普及納米知識

普及納米知識推動科技進(jìn)步 作者 張家港高級中學(xué)倪洪祥0520 8126756郵編 215600 在工業(yè)革命以前 大部分人類生產(chǎn) 科研不需要用到毫米 毛估估 的做法說明了我們對這個(gè)世界認(rèn)知的粗淺 以蒸汽機(jī)等機(jī)械發(fā)明為主要標(biāo)志的第一次工業(yè)革命 將人類認(rèn)知推向毫米層次 第二次工業(yè)革命 發(fā)明了電 從機(jī)械時(shí)代進(jìn)入微電子時(shí)代 毫米不夠用了 毫米的千分之一 微米誕生了 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 微米層次的局限越來越明顯 例如 電腦芯片雖然已越做越小 但即將達(dá)到材料的物理極限 只有進(jìn)入另一個(gè)層次 納米層次 才會有更大的突破 比如將現(xiàn)在的筆記本電腦變得像手表一樣小 或更小 可以把它固定在紡織品面料上 正如牛頓力學(xué)只適用于低速的宏觀物體 而高速運(yùn)動 只能用相對論來解釋 在納米層次 許多原來在宏觀尺度上使用的規(guī)律 定理 方式 方法 都將不再適用 世界將從此是另一個(gè)模樣 我們現(xiàn)在所熟悉的 原材料 將是小至納米級的原子 分子 那么什么是納米呢 1納米 十億分之一米 年 諾貝爾獎(jiǎng)獲得者 被認(rèn)為繼愛因斯坦之后最為睿智的理論物理學(xué)家 理查得 費(fèi)因曼教授在加州理工大學(xué)發(fā)表了題為 在底部還有很大空間 的演講 在費(fèi)因曼看來 人類社會目前的生產(chǎn)方式 總是 從上而下 的 他提出 為什么我們不可以從單個(gè)分子 甚至原子開始出發(fā) 進(jìn)行組裝 達(dá)到我們的要求 物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子制造物品的可能 國際上公認(rèn)0 1 100nm為納米尺度空間 德國人跨出第一步 美國人拉開序幕 鉛表面的原子世界 年 德國科學(xué)家發(fā)明了納米顯微鏡 即掃描隧道顯微鏡 人類從此可以直觀地觀察到單個(gè)原子了 看得見原子只是第一步 第二步就是要能夠操縱它 年 美國加州 實(shí)驗(yàn)室 將 個(gè)氙原子排布成 個(gè)字母 總面積只有幾個(gè)平方納米 人類第一次實(shí)現(xiàn)了操縱單個(gè)原子 納米科技的序幕拉開了 江蘇省張家港高級中學(xué)倪洪祥 在掃描隧道顯微鏡下 科學(xué)家將48個(gè)鐵原子排列在銅表面上 形成一個(gè)圓形圍欄 量子圍欄 納米齒輪 納米銅具 納米陶瓷 納米軸承 世界上最小的鍵盤 1993年后 我國科學(xué)家先后操縱原子寫出 中國 原子 繪出中國輪廓圖 納米存儲器 中國 我國納米科技成果一覽 1993年 中國科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室操縱原子成功寫出 中國 二字 標(biāo)志著我國開始在國際納米科技領(lǐng)域占有一席之地 并居于國際科技前沿 1998年 清華大學(xué)范守善小組成功地制造出直徑為3 50納米 長度達(dá)微米量級的氮化鎵半導(dǎo)體一維納米棒 使我國在國際上首次把氮化鎵制備成一維納米晶體 1998年 美國 科學(xué) 雜志上刊登了我國科學(xué)家的論文 我國科學(xué)家用非水熱合成法 制備出金剛石納米粉 被國際刊物譽(yù)為 稻草變黃金 從四氯化碳制成金剛石 近年 中國科學(xué)院物理研究所解思深研究員率領(lǐng)的科研小組 不僅合成了世界上最長的 超級纖維 碳納米管 創(chuàng)造了一項(xiàng) 3毫米的世界之最 而且合成出世界上最細(xì)的碳納米管 1999年上半年 北京大學(xué)電子學(xué)系教授薛增泉領(lǐng)導(dǎo)的研究組在世界上首次將單壁碳納米管組裝豎立在金屬表面 并組裝出世界上最細(xì)且性能良好的掃描隧道顯微鏡用探針 1999年 中科院金屬研究所成會明博士合成出高質(zhì)量的碳納米材料 使我國新型儲氫材料研究一舉躍上世界先進(jìn)水平 不久前 中科院金屬研究所盧柯博士率領(lǐng)的小組 在世界上首次直接發(fā)現(xiàn)納米金屬的 奇異 性能 超塑延展性 納米銅在室溫下竟可延伸50多倍而 不折不撓 