納米技術(shù)在電子與通信領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

王 銳

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

0 引 言

納米技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代，納米科學(xué)可以系統(tǒng)分為3大領(lǐng)域，即納米結(jié)構(gòu)、納米制造以及納米表征，同時(shí)在納米電子學(xué)、生命科學(xué)以及能源領(lǐng)域都有著典型的應(yīng)用[1]。目前，納米技術(shù)有多種應(yīng)用，包括醫(yī)療電子、納米機(jī)器人等。借助納米技術(shù)，各制造商能夠生產(chǎn)出更小、更快、更節(jié)能且成本更低的計(jì)算機(jī)芯片和傳感器。微機(jī)械傳感器在20世紀(jì)90年代中期已經(jīng)成為汽車(chē)電子系統(tǒng)的基本組成部分，此后更多小型化的微機(jī)械傳感器為電子和移動(dòng)通信設(shè)備提供了新功能。

在電子與通信系統(tǒng)中，具有較高計(jì)算和通信水平的移動(dòng)設(shè)備在與其他環(huán)境（辦公室、公共場(chǎng)所等）交互時(shí)，需要一種智能的方式來(lái)感知。特別是當(dāng)這些設(shè)備進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)時(shí)，基于納米結(jié)構(gòu)的嵌入式傳感器將成為人們?cè)谌粘Ｉ钪袑?shí)現(xiàn)智能移動(dòng)通信的重要組成部分，其容易部署，在沒(méi)有明確人員看管的情況下能夠正常運(yùn)行[2]。

1 納米技術(shù)在電子與各通信領(lǐng)域的應(yīng)用

納米技術(shù)在電子與通信領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，正引領(lǐng)著電子與通信領(lǐng)域的技術(shù)變革，帶動(dòng)電子與通信行業(yè)的發(fā)展。

1.1 納米無(wú)線技術(shù)

納米無(wú)線技術(shù)對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行都有比較積極的作用，被越來(lái)越多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可和應(yīng)用。為確保設(shè)備在通信過(guò)程中能按預(yù)期效果正常運(yùn)行，通信設(shè)備可以自行加載并感知納米機(jī)器的信號(hào)傳播，實(shí)現(xiàn)自供電或與其他系統(tǒng)智能交互等。納米通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。基于智能技術(shù)和納米技術(shù)概念在移動(dòng)設(shè)備中的出現(xiàn)，可以創(chuàng)建一個(gè)全新的平臺(tái)[3]。

圖1 納米通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.2 納米物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)借助設(shè)備、編程、傳感器和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配合運(yùn)行，通過(guò)與執(zhí)行者和其他相關(guān)對(duì)象交換數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的有效傳輸。納米技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，將產(chǎn)生納米物聯(lián)網(wǎng)。納米生物芯片可以傳遞數(shù)據(jù)或信息，并且在每次完成任務(wù)時(shí)還能進(jìn)行自我升級(jí)。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中采用納米技術(shù)最大限度地提升了工作效率，并產(chǎn)生全新的物聯(lián)網(wǎng)衍生產(chǎn)品，使電子與通信領(lǐng)域相互關(guān)聯(lián)的物理對(duì)象系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合[4]。

1.3 納米信息存儲(chǔ)

信息是電子與通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)性資源，信息存儲(chǔ)系統(tǒng)是電子與通信的重要組成部分[5]。隨著納米信息存儲(chǔ)技術(shù)的不斷完善，相關(guān)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性和存儲(chǔ)量都有了很大的提升。納米信息存儲(chǔ)以其自身在容量、速度、性價(jià)比、開(kāi)放性、自恢復(fù)以及自管理功能等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在電子與通信領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[6]。

1.4 納米傳感器

傳感器是電子與通信領(lǐng)域重要的檢測(cè)裝置，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的重要內(nèi)容。納米傳感器因?qū)Νh(huán)境和生物傳感具有高度檢測(cè)的靈敏度，為傳統(tǒng)檢測(cè)傳感提供了新的解決方案。近年來(lái)，納米傳感器在醫(yī)療保健方面也具有廣泛的應(yīng)用。植于人體內(nèi)部的醫(yī)療傳感器可以將人體機(jī)能以數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，通過(guò)專門(mén)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)身體機(jī)能進(jìn)行綜合分析，有助于疾病的防治。目前，相關(guān)研究人員在改進(jìn)智能納米材料、將納米器件植入到人體方面做了大量工作，納米級(jí)治療設(shè)備現(xiàn)已逐步用于醫(yī)療領(lǐng)域。其中，比較具有代表性的是針對(duì)充血性心力衰竭患者的傳感器。米粒大小的嵌入式傳感器可用于測(cè)量體內(nèi)的許多醫(yī)學(xué)指標(biāo)，如人體動(dòng)脈中的血液流速測(cè)量、身體重要部位的內(nèi)部測(cè)量以及用于神經(jīng)或組織刺激的藥物治療[7]。

新時(shí)期工業(yè)設(shè)施具有多樣性、復(fù)雜性以及智能性的特點(diǎn)，人們迫切需要開(kāi)發(fā)具備在任何地點(diǎn)快速檢測(cè)并快速識(shí)別污染物和其他威脅因素來(lái)源功能的納米傳感器[8]。此外，需要開(kāi)發(fā)具有交互功能的納米傳感器，實(shí)現(xiàn)傳感器和其他設(shè)備間的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)交互。

2 納米技術(shù)在電子與通信領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

納米技術(shù)近年來(lái)開(kāi)辟了處理許多領(lǐng)域問(wèn)題的最佳途徑，未來(lái)在電子與通信領(lǐng)域的信息交互中，納米技術(shù)的使用將逐漸作為提供智能傳輸媒體的新方法，同時(shí)該技術(shù)在計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的其他方面可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的創(chuàng)新。

基于電子與通信領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向，納米技術(shù)的發(fā)展方向可能包括以下幾個(gè)方面。一是具有新型光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)特性的納米材料；二是更快更小的非硅基芯片組、內(nèi)存和處理器；三是基于量子計(jì)算的新型科學(xué)計(jì)算機(jī)、先進(jìn)的顯微鏡和制造系統(tǒng)等。而對(duì)于電信工程中納米技術(shù)的未來(lái)預(yù)測(cè)，則包括構(gòu)建納米耳機(jī)、與手機(jī)進(jìn)行交互等[9]。除此之外，可以在有機(jī)發(fā)光二極管方面進(jìn)行創(chuàng)新，使有機(jī)發(fā)光二極管屏幕適應(yīng)性更強(qiáng)且像紙一樣薄，可以放在任何表面上使用，作為先進(jìn)的移動(dòng)電話和不同媒體通信的創(chuàng)新屏幕。

3 結(jié) 論

綜上所述，納米技術(shù)近年來(lái)已在電子與通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，發(fā)揮出了巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，取得了較為可觀的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，并且存在很大的發(fā)展空間。隨著納米技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，未來(lái)納米技術(shù)在電子與通信領(lǐng)域?qū)⑵鸬皆絹?lái)越重要的作用，推動(dòng)行業(yè)的健康持久發(fā)展。