来源：战略前沿技术
斯坦福大学开发出
可生物降解的柔性电子元器件
【据今日科学网站2017年5月2日报道】随着智能手机、可穿戴传感器等电子设备的日益普及，电子垃圾数量也越来越多。联合国环境规划署的报告指出，2017年全球电子垃圾近5000万吨，比2015年增加20％以上。
斯坦福大学化学工程与材料科学工程系鲍哲南教授及其团队试图模拟人类皮肤的功能，思考如何开发出未来电子设备。皮肤具有柔性、自我修复和生物降解功能，这对于电子产品是非常有吸引力的。鲍哲南说：“我们已经实现了柔性和自我修复功能，所以生物降解功能是我们想要解决的。”
研究团队开发出一种柔性电子器件，只要加入弱酸就可以降解。研究结果于5月1日发表在《美国科学院学报》。这是可分解半导体聚合物的第一个例子。
除了聚合物——基本上是柔性导电塑料——该团队开发出可降解电子电路和用于放置电子元件的生物降解衬底材料。该衬底支持电子元器件，可弯曲并塑造出粗糙和光滑表面。当不再需要电子器件时，可生物降解为无毒材料。
在此之前，鲍哲南教授模拟人类皮肤，制备出一种可拉伸电极。该材料可以弯曲和扭曲，因而允许其与皮肤或大脑接触，但是不能降解。这限制了植入式器件的应用，并且造成了浪费。
制备出既具有良好电导性又可生物降解的鲁棒材料是一种挑战。鲍哲南说：“我们一直在努力思考如何开发出可生物降解的导电聚合物。”
最终，该团队发现通过调整柔性材料的化学结构，使其在温和压力下分裂。鲍哲南说：“我们产生这样一个想法：利用特殊的化学键使分子继续保持顺利传输电子的能力。但是，这种化学键对弱酸很敏感。” 因而，研究人员开发出一种可携带电信号且易于降解的材料。
除了生物降解聚合物，该团队还开发出一种新型电子器件和衬底材料。通常，电子器件由金制成。但是，该新型电子器件由铁制成。铁是一种环境友好型产品且对人类无毒。
研究人员从纤维素中制备出衬底，其载有电子电路和聚合物。纤维素可以做成纸。该团队改变了纤维素纤维，因此“纸”是透明且柔韧的，同时仍然容易破裂。采用薄膜衬底制成的电子器件可用于可穿戴设备，甚至植入体内。
可生物降解的导电聚合物和衬底的组合使得电子器件具有多种用途，从可穿戴电子器件到大规模环境调查。
未来，可生物降解的柔性电子器件会非常薄且舒适，它可用于测量血压、血糖和出汗量。该器件可穿戴一天或者一周，然后下载数据。这种短期使用的一次性电子产品似乎非常适合可降解和柔性设计。
可生物降解的衬底、聚合物和铁电极使得整个器件适合用于人体，但是仍需更多的探索。此外，可生物降解的电子器件可用于偏远地区的大面积调查。例如，利用飞机将可生物降解的电子器件投放在森林调查地形等数据。通常，人们很难将传感器扩散在森林，而且回收传感器也相当困难。随着电子元件数量的增加，生物降解性变得越来越重要。
（来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所 许文琪）
普渡大学开发出石墨烯光电探测器新技术
实现非局部光电探测
【据今日半导体网站2017年4月25日报道】普渡大学、密西根大学和宾夕法尼亚州立大学的研究团队声称，已解决阻碍石墨烯高性能光学器件的发展问题，石墨烯高性能光学器件可用于成像、显示、传感器和高速通信。题为“由碳化硅衬底与微米量级石墨烯结合制成的光电晶体管的位置依赖和毫米范围光电探测”的论文发表在《自然纳米技术》杂志。该项目受到美国国家科学基金会和美国国土安全部的联合资助，同时，它也受到国防威胁降低局的资助。 、
极薄碳层具有独特的光学和电子性质，石墨烯有希望制成高性能光电器件。然而，通常的石墨烯光电探测器仅有一小块区域对光束敏感，这限制了其应用。
普渡大学陈勇教授说：“为解决该问题，研究人员将石墨烯与相对较大的SiC衬底相结合，制成了石墨烯场效应晶体管，光可以将其激活。”
高性能光电探测器可用于高速通信、超灵敏相机、传感和可穿戴电子器件。基于石墨烯的晶体管阵列可以实现高分辨率成像和显示。
密歇根大学核工程与放射科学Igor Jovanovic教授说：“大部分相机需要很多像素点，然而，我们的方法使得超灵敏相机成为可能。虽然它的像素点相对较少，但是分辨率很高。”
