生活中的納米應(yīng)用

如今納米洗衣機(jī)、納米冰箱已經(jīng)出現(xiàn)在廣告詞中，看來納米真的離我們的生活不遠(yuǎn)了。事實(shí)也正是如此，納米科技正在走進(jìn)我們的生活，同時(shí)也將會(huì)改變我們的生活。

美國科學(xué)家尼爾·萊思說:“納米技術(shù)是最可能在未來取得突破的科學(xué)和工程領(lǐng)域”。這項(xiàng)技術(shù)并不只是向小型化邁進(jìn)了一步，而是邁人了一個(gè)嶄新的微觀世界，在這個(gè)世界中物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)受量子原理的主宰。

傳統(tǒng)的解釋材料性質(zhì)的理論，只適用于大于臨界長度100納米的物質(zhì)。如果一個(gè)結(jié)構(gòu)的某個(gè)維度小于臨界長度，那么物質(zhì)的性質(zhì)就常常無法用傳統(tǒng)理論解釋。在20世紀(jì)末，世界各國的科學(xué)家正試圖在中等級(jí)別領(lǐng)域，即單個(gè)分子或原子級(jí)別到數(shù)十萬個(gè)分子級(jí)別之內(nèi)，發(fā)現(xiàn)新奇的現(xiàn)象。這一基礎(chǔ)理論的研究，促進(jìn)了我們今天對(duì)納米科學(xué)研究的進(jìn)程。

我們知道，構(gòu)成物質(zhì)的基本單元是原子，因此，當(dāng)今的納米科學(xué)與技術(shù)的研究實(shí)際上就是人們?cè)谠訉哟紊险J(rèn)識(shí)世界。

早在1993年，中國科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室的科研人員在顯微鏡下，將一個(gè)個(gè)原子像下棋那樣自如地?cái)[放，寫出了“中國”二字。這僅僅是一次實(shí)驗(yàn)，但人類可以從中發(fā)現(xiàn)和看到納米世界存在的奇跡;人類將在新的納米技術(shù)領(lǐng)域獲得更多、更大的好處。

納米材料和納米結(jié)構(gòu)科學(xué)家對(duì)納米級(jí)產(chǎn)品應(yīng)用的前景進(jìn)行了描述，預(yù)計(jì)在不久的將來會(huì)出現(xiàn)特種新奇的新材料。這些材料將具有多種功能，能夠感知環(huán)境變化以及做出相應(yīng)的反應(yīng)。納米技術(shù)的專家們預(yù)計(jì)還會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度是鋼鐵。10倍的材料，其重量只有紙張的1/10，并具有超導(dǎo)電性，而且透明，熔點(diǎn)更高。

細(xì)微之處顯神奇的納米技術(shù)將怎樣改變我們的生活呢?事例有很多，例如，碳納米管，其尺寸不到人的頭發(fā)直徑的萬分之一，它可用作極細(xì)的導(dǎo)線或用于超小型電子器件，將納米技術(shù)用于存儲(chǔ)器，可以大大提高電子器件的儲(chǔ)存功能，可以將一個(gè)有幾百萬冊(cè)書的圖書館的信息放人一個(gè)只有糖塊大小的裝置中。

再如，有人把納米稱為“工業(yè)味精”，因?yàn)榘阉叭觥比嗽S多傳統(tǒng)材料中，老產(chǎn)品就會(huì)換上令人叫絕的新面貌。砧板、抹布、瓷磚、地鐵磁卡，這些挺愛干凈的小東西上一旦加入納米微粒，就可以除味殺菌。用“拌”人納米微粒的水泥、混凝土建成樓房，可以吸收降解空氣中的有害物質(zhì)，鋼筋水泥也能和森林一樣“深呼吸”?，F(xiàn)有的硅質(zhì)芯片將被體積縮小數(shù)百倍的納米管元件所替代，現(xiàn)在占據(jù)幾個(gè)房間的巨型計(jì)算機(jī)可以小到可以隨手放進(jìn)口袋。

最誘人的莫過于未來的“納米機(jī)器人”，它可以進(jìn)入人體并摧毀各個(gè)癌細(xì)胞又不損害健康細(xì)胞;可以在人體內(nèi)來回送藥，清掃動(dòng)脈，修復(fù)心臟、大腦和其他器官而不用外科手術(shù)。

