术，待会儿我还会谈到光刻术，我们利用光刻术把东西越做越小，越做越小，越做越小，然后越来越便宜，这就是第二次工业革命的来源。
那我们来谈这次工业革命有多快？大概在三十年，就是1970年到现在过了三十年，我们生产的晶体管，小了一万倍，我们增加生产的数量增加了一万倍，然后价钱还更便宜，我们刚才谈到第一次工业花了一百年，我们把这个运输的速度从美国东岸到西岸降低了一百倍，可是在信息产业革命里面，我们增加了一万倍。
会不会有第三次的工业革命，这个当然是我的预测，它会是另外一个非常重要的一个生产力的变革，牵涉到，其实就是控制生命的周期，我们可以现在利用这个生物科技来生产粮食、医疗、保健、延寿。你要知道，我们中国人在1900年的时候，平均寿命是多少？三十岁，现在平均寿命大概是六十几岁，接近七十岁，我们预计到公元2050年的时候，寿命可以延长到一百岁，这个就是控制生命的周期。生物科技就是第三次的产业革命，应该是跟这件事情有关。我们也知道大概克隆人，今年就会诞生，我们虽然不知道它能够活多久，不过你们可以想象，在我讲的这个时候，这个克隆人可能已经诞生了，可是它可能不久就死亡了，可能不久就死亡了，这个事情它的冲击会非常的大。
好，我们再回来看纳米的科技，纳米科技，我们这张图中间有两个预测，一个是1989年作的预测，你可以看到这是一个曲线，我们的晶体管越做越小，我们每三年这个晶体管就缩小一倍，数量增加了四倍，为什么数量增加四倍？晶体管缩小一倍，我们在面积上，我们就可以增加两倍，就是相同的面积可以增加两倍的晶体管，可是我们芯片的面积又增加了两倍，所以就得到了四倍，所以就翻两番，这么快的速度，在公元2002年就做了一个预测，这个预测我也在这图里面把它标明出来它的不同，这个预测跟原来不一样的地方是什么？我们现在的晶体管以现在的技术，晶体管缩小的速度要比过去十年来得更快。可是我们的数量呢，并没有办法向以前的每三年增加四倍，这么快的增加。其中的原因，就是我们不能把芯片的面积再增大，因为芯片的面积再增大的时候，我的里面有做坏的电晶体，如果做坏了，我整个芯片就要丢掉，这个时候我就不划算了。大家可能都会问，这东西一直做下去，做到纳米，我们大概应该是在最近几年，我们这个晶体管的大小就小于100纳米，这时候我们就不能叫微电子，我们叫纳电子，这个纳电子有没有极限，我们要不要做到像这个原子、分子一样这么大小，来帮我们做这个计算机，做这些计算。我们必须要讲，我们用光刻的方法，现在我们给它一个名字，这个光刻方式叫做由上而下的加工方式，这种由上而下的加工方式，它必定有一个极限。
我记得台湾有一个非常重要的微电子的学者，他就讲说其实未来三十年内，这些微电子还会急速地发展，每年增长30％，再增长30年。如果说以30％，现在微电子的生产总值大概3000亿美金，如果以每年30％的速度生产下去，我们在三十年就超过全人类的生产总值，所以这是不可能。你不可能，你总不能拿微电子来吃，对不对？你穿、吃都拿微电子来，起码纳米里面还有一个“米”字，纳米还可以吃。纳米真的是有协助于生物科技的，是可以吃的，这是真的。所以我们现在的讲法，就是微电子以更快的速度迈向极限，所以在公元2010年大概是50纳米或60纳米是它的极限，为什么是这个数字？因为50纳米跟60纳米牵涉整个加工，就是纳加工的光学系统的更动，使得成本上升，成本上升。当我这个芯片卖得更贵，然后又老坏，你会不会买，你不会买。这时候微电子的急速发展，我们就讲它停止了，停止了以后，会发生什么事情？是不是微电子就泡沫化了，就没有了，大家现在大家很努力地在念电子工程系，是不是就觉得有点害怕，将来就没饭吃了，不会，你们放心好了。所以它会转向多样化。
我们在下面会谈到转向微系统科技，这个微系统科技呢，我们也有一种在美国的讲法叫MEMS，就是Micro Electro Mechanical System，后来这个就是微机电系统把它集成在同一个芯片里面，我不只是有电子元件在里面，我还有机械元件，我可以做机械的事情，做机械的感测，这叫做微机电系统。过一会儿，美国人又发现这个名字不够，我们应该把光放进去，所以就叫做MOEMS，就是微光机电系统。现在更流行的名字叫BioMEMS，是生物微机电，不管怎么样，在欧洲都叫微系统技术，所以它会继续地扩散出去。
