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大有作为的“纳米技术”

发布时间:2008-05-04 作者:奥华 来源:www.jlbjb.com 浏览:2451

  当人们看到在一粒米上刻着100多字诗词的微雕作品时,都会感到非常惊奇。然而,随着高新技术的发展,如今却能在一个微雕字体大的面积上宽宽松松地置放1000只纳米器件。众所周知,钢的强度很高,而一种名为碳纳米管的强度却比钢高100倍,且这种碳纳米管的体积十分微小,5万个碳纳米管排列起来也才有人的一根头发丝那么宽,一根碳纳米管的直径仅有高技术计算机芯片上最细电路线直径的百分之一。著名物理学家、诺贝尔奖金获得者理查德.弗曼于1959年曾说:“如果有一天按人的意志安排一个个原子,将会产生怎样的奇迹?”虽然20年代就已建立量子力学,并能准确地计算出微观粒子(原子、分子等)的运动轨迹,但进行更深层次的研究并利用原子、分子制成器件尚无能为力。而当人类进入纳米科技时代后,这位科学家的美梦已成为现实。

  纳米,是一个长度单位,即10-9米,亦即十亿分之一米。物质一旦达到纳米量级上,其物理、化学性质都发生了奇特的变化或反常的变化。如铜到纳米级就不导电;而绝缘的二氧化硅、晶体等在20纳米时就开始导电。达到纳米范围的材料称之为纳米微粒,由纳米微粒构成的大块材料称为纳米固体。纳米技术,是直接利用原子、分子结构及其性能的技术,是通过对尺寸数量级为纳米的微粒子进行处理而达到改善性能的目的的一种技术。纳米技术的出现,将为科技革命增加一项重要的新内涵,使微技术进入一个新的层次,如用纳米技术制成的微型电动机小到用显微镜才能看到的程度。专家们认为,纳米技术将开辟人类认识世界的新层次。

  纳米技术是一门多学科的综合性技术,它有诸如纳米电子学、材料学、生物学、化学及纳米天文地质学等很多分支,它们的应用前景十分广阔。一是推动了高新科技的发展。1991年扫描隧道显微镜(STM)发明后,人们可以观测到物质表面原子的分布,美国商用机器公司(IBM)的科学家利用STM直接操作原子,已制成仅由2个原子构成的隧道二极管,并成功地在镍晶体表面按自己的意志安排原子组合成“IBM”字样;日本科学家也成功地将硅原子堆成一个“金字塔”,首次实现了原子三维空间立体搬迁。由于利用纳米技术,IBM已制造成速度为二百亿分之一秒的氙原子开关;麻省理工学院已制成量子效应电子器件,其典型尺寸只有20纳米,相当于一根头发丝的三千分之一。同时美、日等国还相继研制出多种超微型光电器件、驱动器件、传动部件,为设备装置的超微型化奠定了基础,将使未来高新技术和电子工业发生新的飞跃。二是促进医药事业的发展。由于采用纳米技术,医生可用纳米机器人直接打通脑血栓,清理出心脏动脉脂肪的沉积物,也可通过把多种功能纳米机器人注入血管内,进行人体全身检查和治疗,使许多疑难病症得到好的医治。药物也可制成纳米尺寸,直接注射到病灶部位,从而大大提高医疗效果并减少副作用。三是为新材料的研制开拓了新天地。高分子塑料加入纳米材料就会变得比金刚石还硬,传统的可塑材料与纳米技术结合会产生材料科学和工程领域的“核聚变”。芬兰、美国在普通工具钢刃具上加上纳米涂层,其硬度可提高好几倍,产品已进入市场;欧美一些发达国家都把纳米陶瓷刃具作为跨世纪刃具工业革命的目标。德国已对汽车工业所需的主要零部件用纳米材料改性,以大幅度提高汽车的性能和质量。据专家介绍,纳米材料技术的应用,不仅将给人类带来数十万种优异的新材料,而且这些材料在光吸收、催化、敏感和磁性等方面有着奇异特性,为高新技术发展提供了新途径。如稀土和半导体的荧光材料达到纳米尺度后,可以通过颗粒尺度的控制而分别发出红、绿、蓝色光,在大屏幕平板显示器上用同一种材料就能显示出不同的颜色。四是加速检测手段的更新改造。纳米测量技术是纳米科技中一项基础性技术,各国都很重视。英国利用纳米技术已制成一种可与原子水准仪相匹敌的测量仪器——纳米级表面光度仪,可检测出小于1纳米的变化,为改进微型芯片、光学和光学纤维产品的生产提供了有利条件。美国应用纳米技术研制出一种1×2.5(mm)的微型超声波探测器,可通过一导管将其引入人体动脉,而获取人体动脉血管内部和内壁各种组织的高分辨率,为诊断、治疗疑难病症提供了新的测试手段。

  总之,随着纳米技术的广泛应用,必将引起加工技术、信息技术、材料技术、分子生物技术及微电子技术等领域的革命性变化,也必将对改变物质产品生产方式和人们生活方式产生重大的变化。

  纳米技术虽然起步较晚,但发展很快。从80年代起,已有美、日、英、德、法及瑞士等国竞相开发。1990年3月,第一届国际纳米科技大会在美国召开,宣告了纳米科技时代的来临,预示着纳米技术将为新的科技革命注入新的内容,而成为信息时代的核心之一。1995年,美国国防部高级研究计划局已将微机电系统和专用集成微型仪器视为直接关系经济发展和国防的高技术而加以重点发展。日本早在90年代初就投资250亿日元开发纳米技术,用于超微机械装置技术、微型传感器及控制电路技术和检测评论技术及总系统的研究技术等。澳大利亚也已将纳米技术列为21世纪最优先开发的项目。我国的纳米技术发展也较快,1992年10月就将纳米材料技术列入国家“攀登计划”,目前已形成了有相当实力的研究队伍,建成了一批综合实力较强的科研基地,并在不少方面取得了国际水平的研究成果,如中国科技大学在国际上首次用苯热合成纳米氮化镓;北京光电量仪研究中心研制成功的“纳米级光电综合测长仪”,在分辨率、准确度、最大量程等主要技术指标方面已达到了国际领先水平。可以预见,纳米技术必将在我国社会主义建设事业中大有作为。

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