1999年，美國政府在納米科技的報(bào)告中呼吁加快納米科學(xué)和工程的基礎(chǔ)研究乙美國總統(tǒng)認(rèn)為，納米技術(shù)對(duì)保持美國科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)先地位非常重要，并建議把聯(lián)邦納米技術(shù)研究預(yù)算增加一倍，即2001年達(dá)到4.95億美元。美國國家納米技術(shù)計(jì)劃的研究工作將由一個(gè)委員會(huì)協(xié)調(diào)，該委員會(huì)的成員是來自政府各個(gè)研究和開發(fā)項(xiàng)目的高級(jí)代表。國防部、能源部、商務(wù)部、航天局、全國科學(xué)基金會(huì)和國家衛(wèi)生研究所將在國家科學(xué)和技術(shù)委員會(huì)的指導(dǎo)下發(fā)揮重要作用。美國國家納米技術(shù)計(jì)劃在初期研究的重點(diǎn)，是在分子層次上具有新奇特性并且物理和化學(xué)性能有顯著提高的材料。

各國納米技術(shù)研究人員感興趣的一些納米技術(shù)尖端領(lǐng)域，歸納起來有以下5個(gè)方面:

——在納米層次上，電子和原子的交互作用會(huì)受到變化因素的影響。這樣，有可能使科學(xué)家在不改變材料化學(xué)成分的前提下，控制物質(zhì)的基本特性，比如磁性、蓄電能力和催化能力等。

——在納米層次上，生物系統(tǒng)具有一成套系統(tǒng)的組織，這使科學(xué)家能夠把人造組件和裝配系統(tǒng)放人細(xì)胞中，有可能使人類模擬自然創(chuàng)造出分子機(jī)器。

——納米組件具有很大的表面積，這能夠使它們成為理想的催化劑和吸收劑等，并且在釋放電能和向人體細(xì)胞施藥方面派上用場(chǎng)。

——利用納米技術(shù)制造的材料與一般材料相比，在成分不變的情況下體積會(huì)大大縮小而且強(qiáng)度和韌性得到提高。由于納米顆粒非常小，因此不會(huì)產(chǎn)生表面缺陷，另外由于納米顆粒具有很高的表面能量，所以強(qiáng)度會(huì)提高。這對(duì)制造強(qiáng)度大的復(fù)合材料將非常有用。

——與宏觀結(jié)構(gòu)相比，納米結(jié)構(gòu)在各個(gè)維度上的數(shù)量級(jí)都較小，所以互動(dòng)作用將更快地發(fā)生，這將給人們帶來能效更高、性能更好的系統(tǒng)。

納米時(shí)代在各國納米專家的努力下，正在向我們走來。有科學(xué)家預(yù)計(jì)，這場(chǎng)納米技術(shù)的革命，可以與用微電子設(shè)備取代晶體管而引發(fā)的那場(chǎng)革命相提并論。未來出現(xiàn)的微型納米晶體管和納米存儲(chǔ)器芯片，將使計(jì)算機(jī)的速度和效率提高數(shù)百萬倍，使磁盤存儲(chǔ)的容量達(dá)到今天的成百上千倍，并且使能耗降低到現(xiàn)在的幾十萬分之一。通信帶寬會(huì)增大幾百倍，可以折疊的顯示器將比目前的顯示器明亮10倍。另外，一個(gè)納米層次上有可能辦到的事，是生物的和非生物的部件將結(jié)合成交互作用的傳感器和處理器，服務(wù)于人類。

科學(xué)家對(duì)將來的預(yù)見能夠達(dá)到多遠(yuǎn)?美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)制定了一個(gè)處理器、傳感器、存儲(chǔ)器和傳輸設(shè)備的開發(fā)路線圖，但是這個(gè)路線圖只延伸到了2010年，并且只達(dá)到了大小為100納米的結(jié)構(gòu)，這比全部是納米結(jié)構(gòu)的裝置要大。這個(gè)協(xié)會(huì)說，科學(xué)發(fā)現(xiàn)變成商業(yè)上可行的技術(shù)需要時(shí)間，預(yù)計(jì)納米技術(shù)要到2010～2015年才能成熟。

由此可見，納米級(jí)產(chǎn)品將在不久大量出現(xiàn)已是不容置疑的事實(shí)。隨著對(duì)納米技術(shù)和產(chǎn)品研究的深入，十幾年后納米、技術(shù)專利將商業(yè)化，看來納米真的要成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粏T了，我們渴望著那一天早日到來。