七、從匕射（Beeser）談起：納米材料應用面面觀

在上面幾節(jié)的討論中，常常不由地提到納米材料的應用。對于這樣一種性能獨特而神奇，涉及面極其廣泛，并且功能還正在不斷延伸和擴展的新型材料而言，不更集中、更突出地討論一下它的應用領(lǐng)域，顯然是十分不夠的。納米材料應用的特點在于：涉及的概念新，而且還在不斷發(fā)展；各種不同類型的應用相互關(guān)聯(lián)和相互依托。

本節(jié)所歸結(jié)的只是納米材料的主要應用領(lǐng)域，實際上它已擴展至更廣的范圍，可以被稱為“無所不在的科學”。

1．鐳射（Laser激光）的弟弟：匕射（Beeser）

眾所周知，激光是20世紀一個具有劃時代意義的重大發(fā)現(xiàn)。它是一種超強度相干光子源：受激光輻射式放大器（Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation），也被譯為“鐳射”（Laser）。光子與電子作為微觀統(tǒng)計粒子，存在著某種相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，20世紀中葉根據(jù)光子與電子的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，人們便自然考慮到超強度的相干電子源，但由于相干電子束的發(fā)射角偏大（4°～6°）、強度?。?pA）、單色性差（0.1eV），半個世紀以來一直設有突破性進展。直至單壁碳納米管的問世，才使彈道電子發(fā)射源的問世成為可能，這應該成為納米材料在當今新概念應用領(lǐng)域中的一個亮點。

在納米材料研究中，作為具有原子分辨和加工能力的SPM設備，都有一個十分神奇的探測針尖，它所提供的信息是針尖與樣品表面電子云間的相互作用，被稱之為“卷積”。如果針尖的電子云分布是已知的，這樣便可再對針尖“退卷積”而獲取所探求樣品的相關(guān)信息。那么，用什么方式能使這種新一代“針尖”具有超強度能量，來進行原子操縱和加工呢？與超導體導電機理不同，直徑為1nm的短單臂碳納米管（SWCNT_S）可實現(xiàn)室溫0時電阻的傳輸電流特性，理論上電流可達1mA，電流密度為10¹⁰A/cm²，比目前超導體線圈可輸送的最大電流密度還大4個數(shù)量級，是一種超強能量束，此外它還具有高亮度、相干性、偏振性等特征。這就吸引研究者們?nèi)ブ谱饕环N高強度電子發(fā)射源。

由于單臂短納米管具有電阻傳輸，彈道電子發(fā)射源（Ballistic Electron Emission Source）的英文首字母縮寫為Bees，由于它是一種超強度、高亮度、相干偏振的電子源，其特征與激光十分相似，而光子與電子又是相互關(guān)聯(lián)的兩個基本微觀粒子，從而取名為與“Laser”相似的“Beeser”，即匕射。這個激光的弟弟Beeser，在英語俚語中有“呱呱叫的”（作形容詞用）和“家伙”（名詞）的含意，所以人們又戲稱“匕射”為“呱呱叫的家伙”。

十分有趣的是，這個21世紀出現(xiàn)的新效應和新名詞，一方面由納米管的出現(xiàn)而產(chǎn)生，另一方面又在研究和操縱納米材料結(jié)構(gòu)和加工新一代SPM探頭中起著至關(guān)重要的作用，從而繼續(xù)為納米材料的發(fā)展效力，甚至在粒子武器、高能電子束手術(shù)刀、焊接與切割技術(shù)等方面都有很多特殊的應用。我們正期待著Beeser在新的世紀更能顯現(xiàn)它的光彩。