Jovanovic教授说：“在通常的石墨烯光电探测器中，光响应仅发生在石墨烯附近的特定位置（该区域比器件尺寸小得多）。然而，对许多光电器件应用而言，希望在更大的区域上获得光响应和位置灵敏度。”
新发现表明，该器件可在非局部区域对光敏感，甚至当光照在距石墨烯至少500µm 的碳化硅衬底上时也对光敏感。光响应和光电流可增加差不多10倍，这取决于照射哪一部分材料。此外，光电晶体管新技术也是位置灵敏的，因此它可以确定光线到达的位置（对于成像应用和探测器非常重要）。
这是首次证明在较大的碳化硅晶片上使用一小块石墨烯实现非局部光电探测，因此光不必击中石墨烯本身。光线可以入射在一个更大的区域，几乎是一毫米，之前没有人做过相关研究。
将电压施加在碳化硅背面和石墨烯之间，在碳化硅中建一个电场。入射光在碳化硅中产生光载流子。
该研究与开发石墨烯传感器工作有关，石墨烯传感器可用于检测辐射。
陈勇教授说：“该论文与用于检测光子的传感器有关，但原理与其它辐射类型相同。我们正使用灵敏石墨烯晶体管探测光子产生的电场变化，在这种情况下，光与碳化硅衬底发生反应。”
Jovanovic说：“光探测器可用于闪烁体，闪烁体可检测辐射。电离辐射产生短暂的光照，闪烁体中的光电倍增管（约百年的老技术）可检测它。因此，开发可以实现相同功能、基于半导体的先进器件是非常有意思的事情。”
此外，研究人员也解释了计算模型的其他发现。新型晶体管由普渡发现公园的比克纳米技术中心制备。
未来研究将包括探索诸如闪烁体、天体物理学成像技术和高能辐射传感器等工作。
（来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所 许文琪）
墨尔本大学开发出
世界上首个石墨烯电流成像新技术
【据今日科学网站2017年4月26日报道】墨尔本大学研究人员开发出二维石墨烯中电子运动成像新技术，是世界上首次研制出石墨烯电流成像新技术，有助于推动下一代电子产品的发展。
新技术能对超结构（仅一个原子厚度）中的电子运动行为成像，克服了现有方法对超薄材料器件中电流理解的重大局限。
墨尔本大学量子计算与通信技术中心副主任劳伦德·霍伦伯格教授说：“未来，基于超薄材料的下一代电子器件特别容易存在微小裂缝和缺陷，因而破坏电流。”
由霍伦伯格教授领导的研究团队，利用量子探针对石墨烯中的电流成像。该探针基于一个原子大小的“颜色中心”，并且只在金刚石中发现。
“如果研究人员了解了缺陷是如何影响电流的，那么将提高现有技术和新兴技术的可靠性与性能。我们对此结果非常地激动，这使得我们能揭示量子计算器件、石墨烯及其它2D材料中电流的微观行为。”
“研究人员在硅基纳米电子学原子大小制备领域已取得巨大进步，硅基纳米电子学可用于量子计算机。像石墨烯片，这些纳米电子结构基本上仅有一个原子厚度。新型传感技术的成功意味着我们有希望观察纳米电子结构中的电子运动情况，有助于我们今后了解量子计算机如何运作。”
除此之外，新技术与二维材料可用于开发下一代电子器件、能源储存（电池）、柔性显示器和生物化学传感器。
墨尔本大学量子计算与通信技术中心Jean-Philippe Tetienne博士说：“我们的技术非常强大并且实现简单，因而很多学科的研究人员和工程师可采用它。”
“在物理学中，利用运动电子的磁场是传统想法，但这是在21世纪应用的微型计算机上的新颖实现。”
基于金刚石的量子传感研究人员和石墨烯研究人员合作开发出新技术，这对于克服金刚石和石墨烯的技术问题至关重要。
墨尔本大学物理系石墨烯研究人员Nikolai Dontschuk说：“在此之前，没有人能看到石墨烯中的电流情况。”
“制作一个由石墨烯与金刚石氮-空位颜色中心相结合的器件，是非常有挑战的。但是，我们的方法是非入侵且强大的，我们不会以这种方式感应电流，从而破坏它。”
Tetienne解释了研究团队是如何利用金刚石成功对电流成像。
“我们的方法是在金刚石上照射绿色激光，并且观察到由于颜色中心对电子磁场的响应而产生的红光。”
