“納米技術”淺談

Wisewind

科學家們普遍認為：“納米技術將會是下一個信息時代的中心，並將引發許多領域的技術革命！”因此，粗淺了解什麽是“納米技術”，對於我們每個人也許都是很重要的。

什麽是“納米”？

納米（Nano-Meter）是長度單位，即毫微米，也就是10億分之一米（10的負九次方米）。例如，氫原子的直徑約為0.1納米，單個細菌的直徑約為5千納米，人的頭發直徑大約為2萬-5萬納米。

什麽是“納米技術”？

納米科學與技術，簡稱為納米技術，是研究結構尺寸在1至100納米範圍內材料所呈現的特殊性質及其應用的科學知識及技術手段。

構成一切物質的最基本的單元是原子。原子的直徑大約在0.1-0.6納米之間。尺寸在1至100納米之間的結構所含有的原子總數大約隻有數千，數百甚至數十個。

因此，納米技術就是“研究最小極限尺寸範圍（1至100納米）內材料的性質和應用的科技。”它的本質是以原子為單位創造全新形態的結構。它的目標是直接以原子和分子來構造具有特定功能的產品。

納米技術涉及的是人類製造技術所能達到的最小尺度範圍，其影響將是巨大的。

“納米技術”是如何起源的？

20世紀70年代的研究發現，當材料尺度減小到1—100納米這個範圍時，物質的性能就會發生突變，呈現特殊性能。

科學家們認為，由於納米材料的超微粒尺度（1—100納米），所含原子總數不大，因此其界麵原子數量比例極大，一般占原子總數的40%-50%左右，致使納米材料本身具有宏觀量子隧道、表麵和界麵等效應，從而具有許多與傳統材料不同的物理、化學性質，這些性質不能用傳統的模式和理論解釋。

比如導電、導熱性能良好的的銅和銀，做成納米尺度以後就失去導電性和導熱性。

磁性材料如鐵鈷合金，常規尺寸時呈現多磁疇，並且多數磁疇的磁性互相抵消。但把它做成大約20—30納米大小時，磁疇就變成單磁疇，而且磁性要比原來強1000倍。

石墨強度很低，但實驗室製造出來的原子點陣結構與單層石墨（Graphene）相同但成管狀的納米碳管（Carbon Nano-Tube）,沿長度方向的強度卻很高……等等。

這些發現使“納米材料”成為一個新的前沿科學領域。

20世紀80年代初，研究納米的重要工具 - 掃描隧道顯微鏡被發明。納米技術又在信息儲存，電子、光電子，醫療、醫藥和農業等各個研究領域取得了巨大進展。

到本世紀初，全球納米產品的年營業額已超過500億美元。

“納米技術”有哪些應用？

·在材料科學領域的應用

使用納米技術製造出來的納米碳管是人類迄今為止所發現的強度及剛度最高的材料。單壁納米碳管（Single-Walled Nano Tube）的比重是鋼的六分之一，而抗拉強度卻是鋼的10倍以上，甚至30倍。若比較兩者的“比強度”（即強度除以比重），則更驚人：多壁納米碳管（Multi-Walled Nano Tube）的比強度是鋼的200倍以上，甚至300倍！因此納米碳管具有廣泛而特殊的用途。將納米技術應用於陶瓷，可使硬而脆的陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。在普通的棉布上覆蓋一層納米顆粒，可使之具有導電性。在普通的服裝外覆蓋一層納米顆粒，雨點落在上麵，就像落在荷葉上一樣，不會將衣服浸濕。在貼身穿的軍服裏層覆蓋醫用納米顆粒，可自動為戰士療傷……等等。

·在微電子學上的應用 

納米電子學立足於最新的物理理論和最先進的工藝手段，按照全新的理念來構造電子係統，並開發物質潛在的儲存和處理信息的能力，實現信息采集和處理能力的革命性突破，納米電子學將成為本世紀信息時代的核心。20-30年後可望研製成功速度和存儲容量比現有計算機提高成千上萬倍的量子計算機……。

·在生物工程上的應用 

科學家們在研究應用納米技術製造人造器官比如血管和骨骼的可能性。將特殊的納米顆粒和納米機器人注射進血管，這些顆粒將吸附血液中的低密度脂蛋白膽固醇（壞膽固醇），並將之輸送到肝髒以便派出體外，從而防止它們沉積在血管內壁；而納米機器人將清除已經沉積在血管內壁的低密度膽固醇。應用生物分子製造計算機的組件，代替當今計算機信息處理和信息存儲的作用，製造分子計算機，將使單位體積物質的儲存和信息處理能力提高上百萬倍……等等。

·在光電領域的應用

納米技術的發展，使微電子和光電子的結合更加緊密，使光電器件在信息傳輸、存貯、處理、運算和顯示等方麵的性能大大提高。將納米技術用於現有雷達信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達放到衛星上進行高精度的對地偵察。例如，潛艇在巡航時會形成尾流，並擴展到海麵上形成較大麵積的特性波紋，部署在衛星上的合成孔徑雷達能夠探測到這種特性波紋，從而發現水下的潛艇。

·在化工領域的應用

將納米TiO2粉體按一定比例加入到化妝品中，可以有效地遮蔽紫外線。利用納米碳管獨特的孔狀結構，大的比表麵、較高的機械強度做成納米反應器，能夠使化學反應局限於一個很小的範圍內進行。用納米顆粒製成的過濾器可以過濾掉水中的細菌。科學家們正在研究從空氣，地熱蒸汽和工業排放氣體中采集二氧化碳，然後應用納米技術將之轉化為燃料。這種方法可以提供取之不盡的燃料資源，而且這些燃料在使用（燃燒）之後不會增加大氣中二氧化碳的含量。

·在醫學上的應用 

科研人員已經成功利用納米微粒進行了細胞分離。

用金的納米粒子可以進行定位病變治療，以減少副作用。

科學家們設想利用納米技術製造出分子機器人，在血液中循環，對身體各部位進行檢測、診斷，並實施特殊治療。

目前治療癌症最有效的方法是施行手術將腫瘤切除。不幸的是對於絕大多數種類的癌症，這也是最困難的手段。原因有兩個：一是要找出所有殘留的腫瘤幾乎是不可能的；二是要確定身體某個部位腫瘤已停止擴散而健康組織已重新生長也是非常困難的。現在已經找到一種辦法 – “雙功能納米顆粒”可以解決這兩個難題。這種納米顆粒可以滲透進腫瘤細胞內部，然後通過螢光成像和磁共振成像將這些腫瘤細胞顯示出來。

經過廣泛的研究和刻苦努力之後，科學家們已經成功地製造出非常微小的納米顆粒機器人。這些納米顆粒機器人可以被注射進血管和惡性腫瘤裏麵，去“關閉掉”癌症基因，以減緩和阻止癌細胞的擴散……等等。

未雨綢繆 – 防止“納米技術”的副作用

納米顆粒的尺寸比細菌還小很多，幾乎所有的納米顆粒都能溶解於水，因此，納米顆粒通過空氣，水或其他媒介擴散是非常可能的。一些有識之士已就納米顆粒可能造成環境汙染提出了警告，這個問題應該引起科學家及各國政府的重視。

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