2．納米材料在納米微電子技術(shù)中的應用

隨著信號運行速度及電路中晶體管數(shù)目的大幅度增加，近10年來微電子技術(shù)己從超大規(guī)模（SLSIC）、特大規(guī)模（VLSIC ）進一步向著系統(tǒng)集成和全規(guī)模集成（WSIC）的方向發(fā)展，其器件尺寸線度已縮小到深亞微米數(shù)量級（100nm），幾乎接近于電子的波長，電子元件甚至是通過控制電子運行數(shù)量來實現(xiàn)對信號的處理，其響應速度小于10^?12S，功率損耗小于1μW。另一方面，由于量子干擾效應，單個電子的位置難以確定，邏輯元件保存其數(shù)值為“0”或“1”特性的可靠性大大降低，致使計算機無法正常工作；與此同時成本又產(chǎn)生無法承受的增加，最終達到傳統(tǒng)集成電路的極限。這樣，便將電子器件逼入了原子（或單電子）器件的領(lǐng)域。現(xiàn)今微電子器件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是P-N結(jié)，而單電子器件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)則是隧穿結(jié)。例如量子導線解決了一個極小的單分子可傳導十分可觀的電流的問題，從而解決了宏觀材料必然存在電阻的問題。美國賓州大學Tour發(fā)明的分子導線結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。分子線的一端為硫醇功能性基團（HS），它可與金屬表面有良好的吸附作用，起著“鱷魚夾”的作用，使分子中的電子單元與金屬襯衫底聯(lián)結(jié)，分子線為由乙炔鏈接的一系列苯環(huán)，其相互連接的鏈包含了若干位于結(jié)構(gòu)平面的π電子，不同π電子間的軌道云彼此共軛，從而在整個導線長度上形成一個大的π軌道，使電子在其間流動。當其中的苯環(huán)不斷重復時，分子線便得以延長。

圖3-20　Tour 分子導線結(jié)構(gòu)示意圖

又如日本日立公司Y.Wada曾模擬了一個原子尺度的雙態(tài)電子開關(guān)，被稱為“原子中繼”，如圖3-21所示。其中相互垂直的“原子導線”被牢固地附著于襯底材料上，而一個未被牢固吸附的原子則可以往復變換位置，被稱為“開關(guān)原子”。垂直原子線與場效應晶體管的柵極類似，稱為開關(guān)柵極，當其中存有少量正電荷時，開關(guān)原子占據(jù)水平原子線中的空位，使電路能夠傳導電流，即處于“通”的位置（如圖3-21（a）所示）；當下端重置柵極存有少量負電荷時，開關(guān)原子則離開線上的位置，從而使電路處于“斷”的狀態(tài)（如圖3-21（b）所示）。由此可見，單個原子的運動成為納米開關(guān)的基礎(chǔ)。該原子開關(guān)的尺度約100nm數(shù)量級，開關(guān)速度大與原子本征振蕩頻率相當，約10^?14秒，比半導體開關(guān)管高幾個數(shù)量級。由于運轉(zhuǎn)只耗費原子與襯底間的摩擦力，所以功耗極低。但是該開關(guān)僅工作于相當?shù)偷沫h(huán)境溫度，當溫度較高時，很容易從襯底原子線再發(fā)射一個開關(guān)電子（脫離襯底）致使開關(guān)特性產(chǎn)生畸變。

圖3-21　日立公司建立的原子雙態(tài)開關(guān)——原子中繼模型

3．納米材料光電子技術(shù)中的應用

由于硅微電子技術(shù)在信息傳輸及儲存容量及處理速度等方面的電子瓶頸效應的限制，納米光電子技術(shù)則顯示出了突出的優(yōu)勢，在硅基納米發(fā)光材料中具有里程碑意義的是：1990年英國Canham研究成功的多孔硅。該材料以硅作為陽極，在氫氟酸中進行電化學腐蝕，最終得到了具有納米尺寸的多孔結(jié)構(gòu)，從而使得通常在紅外波段才發(fā)光的硅材料，獲得了可見光波段，甚至紫外波段不同頻率的發(fā)光效應。研究者認為，這是由于隨著腐蝕條件的變化，其中多孔硅線及硅點的尺寸減小，造成量子化能量增加，才使得發(fā)光峰藍移的。而德國Koch等人則認為，這是材料表面態(tài)的發(fā)光效應所起的作用，當對表面進行鈍化等修飾處理后，則可改變多孔硅的發(fā)光特性。近期還有人將本身不發(fā)光的C₆₀分子嵌入多孔硅中，亦可觀察到明顯的光致發(fā)光現(xiàn)象。

