納米統(tǒng)合物理及其在電子產(chǎn)業(yè)上的重要應(yīng)用研究
不詳 ?佚名 ? 2010年11月01日 ? ?科學(xué)前沿
上世紀(jì)80年代誕生，目前正在快速崛起的納米科學(xué)技術(shù)，是研究尺寸在0.1～100nm間的物質(zhì)組成體系的新科技。研究成果顯示，納米材料具有納米團(tuán)聚現(xiàn)象、納米荷電化等眾多正規(guī)材料不具備的奇異特性，雖廣泛應(yīng)用于微電子組件、能源、環(huán)保、生物等多個(gè)領(lǐng)域，卻難以用傳統(tǒng)理論解釋，人們對納米的認(rèn)識可謂知其然而不知其所以然。
筆者歷經(jīng)兩年深入研究，不僅發(fā)現(xiàn)了納米吸收震波能、納米熱致電等新的特性，建立了統(tǒng)合性的納米理論，揭開了納米材料神秘面紗，而且有望將其進(jìn)一步應(yīng)用于電子產(chǎn)業(yè)。
材料大小縮小至納米尺寸時(shí)，表面原子的面積比率甚高。筆者認(rèn)為，納米體一旦形成，其初生表面原子因暴露于外界會出現(xiàn)缺少共價(jià)電子的表面殘鍵，從而處于極不安定狀態(tài)，此時(shí)亟需向外界捕捉電子，亦即初生態(tài)納米體具有極強(qiáng)烈的化學(xué)還原力，因此稱納米表面殘鍵為自由基。由于納米表面吸著電子位于材料表面，很容易從外界吸收能量并提升其能位。當(dāng)表面吸著電子所獲能量到一定程度時(shí)，其能位就進(jìn)入傳導(dǎo)帶，當(dāng)能位超過某一數(shù)值時(shí)，即可脫離納米材料表面成為游離狀態(tài)，并遺留原位成為表面自由基，而表面自由基便又向周遭物質(zhì)奪取電子并釋放能量。
根據(jù)筆者等人研究，認(rèn)為納米表面吸著電子有下列多種方式吸收能位并發(fā)生能位變化：1.光子撞擊或電磁輻射引起游離作用；2.粒子撞擊引起導(dǎo)電或游離作用；3.吸收電磁波生熱作用；4.傳導(dǎo)熱和輻射熱引起導(dǎo)電或游離作用；5.電場牽引引起導(dǎo)電或游離作用；6.吸收震波（超音速壓力波）引起導(dǎo)電或游離作用，等等。
因此，納米材料之所以具有諸多奇異特性，均因帶負(fù)電的表面吸著電子密度遽增以及容易吸收上述各種不同型態(tài)能并起能位變遷或游離化所引起。
筆者用數(shù)學(xué)式推論得出，納米尺寸的絕緣體不僅具有半導(dǎo)體特性，而且在材料顆粒較小或溫度較高時(shí)可變成金屬導(dǎo)體；只要納米材料尺寸足夠細(xì)小，即使在常溫狀態(tài)下，納米表面吸著電子也會脫離表面而游離，遺留原位成為化性活潑的納米表面自由基，發(fā)射電流，此即為納米材料的熱電效應(yīng)。
若外界電磁輻射強(qiáng)度大于一定數(shù)值時(shí)，納米表面吸著電子即可吸收該輻射能而游離，而這些游離電子的濃度會隨材料尺寸的縮小或電磁強(qiáng)度的增加而變大，且因吸著電子位于表面，電磁輻射不受阻擋，較容易與表面吸著電子直接起反應(yīng)，產(chǎn)生光電效應(yīng)。
基于以上研究成果，筆者發(fā)現(xiàn)了納米材料在電子基板散熱與納米復(fù)層薄膜太陽能發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用空間。
為解決電腦CPU的過熱難題，可在CPU Die或電子基板上蒸鍍多層一定厚度的不同材質(zhì)復(fù)層膜，或?qū)⒘郊s4nm的納米顆粒以高濃度分散在樹脂中噴涂其上。因?yàn)榧{米材料能在稍高溫度下將熱能有效轉(zhuǎn)換成永恒輻射能，便可有效促進(jìn)散熱。此法不僅散熱效率好，且可以大幅節(jié)省散熱設(shè)備空間，堪稱一種革新技術(shù)。
太陽能屬于寬帶的電磁輻射，其紅外線具熱電效應(yīng)，其余電磁輻射具光電效應(yīng)，故太陽能具有使納米材料起熱電和光電效應(yīng)的雙重發(fā)電功能。當(dāng)納米復(fù)層膜組件受太陽輻射照射時(shí)，各復(fù)層的納米表面吸著電子便發(fā)生游離，非金屬層帶負(fù)電的游離電子同金屬層帶正電的表面自由基起位移結(jié)合作用，從而阻止其內(nèi)部反向復(fù)合，使得光熱致電組件正負(fù)極上分別堆積更多的正負(fù)電荷，即可發(fā)生更大的電動(dòng)勢。該研究成果或可使太陽能發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率提升，為今后的氫能開發(fā)帶來曙光。
納米材料所呈現(xiàn)出的種種特性，均可以納米統(tǒng)合物理演繹出數(shù)學(xué)式加以說明。相關(guān)論文已被國家級納米國際研討會墻報(bào)征文接受，并曾在中華生命電磁科學(xué)學(xué)會年會研討會中作論文演講，相關(guān)技術(shù)也已獲國家發(fā)明專利在案。納米統(tǒng)合物理的普律性及正確性已獲學(xué)術(shù)界和技術(shù)界肯定。
張坤樹，三譽(yù)研究開發(fā)有限公司執(zhí)行董事，中國臺灣國立清華大學(xué)物理研究所理學(xué)博士。專長于爆炸科學(xué)及爆壓加工、電磁波吸收材料理論及應(yīng)用、生命電磁理論及電磁防護(hù)保健、統(tǒng)合性納米物理及創(chuàng)新應(yīng)用。
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