“通过分析红光的强度，我们确定了由电流产生的磁场，并且能够对其进行成像，并看到材料缺陷的影响。”
（来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所 许文琪）
美研究人员制备出
新型碳纳米管编织物薄膜可
极大增强柔性电子设备的机械强度及可靠性
【据今日科学网站2017年4月21日报道】金属薄膜的结构鲁棒性(Robustness)对于健康监测传感器等智能柔性电子设备的可靠运行十分重要。整齐排列的均一碳纳米管薄片应用范围很广，跨越从微观到宏观的多个尺度，包括微机电系统（MEMS）、超级电容器电极、电缆、人造肌肉和多功能复合材料等。
近日，受自然界及古代复合材料结构的启发，伊利诺伊大学乌尔班纳-香槟分校的的研究人员合成出了兼具高导电性及50倍于电子工业用铜膜韧性的碳纳米管（CNT, Carbon Nanotube）编织物，有望大幅度增强柔性电子设备的机械强度及可靠性。值得一提的是，该研究首次将断裂力学原理应用于对碳纳米管编织物的设计和对其纳米结构韧性的研究当中。
早在上个世纪九十年代，碳纳米管就被称为“神奇材料”而应用于多种纳米技术当中。“神奇材料”这种称法毫无疑问是十分正确的。这些微小的圆柱结构体由石墨烯薄片卷曲而成，直径仅有几个纳米（大约为头发丝的千分之一）。单根碳纳米管的强度高于钢铁和碳纤维，密度小于铝，且具有优于铜的导电性。但是，利用碳纳米管构建如纺织品或薄膜等材料并在厘米或米的宏观尺度下仍然能保持单根碳纳米管的优良特性却十分困难。最大的挑战来自于对碳纳米管的组装与编织，因为碳纳米管尺寸太小且几何结构很难控制。
研究人员表示，正是由于对碳纳米管编织物断裂能的研究指导他们设计出了这些极其坚韧的碳纳米管薄膜材料。研究人员以标题为“采用碳纳米管毛细管拼接技术制备纳米导电编织物”的研究论文，将其研究成果发表在《先进工程材料》期刊上。
具体工艺细节如下：
最初，研究人员将催化剂放置在氧化硅衬底上，利用化学气相沉积法沿垂直方向生长碳纳米管并将其平行排列成5微米宽、10微米长、20到60微米高的形状。
工艺中交错排列的催化剂图形受到了砖块和灰浆设计思想的启发，这样的材料组织结构在一些坚固的天然材料中很常见，如骨骼、珍珠层、玻璃海绵和竹子等。而对于如何将碳纳米管固定在一起，研究人员借鉴了五千多年前古埃及人制作亚麻纺织品时所采用的拼接工艺。通过对包括微轧和简单机械压缩等多种机械方法的尝试，他们最终选择利用自驱动毛细作用力将碳纳米管固定在一起。
柔性电子设备需要经受重复的弯曲和拉伸动作，极易出现机械故障。将新型碳纳米管编织物简单封装在弹性体阵列中，可被用于智能纺织品、智能皮肤以及更重柔性电子设备的制作当中。由于具有极高的韧性，新型碳纳米管编织物将成为金属薄膜材料的替代材料使柔性电子设备的可靠性得到进一步的增强。
（来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所 李铁成）
美国发明出宽带宽、小体积的
波导模式转换器
【据激光电子世界网站2017年4月18日报道】美国哥伦比亚大学研究人员发明了一种通过使用纳米天线来控制在光在波导中高效传播模式的方法。为了演示这种技术，他们构建了光子集成器件。该器件不仅具有创纪录的小尺寸，而且还能够在前所未有的广泛波长范围内保持最佳性能。
该光子集成电路可以通过多个模式，即模分复用（MDM）技术引导数据来提升波导数据速率，而不仅仅是单个模式。因此，操纵模式的能力变得非常重要。在此引入模式转换器。
沿波导传播的光波的光功率被限制在波导的核心内，研究人员只能通过波导表面附近存在的小的渐逝“尾迹”探寻导波。这些引导波特别难以操纵，因此光子集成器件的尺寸往往较大，从而限制芯片的器件集成密度。
哥伦比亚大学的研究小组发现，在波导管中控制光最有效的方法是用光学纳米天线来“装饰”波导。该纳米天线将光从波导芯内部拉出，修改光的性质，再将光释放回波导。密集堆叠的纳米天线阵列的累积效应非常强，可以在不超过两倍波长的传播距离内实现波导模式转换等功能。