目前，碳納米管的場致發(fā)射性能很被平面顯示業(yè)看好，它采用短金屬納米線陣列作為場致發(fā)射電子源，配以控制柵極和熒光屏構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖3-22所示。硅納米管場發(fā)射陣列與金集電極膜相垂直，陰極與陽極之間距離約2mm，由于不需要熱電子發(fā)射及偏轉(zhuǎn)線圈，從而大大降低了能耗；由于每個像素后面都具有高度定向性碳納米管作為超微電子發(fā)射源，當施加較低偏壓（約75v）時，納米管金陰極尖端電子即直接穿越勢壘離開陰極放電，獲得相當大的放電電流（約1μA）。在傳統(tǒng)材料1/10的電場強度下，可發(fā)射強度為100倍以上的電子束，目前的電視機都是利用電子槍向屏幕發(fā)射電子成像，當使用碳納米管材料時，不但使屏幕圖像更為清晰，還可使發(fā)射電極至屏幕間的距離大大縮短，特別有利于薄型壁掛式電視機的制作。2002年日本伊勢電子成功制成15″大畫面場發(fā)射碳納米管顯示器，亮度為10 000 Cd / cm²，30″彩屏亦即將問世。新型金屬納米線陳列（MNMA）平板顯示器成為彩色電視、計算機監(jiān)視器、示波器顯示器和移動通信顯示器的有力競爭對手已是不爭的事實。它將成為液晶及等離子體平板顯示器最具競爭性的對手，在光電產(chǎn)品領(lǐng)域的前景，將越來越“光明”。

圖3-22　結(jié)構(gòu)對比示意圖

此外，為了使納米結(jié)構(gòu)的光學器件（如激光器）具有更高的發(fā)光效率，無論是量子點或量子線，光學躍遷的振子強度都會隨著尺度下降而大大增強，并具有低閾值、高主功率和高速率的特征。由于除可見光外還具有紫外波段探測的特點，從20世紀90年代初期開始，以納米尺度半導體材料GAN為核心的固體發(fā)光器件，將會改變自愛迪生以來的傳統(tǒng)照明光源，而成為未來信息網(wǎng)絡中的高性能光電和光子器件以及與新型微電子電路兼容的光電器件。

4．更快、更小、更冷、更智能化——未來計算機發(fā)展的四個層次

由于2010年將成為硅電子技術(shù)發(fā)展的一個物理極限，計算機正期待著向“更快、更小、更冷（即小功耗）、更智能”的方向發(fā)展，具體來說，納米技術(shù)在未來計算機領(lǐng)域的應用將會出現(xiàn)以下四個層次：

（1）傳統(tǒng)計算機的納米化：電子式納米計算機與超導納米計算機

電子式納米計算機仍然是利用電子運動對信息進行處理，即根據(jù)大量電子參與工作的統(tǒng)計平均規(guī)律考慮問題。而不是在很小的區(qū)域范圍內(nèi)研究有限的電子運動表現(xiàn)出的量子效應。當電子元件的開關(guān)速度不斷增加到ns量級以及整個計算機體積進一步減?。ㄈ缰?cm³）時，功耗和散熱問題便更加突出，為此出現(xiàn)了利用約瑟夫遜隧道效應，由超導體-絕緣體-超導體構(gòu)成的“約瑟夫遜器件”，當兩端施加幾乎為零的電壓時，電子也會像穿過隧道一樣地流通，其耗電量僅為半導體器件的千分之一（十億分之一瓦），執(zhí)行指令速度則提高近1000倍。日本電氣技術(shù)研究所近期研究的世界第一臺超聲計算機，用了4個約瑟夫遜大規(guī)模集成電路，每塊電路為3～5mm³，約集成1 000個約瑟夫遜元件。目前，其主要障礙是工作環(huán)境溫度較低。

