飞速裂变的时代中看纳米科技-程曜-第2部分
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那我们来谈这次工业革命有多快？大概在三十年，就是1970年到现在过了三十年，我们生产的晶体管，小了一万倍，我们增加生产的数量增加了一万倍，然后价钱还更便宜，我们刚才谈到第一次工业花了一百年，我们把这个运输的速度从美国东岸到西岸降低了一百倍，可是在信息产业革命里面，我们增加了一万倍。
会不会有第三次的工业革命，这个当然是我的预测，它会是另外一个非常重要的一个生产力的变革，牵涉到，其实就是控制生命的周期，我们可以现在利用这个生物科技来生产粮食、医疗、保健、延寿。你要知道，我们中国人在1900年的时候，平均寿命是多少？三十岁，现在平均寿命大概是六十几岁，接近七十岁，我们预计到公元2050年的时候，寿命可以延长到一百岁，这个就是控制生命的周期。生物科技就是第三次的产业革命，应该是跟这件事情有关。我们也知道大概克隆人，今年就会诞生，我们虽然不知道它能够活多久，不过你们可以想象，在我讲的这个时候，这个克隆人可能已经诞生了，可是它可能不久就死亡了，可能不久就死亡了，这个事情它的冲击会非常的大。
好，我们再回来看纳米的科技，纳米科技，我们这张图中间有两个预测，一个是1989年作的预测，你可以看到这是一个曲线，我们的晶体管越做越小，我们每三年这个晶体管就缩小一倍，数量增加了四倍，为什么数量增加四倍？晶体管缩小一倍，我们在面积上，我们就可以增加两倍，就是相同的面积可以增加两倍的晶体管，可是我们芯片的面积又增加了两倍，所以就得到了四倍，所以就翻两番，这么快的速度，在公元2002年就做了一个预测，这个预测我也在这图里面把它标明出来它的不同，这个预测跟原来不一样的地方是什么？我们现在的晶体管以现在的技术，晶体管缩小的速度要比过去十年来得更快。可是我们的数量呢，并没有办法向以前的每三年增加四倍，这么快的增加。其中的原因，就是我们不能把芯片的面积再增大，因为芯片的面积再增大的时候，我的里面有做坏的电晶体，如果做坏了，我整个芯片就要丢掉，这个时候我就不划算了。大家可能都会问，这东西一直做下去，做到纳米，我们大概应该是在最近几年，我们这个晶体管的大小就小于100纳米，这时候我们就不能叫微电子，我们叫纳电子，这个纳电子有没有极限，我们要不要做到像这个原子、分子一样这么大小，来帮我们做这个计算机，做这些计算。我们必须要讲，我们用光刻的方法，现在我们给它一个名字，这个光刻方式叫做由上而下的加工方式，这种由上而下的加工方式，它必定有一个极限。
我记得台湾有一个非常重要的微电子的学者，他就讲说其实未来三十年内，这些微电子还会急速地发展，每年增长30％，再增长30年。如果说以30％，现在微电子的生产总值大概3000亿美金，如果以每年30％的速度生产下去，我们在三十年就超过全人类的生产总值，所以这是不可能。你不可能，你总不能拿微电子来吃，对不对？你穿、吃都拿微电子来，起码纳米里面还有一个“米”字，纳米还可以吃。纳米真的是有协助于生物科技的，是可以吃的，这是真的。所以我们现在的讲法，就是微电子以更快的速度迈向极限，所以在公元2010年大概是50纳米或60纳米是它的极限，为什么是这个数字？因为50纳米跟60纳米牵涉整个加工，就是纳加工的光学系统的更动，使得成本上升，成本上升。当我这个芯片卖得更贵，然后又老坏，你会不会买，你不会买。这时候微电子的急速发展，我们就讲它停止了，停止了以后，会发生什么事情？是不是微电子就泡沫化了，就没有了，大家现在大家很努力地在念电子工程系，是不是就觉得有点害怕，将来就没饭吃了，不会，你们放心好了。所以它会转向多样化。
