《美国研发铌酸锂制造新技术》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-01-25
  • 铌酸锂因其电光特性而闻名,已成为最广泛使用的光学材料之一。铌酸锂调制器是现代电信领域的支柱,将电子数据转换为光缆末端的光信息,但使用铌酸锂小规模制造高质量器件非常困难,导致无法实现集成芯片应用。

    日前,哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员已经开发出一种技术,使用铌酸锂制造高性能光学微结构,从而打开了通往超高效集成光子电路、量子光子学及微波—光转换等领域的大门。

    该项研究使用传统微制造工艺,制造出具有超低损耗和高度光学限制的高质量铌酸锂器件。Loncar实验室凭借在钻石领域的专业知识,使用标准等离子蚀刻在铌酸锂薄膜上雕刻微谐振器,并证明纳米波导可以在一米长的光路上传播光线,而光功率只损失大约一半。而同样条件下,先前的铌酸锂器件中传播的光将损失至少99%。由于纳米波导每米传播损耗小于3dB,科学家可以在1米的路径长度上对光进行复杂操纵。此外这些波导能够弯曲,因此一米长的波导可以包装在一厘米大小的芯片内。

    该成果是集成光子学和铌酸锂光子学的一个重大突破,将使各种光电功能成为可能,并意味着铌酸锂将解决数据中心光链路的关键应用问题。铌酸锂薄膜(TFLN)非常适用于任何需要调制光线或改变光线频率的功能。在接下来的几年中,TFLN将为数据中心提供光学模块,以实现类似于今天电信设备的功能,但体积更小、成本更低、功耗更低。

    研究人员的下一步目标是在该成果基础上,开发铌酸锂平台,应用于光通信、量子计算和通信以及微波光子学等一系列领域。

    .

相关报告
  • 《新技术:利用海水制造氢燃料》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-04-16
    • 氢是一种很有吸引力的燃料,因为它不排放二氧化碳。燃烧氢只产生水,或许能让日益恶化的气候变化问题得到缓解。但是同样,氢能的制取也非常的困难。 日前,斯坦福大学的研究人员设计出一种通过利用来自旧金山湾的太阳能、电极和盐水来生产氢燃料的新技术。 该研究成果已于近日刊发在《美国国家科学院院刊》上。它实现了通过电力从海水中分离氢气和氧气,而现有的水分解方法依赖于昂贵的高纯度水,无形中增加了生产成本。 斯坦福大学化学系教授Hongjie Dai说, “使用高纯度水来制备大量的氢能源是不切实际的, 我们在加州几乎没有足够的水来满足目前的需求。” 理论上,电解是用电将水分解成氢和氧,这是一个简单而古老的方法,连接电源并将两个电极放在水中。当电源打开时,氢气从阴极中析出,可呼吸的氧气从阳极中冒出。但海水盐中的氯离子会腐蚀正极,缩减系统的寿命。DAI的研究团队想要找到一种方法来阻止这些海水成分破坏位于水中的阳极。研究人员发现,如果他们在阳极上包含负电荷的涂层,电极表面层就会排斥氯离子,从而减缓底层金属的腐蚀。 他们将氢氧化镍层置于硫化镍之上,硫化镍覆盖着泡沫镍芯。泡沫镍起导体的作用,从电源输送电力,氢氧化镍会产生火花,将水分解成氧和氢。在电解过程中,硫化镍演变成一层负电荷保护阳极。就像两块磁铁的负极互相推挤一样,带负电荷的层会排斥氯离子,阻止氯离子到达铁芯。 该论文的共同第一作者Michael Kenney说,如果没有带负电荷的涂层,阳极在海水中只能工作大约12小时。“但有了这一层,它可以运行一千多个小时。 之前的研究试图将海水分解成氢燃料,但由于腐蚀一般发生在较高的电流下,所以工作电流应很小。但DAI的团队能够通过他们的多层设备传导高达10倍的电流,从而可以大幅提高从海水中生产氢气的速度。 研究小组成员在受控的实验室条件下进行了大部分测试,他们可以控制进入系统的电量。另外,他们还设计了一台太阳能模型设备,利用该设备从旧金山湾收集的海水中产生氢气和氧气。而且没有盐腐蚀的风险,该设备与目前使用高纯度水制备氢气的技术相媲美。Kenney说:“这项研究令人印象深刻的一点是,我们能够在与当今工业界使用的电流相同的条件下工作。” DAI表示,这种新方法将为提高太阳能或风能驱动的氢燃料的可用性打开大门。在未来,这项技术可以用于发电以外的用途。由于这一过程也产生可呼吸的氧气,潜水员或潜水艇可以把设备带入海洋,在不需要浮出水面呼吸空气的情况下,在水下产生氧气。 谈到技术转让,DAI说:“人们可以在现有的电解槽系统中使用这些原理,这可能非常快,不需要花费太多的时间就能做成。”“这不是从零开始——更像是从80%或90%开始。”
  • 《中国制造?》