哥伦比亚大学教授，研究人员Nanfang Yu说：“考虑到实现波导模式转换的常规方法需要长达数百倍波长的器件，这是一个突破。我们已经能够将设备的尺寸减小10到100倍。”
Yu计划接下来将可调谐光学材料纳入光子集成器件，以实现对波导中传播的光的主动控制。这些有源装置将是增强现实护目镜的基本构件，首先确定佩戴者的眼睛像差，然后将像差校正图像投影到眼睛中，他和他的哥伦比亚工程部的同事Michal Lipson，Alex Gaeta，Demetri Basov吉姆·霍恩和哈里斯·克里希纳斯瓦米正在努力。Yu还在探索将波导中传播的波转换成强表面波，最终可用于片上化学和生物传感。
（来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所 张慧）
日本东北大学开发出
硅基紫外光传感器量产技术
【据今日科学网站2017年4月20日报道】日本东北大学和SII半导体公司合作开发出硅基紫外光传感器量产技术，可用于智能手机和可穿戴设备，有助于推动物联网的发展。
近年来，卫生界越来越关注防止晒伤和皮肤雀斑。因此，采用智能手机或可穿戴设备测量紫外光对医疗保健和美容医学是非常有益的。事实上，人们越来越频繁地使用紫外光干燥机和采用紫外光固化油墨的紫外光打印机，因而，工业领域对测量不可见紫外光的需求也逐渐增长。
新型紫外光传感器技术由东北大学工学系菅谷真二教授和黑田隆副教授领导的研究团队开发，利用硅半导体选择性探测并测量紫外-A(315~400nm)和紫外-B(280~315nm)光波段的光强。这是造成晒伤和皮肤雀斑的光波段。多功能硅半导体传感器更适用于电路集成，并且与化合物半导体紫外传感器相比，增加了更多功能。
传统上，硅光电二极管紫外光传感器采用光滤波器隔断不需要的可见光波段。通过利用具有高和低紫外线光敏度的硅光电二极管的差分光谱响应，研究人员开发出可选择紫外光波段的传感器，这样就省去了光滤波器。
这种无滤光结构可防止传感器入射紫外光强度降低，因而具有较高的灵敏度。
2011-2013年，菅谷真二和黑田隆参与日本科技局SENTAN-项目，开发出硅光电二极管技术，提供190~1100nm宽的光谱响应，并具有高抗紫外光性能。
目前，该硅光电二极管技术已用于紫外光传感器量产技术，它利用新引入的差分光谱响应方法。然后，将所开发的紫外光传感器加载到小型透明树脂封装包，对于组装几乎没有限制，这使其适用于智能手机和可穿戴设备。预计该技术还可用于紫外光探测和测量。
（来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所 许文琪）
俄罗斯开发“永久性”石英材质信息载体
俄罗斯科学家正在开发一种“永久性”石英数据盘。该项目是在前景研究基金会与俄联邦教科部共同支持下，依托俄罗斯门捷列夫化工大学实施的，目的是研发石英玻璃或其它硅氧化物玻璃材质纳米点阵上的光存储技术。
俄罗斯前景研究基金会的项目负责人称，这项研究将引起档案存储业革命，因为正在研发的这种石英数据盘能够存储信息超过数百年甚至长达千年之久，而且可无限次地读取信息。其存放条件也没有特殊要求，既不需要对其定期重写、也无需人工干预。新型信息载体不但体积小、存储量大，而且对极端气候影响、强侵蚀性化学试剂、各类电离辐射、静电荷作用、高温甚至火灾等不利外部因素都具有极高的耐受性。
目前俄科学家已研制出在连续旋转载体上实现数据多层写入和读取的设备，正在研制载体本身及其电子和光学元器件的材料。为保证数据操作和相当于现代光驱动器甚至更高水平的响应速度，研究人员正在开发专业化程序软件。
俄国内的档案专家正在期盼这种“永久性”石英数据盘的诞生。新载体能够长期存储信息和反复读取信息，未来就没有必要浪费大量纸质信息载体，从而节约数以亿计（卢布）的存档费用。
（来源：科技部）
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