纳电子物理与器件应用上海市长今天讲的“微纳电子”是什么高科技？|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

上海市长今天讲的“微纳电子”是什么高科技？

今天闭幕的上海市第十五届人民代表大会第四次会议上，上海市长龚正在报告中指出，今年上半年，上海继续推进科创中心建设，聚焦光子和微纳电子、人工智能、脑与生命等领域。其中，“微纳电子”这个名词引起了不少与会代表的关注。什么是微纳电子？它有什么应用价值？解放日报·上观新闻记者第一时间采访了上海市科学学研究所副研究员陈红光。

据陈红光介绍，微纳电子是上海近年来布局研发的一个重点方向，可分为微电子、纳电子两个领域。与纳电子相比，微电子为更多人所了解，因为全国许多高校设有这个专业。微电子是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路发展起来的一类技术，其理论基础是19世纪末至20世纪30年代建立起来的物理学。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专业细分领域，是微电子学中各项工艺技术的总称。由此可见，微电子技术水平的高下，对一个地区的集成电路产业发展至关重要。

那么，纳电子是什么高科技呢？陈红光解释说，随着新技术的发展，科技界提出了多个前沿研究方向，纳电子是其中一个非常重要的方向。顾名思义，纳电子是纳米电子学的简称，主要研究基于纳米材料的电子元器件制备、研究与应用的电子学。

讲到这儿，一些对集成电路有所了解的读者可能会说，目前全球芯片制造的最先进制程已经达到了5纳米，早已是纳米尺度。这话没错，但很多专家认为，目前产业界最先进的制程采用的仍然主要是微电子技术，还没有实现纳电子技术的产业化。

要实现纳电子技术的产业化，第一步是把实验室已研制出的单电子开关等元器件转化为产品。据介绍，单电子器件能通过操纵单个或少数几个电子的运动来执行任务，具有极低功耗、极小尺寸和一些特有的功能特性。即使器件缩小到分子尺度，其功能仍然有效，而且理论上讲，器件性能会随着尺寸的减小而提高。因此，单电子器件未来很有可能成为集成电路的重要组成部分。

“研制出性能可靠的纳电子器件后，科研人员就能把它们组成小型电路，未来开发出下一代芯片。”陈红光说。与目前的微电子芯片相比，纳电子芯片的速度会更快，功耗更低，其应用价值不言而喻。集成电路领域有一个著名的摩尔定律，指在价格不变情况下，集成电路上可容纳的元器件数目和性能，每隔18—24个月会增加或提升1倍。当前，摩尔定律还在指导微电子领域的发展。摩尔定律的极限究竟在哪里？纳电子技术如取得突破，是否还继续遵循摩尔定律发展？业界对此充满好奇。

栏目主编：黄海华文字编辑：俞陶然图片编辑：邵竞

中国科学院大连化学物理研究所：研制出高比能全固态钠电池

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近日，中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组(DNL21T3)吴忠帅研究员团队与中国科学技术大学余彦教授团队以及中科院宁波材料所姚霞银研究员团队合作，构筑了聚合物固态电解质和正极材料的一体化集成系统，有效降低了固固界面阻抗，显著提高了电子、离子和电荷的传输效率，研制出高比能、柔性的全固态钠电池。

钠资源丰富、成本低，所以钠离子电池被认为是大规模储能的理想器件。传统的钠离子电池多采用液态电解质，容易出现漏液、燃烧等问题，而使用固态钠离子电解质取代易燃的有机液态电解液，可有效提高电池的安全性。但是，固态钠电池的发展也存在着问题：(1)固态电解质的离子电导率低;(2)固态电解质与电极间的界面接触差;(3)电极材料在脱嵌钠离子过程中的体积变化大，导致固态电池的内阻大、容量低、寿命短。因此，急需发展更加高效的解决方法来克服固态钠离子电池中存在的各种问题，以满足商业化应用的需求。

该团队一方面设计并发展了光固化聚合法，制备出一种新型聚合物固态电解质，所得电解质在室温下的离子电导率高达10-4 S/cm，且具有极好的柔韧性;另一方面利用溶胶凝胶法制备了薄层碳(5 nm)修饰的磷酸钒钠正极材料，提高了材料的电子、离子和电荷的传输效率。在此基础上，该团队构筑了聚合物电解质/电极材料一体化的集成系统，有效加强了固固界面接触，降低了电池界面阻抗，研制出高比能、长寿命的柔性固态钠电池。该电池可以在0.5 C倍率下稳定循环740次，且每次的容量衰减率仅为0.007%。该电池搁置3个月后，容量保留率仍高达95%，表明自放电率极低。软包钠电池在平铺和弯折状态下循环535次后，仍可提供高达355 Wh/kg的能量密度。该工作的设计策略为高比能柔性全固态钠电池的发展和应用提供了新的方向。

相关研究成果发表在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)上。上述工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院洁净能源创新研究院合作基金等项目的资助。

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