6月4日,工信部部长金壮龙在由工信部主办的第31届中国国际信息通信展览会上表示,将前瞻布局下一代互联网等前沿领域,全面推进6G技术研发。

图  6G总体愿景图

金壮龙表示,信息通信业是国民经济的战略性、基础性、先导性行业,对促进经济社会发展具有重要支撑作用。我国建成全球规模最大、技术领先的网络基础设施,工业互联网融合应用新业态、新模式蓬勃兴起,信息通信业有效驱动了实体经济转型升级。要加快推动新型信息基础设施体系化发展,加速信息技术赋能,深化工业互联网融合应用。同时,加快培育新兴产业,持续增强移动通信、光通信等领域全产业链优势,前瞻布局下一代互联网等前沿领域,全面推进6G技术研发。随着5G大规模商用,全球业界已开启对下一代移动通信技术(6G)的研究探索。6G是继5G之后的第六代移动通信网络,在通信速率、延时能耗及覆盖范围等方面都将面临更大的挑战。6G将构建人机物智慧互联、智能体高效互通的新型网络,在大幅提升网络能力的基础上,具备智慧内生、多维感知、数字孪生、安全内生等新功能,实现从服务于人、人与物,到支撑智能体高效联接的跃迁,通过人机物智能互联、协同共生,满足经济社会高质量发展需求,服务智慧化生产与生活,推动构建普惠智能的人类社会。

图 6G通信对新材料的需求

6G技术覆盖面极广,是集多学科(如材料科学、凝聚态物理学、微电子学等)与技术于一体的"高精尖"技术。6G的兴起和发展离不开新材料的支撑6G的技术特征决定了其所依托的材料体系需要完成大规模革新,基础材料技术的发展是全面提升6G应用性能的关键。清华大学朱宏伟教授列举了6G应用中可能用到的关键新材料:6G应用中的新型频谱通信材料:作为未来6G通信中的两个核心波段,太赫兹和可见光波段相关材料技术尚不成熟。现有研究虽然已经在太赫兹和可见光通信两个领域取得了令人瞩目的成果,但在材料的稳定性、专用器件材料、光学天线材料、信道模型等方面仍面临诸多严峻的挑战。

6G应用中的第三代半导体材料:为进一步减小器件尺寸、提高电路集成度、降低功耗等,6G的发展离不开微纳电子技术的革新和半导体材料的发展。基于超材料的太赫兹功能器件,如太赫兹调制器、太赫兹波导、太赫兹滤波器等的发展同样离不开第三代半导体材料。随着数据流量增加、宽带升级与频率提高,通信组件与电子器件需要更高频、更耐高温、更高功率的半导体材料。

6G应用中的新型功能材料:在6G应用中,基于新型功能材料的高分辨率成像及传感、精准定位、可穿戴显示、移动机器人和无人机、专用处理器及下一代无线网络等技术使远程呈现和虚拟现实交互成为可能。

6G应用中的智能材料:6G通信技术将带来更高速率、更低延迟、超高可靠性和高容量的通信能力,为智能医疗、万物互联、虚拟现实和工业4.0等领域提供强劲的技术支撑。石墨烯等二维材料的出现极大地推动了材料的低维革命性发展。因具有优异的光、电、热、磁等特性和成熟的晶圆尺寸单晶制备工艺,二维材料在未来 6G 通信中逐渐展现出巨大的应用潜力。

6G应用中的电磁防护与热管理材料:6G 的实施必然会产生一些潜在的负面影响。一方面,6G通信所采用的新波段有可能形成新的电磁辐射危害,影响人体健康、设备电磁兼容、信息安全等各个方面,有效的电磁防护措施与新材料(如金属基超材料、石墨烯基超材料、编码超材料、可控超材料) 的应用必不可少。另一方面,伴随 6G 应用中器件小型化、柔性化和芯片集成化等趋势,器件局部热量的累积和快速散热问题会更加严峻,高效的热管理技术和相关材料(如二维材料、多级纳米结构、立方晶型等高导热材料)的研发成为未来急需。

资料来源:

1.《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》,IMT-2030(6G)推进组;

2.《6G时代的新材料》,朱宏伟,自然杂志

作者 gan, lanjie