纳米技术在通信领域的应用.doc

纳米技术在通信领域的应用科学的发展速度，快得让人有些匪夷所思。就中国来讲，在49年新中国成立前，中国一直都处于或大或小的战争中。然而战争，就双方的武器装备，其悬殊之大，真让人望而胆怯。在敌人的飞机大炮前，中国人有的只是大刀和步枪。新中国成立后毛主席的一句话更说明了当时落后的情景，“现在我们能造什么？一辆汽车、一架飞机、一辆坦克？一辆拖拉机都不能造”。再回首，那也是往事幕幕。但是，时隔不久，现在的中国，不说汽车、拖拉机，不说飞机、坦克、大炮，就连眼睛看不到的物质世界都已早有所涉及。观看遥远的星空，研制细小的纳米材料，还在这些领域取得了辉煌的成绩。就纳米技术，纳米材料来说。中国已在该领域投入了相当的资源，有些项目已走到了世界的前列。纳米，其英文名是Nanometer,它是一个长度单位，1nm=10-9m.约相当于45个原子串起来那么长，常被用于表示光的波长。纳米计算机能够把建立在大量信息处理基础上的超高分辨合成孔径雷达，放到卫星上进行高精度的对地侦察，对合成孔径雷达来说，要获取高分辨率图像的关键是数字信息处理技术。由于合成孔径雷达的数据率非常高，而成像处理过程又相当复杂，其数据如果要求实时计算出图像，就要求运算速度非常高。这应用硅集成电路是达不到的，只能用纳米计算机来实现。应用纳米电子学还可以提高光探测器、传感器和激光器的性能。利用纳米电子学与纳米机械相结合，可以制成微机系统和微型机器人。日本已经研制成直径仅为12mm的静电发动机和米粒大小的汽车。德国已研制成功一架肉眼几乎看不见的直升飞机。由于纳米技术是一门涉及电子、物理、化学、生物、医学、材料和机械等学科的高精尖技术，但目前还不是很成熟。到2015年能制成单电子晶体管集成电路，从而促使单量子计算机、量子波计算机及单量子通信机和量子波通信的实现。我们知道，世间物质按照导电情况分为导电体和非导电体（绝缘体）两大类。纳米技术能使物质的导电状态发生质的飞跃。例如导电性能良好的铜在纳米级就不导电了，而原本属绝缘体的二氧化碳在纳米级却摇身一变成为导电体。这使设计与制造通信设备将出现前所未有的新情况。通信设备中不乏陶瓷材料。用纳米陶瓷粉制成的陶瓷具有相当大的塑性，可使容易破碎的陶瓷坚如钢铁。以纳米技术为依托，可以开发比现有钢铁强度高十几倍而比重却大大降低，重量至少可减少到原有的十分之一，同时又可以像橡胶那样富有弹性的金属材料。那时，通信设备将变得非常轻巧。“小而精”是未来科技发展的必然趋势，而小尺寸多用途、高集成度以及高比表面积正是纳米技术区别于其他技术的一个显著特征。人造通信卫星是个庞然大物，重达几吨乃至十几吨，无论制造、运输、发射都会带来许多麻烦，价格也很昂贵。用纳米材料制成的“纳米卫星”比麻雀略大，重量还不到100g，运输发射容易，一枚小型火箭一次就可以发射数百颗。如果在太阳同步轨道上等间隔地布置648颗“纳米通信卫星”，就可保证任何人在任何时刻、任何地方与任何人进行通信，使“全球通、通全球”成为现实。此外，“纳米卫星”制造成本也很便宜，无疑是解决卫星袖珍化的重要手段。利用纳米材料制造的形如蚊子的微型反辐射导弹打入敌人营垒，其威力足可摧毁敌自动化指挥系统。应用纳米技术制造的机器人“蚂蚁士兵”，只要有声音就工作。将它潜伏在敌指挥所内，就可将敌方情报通过随身携带的探测器源源不断地传回，这对提高信息作战效能无疑会产生重要影响。新一代纳米机器人将随身携带纳米计算机自如地进行人机实时对话，能在1秒钟内完成数十亿次操作，将使作战方式和人类的工作、生活产生由量而质的巨大变革。科学家们设想，如果将纳米机器人潜入到通信设施内部，就可像侦察兵那样将通信设施的“健康”状况查看得清清楚楚，相当于进行了一次全面的体检。这样就可及早发现通信障碍，防患于未来。它还像清道夫那样，清洗通信设施中的“垃圾”，使其处于良好的工作状态。科学家预言，在未来战场上，会出现只有米粒大小、可自由升降和飞行的袖珍式通信侦察机、电子干扰机等信息化兵器。届时，将会呈现“小鱼吃大鱼”的军事奇观。在纳米科技的支持下，“个人数字助理”（掌上电脑）全部退役，超微型的存储、显示和运算器件将登台亮相，偌大的巨型计算机可装入口袋，“口袋电脑”将一统天下，“随身算”（移动计算）成为普遍实现。在设计与制造通信设备时，要用到集成电路，而集成电路里又有许多晶体管元件。自从人类发明第一只晶体管以来，其尺寸平均不到一年半时间就要缩小两倍。如今，宽度仅为30纳米的晶体管已经问世。这一突破预示着在未来5至10年内能生产出集成有4亿个晶体管、运行速度为每秒100亿次、工作电压在1伏以下的新型电脑芯片。而目前世界上芯片最快的运行速度是每秒15亿次，最多只能集成4200万个晶体管。随着晶体管的个头日趋缩小，它在集成电路板上“落户”时，靠什么与其他元器件发生联系，一直是科学家孜孜以求的问题。如今这一技术难题已经被我国科学家攻克。我国自行研制成功的“纳米电缆”（只有头发丝的五万分之一）为解决这一技术提供了有效途径。在纳米电缆中电子的传输状况不同于一般导体，它传输速度快，能量损耗小，大有取代光缆之势。“纳米电缆”具有自动检测报警功能。遇到火情或潮气、积水浸入能自动发出警报信号，用它传送信息可将通信隐患消灭在萌芽状态。纳米技术能提高通信设备的抗菌能力。通信设备中人手容易接触的部位，使用了经纳米化处理的材料，可有效地抑制细菌的生长，从而有利于使用者的健康。在制造衣服的材料中加入少量的金属纳米微粒，成为新颖别致的“纳米服装”时，就具有抗电磁辐射和抗静电感应的功能，因此很适合于经常与电脑打交道的通信人员