飞速裂变的时代中看纳米科技-程曜-第2部分

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的同学，坐在中间的同学你四面一看都是同学，可是你坐在边边的同学，你会看到一边是同学，另外一边没有同学，对不对，这是不对称。所以在表面的这些原子，它的活性特别大，它跟在整个纳米粉末内部的这些原子的行为不一样，当我们纳米粉末小到比如说只有十个纳米的时候，它的原子大部分都是表面，所以它会有一些特殊的性质产生。我们现在讲的纳米科技和纳米技术是这些东西。　

　　　　我们再来谈在这些产业结构里面，第一次工业革命，它的象征是什么？第一次工业革命的象征是人类控制了能量，我们控制了能源，我们可以生产，我第一张图，这边左上角给各位看的是一个纺织机，瓦特使用这个，就是把这个蒸汽，水蒸气的这个能量来变成一个机械的运动，在最早的时候，在英国他们就建造了这些纺织机，纺织机，它的影响力有多大？在没有纺织机之前，几乎所有的妇女都必须要呆在家里面织布，你可能一天织不到一匹布，那时候布是很贵的。可是有了纺织机以后，我们有一半的人口就被解放出来，可以到社会上参加工作，参加工作就可以对整个文明的进步，当然有更大的贡献。当然，第一次工业革命除了这些生产，就是把一些重复性的生产力用机器来取代之外，我们有了运输，我们有了汽车，更快的运输，我们有了火车，我们有了军舰、轮船。你看在两百年前，美国刚刚建国的时候，你从东部骑着马到西部去，你大概要花一个月的时间。铁路造好了以后，你坐火车过去，你大概需要一个礼拜的时间，那时候铁路还蛮慢的。然后你现在有了飞机，你大概只需要半天的时间，所以你看在这一两百年之内，我们怎么样？我们的运输速度增加了一百倍，从一个月缩减到半天。　

　　　　我们现在来看第二次工业革命是什么？第二次工业革命主要是人类控制了信息，信息我们不但可以把这些信息储藏起来，我们还可以运算，我们还可以交换、通讯，我们还要感官。在未来我们可以把这个光直接打到眼睛里面，直接在眼球里面成像，这个技术其实已经有了。所以信息的工业革命，它包含不只是计算机，不只是这些，还包括到你的眼、耳、鼻、舌、声、意，现在你眼睛瞎了，可以用电子眼重新再看到，耳朵聋了，我可以用电子耳受再重新听到，这个你们大概都知道。我们可以直接用电子跟神经做交换，这些所有的感官信息都可以数码化，都可以传进来。　

　　　　第二次工业革命主要来源是信息的储存没有大小，它没有空间上的大小，所以我今天我作为一个晶体管来储藏它，我这个晶体管做得越小，结果它越好。我在相同的面积，相同的芯片面积上，我如果生产越小的晶体管，我的产量就越大，然后它的速度就越快，对不对。现在不是奔四嘛，以后可能奔五、奔六，这个本来是兆赫，现在已经到了千兆赫，越来越快，用的能量越少。在这个情况下，就引起了整个大的变动，这个就是信息产业的工业革命的来源，这个信息产业工业革命，它牵涉着其中有一个生产力的变革，我们叫做光刻术，待会儿我还会谈到光刻术，我们利用光刻术把东西越做越小，越做越小，越做越小，然后越来越便宜，这就是第二次工业革命的来源。　

　　　　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