作者:欧洲研究信息中心 信用:CC0公共领域 EU-资助的研究人员和合作伙伴正在突破物理定律的界限，开发纳米复合材料和纳米电子电路，以大大提高能源、热和计算性能
这将使智能手机和其他电子产品更加高效，并提升太阳能的潜力
在当今世界，纳米材料在智能设备和传感器、智能家居、自主设备、机器人、生物技术和医学的出现中发挥着至关重要的作用
但是电路已经变得如此小型化和快速，以至于它们不再能控制信息处理过程中产生的热量
法国皮卡第大学的米蒙·埃尔·马斯说:“打破这一僵局的标准方法，如减少热量产生或更有效地消除热量，都跟不上步伐。”
埃尔·马斯是EU-资助的解决这一问题的工程项目的协调员
它专注于如何在极小的规模上有效地重新分配电力，利用纳米技术的突破，这些突破开辟了直到几年前还被认为不可能的新可能性和应用
让不可能成为可能 ENGIMA研究人员面临的一个主要挑战是纳米电子学中所谓的玻尔兹曼暴政问题
它与电的一个最基本的概念有关:电容，一个显示为了保证给定的电压需要在导体上放置多少电荷的量
标准教科书定义指出电容总是正的
因此，电压越大，存储的电荷越多，反过来，器件产生的热量也就越多
在一项突破性的进展中，法国和俄罗斯的ENGIMA研究人员与美国能源部阿尔贡国家实验室的瓦列里·维诺克尔合作开发了一种永久性静态“负电容”，这种设备在大约十年前还被认为是不可能的
以前提出的负电容设计是在临时、瞬态的基础上工作的，但ENGIMA开发的负电容是第一个作为稳态可逆设备工作的
所提出的方法利用了铁电材料的特性，该材料具有可以被外部电场逆转的自发极化
增加正电容上的电荷会增加电压
负电容出现相反的情况——随着电荷的增加，其电压下降
通过将两个电容器配对，正电容器的电压可以局部增加到高于总系统电压的点
这使得电流能够被分配到需要较高电压的电路区域，而整个电路在较低电压下工作
ENGIMA首席研究员伊戈尔·卢克扬楚克指出，这一突破将有助于降低电子设备的开关能量和工作电压，从而减少热量损失
“负电容是最近在降低纳米电路能耗和解决限制传统计算电路性能的过热问题方面最重要的发展之一，”他说
“在这项研究的基础上，我们正在开发一个实用的平台，用于实现超低功耗的信息处理设备
" 走向无电池智能设备 实际上，这意味着你的智能手机、物联网设备和许多其他电子系统将变得更加节能
结合其他作为ENGIMA的一部分正在进行的工作，它可以从根本上改变我们的能源利用、消费和储存的经验
在光伏技术和太阳能转换薄膜材料最新进展的基础上，法国和墨西哥的工程师团队正在开发新型多功能超晶格纳米结构，这些纳米结构经过精细调整，可实现优化的铁电、结构和光伏响应
这项工作为未来光伏材料设计新的纳米结构提供了有效的途径
“这些光伏系统可以成为下一代绿色能源，作为自供电智能系统中电池的安全、可靠、环保的替代品，”埃尔马斯说
与此同时，斯洛文尼亚的工程师协会研究人员，在约瑟夫·斯特凡研究所的兹德拉夫科·库特贾克的带领下，正在探索其他方法来克服“玻尔兹曼暴政”
“他们正在利用所谓的电热效应，这种效应使材料在外加电场的作用下表现出可逆的温度变化
该团队首次证明了液晶可以被用作具有较大温度变化的电热材料
据库特贾克称，这一领域的发展引起了研究和工业界的极大兴趣，因为它提出了将冷却器有效地集成到纳米电子计算电路中
“我们预计，与固态系统相比，液晶设备原型的冷却温度将显著提高，”他补充道
“此外，液晶材料可以以任何形状使用，并且这种装置不会受到由材料开裂引起的疲劳问题的影响
" ENGIMA的成果有望为高科技行业带来重大的新机遇和可能性，特别是在解决当前的能源消耗和收获问题方面，并在许多领域得到应用
“从这个角度来看，环境管理协会可以提高欧盟公民的长期生活质量和健康
例如，通过促进不同智能系统的发展，”埃尔马斯说
“我们还预计，工程纳米材料研究所将有助于填补欧洲和其他国家在多功能纳米材料应用于计算机和耗能技术的研究活动方面的空白
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