稀有材料与大众化的电子产品

Tomás Palacios探讨了新材料在下一代电子产品中的应用，这其中涉及到了节能与推广的可能性。

几乎每个人都随身携带手机或平板电脑。但是如果Tomás Palacios对未来电子器件的预测实现的话，那么我们将越来越难以离开电子产品。 Palacios，受过专业培训的电气工程师，同时也是一位MIT（麻省理工学院）电气工程和计算机科学领域的副教授，他开发出了新型材料将电子设备业带入一个新的发展水平。他说：“我们一直试着将材料，技术，设计原理整合在一起创建一个实体模型，可以使得人们对新的应用与机遇感到兴奋”。由于拥有独特性能的新材料的出现，Palacios认为我们正处在过去30到40年以来半导体研究最激动人心的时刻。他说：“我的研究团队恰恰就处在这个时间点上。”目前， Palacios正意图研究基于两种主要的且无关的半导体材料结构类型的应用，他相信这种材料结构将会成为未来电子器件的趋势：氮化镓（GaN）与一些二维层状结构的材料，比如石墨和二硫化钼。

氮化镓减少能源浪费

大约60年前，硅基电子器件顺应了那个时代的潮流——如何构建计算量越来越大的电脑。Palacios说：“当今的主题是能源，”“我们相信氮化镓在解决能源（危机）所带来的挑战方面与硅在解决信息量所带来的挑战方面是一样重要的。”

预计在未来20到25年中，能源需求量可能翻倍，相关的技术，政策，以及社会矛盾是显而易见的。但是Palacios在我们目前的能源使用状况下发现了一些“好”消息。他解释道“据我们现在所知，有一半的电能是浪费在了热损耗上面，不用于实际生产工作中。”“氮化镓则提供了一种途径，有效降低电能那50%热损耗中的一大部分。”

比如，基于氮化镓（GaN）的照明就有望节省世界电能消耗的10%-20%，而内部使用氮化镓的高压开关能另外降低10%-20%的被浪费的电能。

作为麻省理工学院微系统技术实验室（MIT/ MTL）首席研究员，Palacios开展了氮化镓能源计划。其目标是促进MIT15组与行业相关的研究，以此来推进基于氮化镓材料与设备的科学与工程在能源方面的应用。如果Palacios与他的同事成功的话，他估计氮化镓在10-15年内可以节省1万亿美元的能源开支。但首先，需要建立以氮化镓为基础的产业生态系统，这其中包括开发基础材料，器件，电路，并且最终使得该系统在到2025年时节省了1万亿美元的能源开支。

二维层结构状的半导体尖端材料

二维层结构状的材料，比如石墨和二硫化钼，是非常特别的。Palacios说：“它们是你能想象的到的最薄的材料。”仅仅只有1到3个原子的厚度，这些层状材料硬度比钢还强但是重量却比钢轻的多。他还补充道：“它们是真正意义上的高级材料。”“没有什么能比无处不在的电子设备更惹人喜欢的了，即使更轻，更灵活，更透明。”

Palacios的研究小组正在努力寻找可以使电子器件市场10倍增长的方法。他对所设想的无处不在的电子设备的前景进行了解释：“我们用二维结构层材料所做的是将电子器件植入我们周围95%以上的事物中，而不是仅仅拥有电子器件。”“如果我们能够做到这一点，那么我们就能够对市场产生影响，并且使得电子器件产业提升至少10倍。”作为拥有石墨烯设备和二维系统的麻省理工学院微系统技术实验室（MIT/ MTL）中心的主任，Palacios与来自MIT的15至20个研究小组的同事们与超过10家来自世界各地的公司合作，推进墨烯和其他的二位层结构材料的开发与应用。

Palacios说：“如果我们在周边的事物中嵌入一些智能化，那么将会改变电子器件同时也会改变社会。”通过使用二维层结构的材料，他的研究小组已经能将电子回路植入到纸张，织物和纺织品上。他甚至使用3-D打印机制造具有嵌入式传感器和能源收集装置的设备。

Palacios认为嵌入式电子设备的应用范围本身就是很极端的，从嵌入式显示到多种生物医药电学。

致力于产业合作

Palacios说：“每一个在MIT的人都会明白，为了改变世界在我们实验室进行的基础研究都不会只停留在我们实验室中。”为了使他的研究付诸实现，Palacios的团队与许多企业和组织在不同层面上展开合作。在任何时间，三至五个来访的工业工程师将居住在他的实验室里一起进行研究，时间从短短几星期到几年。他的学生也经常使用企业合作伙伴的设备进行研究。无论关系如何构成的， Palacios始终认为最好的合作是企业方全部承包——花费巨资从事和致力于该项目。

译自：http://newsoffice.mit.edu/2014/extreme-materials-and-ubiquitous-electronics-tomas-palacios-1202

本文版权归研发埠所有，如需转载请注明出处！