清华大学:碳纳米管壁间滑动的机电响应特性及新型柔性传感电子器件的进展

2023-11-02
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【清华大学:碳纳米管壁间滑动的机电响应特性及新型柔性传感电子器件的进展】

人们对碳纳米管(CNT)的深入研究已有30多年,并将其视为一种极具潜力的用于构建电子器件的功能材料。多壁(含少壁)碳纳米管是由两层或两层以上石墨烯沿中心轴按一定螺旋角卷曲而成的无缝管状结构。由于石墨烯层间滑动摩擦力非常小,碳纳米管的管壁间在微小的外力作用下即可很容易地相对滑动,早在2013年,实验已经验证了其管壁间的超润滑行为(Nat Nanotechnol,2013, 8, 912)。我们可以预测,碳纳米管的管壁间滑动一定会伴随着电学性能的变化,然而,由于实验上的困难,迄今还未有相关的研究结果。一方面,管壁间滑动行为所引起的机电性能的变化规律尚未被揭示;另一方面,该现象在电子器件中的应用潜力尚待开发。


近期,清华大学张莹莹教授团队对碳纳米管管壁间滑动引起的电学性能的变化进行了实验研究,首次揭示了其管壁间滑动行为所引起的线性、可逆的电流变化,采用管壁间电子隧穿模型解释了该现象的工作机理,并基于该现象制作了高精度人机交互界面。研究中采用了超长少壁碳纳米管(FWCNT)作为原材料,该材料具有厘米级宏观长度和低表面缺陷密度,易于被操纵,是研究CNT机电性能和宏观应用的理想材料。此外,超长FWCNT水平阵列可以被转移到其它的柔性衬底上,有被进一步用于新型的柔性电子器件制备的潜力。通过化学气相沉积法制备了超长FWCNT,在光学显微镜下通过探针进行操纵,实现了该类CNT在大气环境下的管壁间滑动,通过原位测量其电学性能,发现了其管壁间滑动行为引起的线性、可逆的电流变化,并提出了管壁间电子隧穿模型解释了该现象的工作机理。为了制作柔性电子器件,还开发了一种丝素蛋白(Silk)辅助的转移超长FWCNT水平阵列的方法,并将转移后的样品封装在弹性硅橡胶(PDMS)中,得到了CNTs@Silk@PDMS(CNT/S/P)可拉伸薄膜。沿CNT轴向方向对该薄膜施加拉伸应力,可诱导实现FWCNT管壁间可逆和可控的滑动,展现出线性和可逆的电流变化,与单根碳纳米管上观察到的机电特性规律一致。以CNT/S/P基传感器为基础,设计了一种智能手套,佩戴该手套可远程控制机械手同步模拟手的各种运动,该机械手控制系统具有远程执行精细和复杂任务的能力,将有望代替人类执行潜在的危险任务,例如处理有毒或易爆材料等,也在医疗保健、虚拟现实和机器人等领域具有潜在的应用。这项工作揭示了碳纳米管壁间滑动的机电响应规律,证明了一维管状材料中的壁间滑动可以应用于新型电子器件的设计。这一新颖的机制可以为未来柔性电子器件的设计提供新的思路。可以预测,这种方案也可以扩展到具有范德华层间相互作用的其他一维管状材料或者二维层状材料。




图1 单根少壁碳纳米管在管壁间滑动时的可逆机电特性。




图2 少壁碳纳米管管壁间滑动时的电子隧穿模型。




图3 FWCNT阵列的完美转移和CNTs@Silk@PDMS (CNT/S/P)薄膜的结构。




图4 CNT/S/P薄膜拉伸时的形貌变化和机电响应特性。




图5 基于CNT/S/P薄膜柔性传感器的远程机械手控制。



传感动态

【极弱磁大设施交叉研究平台项目开工 杭州要造最灵敏的磁场传感器


杭州极弱磁大设施首个交叉研究平台项目30日开工,该项目将重点攻克量子传感器在设计、封装、集成、测试中涉及的一系列关键核心问题。“这是我省首个大科学装置交叉研究平台项目开工,杭州也成为国内第四个围绕大科学装置布局交叉研究平台的城市。”杭州市委常委、副市长胥伟华表示。


极弱磁大设施是“十四五”国家重大科技基础设施,将在杭州建设世界唯一、性能最高、空间最大的大型“零磁”空间,为深空探测、航空航天、生命健康等领域提供极端弱磁环境和极端测量手段,使我国在这一技术领域保持领先优势。


