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| 盤(pán)點(diǎn)十項具有變革潛質(zhì)的前端技術(shù) |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-01-09 10:11:29 瀏覽次數： |
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你開(kāi)著(zhù)混動(dòng)汽車(chē)，通過(guò)導航儀找到了特色參觀(guān)，你在堅固溫暖的房子里用手機查看著(zhù)一周的天氣預報，你足不出戶(hù)就能通過(guò)電商買(mǎi)到國外的牛奶，你坐在影院里一邊吃著(zhù)爆米花一邊看著(zhù)最新的3D大片……
雖已習以為常，但我們的生活已確實(shí)都被這些曾經(jīng)的先進(jìn)技術(shù)改變了。在2015年的關(guān)口猜想，下一次是誰(shuí)要改變我們？
近期，科技部高技術(shù)中心根據國家軟科學(xué)研究計劃項目“世界高技術(shù)發(fā)展趨勢跟蹤研究”的任務(wù)要求，組織信息、材料、能源、先進(jìn)制造、交通及基礎研究等領(lǐng)域，來(lái)自863、973計劃專(zhuān)家組，以及有關(guān)高校、研究院所和重點(diǎn)企業(yè)的總計230多名專(zhuān)家，采用文獻計量和定性分析相結合的方法，通過(guò)對相關(guān)領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢的國家與企業(yè)的有關(guān)科技計劃、規劃、發(fā)展動(dòng)態(tài)和戰略部署的梳理，以及對相關(guān)核心期刊、國際學(xué)術(shù)會(huì )議等的學(xué)術(shù)文獻資料信息的統計分析，提出了各領(lǐng)域當前十個(gè)左右共計61個(gè)前沿熱點(diǎn)。
經(jīng)過(guò)進(jìn)一步凝練，他們提出了當前十大最具備變更潛質(zhì)的前沿技術(shù)。
1.碳基納米材料
碳基納米材料是指具有獨特微結構和性質(zhì)的碳材料，主要包括石墨烯碳、納米管及碳量子點(diǎn)三類(lèi)材料。其中，石墨烯是目前已知最薄的材料，具有高導電性、高韌度、高強度、超大比表面積、突出的導熱性能等特性；碳納米管具有巨大的長(cháng)徑比、高界面原子比例、原子排列可變且界面晶格互不關(guān)聯(lián)等特性；零維碳量子點(diǎn)有別于傳統具有毒性的量子點(diǎn)，它具有環(huán)境友好，生物相容性好，熒光強度高、不閃爍等獨特優(yōu)勢，還是一種極佳的發(fā)光材料。
碳基納米材料已成為全球科技和產(chǎn)業(yè)競爭最激烈的研究領(lǐng)域之一，備受科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界和各國政府的高度重視。隨著(zhù)碳基納米材料不同制備技術(shù)和后續應用技術(shù)的逐漸成熟，將在半導體產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)、新型儲能材料、生物制藥、復合材料、航天、軍工、新一代顯示器等多個(gè)傳統和新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)革命性的技術(shù)變革，成為下一個(gè)千萬(wàn)億級的產(chǎn)業(yè)。
2.半導體納米材料
三維空間尺度至少有一維處于納米量級（小于100nm）的半導體材料稱(chēng)為半導體納米材料。由于尺寸及量子限域等效應的存在，半導體納米材料具有一些體材料所不具備的獨特性質(zhì)?；谶@種特性，可以設計、制備性能更為優(yōu)異的器件。因此，半導體材料性能在納米層面的優(yōu)化與應用拓展始終是半導體材料研究的熱點(diǎn)之一。同時(shí)，半導體納米材料與新能源、生物技術(shù)等新興方向的交叉融合，也衍生出了一系列新的研究熱點(diǎn)。
半導體納米材料與技術(shù)正在以前所未有的深度和廣度改變著(zhù)世界，并在科技方面開(kāi)辟了認識自然的新層次。半導體納米材料帶來(lái)的各種新原理、新應用、新器件，極大地豐富、改變了半導體學(xué)科的研究面貌，在諸多領(lǐng)域引發(fā)了新的技術(shù)革命，成為當今最富活力高新技術(shù)領(lǐng)域之一。
3.突破衍射極限的光學(xué)光刻技術(shù)
