神奇的納米技術——你無法置身事外：正在到來的社會大變局(七)
天梯的構想，理論上有實現的可能，原因就在於一個革命性的技術——納米技術的出現。
一 引子：嘉興繩技
“嘉興繩技”是流傳甚廣的一個唐代傳奇故事，據說原來載於《原化記》一書(已失傳)，其故事後來被《太平廣記》所收錄。
故事描述了一個在嘉興的囚犯通過神奇的“通天繩技”逃出監獄的神奇故事。別人的繩技都是把繩係在兩端固定，人在上麵行走或做各種動作，而他隻需一根百尺長繩，手指粗細，將繩一頭拋向空中兩三丈，然後越拋越高，神奇的是繩子成筆直狀，最後在人們看不到的繩子高空一端，囚犯手抓繩子，身子離地，越來越高，最後像鳥一樣，向遠處飛去，不見蹤影。
雖然嘉興繩技的故事，真偽已不可考，但其通天的繩技，在現代卻可能變成現實。
2012年, 日本Obayashi 公司宣稱要在40年內，將打造一個9.6萬千米高的天梯，用來運送貨物，太空船部件或航天員到太空中。 這一構想仍麵臨著重重技術挑戰，筆者認為，能否實現，仍在未定之天。但之所以有這樣的構想，且在理論上有實現的可能，原因就在於一個革命性的技術——即納米技術的出現。
二 下一個大事件是一個小東西
一納米有多長呢?一米有1000毫米，一毫米有1000微米，而一微米有一千納米。即一納米是一米的十億分之一。當物質到納米尺度(0.1—100納米)這個範圍空間時，物質的性能就會發生突變，出現許多奇異性能。 比如，把磁性材料鐵鈷合金做成大約20—30納米大小後，它的磁性要比原來高1000倍。再比如，一種碳納米管製成的紙張,強度是鋼鐵的500倍,而比重卻隻有鋼鐵的十分之一。碳納米管這種奇異的性質，使其成為前麵提到的太空天梯的製造材料的候選者之一。
按照美國國家納米計劃(NNI)的定義，廣義的納米材料，包括了100納米以下的，用各種製備技術製造的材料(是三個維度當中，至少有一個維度小於100納米的物質)，如果僅僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。而狹義的納米技術，是指對分子和原子進行操作的分子組裝和製造技術(Atomic Precise Manufacture – APM)。
三 事情的緣起
1959年，美國著名物理學家，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼提出了物質可以由下而上組裝的思路，盡管他沒有明確提出納米技術這個名詞，但他的想法卻是納米技術思想的源頭。1974年，日本的科學家Norio Taniguchi第一個提出納米技術這個概念，受到費曼思想的啟發，美國的科學家K. Eric Drexler在他的書“Engines of Creation: The coming Era of Nanotechnolgoy” 獨立地闡述了“納米技術”這個概念.。
理查德·費曼
很多人把“掃描隧道顯微鏡”出現的1981年當成納米技術元年，因為。如今，掃描隧道顯微鏡可以對單個原子進行操作。自此以後，又有許多可以對原子檢測與操縱設備問世，如原子力顯微鏡(AFM)，電化學顯微鏡(ECM)，磁力顯微鏡(MFM)，電容力顯微鏡(CFM)，電場力顯微鏡(EFM)，掃描近場顯微鏡(SNOM)等等。近來光鑷、電場鑷、分子梳等技術也不斷出現與發展，使操縱原子，分子更加自如。這些對原子和分子的操作技的發展，使APM(Atomic Precise Manufacturing)幾乎到了一個爆發的一個轉折點，因此K. Eric Drexler在今年，又出版了一本書“Radical Abundance: How A Revolution In Nanotechnology Will Change Civilization”. 這本書係統論述了APM (Atomic Precise Manufacturing) 將如何從根本上顛覆我們的製造業，進而對世界產生天翻地覆的影響。