“交叉研究平台是科学发现迈向技术创新与应用,构建‘科学—技术—产业’全链条的关键一环。”中国科学院院士,极弱磁大设施项目总设计师、首席科学家房建成介绍,交叉研究平台与国家实验室、重大科技基础设施一样,是综合性国家科学中心的重要构成要素。


依托于交叉研究平台,杭州将为极弱磁研究研发“耳目”。“我们要做的是世界上最灵敏的传感器,它可能只有指甲盖一样大小,保证性能的前提下实现低成本,就可以布下传感器阵列,从而对磁场进行更精准的感知。”杭州极弱磁场国家重大科技基础设施研究院副院长翁海娜解释,深空环境的磁场,只有地球磁场的亿分之一到千亿分之一,人体的磁场也非常微弱,量子传感器可以探测到这些磁场,拓宽人类探测的边界,由此可以开辟零磁医学装备等产业新赛道。


围绕极弱磁大设施、交叉研究平台等,杭州高新区(滨江)谋划了国际零磁科学谷·杭州江南科学城,总面积约37平方公里,国际零磁科学谷约2平方公里。国际零磁科学谷内已规划建设项目26个,总投资约230亿元,其中包括5个交叉研究平台和2个产业创新中心,同时周边布局了量子实验楼、白马湖实验室、智能感知技术创新中心等一批高能级科研机构。


“杭州已初步形成了‘1+2+7+18+N’的综合性国家科学中心创建框架。”胥伟华介绍,这个框架中包含杭州极弱磁大设施、杭州超重力大设施两个大科学装置,分别是“十四五”和“十三五”期间国家资助强度最大的大科学装置,将为杭州争创综合性国家科学中心提供强有力的支撑。


【估值大跌超4成,微纳光学企业驭光科技作价超11亿元出售给歌尔股份子公司】

近日,歌尔股份发布公告称,控股子公司歌尔光学科技有限公司(以下简称“歌尔光学”)拟购买公司参股公司驭光科技(绍兴)有限公司(以下简称“驭光科技”)100%的股权。

歌尔光学拟以自有资金约7.95亿元购买驭光科技62.812%的股权,其中,以约1,227万元购买关联方深圳追远持有的驭光科技0.818%股权,以约20,616万元购买歌尔股份持有的驭光科技10.526%股权;另以约5.76亿元购买非关联交易方合计持有的驭光科技51.468%的股权。


以定向增资扩股方式增加60,280,745元注册资本金(约占目前歌尔光学注册资本总额的6.54%)购买驭光科技37.188%的股权。歌尔股份放弃本次交易的相关优先认购权。


据介绍,深圳追远财富投资合伙企业(有限合伙)(以下简称“深圳追远”)为驭光科技的现有股东之一,当前持有驭光科技0.818%的股权。本次交易涉及向深圳追远支付股权购买资金约1,227万元。深圳追远的执行事务合伙人为公司前董事刘成敏先生(于2022年11月15日届满离任)担任法人并实际控制的企业,本次交易中向其购买股权的部分构成关联交易。


上述所有交易完成后,歌尔光学将持有驭光科技100%股权,歌尔光学的注册资本将由原来的92,168万元变为98,196.0745万元。歌尔股份对歌尔光学的持股比例将由65.1%下降至61.1%。


资料显示,驭光科技成立于2016年,现有员工约300人,已获授权专利及在申请专利共计114项,该公司以微纳光学元件(DOE、ROE)的设计和制造为核心技术,提供国际领先的三维视觉模组及系统解决方案。公司主要产品包括:微纳光学元件(DOE、MLA)、投射模组、激光模组、3D结构光智能门锁/门禁模组、3D刷脸支付模组、AR光波导等,主要应用于3D人脸识别(刷脸支付/门禁/门锁)、机器人视觉、消费电子、车载电子、人机交互AR/VR、安防监控、智能家居、物流仓储等领域。


2022年,驭光科技营收为3250.82万元,净亏损为11084.67万元;2023年前三季度合计营收为3243.75万元,净亏损为6898.19万元。


截至目前,驭光科技已完成9抡融资,先后获得真格基金、联想之星、顺为、百度风投、清控银杏、启迪之星、凯辉、联想创投、招商局、元禾厚望、追远创投、丝路华创、红星美凯龙、朗玛峰、歌尔股份等知名机构及企业投资。