    • 来源专题:数控机床与工业机器人
    • 编译者:杨芳
    • 发布时间:2015-05-15
    • 中国制造? 亚洲仍将占据制造业的领导地位,其他国家面临发展困境。 中国通过本土生产、产销外国的方式改变自身经济的同时,也改变了全球的经济。1990年,中国只占全球制造业产值不到3%的比重;现在这一数字上升到将近25%。中国生产了全球80%的空调、70%的手机和60%的鞋子。中国崛起的白热化趋势进一步促使供应链向东南亚深入扩展。“亚洲工厂”如今生产了将近一半的全球商品。 中国一直紧跟着“亚洲四小龙”如韩国和台湾的步伐。许多人推测,在条件成熟的时候,制造业的指挥棒将会指向世界其他地方,使这些国家或地区也能依靠制造业繁荣起来。但是中国不仅没有因薪酬上升而产业遇冷,反而抓紧了对市场的掌控。低成本工作的确从中国转移到了东南亚,这一结果更是增强了“亚洲工厂”的主导地位。这一局面为中国轨道之外的其他新兴市场制造了难题。从印度到非洲再到南美,变幻莫测的富裕之路变得愈发艰难了。 怠工 中国经济不如以往强劲了。房地产市场因供应过剩面临危机。日益增加的债务成为负担。本月早些时候,中国政府宣布今年的经济增长指标为7%,这也是二十多年来最低的目标。而本周的数据显示,即使是7%的增长目标也并不容易实现。然而,中国在制造业方面仍具有三大优势,并将有利于总体经济的发展。 首先,中国在发展高端市场,进行高产值研发的同时,也仍紧抓低成本制造业。中国在全球服装出口产业的份额增加了,从2011年的42.6%到2013年的43.1%。中国也正在尝试用更少的原材料制造更多的产品。世界银行发现,中国进口原材料占总出口额的比重从20世纪90年代巅峰时期的60%下降到了如今的35%。部分原因在于中国拥有其他国家争相模仿的有效的供货商集群。中国有优秀的、改良的生产结构。中国计划到2020年建设10座机场。根据中国政府最新的“2025中国制造”政策的指导,中国公司正在利用自动化技术提高生产率,以弥补劳动力成本增加带来的不利影响。 中国的第二大优势就是“亚洲工厂”本身。由于劳动力成本上升,一些低成本工厂确实正在离开中国。其中大多数都转移到了拥有大量廉价劳动力的东南亚地区。这一过程却带来了相应的负面影响。去年,一个NGO组织发现,马来西亚电子产业大约30%的工人都属于强迫性劳工。但是,在三星、微软、丰田和其他跨国公司削减中国地区产量、转向缅甸和菲律宾的同时,他们也强化了一个以中国为中心的区域供应链。 中国的第三大优势在于,中国正迅速发展为重要的需求市场。中国消费阶层日益增长,亚洲工厂正在占据更高份额的高利润市场和服务业。与此同时,中国市场的需求也进一步强化了亚洲供应链。在中国市场竞争问题上,本土商人比远距离的竞争者更有优势。 灵活的政策能进一步发挥这些优势。东盟有能力抢占低端制造业市场。中国占美国鞋业进口市场的份额从2009年的87%下降到了去年的79%。越南、印度尼西亚和柬埔寨分走了其他份额。但是,东盟可以进行更多努力,来创造一个致力于复杂商品和服务的专门市场。区域贸易,当然最好是全球贸易将使制造业网络从中国覆盖到周边其他国家的过程更加顺利摆脱外国对零件的限制后,泰国在汽车制造业方面的实力证明,正确的政策是如何使东南亚国家与中国机器制造业对接的。 不幸的是,其他新兴经济体却高兴不起来。他们缺少一个巨大的经济体来担任区域组织的核心。北美自由贸易区将墨西哥的公司纳入了纵贯北美的供应链之中,但是却没有包括中美和南美的一些国家。沉重的贸易壁垒使西欧将不会像帮助中欧和东欧一样帮助北非国家。 即使当印度和撒哈拉以南非洲从亚洲工厂手中分走了部分产量,另一个问题仍然存在。制造业可能不会再创造曾经可观的就业局面和经济收入了。过去,出口导向型制造业使大量劳动力从田野进入了工厂,劳动力的生产效率得到了大幅度提升。现在的科技进步减少了工厂的劳动力需求。中国与其邻国可能是最后搭上廉价劳动力顺风车的国家。 出口无疑是新兴市场获得成功的最可靠途径。在全球市场内竞争是最有效的提高生产率的方式。但是亚洲工厂之外的其他政府必须依靠多种多样的发展方式——不仅仅是制造业,还有农业和服务业。印度IT产业就是很好的例证,但是这仅仅是高技能人员的产业,这个国家庞大的劳动力市场并没有得到有效利用。 促进政策实施 如今的发展模式需要更多的政策制定者制定更有效的政策,而不仅仅是在制造业劳动力成本上的竞争。全球贸易服务进一步自由化将有利于南美洲和非洲。基础设施花费除了集中于港口和道路建设外,还要注重光导纤维电缆建造。教育是关键,要想进入全球市场,高技能劳动力必不可少。 对于发展中国家而言,这些建议可能较难实施。但是,想要靠中国不再廉价的劳动力分到一杯羹,结果只能是失败。