我们在下面会谈到转向微系统科技，这个微系统科技呢，我们也有一种在美国的讲法叫MEMS，就是Micro Electro Mechanical System，后来这个就是微机电系统把它集成在同一个芯片里面，我不只是有电子元件在里面，我还有机械元件，我可以做机械的事情，做机械的感测，这叫做微机电系统。过一会儿，美国人又发现这个名字不够，我们应该把光放进去，所以就叫做MOEMS，就是微光机电系统。现在更流行的名字叫BioMEMS，是生物微机电，不管怎么样，在欧洲都叫微系统技术，所以它会继续地扩散出去。
这里我举一两个例子，这个是加州伯克莱大学林立伟教授做的，也是我的学弟，他就是做得是一个针，用硅做的一个针，这个针本来是想刺到脑部里面，研究脑子的活动，所以它这上面有电极，有取样，有取样的孔洞，事实上我们也可以拿这个针来研究针灸，到底针灸是怎么回事。另外，你们看到另外一个，就是硅的振荡器，为什么我需要硅的振荡器，你们现在，如果你们手机坏了，把它拆开来，打开看看，这个手机里面有几个部分，其中有一个部分是石英振荡器，石英中频振荡器，这个石英振荡器因为它的材料跟硅不一样，所以它要另外做，然后到最后再用电子电路集成到你的手机里面，这时候石英振荡器就显得特别大。如果我用硅就可以把这个振器跟我的电子电路做在一起，是不是我就集成起来，这时候你的手机会更小，还不只更小，还会更便宜，这是最重要的，它成本还会降低。这就是我讲的这个微电子的微加工技术，它还会扩散到其他的机件元件。这个就是我做的，左上角那个还上了一个国际杂志的封面，这个讲的是什么？人造纤维的喷口，我们现在，你要知道自然的纤维，产量不能够再增加，因为耕地面积受限，羊毛啊、麻啊、棉啊，不能再增加，所以人纤，人造纤维不断地在增加，可是人造纤维，我们会认为还是天然的纤维穿起来比较舒服，错。将来人造纤维会更舒服，因为纤维它的好坏决定于两件事情，第一件事情就是它的横剖面，为什么是横剖面？你像蚕丝为什么会发光，蚕丝发光因为它是三角形的，羊毛为什么会是卷的？羊毛卷的，是因为它是扁的。
所以说，你的纤维的品质靠的是横剖面跟材料，材料现在我们比如说参了纳米丝进去以后，大家前一阵可能都在电视上看到，纳米丝参上去了以后，你的水倒上去它都不沾，因为就像荷花荷叶上面一层细细的丝，拿这个水滴没有办法，它因为表面张力的原因，就形成了球，没有办法沾下去。像你如果去洗桃子，桃子表面有一层毛，水也没有办法沾上去，这个就是材料的改变。
好，我们现在进到另外一种纳米的科技，刚才我们谈的这些都是由上而下的微加工不断地缩小以后，变成纳加工的纳米科技。这种微加工的纳米技术它有一个极限，另外一种纳米科技呢，它是由下而上自组装产生的，什么叫自组装？你们现在外面看到这些雪花，拿到显微镜下面去看，有各式各样的结构，这些结构就是由水蒸汽所形成的，自组装所形成的。我们现在竟然发现这些纳米管，现在给你们看的这个纳米管是长出来的，长出来。我们知道人死了，头发都还会继续生长，没有生命，头发还会继续生长，所以纳米管就像那些无机的东西，还会这样长出来，自组装长出来。这个现象当然让我们非常的兴奋，在未来的整个加工，有一种完全崭新的方向，这个崭新的方向就好象美国一个有名的科学家他说，未来的电脑是什么样的，未来的电脑不是像我们由上而下的加工方式来做的，而是我像油漆一样漆到我的芯片上面去，到最后它自组装完了，就变成纳米级的这些晶体管，然后更小的数量就更多，这当然就是我们的梦想。
