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快被炒糊的二維材料,能幫到AI什麼忙?

提起二維材料,大多數人會覺得相當陌生。但在一系列可能和AI産生故事的技術中,二維材料在2018年一年的發展算是相當驚人的。

二維材料是指電子僅可在兩個維度的非納米尺度(1-100nm)上自由運動的材料。這句話雖然很難理解,但提起石墨烯,大家一定會不約而同的說一聲——“搜嘎”。

沒錯,這幾年大熱的石墨烯就是典型的二維材料。結構和形态夠薄夠輕,韌性更強、透光性更強、對熱能的傳導效率也更強。當然這類材料也距離現實應用更為遙遠。

除去我們最熟悉的石墨烯之外,拓撲絕緣體、過渡金屬硫化物、黑磷等等同樣也是二維材料。今天這一期“AI的朋友們”就來談談,二維材料在這一年走了多遠。

除了石墨烯,去年我們還發現了這些二維材料……

作為一項尚未成熟的技術,二維材料最有趣的地方就是在材料本身上還有很多不确定性。在2018年,二維材料最基礎的進步就是有越來越多的材料種類被我們發現了。

今年新興的材料種類有很多,進展較大有兩種,一個是二維鈣钛礦,還有一個是銻烯。前者有非常優異的光電特性,透光和光線吸收能力都非常強,在電池、LED顯示屏、照明設備等等方面都可能有意想不到應用。後者則穩定性更強,适用于激光器、柔性設備等等。

尤其在今年上半年,Nature雜志上一篇論文提出了一種名叫“二維過渡金屬硫屬化合物”,通過最新的合成策略,可以一招合成四十七種二維材料,其中還包括十七種應用型極強的金屬材料。

對于二維材料來說,類型的增多、合成方式的高效都意味着一件事——二維材料的造價成本正在降低,批量生産效率也在快速提高。

二維材料的用途,永遠是N+1

我們之所以沉迷二維材料無法自拔,是因為這種超輕、超薄、超韌性的材料如同BUG一般,可以滿足我們對未來世界的太多想象。覺得手機還可以再輕薄一點?柔軟的二維材料液晶屏結合二維材料晶體管可以讓手機像畫軸一樣卷成一支鉛筆。因為燃料問題載人火箭飛的不夠遠?更換成二維材料可以大大減少重量解決能源。

當然,以上這些屬于腦洞型用途,大多數是根據二維材料的物理特性推測得出的結論,隻有在極端理想的條件下才能實現。不過在2018年,關于二維材料的一項重要進展,就是在應用方式上開始有了更多實際的方案。

快被炒糊的二維材料,能幫到AI什麼忙?

在最近普渡大學與美國國家标準與技術研究院得出的研究成果,就是其中一個典型。

以往我們應用的閃存式存儲器,從形态和容量上來說已經很難實現突破。為了創造出形态更小、存取儲存更快、容量更大的存儲器,研究人員們利用起一種名為二碲化钼二維材料。這種材料可以堆疊在一起被制作成“電阻記憶式存儲器”,外部電壓變化時,材料可以“記住”電阻的變化,從而形成0和1區分。由于二碲化钼極為穩定,可以經受起無數次電阻變化,也讓這種電阻記憶式的儲存模式終于可以切實應用。

或許過不了幾年,我們就能在電腦、手機上使用這種全新的存儲單元了。

當石墨烯出現在秋褲裡

當然,更能吸引我們的,還是二維材料具體的産品化進程。它們出現在了哪些量産産品裡、我們是否已經應用上了它們,相比并不少見的科研進展,這些有關産品化的問題距離我們這些普通消費者更近。

快被炒糊的二維材料,能幫到AI什麼忙?

坦白來說,雖然這些年間二維材料的種類層出不窮,可是真正在産品化上進展較快的,還是石墨烯這位“老戲骨”。

不過老戲骨的發展方向有兩種,一種是“爛片客串”式。頻繁的出現在某寶、衆籌網站一類地方所售賣的電熱毯、棉被、鞋子、秋衣秋褲等等産品中,結果不用多想,自然是假的。另一種則是“小衆文藝片”方向,雖然還有進步,但是距離人們的期望還很遠。就像華為今年在Mate 20X上應用的石墨烯薄膜散熱,且不提石墨烯薄膜和液冷技術各自對于散熱的貢獻幾何,但從吃瓜群衆的角度來看,人們更期待民用量産的還是傳說中一秒充滿電的石墨烯電池。

從好的一面來講,石墨烯所代表的二維材料确實在今年有了不少産品化上的進步,可從壞的一面講,二維材料概念距離被炒糊恐怕也不遠了。

從二維材料的起點到AIoT的彼岸

對于AI的産業發展而言,二維材料輕薄、體積小的特性,可能會給AIoT帶來無盡的想象空間。

就目前來看,AIoT發展的桎梏中有很大一項就是數據的計算空間。以家庭場景來說,如果将數據上傳到雲端計算,會面臨着數據安全和隐私問題,如果應用終端計算,則需要有一台算力足夠強大的設備一直放在家中。就像在蘋果的家庭AIoT設計中,就是利用iPad作為一切設備的“計算中轉站”。

但對二維材料的應用,可以讓GPU芯片和内存的體積變得非常小,容納到各種設備之中,這些設備可以儲存更多數據,也讓本地計算可以在終端設備中完成。例如我們平時佩戴的運動手環,應用上二維材料之後,數據将無需傳遞到手機,在手環終端就能對我們日常的運動、體征數據進行收集和分析,加之二維材料的高柔性特性,手環的形态還可以更加靈活。

快被炒糊的二維材料,能幫到AI什麼忙?

在更廣闊的場景上來看,輕薄高能的二維材料可以讓AIoT設備更有拓展性。想讓産品連接上物聯網,不再需要從生産階段就内置芯片,利用二維材料外接産品就能完成數據的收集和計算。就拿現在一些能檢測食物新鮮度的冰箱來說,大多數都是内置攝像頭再通過圖像識别算法來進行判定。但有了二維材料,可以将體積極小、能完成終端技術的外置攝像頭放置在冰箱内部,完成家電的物聯網升級。

但我們需要明白的是,在一系列與AI有關的技術進展中,二維材料是體系最複雜、發展狀況最初級,卻也是概念被炒的最火熱的。當技術研發還停留在尋找二維材料制作方法時,一些商家已經開始把“石墨烯”放進被子和秋褲中了。這種狀況顯然是不健康的。

我們可以看到,在彼岸二維材料可以和AI共塑多麼美好的未來。但别忘了,我們仍然站在起點之上。

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