由於納米技術的巨大潛力，全世界幾十個國家都不甘落後，加入到了這場技術革命的競賽中。比如，美國提出了NNI(National Nanotechnology Initiative)等等，這裏我們就不一一介紹這些計劃了。下麵我們具體介紹幾個納米技術的實例。
四 納米的實際應用
自古英雄出少年。下麵，我們先講一個現代少年科學英雄的故事。
去年6月，福布斯網站報道了新聞，一個來自於馬裏蘭州，15歲的男孩歲傑克·安德拉卡發現了一個發現早期癌細胞的革命性方法，傑克用的就是碳納米管的技術。傑克發明的早期胰腺癌的測試方法，要比目前醫學界流行的檢測方法(酶吸附試驗-ELISA法)速度快上168倍、價格便宜26667倍(傑克的方法，隻需要3美元)，並且敏感度和有效度比傳統方法更是高達400倍！下麵我們簡單介紹一下傑克發明這項技術的過程，供有誌於創業的“童鞋”們參考。
傑克·安德拉卡從小就是一個科學迷，對各種未知的東西感興趣，13歲那年，他家的一個朋友，他稱之為叔叔的人(在美國，這應該是非常親近的朋友才這樣稱呼)，因為得胰腺癌而去世，而其中重要的原因是因為沒有早期發現，於是激發了他探索早期癌症診斷技術的念頭。而他的診斷胰腺癌的想法，來自與於他修的生物課程所學到的有關抗體的知識和他讀到的有關納米管探測技術的文章，而後他又從互聯網上學習有關癌症的生物化學和納米管技術，同時從網上查閱免費的學術雜誌(筆者曾試圖在網上查中文學術雜誌，遺憾的是，很難找到免費的，這和盜版盛行是多麽大的反差)。
有了這些知識準備後，傑克·安德拉卡準備了一個研究計劃，包括預算和時間進度表，然後開始聯係約翰霍普金斯大學(應該離他家不遠)和國家衛生研究院的科學家，希望能利用科學家的實驗室，同時能到島幫助和指導。但是，他的電子郵件送出去後，收到的都是拒絕的回複，他不氣餒，直到聯係到第二百個教授時，功夫不負有心人，第二百個教授同意給他幫助，這就是約翰霍普金斯大學醫學院(全美頂尖的醫學院)的病理學，腫瘤學，化學和生物分子工程教授-安尼爾班·邁特拉(Anirban Maitra)。傑克·安德拉卡這個少年取得的成就固然令人欽佩，但邁特拉教授也令人佩服，試想，一個頂尖大學的教授，麵對一個不相識的少年的這種請求，在同意幫助他(這決對不是舉手之勞)的背後，不會有什麽功利的想法在裏麵。
現在，多家公司和傑克·安德拉卡聯係，希望對他發明的“神奇測癌試紙”進行商業化，推向市場。而傑克·安德拉卡本人，則將繼續對多種抗體的探測研究，他的宏偉目標，當然是把此技術推廣到多種癌症的早期診斷。而有可能暫停高中學業也在所不惜。而傑克·安德拉卡的技術和新目標都是一個革命性的，也許在不久的將來，人們用簡單的試紙(幾美分甚至更便宜)，就可測出很多早期癌症，得到及時的治療，這是一個多麽大的跨越啊。
地溝油是中國的一大公害，不知能不能用類似的技術，去探測地溝油，有興趣的“童鞋”，不妨考慮考慮。
盡管傑克·安德拉卡發明的技術是癌症診斷技術的一場革命，但隻不過是納米技術的一個小小應用。
現在，納米技術已廣泛應用在許多領域，比如，過濾膜，把一杯很髒的水，讓其經過納米過濾膜後，就可以變成純淨的人飲用水，這對很多缺水的發展中國家，是一個福音，美國匹茲堡市淨化水廠，可淨化相當於20萬人的用水量，其核心技術是采用日本旭化成的納米技術精密過濾膜。
再舉個例子，納米塗料可以使衣物耐髒乃至根本不會髒(2006年，德國就已經開發出這種技術)，這將多洗滌劑行業，幹洗店行業造成什麽影響？大家1秒鍾就可以想出答案。
更進一步的，2013年一月份，據paintsquare報道，美國密西根大學的科學家，研究出空氣成分高達95%的納米塗料，這種塗料可以防止水，酸，奶，咖啡，油，酒類等多種液體，使用這種塗料，可以製成防止化學危險品的衣物，塗在船上，可以減少船隻的阻力。