最后一轮融资发生于2022年5月,由歌尔股份独家投资2亿元,投后估值20亿元。而此次歌尔光学5.76亿元购买驭光科技非关联方股东合计51.468%的股权,以此推算,本次交易中,驭光科技的总估值约为11.19亿元,较此前最后一轮融资估值大跌44.05%。


【高德红外黄立:已成功研制脑机接口,遥遥领先于马斯克的】

10月28日,华中科技大学第十五届企业家论坛在扬州召开,本届论坛的主题是“聚力科技创新 提升发展能级”,高德红外股份公司董事长、全国工商联原副主席,中国民间商会副会长黄立出席并发表主题演讲。黄立介绍了自己近年来为科技创新所做的两大贡献,其中一项就是挑战世界巅峰,成功研制领先于马斯克的脑机接口。



他介绍,相对于深空、深海等领域,对大脑的任何新的研究成果和发现,都可能改变人类社会。这也是西方对中国封锁的重中之重,美国去年出台了好几个方案,绝对禁止脑机接口任何的技术和产品出口。


黄立介绍,三年前他创立了衷华脑机融合科技发展有限公司(以下简称“衷华脑机”),并亲自担任首席科学家,专注于脑机接口方面的工作。经过三年的努力,终于掌握西方工作研发成功的一套基于神经电信号的超高力度,而且形成了一套完整的系统。今年8月25日,该技术通过了我国神经外科领域权威赵继宗院士专家组的科技成果鉴定。


鉴定意见表明,衷华脑机的脑机接口技术水平居世界领先,领先主要表现在以下5个方面:

第一,大脑一共有800多个亿脑细胞,脑信号的数量非常巨大的。因此脑机接口的通道数量特别重要的。马斯克现在完成的通道数量是3072,衷华脑机的脑机接口通道数量是65,536,是马斯特产品的25倍。


第二,马斯克的脑机接口能够读取脑电信号,但是衷华脑机除了读取以外还能写入刺激,是双向的,马斯克的还是单向的,这里面带来的本质变化比前面的通道数量更重要。


第三,马斯克的脑机接口前面的传感器要通过很长的一个线,把信号引到后面的电路板,再实现信号的转换。脑信号是非常弱的信号,这样长时间的转换带来的干扰还是很大的。所以衷华脑机就是芯片直接数字电路模式,转换电路直接装在芯片里面。


第四,马斯克的脑机接口要一个一个把传感器植入到脑组织里,手术的时间非常长,但是衷华脑机的是65,000个通道一次植入,做好了以后一分钟之内就可以下载通信。


第五,衷华脑机也现在已经全部实现了无线供电,这样的话走在路上你也不知道他安的有脑机接口。


“所以从这几个方面来说,我们的脑机接口技术性能就大幅度超越了马斯克的公司,达到国际领先,套一个流行词就是流行遥遥领先。”黄立说到。


他还透露,衷华脑机也做了一套AI的东西,提出了一个领导计划,跟几十个数百个研究员在一起,实实在在地解决很多方面的问题,一个是脑机接口的作用,第二个还有一系列病症的研究。比方说很多绝症或者疑难杂症,如癫痫、先天性耳聋、眼睛彻底失明、渐冻症、抑郁症、四肢残障,甚至身体都没有了,包括泌尿系统障碍、顽固性失眠、面瘫等等,对这一系列疾病都可以起到辅助治疗的作用,未来还可以通过脑机接口实现人机交互,以往在科幻小说里说到的东西,都将可能成为实实在在的现实。


【欧菲光又见曙光?受益华为回归 被踢出“果链”后单季扣非净利首度转正】

自2021年初被踢出“果链”后,欧菲光(002456.SZ)一时间业绩转亏、股价暴跌,公司面临至暗时刻。在经历了两年多的艰难转型后,今年Q3,欧菲光终于见到曙光,单季扣非净利润实现两年多来首次转正。




Q3适逢消费电子出新季,华为供应商欧菲光明显受益于华为的“回归”。今日披露的三季报显示,欧菲光Q3实现营收45.05亿元,同比增长47.75%,环比增长24.49%;实现归属净利润5432万元,同比扭亏,环比增长1136.73%;实现扣非净利润455.7万元,同比环比扭亏。

自2021年Q2开始,直至今年Q1,欧菲光单季度的净利润一直为负数,新项目投入叠加旧产线计提,两年间公司多次单季净利润亏损甚至亏损超20亿元,市场亦对公司未来发展充满担忧。直到今年Q2,欧菲光单季归属净利润终于扭亏,Q3扣非净利润亦扭亏,实现艰难跨越。欧菲光证券部人士告诉记者,业绩好转主要原因系经营性大幅减亏,叠加降本增效发力。


