日本开展用沙石、水泥等生产电子材料研究


来源:新闻中心-中国网

标签沙石
目前,日本有许多科研机构正在开展使用沙石、水泥、木材等常见原料生产半导体与电子材料的研究。这些研究的意义在于——将随处可见的原料资源化,即开发“资源无所不在”技术。如果得以产业化,日本将变身为资源大国,从而无需忧心稀土等依赖进口的资源的稳定供给,因此对制造业发展有着长远的意义。

    日本弘前大学的佐藤裕之副教授与古屋泰文教授致力于以沙石为原料生产硅。今年3月份,他们开始引进了一套新的实验设备,用于研究使用常见资源生产太阳能电池硅。佐藤副教授称:“以后我们可以利用劣质沙石提取高纯度硅。”

    这项研究主要以沙石的主要成分二氧化硅为原料。将其与石墨混合,加热至摄氏1800度以上,经过几个小时后的处理,能够将氧原子去除。提取的硅如不作处理则纯度较低,所以他们参照炼铁工艺,研究了在溶化硅中使杂质浮动上来凝固的“定向凝固”工艺,成功过滤掉杂质。据称,如果进展顺利,未来日本使用沙石与废玻璃可以提取用于太阳能电池主要组成材料的纯度高达99.9999%的硅。

    日本东京工业大学的细野秀雄教授使用水泥研发出了高性能电子材料。水泥本身是不导电的绝缘体,但是细野教授在2003年通过改良水泥的分子结构制成了半导体材料。进而在2007年除了研发出金属导电性材料之外,还成功开发出了零电阻的超导体材料。

    原料中使用的水泥,除了常见的石灰水泥之外,还有氧化铝水泥。细野教授将这一导电水泥复合物简称为“C12A7”。

    日本东北大学的相马清吾助理教授、高桥隆教授等在今年9月份的日本物理学会英文杂志上发表论文,详细介绍了绝缘体水泥如何变为电子材料的工艺过程。据称,水泥是由钙、铝、氧等原子构成的直径约为0.5纳米的笼状结构,每个笼之间存在直径约0.2纳米的小孔。只要将普通水泥的笼状结构中存在的氧离子置换为电子,就可以将水泥变为导电性的电子材料。



    此外,细野教授还致力于将沸石转变为电子材料的研究。沸石是类似于水泥的多孔结构,通常被用于催化剂。沸石主要成份也是二氧化硅。

    细野教授研究材料元素的起因是在2004年参加日本科学技术振兴机构(JST)召开的一次会议。当时,东京大学的中村荣一教授提出“材料元素战略”,倡导通过可稳定供给的材料元素生产功能材料。中村教授针对液晶显示器等不可或缺的透明导电材料“氧化铟锡(ITO)”,指出了铟作为稀有金属依赖进口的问题,并介绍了细野教授的替代材料——C12A7。

    从那时起,细野教授开始重新认识到自己所从事的研究的重要意义,开始成为积极倡导日本研究开发“资源无所不在”与“材料元素无所不在”技术的一员。

    此外,日本还有许多其它资源丰富的材料,木材就是其中之一。从木材提取的碳被认为是纳米科技材料所需各种碳材料的原料。超薄碳材料“石墨烯”就是因其可作为电子器件材料而获得今年诺贝尔物理学奖。其实,在石墨烯之前,日本已经有球形碳材料的“富勒烯”与圆柱碳材料的“碳纳米管”等许多类似的应用研究。

    日本学术界认为:“对日本来说,完全不使用进口资源在现实中是行不通的,必将对经济、工业、生活造成重大影响。但是,有必要应对某些稀有金属因某种原因而无法进口的情况。所以要大力发展使用沙石、水泥、木材等常见原料生产半导体与电子材料的研究。”。”(译自:10月29日【日本】日本经济新闻 编译:中国贸促会电子信息行业分会 王喜文)
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