（2）光計算機

與傳統(tǒng)硅瑟芯片計算機不同，1990年美國貝爾實驗室David.Miller等推出了一臺由光束替代電子束進行信息處理和儲存的計算機。由激光器、透鏡、反射鏡、棱鏡等組成，利用不同波長的光代表不同數(shù)據(jù)，被稱為“光腦”。其功率取決于組成元件的排列密度和傳播速度，而這兩個方面光都是很理想的：光速為每秒30萬千米，激光束對信息處理的速度為硅器件的1 000倍；光子傳輸不像電子需要專門的傳導線；而光束相交時在不滿足干涉的條件時不會相干，從而傳輸通道密度大得驚人，一塊與分幣大小相同的棱鏡，可容納現(xiàn)有全球電話、電纜總數(shù)的許多倍。目前，在光腦中許多關(guān)鍵技術(shù)，如光互連、光儲存、光集成電路均已先后被突破，光腦的實用化指日可待。

（3）DNA和生物計算機

1994年11月美國南加洲大學Adleman博士等奇思妙想，以脫氧核糖核酸（DNA）堿基對序列（A，G，C，T）作為信息編碼的載體，利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)，在試管內(nèi)控制酶（酶的內(nèi)切、連接、聚合和外切等），使DNA堿基對的序列發(fā)生變化，而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)運算的過程。如圖3-23所示為DNA結(jié)構(gòu)示意圖。作者在《科學》雜志上公布DNA計算機的設想后，引起了世界性的轟動效應。從此計算機芯片從純物理的模式拓寬至化學及生物性質(zhì)的切割、復制、黏貼、插入和刪除等多種方式。其優(yōu)點在于出現(xiàn)了驚人的信息存儲量和運算速度，1立方厘米的DNA溶液可存儲1萬億億次（10²⁰次）二進位制的數(shù)據(jù)，約10萬億張光盤，超過了目前全球所有計算機存儲容量。更重要的是能耗僅為一臺普通電子計算機的十億分之一。

圖3-23　DNA結(jié)構(gòu)示意圖

此外，人們還對蛋白質(zhì)等的開關(guān)特性進行了研究，因為蛋白質(zhì)亦具有開關(guān)特性；用蛋白質(zhì)分子作為元件制成集成電路稱為“生物芯片”。目前，已研制成功了“合成蛋白質(zhì)芯片”、“遺傳生成芯片”、“血紅素芯片”等，由此構(gòu)成的計算機也稱為“生物電腦”或“智能電腦”。其另一不可忽視的特點是具有自我修復功能，并可移植至人體，甚至可與人腦相連，聽從人腦指揮，還可從人體汲取營養(yǎng)，實現(xiàn)電腦無法做到的模糊思維和推理功能以及神經(jīng)網(wǎng)絡運算功能，至可修復人體器官，如使盲人復明、聾人復聰?shù)取Ｈ藗冋J為這是實現(xiàn)計算機智能化的主要突破口。

（4）量子計算機和分子計算機

這是一種完全采用量子器件的計算機，以處于量子狀態(tài)的原子作為處理器內(nèi)存，利用原子的量子特性變化來進行信息處理。由于原子在同一時間內(nèi)具有處于兩種不同狀態(tài)的奇妙特性，從而使處于不同量子狀態(tài)的原子分別代表“0”與“1”信息。這樣，無論從數(shù)據(jù)的儲存或處理的角度，其量子位的能力都會是其他器件的兩倍。這就好像：假設一只老鼠要繞過一只貓，對于經(jīng)典理論，要么向左繞過去，要么向右繞過去；而根據(jù)量子理論，它則可以同時從貓的左邊或右邊繞過去。所以與傳統(tǒng)計算機不同，量子波相干計算機可以沒有傳統(tǒng)的外殼，而是像一個被其他物質(zhì)包圍的巨大磁場，不要用硬盤來實現(xiàn)信息儲存，其基本單元就是原子和分子，具有極高的運算能力和速度。

對于一個具有5 000個量子位的量子計算機，大約可在30秒鐘內(nèi)解決傳統(tǒng)計算機100億年才能解決的因子分解問題。目前，中國科學院知識創(chuàng)新工程開放實驗室、美國IBM公司分別研制成功4～5個量子位的演示用機，日本數(shù)據(jù)省至2010年則投資400億日元進行研發(fā)。各國科學家正樂此不疲地專注這一工作，雖然尚需較長時間方能實用化，但誰又能夠預料未來不會產(chǎn)生翻天覆地的變化，奇跡不會發(fā)生呢！？