从具体财务指标来看,Q3公司毛利率为11.77%,环比增加5.1个百分点,同比扭亏;前三季度开发支出2.71亿元,同比增加59.18%;公司今年前三季度的资产减值损失由14.93亿元下降96.18%至5704.5万元。欧菲光的各项指标逐步转好,被踢出“果链”的阴霾正在散去。


欧菲光方面告诉记者,目前,公司以智能手机业务稳健发展为基础保障,加速发展智能汽车及新领域等创新业务,向产业链上游延伸,开拓新市场,构建智能手机、智能汽车和新领域三大板块的业务架构体系。


从各个板块来看,目前公司的智能手机业务率先受益于华为的“回归”。除与苹果合作告吹外,华为手机业务出现状况亦是欧菲光此前业绩大降的原因。今年欧菲光的半年报中,公司还出现过业绩下降系“受国际贸易环境变化、下游终端市场消费需求放缓、H客户智能手机业务受到芯片断供等不利因素叠加的影响”的表述。


随着华为9月推出Mate60系列并热销后,据称获得了Mate 60系列后置摄像头、前置摄像头和指纹模组绝大部分订单的欧菲光率先受益。欧菲光董事长蔡荣军近期针对华为手机订单情况给出“倔强的活着”的评价也被视作坐实公司供应Mate 60系列。市场预测,华为计划在2024年出货量翻倍,达到6000万至7000万部手机,产业链产能持续饱满。根据某招聘软件信息,目前欧菲光南昌园区仍在以6000-8000元月薪大量招聘工人。


智能汽车业务则是欧菲光转型的重点。公司自2015年开始投资汽车链,2021年,欧菲光开始公开表示汽车业务是接下来的发展重点。据其披露,目前公司已取得20余家国内汽车厂商的供货商资质,并积极进行国外汽车厂商的供应商资质认证。华为问界新M7上市后,欧菲光的汽车业务受到更多市场关注。潮电智库消息称,问界新M7模组及镜头供应商均有欧菲光。


二级市场上,自2020年9月传出被苹果“抛弃”后,欧菲光股价一路暴跌,截至今年8月底,公司股价较2020年9月初的19.84元/股已蒸发约75%。近期,由于欧菲光与华为较为紧密的合作,欧菲光的股价开始飙升,今日收盘价10.7元/股较8月底上涨约85%。



【美媒:因美政府扩大对华芯片出口限制,英伟达可能丢掉价值超50亿美元订单】


美国《华尔街日报》10月31日发布“独家消息”称,因美国政府扩大针对中国芯片的出口限制,人工智能巨头英伟达可能被迫取消明年向中国出口超50亿美元先进芯片的订单。


美国商务部于10月17日发布了一系列新的芯片出口限制,扩大了对高级人工智能芯片的定义,并对运往40多个国家的芯片产品提出额外的许可要求,以避免转售给中国。新的限制措施定于11月16日生效。《华尔街日报》独家引述知情人士的消息称,英伟达本来已经完成了今年向中国交付先进人工智能芯片的订单,并正在争取在新规生效之前提前交付一些2024年的订单。


但美国政府23日致信英伟达,要求对向包括中国在内的国家销售高端芯片的新出口限制即日起生效。一名知情人士说,中国大型人工智能和云计算公司,包括阿里巴巴、字节跳动和百度,已经下了明年交货的大订单。另一名知情人士透露,来自中国企业的订单价值超过50亿美元。


去年10月,美国政府宣布实施最初的人工智能芯片出口限制。英伟达由于无法向中国市场提供A100和H100人工智能处理器,专门为中国市场特供A800和H800,以绕开美国政府的管制。但《华尔街日报》称,根据10月17日宣布的更严格规定,英伟达必须取消订单,除非它从美国商务部获得出口许可证。


据知情人士称,在新的限制措施出台后,英伟达已经停止接受来自中国的先进人工智能芯片的新订单。英伟达发言人说,新的出口管制在短期内不会产生明显影响。但今年早些时候,英伟达首席财务官科莉特•克雷斯表示,从长远来看,禁止向中国销售人工智能芯片将导致美国芯片行业永久失去机会。


中国外交部发言人毛宁在例行记者会上曾强调,中方已多次就美国对华芯片出口管制表明立场。美方应当停止将经贸科技问题政治化、工具化、武器化,停止扰乱全球产供链稳定。中方将密切关注有关动向,坚决维护自身权益。




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