作為微納信息器件制造的先導和主流技術(shù)，光學(xué)光刻技術(shù)發(fā)展正面臨著(zhù)原理性障礙：光學(xué)光刻分辨力這一核心技術(shù)指標的提高受到衍射極限的限制。表面等離子體成像光刻技術(shù)、表面等離子體局域光刻技術(shù)等以突破衍射極限，建立超分辨成像光刻理論和技術(shù)體系為目標的技術(shù)熱點(diǎn)，已成為信息領(lǐng)域的重大科學(xué)技術(shù)問(wèn)題之一。
這些技術(shù)一旦成熟，可提供小于32nm、22nm甚至10nm節點(diǎn)以下的光學(xué)光刻技術(shù)，從而有望解決國際上傳統光刻技術(shù)路線(xiàn)衍射受限的理論和技術(shù)困境，成為新的光學(xué)光刻方法和工具。
4.激光微納制造
激光微納制造是微納制造技術(shù)的重要部分。激光微納制造是通過(guò)激光與材料相互作用，改變材料的物態(tài)和性質(zhì)，實(shí)現微米至納米尺度或跨尺度的控形與控性。由于激光微納制造在能量密度、作用的空間和時(shí)間尺度、制造體吸收能量的可控尺度都可分別趨于極端，而使制造過(guò)程所利用的物理效應、作用機理完全不同于傳統制造，其制造復雜結構的能力與品質(zhì)遠高于傳統制造，由此產(chǎn)生了一批新技術(shù)（如光刻、近場(chǎng)納米制造、干涉誘導加工、微焊接等）、一批新產(chǎn)品（如大規模集成電路、MEMS/NEMS等）、一批產(chǎn)品的高性能化（如航空發(fā)動(dòng)機、燃氣輪機、太陽(yáng)能電池等）和相應的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群。
激光微納制造涉及光學(xué)、物理、材料、化學(xué)、生物、信息、控制、機械、納米科技等學(xué)科，必將推動(dòng)制造及相關(guān)學(xué)科的深入發(fā)展。并為能源、航空、IC制造、國防、汽車(chē)、生物、醫療等領(lǐng)域實(shí)現跨越式發(fā)展提供重要的制造支撐。
5.光電子集成芯片技術(shù)
光電子集成芯片技術(shù)是將光電材料和功能微結構集成在單一芯片上，實(shí)現系統功能的新技術(shù)。即將多個(gè)光電子分立器件，如激光器、光調制器、光探測器、光放大器和解復用器等通過(guò)合理的優(yōu)化、設計、工藝加工和封裝，集成到單一芯片上。
光電子集成芯片能夠發(fā)揮高密度集成、價(jià)格低廉，以及光子極高帶寬、超快傳輸速率和高抗干擾性的優(yōu)勢，具有低功耗、高速率、高可靠、小體積等突出的優(yōu)點(diǎn)，在光傳輸、光信息處理與交換、光接入以及光與無(wú)線(xiàn)融合等領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節具有重要作用，是突破信息網(wǎng)絡(luò )所面臨的速率和能耗兩大技術(shù)瓶頸的必由之路。光電子集成芯片技術(shù)在光傳感、光計算、生物傳感、醫藥、農業(yè)等領(lǐng)域也有著(zhù)廣泛的應用前景?？梢灶A見(jiàn)光電子集成芯片技術(shù)對于光電子領(lǐng)域的發(fā)展，將會(huì )帶來(lái)一次具有里程碑意義的變革。
6.后摩爾時(shí)代三維互連集成及芯片設計
三維集成電路（3DIC）是指將兩層甚至多層集成電路部件通過(guò)垂直或水平互連集成為一個(gè)芯片。三維集成電路和三維封裝之間的區別在于是否整合為單一芯片。三維封裝指多個(gè)芯片封裝在一個(gè)管殼內，芯片與芯片之間通過(guò)片外互連連接。
三維集成電路（3DIC）可以有效緩解了CPU的“存儲墻”問(wèn)題，使DRAM訪(fǎng)存時(shí)間縮短了50倍，極大緩解了存儲墻的限制；將帶動(dòng)相關(guān)材料、制造、封裝和測試技術(shù)的發(fā)展；帶動(dòng)小型化集成電路應用技術(shù)的發(fā)展，從而為汽車(chē)電子、人體穿戴式設備和植入式應用打開(kāi)了大門(mén)。
3DIC是下一代集成電路的根技術(shù)，對于電子系統小型化、低功耗和高性能都將產(chǎn)生重要影響，可能帶來(lái)中央處理器（CPU）、系統芯片（SOC）體系架構的演進(jìn)，工藝和封裝及EDA技術(shù)的革新。3DIC發(fā)展和應用前景廣闊，將對智能手機、醫療電子、高性能計算、物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)電子、監控和安全等產(chǎn)業(yè)格局引發(fā)深層次影響。
7.碳化硅電力電子器件技術(shù)
碳化硅電力電子器件是有別于傳統基于硅材料的、具有寬禁帶的電力電子器件。