5．納米電子材料

如前所述，納米材料是納米科學的六大分支之一，而納米科學的各種應用領(lǐng)域又是依靠納米材料來實現(xiàn)的。一般而言納米材料有兩層含義：即納米粉體材料和納米固體材料。前者是指由具有尺寸為1～100nm顆粒制成的具有特異性能的材料，如傳統(tǒng)尺寸粉體和納米尺寸粉體制成的陶瓷性能就具有很大差異；后者則是指由納米粒子構(gòu)成的材料，包括三維中至少有一維具有納米量級的材料，如零維的原子簇、一維的碳納米管、二維的薄膜或涂層和由納米微晶或納米相構(gòu)成的三維材料，其中包括將不同組分或不同結(jié)構(gòu)的納米微粒摻雜于塊體材料中所形成的復合材料。

納米顆粒材料是一種直接使用的納米顆粒形態(tài)材料，如被稱為“第四代催化劑”的超微細鐵催化劑，在低溫下它可將CO₂分解為碳和水；用20nm超細碳粉制成的磁帶、磁盤的貯存信息單元可達4 000萬/cm²；一種超微顆粒乳劑載體，極易與人體內(nèi)癌細胞溶合，可制成“克癌生物導彈”。

碳納米管在本章前面已有評述。顆粒納米薄膜通常是選用幾種在高溫下不互熔的組元制成靶材，上通過蒸發(fā)或濺射工藝在基片上制成的納米薄膜，如Cr-Cr₂O₃膜對太陽光有強烈吸收能力，可以高效地將太陽能轉(zhuǎn)換成為熱能；SnO₂顆粒膜則是一種多功能、高靈敏度氣體濕敏傳感材料，可通過改變工作溫度選擇性地檢測多種氣體的濕度。

納米陶瓷則是一種三維結(jié)構(gòu)納米材料，一般是指具有納米量級顯微結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，其晶粒尺寸為1～100nm。能獲得不同的優(yōu)異性能，由于晶粒細化有助于晶粒間隙滑移而獲得不易碎的超塑性能，美、德等國研制的PbO納米超塑陶瓷的線拉伸率大于200%；日本制得的Al₂O₃納米陶瓷強度可提高4倍達1.5Gpa；用納米BN層包覆SiN陶瓷晶粒，可阻止晶粒長大，使用溫度高于2000℃，可用做核反應堆容器；當ZrO₂陶瓷粉料尺寸為納米級時，燒結(jié)溫度可下降400℃，從而簡化工藝降低成本。

6．納米磁性材料

人們也許都知道，鴿子、蜜蜂、蝴蝶，乃至水中的一種細菌，都具有一種能辨別方向，甚至遠隔千里都能回歸的本領(lǐng)，這究竟是為什么呢？其實是因為這些生物體內(nèi)存在著一種超細的磁性微粒，在大地磁場的作用下，具有趨磁效應的關(guān)系。經(jīng)過研究人們發(fā)現(xiàn)，這種小到大約20nm的磁性氧化物顆粒的磁矯頑力約為塊材的1000倍以上。而十分有趣的是，當微粒尺寸再減小至小于6nm后，矯頑力則重又下降，直至為0，這時表現(xiàn)出所謂超順磁特性。人們利用這種特高磁矯頑力的納米磁性顆粒材料制作于磁帶、磁盤、磁卡、磁性鑰匙等高儲存密度記錄磁粉已獲得了十分滿意的效果。而另一方面，具有超順磁性的磁粉可廣泛應用于具有密封、傳動、無級變速裝置的磁流變材料中。