納米技術的滲透，是全方位的，比如，納米技術的發展，已形成了納米醫學這個領域，包括診斷，治療，藥物輸送，可植入術裝置，抗微生物技術，細胞修複等等。而在日常生活中的應用，就更為廣泛了。
納米技術網站nanotechproject.，列出了與此消費品相關的納米項目，在2006年，隻有209項，2007年有475項，而2012年，已經有超過1300項，這些項目涵蓋了包括健康和健身項目(如化妝品，防曬霜及運動貨品)，食品和飲料產品，家居及花園用品和電子產品及電腦產品等等。有誌於此的朋友可以參考。下麵，我們再介紹一個納米技術應用的例子，來說明它對我們未來生活的影響。
五 “綠野仙蹤”-隱形材料悄悄地走近我們
現在，隱形戰鬥機是多個國家追求的下一代戰鬥機，這樣的戰鬥機隻是對一定波段的雷達電磁波隱形。而對可見光也隱形的材料，也已經問世。比如，2013年，美國斯坦福大學就曾披露的研究成果顯示，通過添加納米原子，碳化矽超穎材料可以達到"真正隱形"，製造這樣的材料，技術上已不存在障礙，還看到美國其他大學和加拿大的公司也已經成功研製出類似的隱形材料，此種材料一旦工業化，不僅對軍事工業，而且對社會安全都是巨大的衝擊，人們不難想象，若是罪犯穿了隱形衣，技術上如何防範?對人們的心理有什麽影響?僅此一項，就會催生很多新產業。
六 摩爾定律與微電子工業
信息技術革命之所以能夠發生，最重要的原因之一是微電子技術的發展，人們受益於微電子技術的發展，所使用的電子產品性能越來越優越，價格卻不斷下降，之所以如此，是因為其中著名的摩爾定律所描述的半個世紀以來集成電路技術升級換代的速度，其內容為：集成電路上可容納的電晶體數目，約每隔24個月便會增加一倍;而芯片性能每隔18個月會提高一倍(即更多的晶體管使其更快)。但是，隨著芯片體積的持續縮小，量子效應將顯現(摩爾定律失效是因為兩個問題：漏電和無法散熱)，人們預計沿用傳統的矽材料和技術，十年左右摩爾定律就要失效，而納米技術和納米材料將是提高芯片性能的主要手段。
七 無數英雄競折腰
此係列的前文(Tesla的啟示)中我們曾講到，電動汽車的影響，電動汽車的主要支柱之一是電池技術，據中國科學報報道，2013年初，美國斯坦福直線加速器中心和斯坦福大學的研究人員研發出了一個巧妙的“蛋黃殼”設計，使得鋰離子電池的存儲能力比當前的商業技術高出5倍以上，創造了新的儲能世界紀錄。這種技術能讓鋰離子電池的陰極在1000次的循環充放電後，仍保持較高的性能，從而為新一代更輕、更持久電池在便攜式電子產品與電動汽車上的應用鋪平了道路。
領導這項研究的是斯坦福大學材料科學與工程係副教授、斯坦福大學材料和能源科學院的成員崔毅，研究小組報告的結果發表在1月8日的《Nature—Communications》。崔毅說：“在經過1000次充放電循環後，硫陰極保留了其能量存儲容量的70%，這是目前所知的世界上性能最高的硫陰極。即使沒有優化設計，這種陰極循環壽命的表現已具備商業性能，這是推動未來可充電電池發展的重要成就。”, 不難想象，這樣的技術市場化後，電動汽車會更快侵蝕現在燃油汽車的的地盤。
由於這電池技術對社會影響潛力的巨大及相應的市場規模，不僅巨頭們在爭相投資，創業的英豪們也紛紛湧入， 網站Gigaom就列舉了十三家值得觀察的電池領域的創業公司， 其中基本都在用納米技術或前麵曾提到的三維打印技術。
有關天使投資的網站angel.co則列出了近兩三年的在納米領域裏的部分創業公司(51家)。想創業的“童鞋”們可以看看這個清單。另可見nanotechitaly。
納米的產業化，已經處在初級階段，它對未來的影響，大概還相當於信息產業的五六十年代，納米技術的著名推動者之一“K Eric Drexler” 博士認為，納米技術有望解決資源短缺，人口增長的困境。有興趣的讀者不妨一讀。
納米技術對我們社會的顛覆性影響，剛剛來臨。科幻作家布魯斯·斯特林(Bruce Sterling)曾經說過，“未來就在這裏，它隻是分布並不均勻”，這句話描述現在的納米技術狀況挺合適。