碳化硅電力電子器件的重要系統優(yōu)勢在于具有高壓（達數萬(wàn)伏）高溫（大于500℃）特性，突破了硅基功率半導體器件電壓（數kV）和溫度（小于150℃）限制所導致的嚴重系統局限性，從而使碳化硅電力電子器件能夠滿(mǎn)足能源轉換對高壓、大容量、高頻、高溫的功率半導體器件的需求，提高電力電子裝置的效率，減少系統損耗，達到顯著(zhù)的節能效果；并大幅度減少電力電子裝置中的各類(lèi)變換器的體積，大大提升裝備的機動(dòng)性、靈活性。
碳化硅電力電子器件由于其優(yōu)異的性能，被譽(yù)為帶動(dòng)二十一世紀“新能源革命”的“綠色能源”器件。
8.量子通信技術(shù)及與經(jīng)典通信的融合
量子通信又稱(chēng)量子隱形傳送，是由量子態(tài)攜帶信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實(shí)現保密通信過(guò)程。
量子通信是一種全新通信方式，它傳輸的不再是經(jīng)典信息而是量子態(tài)攜帶的量子信息，是未來(lái)量子通信網(wǎng)絡(luò )的核心要素。從物理學(xué)角度，可以這樣來(lái)想象隱形傳送的過(guò)程：先提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點(diǎn)，接收者依據這些信息，選取與構成原物完全相同的基本單元（如：原子），制造出原物完美的復制品。量子通信技術(shù)基于量子物理學(xué)的基本原理，克服了經(jīng)典加密技術(shù)內在的安全隱患，為迄今為止唯一被嚴格證明是無(wú)條件安全的通信方式。
量子通信是最先走向實(shí)用化的量子信息技術(shù)。發(fā)展并裝備量子通信技術(shù)，實(shí)現量子通信與經(jīng)典通信技術(shù)的融合，對于實(shí)質(zhì)性地提升國家的信息技術(shù)水平和信息產(chǎn)業(yè)的核心競爭力，實(shí)現信息系統建設的跨越式發(fā)展，及國防、金融、政務(wù)等領(lǐng)域的信息安全保障都具有重要作用。
9.軌道角動(dòng)量通信技術(shù)
未來(lái)的電磁波通信技術(shù)如何尋找新的物理參數維度，如何在有限頻譜資源內滿(mǎn)足通信容量呈數量級增長(cháng)的需求，是一個(gè)重大的科學(xué)和技術(shù)挑戰，必須從物理層面尋找新的原理。光束除了具有與量子自旋有關(guān)的角動(dòng)量以外，還有一種是由于光束具有螺旋形相位結構而產(chǎn)生的軌道角動(dòng)量（OAM，Orbital angular momentum），因此OAM被稱(chēng)為光子（或電磁波）的最后一個(gè)基本參數，并且尚未被應用于通信。
在OAM這一電磁波的基本物理參數維度上，發(fā)掘未來(lái)通信系統容量呈數量級擴展的容量資源、基本原理和核心技術(shù)，與已經(jīng)利用的容量資源結合，可能大幅度新增容量。該技術(shù)的發(fā)展，對于緩解移動(dòng)通信系統的大容量需求和頻譜資源受限的矛盾，支持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，具有重要作用。
10.泛在感知與全分布控制技術(shù)
1988年，普適計算之父Mark Weiser第一次將“泛在”一詞用于計算器和網(wǎng)絡(luò )中，他將泛在計算定義為“一種使用物理上的多臺計算器加強計算能力，同時(shí)讓用戶(hù)無(wú)感知地使用的方式”；并預言了未來(lái)的網(wǎng)絡(luò )模式：“網(wǎng)絡(luò )如同空氣和水一樣，自然而深刻地融入人類(lèi)的日常生活和工作中。”這就是泛在網(wǎng)的作用。
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)、傳感技術(shù)和芯片處理技術(shù)的發(fā)展，使得泛在感知成為可能。如果說(shuō)泛在網(wǎng)是ICT社會(huì )發(fā)展的最高目標，物聯(lián)網(wǎng)則是泛在網(wǎng)的初級和必然發(fā)展階段，而傳感器網(wǎng)則是物聯(lián)網(wǎng)的延伸和應用的基礎。
泛在感知網(wǎng)絡(luò )不僅僅是基礎的網(wǎng)絡(luò )構架，同時(shí)也能向其他行業(yè)提供信息通訊服務(wù)，實(shí)現對信息的綜合利用，提升個(gè)人、企業(yè)、家庭的生活品質(zhì)及工作效率；數字化、多媒體化的信息服務(wù)將融入人們日常工作、生活中，并起到方便生活的作用。
來(lái)源：科技日報
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