上述納米磁粉從20世紀80年代即已進入工業(yè)市場，至今仍充滿活力。其應用類型大致分為：納米軟磁微晶、納米永磁微晶、納米磁記錄材料、磁流變體、顆粒磁性薄膜等幾個方面。納米磁與常規(guī)晶體或非晶鐵磁體均具有磁疇結(jié)構(gòu)，疇間由疇壁相隔，鐵磁體的磁化過程是通過疇壁的運動而實現(xiàn)的，納米晶鐵磁材料的每個晶粒一般只為一個磁疇，相鄰晶粒間由于磁交互作用，向著各自接近的易磁化方向被磁化，從而具有較高的磁矯頑力，但由于其中晶粒取向混亂以及晶粒磁化的各向異性，又致使上述磁化交互作用只限于幾個晶體的范圍之內(nèi)，這樣，磁矯頑力的提高亦僅限制在某個限度之內(nèi)。

1988年，在微晶磁性材料的研究中發(fā)現(xiàn)的一種新型巨磁電阻效應引起了人們的極大關(guān)注，開始了人們對不同磁場下磁電阻的變化規(guī)律的應用。所謂巨磁電阻（Giant Magneto-Resistance，GMR）效應是指當施加不同值外磁場后，由不同金屬構(gòu)成的納米結(jié)構(gòu)磁性材料的磁電阻發(fā)生了急劇變化（一般為減?。兓蔬h遠大于通常金屬或合金磁（約為10%左右）的現(xiàn)象。目前，已在高密度讀出磁頭、磁存貯元件上廣泛應用。據(jù)IBM公司1996年報道，可將磁盤記錄密度提高近40倍，達11Gbit/in²。最近巨磁阻抗（Giant magneto-impendance，GMI）效應又被提出，這是指當高磁導率材料通以高頻電流后，材料阻抗增大，且對外加直流電場異常敏感的現(xiàn)象。該兩種效應不同之處在于，前者傳感電流為直流，后者則為交流。利用GMI效應制成的磁頭具有GMR磁的優(yōu)點，它探測的是磁通量而不是磁通道量的變化，且與可被測面不相接觸、無磁滯效應，從而具有更高靈敏度、更快響應速度和更小型化等優(yōu)點。

7．納米生物材料及醫(yī)藥材料

21世紀人類醫(yī)藥學進入了納米保健時代，納米技術(shù)將使基因組、動物克隆、人造細胞、人造器官和攻克癌癥頑疾等多個醫(yī)藥領(lǐng)域獲得突破。近年來出現(xiàn)的納米生物及醫(yī)藥材料五花八門、品種繁多、作用神奇、令人振奮。其中包括：采用基因控制及轉(zhuǎn)移技術(shù)攻克遺傳?。患{米機器人進入血管和心臟修補人體器官；“納米生物導彈”可有識別地殺滅癌細胞，改變現(xiàn)有放療、化療“好人、壞人統(tǒng)統(tǒng)殺光”的缺陷；提取睡眠肽（S因子），可誘發(fā)人體進入睡眠狀態(tài)以治療失眠頑癥；采用疊氮化物實現(xiàn)體內(nèi)微爆破手術(shù)治療結(jié)石，免除開刀痛苦；中藥加工至納米級微粒，可使理化性質(zhì)和療效發(fā)生驚人變化，具有極強靶向作用；生物芯片集成為密集分子微陣列，能在極短時間內(nèi)進行大量生物成分分析，快速、準確提取生物信息，革命性地改革傳統(tǒng)檢測手段；對微生物、病毒結(jié)構(gòu)與功能及其與宿主相互關(guān)系的研究，引發(fā)了分子生物學的發(fā)展與革命；無機納米抗菌粉體對于細菌、真菌、病毒、酵母、霉菌、藻類都具有極強殺傷能力；具有磁化和去磁功能的高分子納米磁球，可通過共聚、表面改性等手段使表面具有多種反應性功能基團，在外磁場作用下進行細胞分離，檢測細胞腫瘤特異性抗原，從而對癌癥作出精確的早期診斷；用復晶硅制成的微型馬達，其齒輪大小近于一個細胞，注射人體內(nèi)可運輸和消除垃圾，消滅細菌。