被譽(yù)為 本領(lǐng)域的一次突破 先是納米管 接著納米線 現(xiàn)在留美的三位中國科學(xué)家又為納米世界迎來一位新客人 納米帶 這是世界上首次發(fā)現(xiàn)并合成出半導(dǎo)體氧化物的納米級帶狀結(jié)構(gòu)材料 研究人員現(xiàn)在已經(jīng)成功開發(fā)出氧化鋅 氧化錫 氧化銦 氧化鎘和氧化鎵的 納米帶 并預(yù)測整個(gè)半導(dǎo)體金屬氧化物都可能制造出 納米帶 這項(xiàng)成果刊登在2001年4月8日出版的美國 科學(xué) 雜志上 利用金屬氧化物制造出10至15納米厚 30至300納米寬的新材料 這種材料有可能制造出價(jià)格便宜的超微感應(yīng)器和元件 這是納米技術(shù)中非常重要的一個(gè)研究領(lǐng)域 如果我們能夠成功地開發(fā)出其應(yīng)用方法 將可能引發(fā)納米級感應(yīng)器和功能設(shè)備的巨大進(jìn)步 制造出能耗低敏感度高的產(chǎn)品 納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展前景 納米器件有可能成為未來保衛(wèi)人類健康的一支忠實(shí)可靠的 衛(wèi)隊(duì) 1 納米生物傳感器 用于監(jiān)測 收集 播送體內(nèi)細(xì)胞的健康狀態(tài)和病變信息 2 納米藥物存儲器 藥泵 用于存儲 運(yùn)輸指定存儲的藥物 并按指定的部位存放 即定點(diǎn)給藥 其體積可達(dá)數(shù)個(gè)微米 納米生物導(dǎo)彈 直接用于治療各種細(xì)胞水平的疾病 對病變組織有親和力 對病變細(xì)胞有殺傷力 可特異性地殺滅腫瘤細(xì)胞 4 納米細(xì)胞修復(fù)器 用于修復(fù)細(xì)胞內(nèi)的各種病變 如線粒體 細(xì)胞核的病變 5 納米細(xì)胞監(jiān)督器 用于監(jiān)視免疫細(xì)胞 白細(xì)胞等細(xì)胞正常功能的發(fā)揮 6 納米細(xì)胞清掃器 幫助清除體內(nèi)的代謝廢物以及外界進(jìn)入體內(nèi)的有害物質(zhì) 7 納米細(xì)胞檢疫器 巴西和美國科學(xué)家最近發(fā)明了世界上最小的 秤 能夠稱量10克的物體 即相當(dāng)于一個(gè)病毒的重量 利用納米 秤 可稱出不同病毒的重量 可以發(fā)現(xiàn)新的病毒 可定點(diǎn)于口腔 咽喉 食道 氣管等外界開放的部位 以充當(dāng) 檢疫 9 目前 納米技術(shù)已廣泛應(yīng)用于光學(xué) 醫(yī)藥 半導(dǎo)體 信息通訊 一年的營業(yè)額已經(jīng)達(dá)到 億美元 有預(yù)測說 到 年 納米技術(shù)的市場容量將達(dá) 億美元 納米電子學(xué)將使量子元件代替微電子器件 巨型計(jì)算機(jī)就能裝入口袋里 通過納米化 易碎的陶瓷可以變成韌性的 成為一種重要材料 世界上還將出現(xiàn) 微米以下的機(jī)器甚至機(jī)器人 納米技術(shù)還能給藥物的傳輸提供新的方式和途徑 對基因進(jìn)行定點(diǎn)等 中國納米科技中心理事會理事長白春禮院士說 目前 我國納米科技的研究工作主要集中在納米材料的合成和制備 掃描探針顯微學(xué) 納米電子學(xué)以及少量納米技術(shù)的應(yīng)用等方面 在納米科技中心的實(shí)驗(yàn)室里 防水防油的領(lǐng)帶 吸水性強(qiáng)的化纖織物 具有自潔功能的空調(diào)和冰箱 性能超常的納米粉體材料等研究成果 已引起了各界人士極大興趣 所以說 如果僅僅將納米技術(shù)等同于納米材料 那就太狹隘了 如果僅僅將納米看成一種時(shí)尚 潮流 那就太短淺了 它是一場認(rèn)知的革命 會產(chǎn)生雷霆萬鈞的力量 徹底改變?nèi)祟惖恼麄€(gè)生存狀態(tài) 生產(chǎn)方式 它是一把雙刃劍 只是更為鋒利 納米熱全球只是時(shí)間問題 納米科技的終極目標(biāo) 是按人的意愿 操縱單個(gè)原子 分子 構(gòu)建納米級的具有一定功能的器件或產(chǎn)品 現(xiàn)在人們的生產(chǎn)模式 是從大到小 從上到下的 比如造一個(gè)櫥 要從粗木到木材到成品 造電腦 從半導(dǎo)體硅片 經(jīng)過切 割 刻 蝕 滲雜等許多步驟 變成電子元器件 