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纳米技术 一、纳米技术（纳米科技 nanotechnology） 纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。 从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。第一种，是 1986 年美国科学 家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组 合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。 这种概念的纳米技术未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来 人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。 现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小， 将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。 为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米 级的结构。所谓纳米技术，是指在 0.1~100 纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动 规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出 来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有 特定功能设备的技术，就称为纳米技术。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米 科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。 从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改 造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳 米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起 21 世纪又 一次产业革命。 虽然距离应用阶段还有较长的距离要走，但是由于纳米科技所孕育的极为广阔的应用 前景，许多国家都对纳米科技给予高度重视，纷纷制定研究计划，进行相关研究。 二、纳米新闻 1959 年，理论物理学家理查·费伊曼在加州理工学院发表演讲，提出，组装原子或分 子是可能的。 1981 年，科学家发明研究纳米的重要工具———扫描隧道显微镜，原子、分子世界从 此可见。1990 年，首届国际纳米科技会议在美国巴尔的摩举办，纳米技术形式诞生。 1991 年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是铁的 10 倍，成为纳米技术研究的热点。 1989 年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1999 年美国国际商 用机器公司在镍表面用 36 个氙原子排出“IBM”。 1997 年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，这种技术可用于研制速度和存 储容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。同年，美国纽约大学科学发现，DNA 可用于 建造纳米层次上的机械装置。 1999 年，巴西和美国科学家在进行碳纳米管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能 够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称 量单个原子重量的“秤”，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。同年，美国科学家在 单个分子上实现有机开关，证实在分子水平上可以发展电子和计算装置。 三、纳米技术在中国 中国当然不甘人后，1993 年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中 国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。 1998 年，清华大学范守善小组在国际上首次把氮化镓制成一维纳米晶体。同年，我国 科学家成功制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为：“稻草变黄金———从四氯化碳制成金 刚石。” 1999 年，北京大学教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁碳纳米管组装竖立在 金属表面，并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。 中科院成会明博士领导的研究组合成出高质量的碳纳米材料，被认定为迄今为止“储 氢纳米碳管研究”领域最令人信服的结果。 中科院物理所研究员解思深领导的研究组研制出世界上最细的碳纳米管———直径 0.5 纳米，已十分接近碳纳米管的理论极限值 0.4 纳米。这个研究小组，还成功地合成出世 界上最长的碳纳米管，创造了“3 毫米的世界之最”。 在主题为“纳米”的争夺战中，中国人频频露脸，尤其在碳纳米管合成以及高密度信 息存储等领域，中国实力不容小觑。 四、纳米与生活 随着科学家的一次次努力，“纳米”这个几年前对我们还十分生疏的字眼，眼下却频频 出现在我们的视线。纳米电子器件的特点：以纳米技术制造的电子器件，其性能大大优于传统的电子器件， 工作速度快，纳米电子器件的工作速度是硅器件的 1000 倍，因而可使产品性能大幅度提高。 功耗低，纳米电子器件的功耗仅为硅器件的 1/1000。信息存储量大，在一张不足巴掌大的 5 英寸光盘上，至少可以存储 30 个北京图书馆的全部藏书。体积小、重量轻，可使各类电子 产品体积和重量大为减小。 纳米材料“脾气怪”：纳米金属颗粒易燃易爆 几个纳米的金属铜颗粒或金属铝颗粒， 一遇到空气就会产生激烈的燃烧，发生爆炸。因此，纳米金属颗粒的粉体可用来做成烈性炸 药，做成火箭的固体燃料可产生更大的推力。用纳米金属颗粒粉体做催化剂，可以加快化学 反应速率，大大提高化工合成的产出率。纳米金属块体耐压耐拉 将金属纳米颗粒粉体制成 块状金属材料，强度比一般金属高十几倍，又可拉伸几十倍。用来制造飞机、汽车、轮船， 重量可减小到原来的十分之一。 纳米陶瓷刚柔并济：用纳米陶瓷颗粒粉末制成的纳米陶瓷具有塑性，为陶瓷业带来了 一场革命。将纳米陶瓷应用到发动机上，汽车会跑得更快，飞机会飞得更高。 纳米氧化物材料五颜六色：纳米氧化物颗粒在光的照射下或在电场作用下能迅速改变 颜色。用它做士兵防护激光枪的眼镜再好不过了。将纳米氧化物材料做成广告板，在电、光 的作用下，会变得更加绚丽多彩。 纳米半导体材料法力无边：纳米半导体材料可以发出各种颜色的光，可以做成小型的 激光光源，还可将吸收的太阳光中的光能变成电能。用它制成的太阳能汽车、太阳能住宅有 巨大的环保价值。用纳米半导体做成的各种传感器，可以灵敏地检测温度、湿度和大气成分 的变化，在监控汽车尾气和保护大气环境上将得到广泛应用。 纳米药物治病救人：把药物与磁性纳米颗粒相结合，服用后，这些纳米药物颗粒可以 自由地在血管和人体组织内运动。再在人体外部施加磁场加以导引，使药物集中到患病的组 织中，药物治疗的效果会大大提高。还可利用纳米药物颗粒定向阻断毛细血管，“饿”死癌 细胞。纳米颗粒还可用于人体的细胞分离，也可以用来携带 DNA 治疗基因缺陷症。目前已 经用磁性纳米颗粒成功地分离了动物的癌细胞和正常细胞，在治疗人的骨髓疾病的临床实验 上获得成功，前途不可限量。 纳米卫星将飞向天空：在纳米尺寸的世界中按照人们的意愿，自由地剪裁、构筑材料， 这一技术被称为纳米加工技术。纳米加工技术可以使不同材质的材料集成在一起，它既具有 芯片的功能，又可探测到电磁波(包括可见光、红外线和紫外线等)信号，同时还能完成电脑 的指令，这就是纳米集成器件。将这种集成器件应用在卫星上，可以使卫星的重量、体积大大减小，发射更容易，成本也更便宜。 介绍了这么多，你是不是对纳米技术也充满了兴趣呢？你想成为掌握纳米技术的专家 吗？从现在开始努力学习，将来纳米历史上也会出现你的名字哦！