所謂“生物技術(shù)藥物”是指采用納米技術(shù)利用重組的NNA技術(shù)，將生物體內(nèi)基因在細菌、酵母、動物細胞中大量表達而生產(chǎn)的新型藥物，如促紅素（EPO）、人體胰島素、干擾素、神經(jīng)節(jié)脂氨、重組DNA酶等，一般不致使細菌產(chǎn)生耐藥性，已成為抗生素的最好替代品。

8．納米材料走進衣食住行

納米材料如今再也不只是一個純粹的技術(shù)術(shù)語，它已隨著高新科技走進了老百姓的衣、食、住、行，無孔不入地滲透到人類生活的第二自然世界——人造物質(zhì)世界。大自然的物質(zhì)固然極其豐富，但人類生活尚需要更多自然界不存在或天然不可再生的新物質(zhì)和新材料，比如制造電腦、光纖和太陽能電池需要的超高純硅，純度高達6～9個9，即99.9999%～99.9999999%；100%可降解的無污染塑料餐具；吸濕、防寒、耐熱纖維和自清潔、自修補智能衣料等，納米材料便可在其中施展其無所不能的魅力了。

比如，納米計算機程控靈巧（Smart）紡織材料具有很多別開生面的奇妙特性，為人們的衣著帶來很多意想不到的方便。其基本原理是用一種特制的“螺絲”將尺寸微細的多孔單元連接成為面料，用納米馬達通過計算機控制“螺絲”的松緊來調(diào)節(jié)微孔間隙，根據(jù)使用者的需要改變織物形狀，并且十分貼身舒適，像皮膚般活動自如，還可不定期地采用特制的“微泵”，通過靈活的微管將冷卻或受熱介質(zhì)輸送至服裝所需部位，并采用“螺旋槳”以孔的形式排列在只允許特定分子（為水分子）通過的半滲透膜中，用以調(diào)節(jié)濕度的保存或水分的蒸發(fā)程度。尚可采用類似螨蟲的智能化裝置定期將污物傳送至收集器，并采用上述分子選擇性薄膜，將水分子輸送至一側(cè)進行沖刷、清洗。檢測器則可通過對應的記錄，檢測出材料的不連續(xù)性，再將智能化操作單元運送到需要修補之處，將破損處自動編織成形。

納米科技引入飲食，能從根本上改變?nèi)藗兊娘嬍沉晳T。例如，屬于原生生物界的微生物，大多數(shù)是對人類無害的，因此可以利用它加工促進健康的微生物食品，它具有為人體吸收的多種元素，并且美味可口，如“微生物面包”、“微生物飲料”、“微生物海鮮”等等。微生物青菜則是一種通過光合作用和細胞重組技術(shù)合成的，貌似青菜的無根人造食品，由細胞和纖維素、葉綠素人工培養(yǎng)形成。此外還有轉(zhuǎn)基因食品，雖然是一種全新的食物結(jié)構(gòu)，但絲毫不會影響身體健康，還能提高食欲。

陶瓷材料在通常情況下呈現(xiàn)脆性的缺點一直是美中不足，納米陶瓷則由于其晶粒為納米結(jié)構(gòu)，具有特別大的比界面率，界面中原子排列相當雜亂，在承受沖擊力時納米粒子容易遷移，從而呈現(xiàn)良好的韌性和延展性，于是杯碗便不愁會被輕易摔碎。中科院化學所江雷教授首次提出的“超雙親性二元協(xié)同界面材料”技術(shù)可使材料表面既親油又親水，而“超雙疏界面材料”技術(shù)則使表面既疏油又疏水。從而使玻璃幕墻、玻璃窗鏡、瓷磚等可以自行清潔，眼鏡、汽車擋風玻璃等自動防霧、防霜?！凹{米水泥”則是一種使用微生物合成的納米高分子材料，具有很高的黏合作用，可用來黏合磚塊、鋼筋和玻璃；而當與另一種特殊納米融合材料作用后，又輕易將黏合劑化解，在建筑工業(yè)中很有發(fā)展前景。