可是各位你可以看到，现在这张图上面的自组装所产生的管子，我们还可以把纳米球，刚才谈到的碳60，60个碳原子和纳米球塞进去，自组装塞进去，这个管的大小不到一个纳米，不到一个纳米，比基因还要小，比基因还要小，比染色体还要小很多很多，接近原子的大小，所以这个是一个非常不可思议的，这其中碳起了非常大的作用。我们这边展现，我们有碳原子，然后我们平面的碳结构就是石墨，我们立体的碳结构就是金刚石，对不对，然后我们还有环状的碳就是苯，就是苯环，右下角就是碳管，更复杂的碳结构就是左上角的基因，右上角的蛋白质，所以碳可以形成这么多的各种不同的，正是因为碳，它有四个键，然后分布在各种不同的方向，所以它有很多种可能性来键结。那整个生物科技里面都跟碳的作用，跟碳所形成的纳米的结构息息相关。
我们现在用这些碳用自组装的生长，你们各位看到，右边的这些图，这些图是一根画出来的碳管，左边是我们讲说可以说是一串，你看到的这个，一个方块里面的，这个方块里面是几亿根的纳米管，它为什么你要长哪里就可以让它长哪里呢？我们是在这个基板上面，我们涂在一定的地方把它加工，涂上这个催化剂，然后放到生长炉里面去，在有催化剂的地方，它就会长出纳米碳管，就像长头发这样长出来，所以你看到密密麻麻，我们自组装的这种生长方式是非常惊人的。其实这种生长方式很早就有了，大家也知道，像脚踏车的碳纤维，碳纤维很早以前也就是用催化剂的方法生长，可是现在主要我们用的方法是用纳米颗粒级的，纳米级的粉末的，纳米级的催化剂，它就能够长出纳米线、纳米管，它就能够这样长出来。这个只是整个纳米自组装的科技里面，刚刚开始的很小的一部分，你去想到，如果说你去想到我们的基因去复制，你生出来的孩子跟你长的一模一样，这个更伟大，比我们现在用这个碳管的自组装更伟大。
我们大概到2015年，纳米科技的总产值大概是一点五万亿，就是一万五千亿美金，大约是现在微电子总产值的五倍，有这么大。所以你们到了十年以后，可能看到，就像我们现在看到身边所有东西都是塑料所产生的，就是在十年以后，你身边的东西可能都跟纳米脱不了关系。
我今天要讲的就到这里。（掌声）
主持人：谢谢程博士给我们带来对我这样学文科的人来说非常有意思的讲演。接下来我们看一下网上的网友对您的提问。
第一位网友叫做“纳米牙膏”，他说程博士，刚刚过去的2002年，简直可以称为纳米年，什么纳米冰箱、纳米洗衣机、纳米鞋、纳米水，什么都是纳米的。但国家纳米科技指导协调委员会首席科学家白春礼院士给这种纳米标签现象泼了一瓢冷水，他警告说，对纳米科技概念的误解和伪纳米产品的出现，以使人们怀疑纳米科技是不是皇帝的新衣。程博士，这是问您啦，在这个鱼目混珠的年代里，您能否给我们一双火眼金睛，让我们一下子识别出哪个是真纳米技术，哪个是假纳米技术。可以吗？
程曜：纳米技术，你现在要去识别，的确是很困难。其中一个很重要的原因，我刚刚也谈到了，纳米用显微镜看不到，我们显微镜的解析率受到衍射的极限，只能够看到微米，只能看到微米级。事实上我到中国来了这么长一段时间，我刚开始，我的研究方向是做，主要是一个工业快速的自组装的纳米生产，往这方向发展。可是经过半年多，一年多下来，其实我现在的想法有一点改变，我现在想去作一些事情，就是怎么样去检验这些纳米粉。刚才网友所谈到的这些什么纳米冰箱、纳米鞋或什么，这个其实都是跟纳米粉末有关，纳米粉末，的确是纳米粉末做小了以后，它有一些特殊的现象跑出来，问题是它放了纳米粉末，你不知道，你没有办法检验，你也不可能把每一个东西都拿电镜下来去检验，因为电镜很少，也很贵，我光抽真空，电镜抽真空就要花半小时，所以标准局如果说要检验真伪的话，要排队，速度非常慢，也划不来，对不对。那这时候是不是，这