这里我举一两个例子，这个是加州伯克莱大学林立伟教授做的，也是我的学弟，他就是做得是一个针，用硅做的一个针，这个针本来是想刺到脑部里面，研究脑子的活动，所以它这上面有电极，有取样，有取样的孔洞，事实上我们也可以拿这个针来研究针灸，到底针灸是怎么回事。另外，你们看到另外一个，就是硅的振荡器，为什么我需要硅的振荡器，你们现在，如果你们手机坏了，把它拆开来，打开看看，这个手机里面有几个部分，其中有一个部分是石英振荡器，石英中频振荡器，这个石英振荡器因为它的材料跟硅不一样，所以它要另外做，然后到最后再用电子电路集成到你的手机里面，这时候石英振荡器就显得特别大。如果我用硅就可以把这个振器跟我的电子电路做在一起，是不是我就集成起来，这时候你的手机会更小，还不只更小，还会更便宜，这是最重要的，它成本还会降低。这就是我讲的这个微电子的微加工技术，它还会扩散到其他的机件元件。这个就是我做的，左上角那个还上了一个国际杂志的封面，这个讲的是什么？人造纤维的喷口，我们现在，你要知道自然的纤维，产量不能够再增加，因为耕地面积受限，羊毛啊、麻啊、棉啊，不能再增加，所以人纤，人造纤维不断地在增加，可是人造纤维，我们会认为还是天然的纤维穿起来比较舒服，错。将来人造纤维会更舒服，因为纤维它的好坏决定于两件事情，第一件事情就是它的横剖面，为什么是横剖面？你像蚕丝为什么会发光，蚕丝发光因为它是三角形的，羊毛为什么会是卷的？羊毛卷的，是因为它是扁的。
所以说，你的纤维的品质靠的是横剖面跟材料，材料现在我们比如说参了纳米丝进去以后，大家前一阵可能都在电视上看到，纳米丝参上去了以后，你的水倒上去它都不沾，因为就像荷花荷叶上面一层细细的丝，拿这个水滴没有办法，它因为表面张力的原因，就形成了球，没有办法沾下去。像你如果去洗桃子，桃子表面有一层毛，水也没有办法沾上去，这个就是材料的改变。
好，我们现在进到另外一种纳米的科技，刚才我们谈的这些都是由上而下的微加工不断地缩小以后，变成纳加工的纳米科技。这种微加工的纳米技术它有一个极限，另外一种纳米科技呢，它是由下而上自组装产生的，什么叫自组装？你们现在外面看到这些雪花，拿到显微镜下面去看，有各式各样的结构，这些结构就是由水蒸汽所形成的，自组装所形成的。我们现在竟然发现这些纳米管，现在给你们看的这个纳米管是长出来的，长出来。我们知道人死了，头发都还会继续生长，没有生命，头发还会继续生长，所以纳米管就像那些无机的东西，还会这样长出来，自组装长出来。这个现象当然让我们非常的兴奋，在未来的整个加工，有一种完全崭新的方向，这个崭新的方向就好象美国一个有名的科学家他说，未来的电脑是什么样的，未来的电脑不是像我们由上而下的加工方式来做的，而是我像油漆一样漆到我的芯片上面去，到最后它自组装完了，就变成纳米级的这些晶体管，然后更小的数量就更多，这当然就是我们的梦想。
可是各位你可以看到，现在这张图上面的自组装所产生的管子，我们还可以把纳米球，刚才谈到的碳60，60个碳原子和纳米球塞进去，自组装塞进去，这个管的大小不到一个纳米，不到一个纳米，比基因还要小，比基因还要小，比染色体还要小很多很多，接近原子的大小，所以这个是一个非常不可思议的，这其中碳起了非常大的作用。我们这边展现，我们有碳原子，然后我们平面的碳结构就是石墨，我们立体的碳结构就是金刚石，对不对，然后我们还有环状的碳就是苯，就是苯环，右下角就是碳管，更复杂的碳结构就是左上角的基因，右上角的蛋白质，所以碳可以形成这么多的各种不同的，正是因为碳，它有四个键，然后分布在各种不同的方向，所以它有很多种可能性来键结。那整个生物科技里面都跟碳的作用，跟碳所形成的纳米的结构息息相关。
我们现在用这些碳用自组装的生长，你们各位看到，右边的这些图，这些图是一根画出来的碳管，左边是我们讲说可以说是一串，你看到的这个，一个方块里面的，这个方块里面是几亿根的纳米管，它为什么你要长哪里就可以让它长哪里呢？我们是在这个基板上面，我们涂在一定的地方把它加工，涂上这个催化剂，然后放到生长炉里面去，在有催化剂的地方，它就会长出纳米碳管，就像长头发这样长出来，所以你看到密密麻麻，我们自组装的�
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