最近科學家還提出了納米微生物材料建筑高速公路的設想，即根據(jù)微生物生長和合成理論，使之在一定條件下大量生長和死亡，其“尸體”則是一種比石頭更硬的物質(zhì)，可用于代替水泥和瀝青制作高速公路路面，既經(jīng)久耐用，又可大量節(jié)約材料和能源。

據(jù)報道，2010年還將會出現(xiàn)由納米材料制成的第四代薄如紙片的大屏幕液晶顯示屏。具有高清晰度、無輻射、低耗電等特點。宏觀的大自然存在著許多優(yōu)美悅耳的聲音和旋律，如鳥鳴水流、人歌樂奏等，在微觀的納米世界，分子和原子的運動何嘗不會有另一番奇妙的旋律和音響呢？當我們用納米錄音裝置將其錄制并合成放大，呈現(xiàn)在人們耳畔的也許就是一曲令人振奮的納米交響樂章！DNA納米條碼可將具有特殊信息的DNA納米粒子嵌入產(chǎn)品，識別時使粒子分離并濃縮，再通過DNA解碼機解讀。納米天線將電視信號加載到光纖傳輸?shù)募す馐校邮战K端由一系列碳納米管構(gòu)成，每個納米管相當于一個高速二極管，從而將信號解調(diào)。這樣，更清晰、更動人的納米圖像將會給人們顯現(xiàn)出一幅多么美妙的畫面??！

9．納米武器與未來戰(zhàn)爭

如果說傳統(tǒng)的觀點是“以大制小”的話，那么，未來戰(zhàn)爭將會出現(xiàn)一個“以小制大”的局面。今后如果還存在戰(zhàn)爭，將會進入“第四代”模式，即是一場智慧戰(zhàn)爭、科技戰(zhàn)爭、微型戰(zhàn)爭和綠色戰(zhàn)爭。納米武器將會成為未來戰(zhàn)爭中的一個“新兵種”或“新軍團”。

人們總結(jié)和預測未來戰(zhàn)爭的十大武器是：太陽能與粒子束武器、芯片武器、納米武器、智能武器、隱身武器、基因武器、失能武器、攻心武器和綠色武器。其中很多都與納米材料密切相關(guān)。

微觀粒子武器包括高電源粒子產(chǎn)生裝置、加速器和磁透鏡，具有快速、高能、靈活、干凈、全天候，可在極短時間摧毀目標的特點。芯片武器則在計算機中央處理器芯片上做手腳，具有隱蔽性、信息化、軟殺傷的特點，可避免人員的重大傷亡。如在海灣戰(zhàn)爭中，美國“神斧”巡洋艦上安裝的微波發(fā)生器，便曾干涉、破壞了伊軍的C₃₁指揮系統(tǒng)。納米武器運用納米微機電裝置，具有重組性、再生性、低成本，便于大量使用，比如“蚊子導彈”、“蒼蠅飛機”、“間諜草”、“沙礫座探”、“螞蟻士兵”、“帶刺黃蜂”等等，它們往往體積很小、活動自如，可以偵察情報、處理信息，具有通信能力，還可自動定位、移動、越過障礙物，并能攜帶高能量導彈，足以銷毀火炮、坦克，甚至飛機，且常常被大量使用，甚至可于每平方厘米安置5000個單體，如蟄伏于敵司令部、地下工事、駐軍門窗，將防不勝防。失能武器也稱非致命武器，專門干擾破壞武器裝備、機動工具、C₃₁系統(tǒng)，如使裝甲脆化、武器變質(zhì)、輪胎軟化等，人員則往往在短時間內(nèi)肌肉僵直、失去理智，但不至死亡。攻心武器為機電一體化電化學系統(tǒng)，如采用強電磁脈沖或超聲波、次聲波流擾亂人的神經(jīng)系統(tǒng)，使人體機能暫時紊亂。綠色武器也稱“外科手術(shù)式打擊”，即采用精確制導、紅外成像、毫米波景象匹配等技術(shù)高精度自動識別目標，不致導致誤傷，并采用鎢彈頭代替污染嚴重的鉛彈頭等，據(jù)報道，美國阿連特公司已生產(chǎn)出34億發(fā)鎢彈頭槍彈。