這個(gè)過程 原材料浪費(fèi)大 能耗大 而納米技術(shù) 就是要做到 從小到大 從下到上 要什么東西 將分子 原子搭起來 就是什么東西 原材料浪費(fèi)為零 能耗降到極低 徹底從技術(shù)上解決了環(huán)保問題 納米技術(shù)將極大地提高人類儲存 處理信息的能力 相對于同等體積 重量的微電子芯片 按納米結(jié)構(gòu)做成的納電子芯片可儲存 萬至 萬倍的信息量 如果我們將因特網(wǎng)技術(shù)和納米技術(shù)結(jié)合起來 將來我們從因特網(wǎng)上不僅能下載軟件 而且能下載具有特定功能的硬件 例如納米傳感器 比如我需要一個(gè)手機(jī) 通過因特網(wǎng)告訴企業(yè)我的需求 對方根據(jù)我的需求設(shè)計(jì)出相應(yīng)軟件 通過因特網(wǎng)指揮一個(gè) 納米盒 比如類似于打印機(jī)大小的個(gè)性化工廠 如納米操縱器 工作 我們所要做的 就是將需要的原子 分子 原料 放進(jìn)去 就可能進(jìn)行因特網(wǎng)生產(chǎn) 那么 企業(yè)的生產(chǎn)成本就大大降低 僅僅是腦力勞動成本 同時(shí)產(chǎn)品又可大量復(fù)制 到時(shí)候 從事直接物質(zhì)生產(chǎn)的工人大大減少 人類就主要從事科學(xué)研究 以及藝術(shù)活動了 這是我們?nèi)祟惖膲粝?世界范圍內(nèi)已經(jīng)興起了納米技術(shù)的熱潮 美國 日本 德國都把納米技術(shù)視作21世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)之一 并作為國家的戰(zhàn)略發(fā)展項(xiàng)目 我國在這一領(lǐng)域有領(lǐng)先的優(yōu)勢 如何把技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢 各級政府部門都有義不容辭的責(zé)任 迄今為止 由于認(rèn)識上的差距 我國目前僅有10多條納米材料和技術(shù)的生產(chǎn)線 以納米材料和納米技術(shù)注冊的公司近100個(gè) 但都是剛起步且規(guī)模小 我們能否以非凡的魄力來發(fā)展納米產(chǎn)業(yè) 為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展打下扎實(shí)的基礎(chǔ) 從古文明到工業(yè)革命 從蒸汽機(jī)到微電子技術(shù)的普遍應(yīng)用 從蔡倫造紙到今天的無紙化辦公 我們?nèi)祟惤?jīng)歷了一場又一場思想的革命 生產(chǎn)和生活方式的巨大變革 而今納米時(shí)代正向我們走來 我們?nèi)祟悓㈤_始夢一般的生活 納米技術(shù)將是21世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù) 遠(yuǎn)景 美得像天方夜譚 努力吧 為了我們的夢 歡迎訂購思想前衛(wèi) 全套 倪洪祥高中地理多媒體教學(xué)1 0版 適合教師上好每一堂公開課 適合學(xué)生學(xué)好全部的新高一地理課程 美國一家公司預(yù)測納米技術(shù)發(fā)展將經(jīng)歷 個(gè)階段 第一階段是要準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在 個(gè)以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì) 第二階段是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì) 第三階段是大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能 第四階段是納米計(jì)算機(jī)的出現(xiàn) 第五階段是研制出能夠制造動力源與程序自動化的元件和裝置 這家公司預(yù)計(jì)在未來 年內(nèi) 納米技術(shù)可能發(fā)展到 第三階段 超越 量子效應(yīng)障礙 的技術(shù) 從而達(dá)到實(shí)用化水平 諾貝爾獎(jiǎng)獲得者海 羅雷爾說 未來將屬于那些明智接受納米 并且首先學(xué)習(xí)和使用它的國家 敬請關(guān)注 倪洪祥高中地