納米科技發(fā)展史

1、迎接偉大的納米時代.-創(chuàng)建美國納米材料集團公司“我要談的是如何操縱及處理一些很小尺度的東西。我已證明你 可以降低材料的尺度。現(xiàn)在我要預(yù)示這里有豐富的機會。一個空前更 大范圍的材料性能革命。假設(shè)我們能將材料或一個精巧的小東西，弄 成原子水平尺度，那么我們可以玩不I司的游戲了”費曼的視野“朝）第一節(jié)材料改變世界“納米”是英文nanometer的譯名，它是一種度量單位。1納米為百萬分之一毫米，也 就是十億分之一米。1982年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，便誕生了一個以0.1100納米長度為 研究對象的原子世界，它的目標(biāo)是以原子或分子來構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品。納米技術(shù)是指在此基礎(chǔ)上制造新材料、研究新工藝的方法

2、和手段。納米科學(xué)技術(shù)正式“開 宗立派”是在1990年。這一年，美國成功地舉行了第一屆納米科技大會，且正式創(chuàng)辦了納 米技術(shù)雜志。雖然納米科學(xué)技術(shù)出現(xiàn)的時間不長，但它帶來的沖擊是明顯的，越來越多的 科學(xué)家相信，這門新興的學(xué)問將帶來一輪新的革命，人們將邁入一個新的世界。星星高照，納米布滿天。納米技術(shù)不僅體現(xiàn)了對自然的利用，更 重要的是體現(xiàn)了人類與自然的和諧相處。刎年蕭鏡如于美國新澤西，溫沙市在微米時代，科學(xué)技術(shù)得到了突破性進展，人類對微觀層次認識不斷推進的同時，對 宏觀世界的認識也逐漸脫離了原有的桎桔。工業(yè)文明之前，指南針在航海技術(shù)上的運用及造 船工藝的日益進步，人類認識精確化，認識尺度不斷細化，促

3、使了地理大發(fā)現(xiàn)，證明地球是 圓的。在相當(dāng)大的程度上解放了人們既有的思維。天文望遠鏡制造技術(shù)的完善使科學(xué)家能夠 直觀地觀察到越來越遠的空間。牛頓之后建立起來的經(jīng)典力學(xué)，一方面使人們對微觀世界有 了更深入的把握，另一方面，通過微積分方法建立了一系列嚴格的因果關(guān)系，并利用行星軌 道的偏差和萬有引力定律準(zhǔn)確預(yù)言了海王星和冥王星的存在。目前，已可對空間尺度小到 10-17米的亞核世界，大到150億光年的整個宇宙進行研究。人類文明已經(jīng)歷模糊時代、毫 米時代、微米時代、即將迎來偉大的納米時代。納米概念具有兩個內(nèi)涵：其一，它是人類認識不斷向微觀層次推進的結(jié)果。第二，它將 使人類的認識從分離走向綜合。納米技術(shù)所

4、帶來的不僅是科技和經(jīng)濟上的革命，它將徹底代 替微米時代的文明，把一種全新的文明-納米文明展現(xiàn)在人類面前。90年代初開始興起的納米技術(shù)帶來了信息、能源、生物工程、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等諸 多領(lǐng)域簡直令人不可思議的變革，大大提升了人類的生活質(zhì)量。如目前出現(xiàn)的抗菌用品，它 是將抗菌物質(zhì)進行納米化處理，這樣，抗菌內(nèi)衣、抗菌茶杯等便生產(chǎn)出來了；如果在玻璃表 面涂覆納米化氧化鈦涂料，那么，普通玻璃馬上變成具有自潔功能的“自凈玻璃”，不用人 工擦洗了；如果電池使用納米材料制作，則可以使很小的體積容納極大的能量，屆時，汽車 就可像玩具一樣，以電池為動力在大街上奔馳；計算機采用納米化處理后，可以縮小成“掌 上電腦”

5、，其體積將比目前的筆記本電腦小得多。普通材料通過納米化處理，更能增添許多神奇特性。如陶瓷經(jīng)過納米化加工，可制成彈 簧、刀具等；一些固體變成納米化微粒后，不僅粘附力增強，還新添了對紫外光的吸收能力； 除了可制成不掉色的口紅，還可開發(fā)出防灼燒的高級化妝品。此外，利用納米化材料特殊的 磁、光、電等性質(zhì)，可以開發(fā)出難以計數(shù)的新元器件，在信息工程、生物工程等方面發(fā)揮重 要作用，衍生出新興的高科技產(chǎn)業(yè)群。細微之處顯神奇的納米技術(shù)將怎樣改變我們的生活？行業(yè)中有人將納米稱作“工業(yè)味 精”，因為把它“撒”入許多傳統(tǒng)材料中，老產(chǎn)品會煥發(fā)青春。砧板、抹布、瓷磚、地鐵磁 卡，這些挺愛干凈的小東西上一旦加人納米微粒，可

6、以除味殺菌。用“拌”入納米微粒的水 泥、混凝土建成樓房，可以吸收并降解汽車尾氣，城市的鋼筋水泥從此能和森林一樣“深呼 吸”?，F(xiàn)有的硅質(zhì)芯片將被體積縮小數(shù)百倍的納米元件所替代，像“銀河”那樣的巨型計算機 可以隨手放進口袋里。最誘人的莫過于未來的“納米機器人”，它可以進人人體，摧毀癌細 胞且不損害健康細胞；可以在人體內(nèi)來回送藥，清掃動脈，修復(fù)心臟、大腦和其他器官而不 需外科手術(shù)。可以預(yù)料，納米技術(shù)給人類生活帶來的變革，將不亞于電力代替蒸汽。材料是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類文明進步的里程碑。對人類歷史發(fā)展的考察不難 發(fā)現(xiàn)，大約100萬年前，人類才開始以石頭作為工具，它是舊石器時代的開始。這一時代占

7、 人類歷史的百分之九十九，直到一萬年前才將石頭自然地加工成為更精致的器皿或工具，從 而使人類進人新石器時代。新石器時代是人類取得巨大進步的時代。之后，人類發(fā)明了火。 火的發(fā)明不僅使人吃到熟的食物，而且使人類采用粘土成形，再用火燒結(jié)成各種陶器。在燒 陶過程中，一些石頭被凝固成合金，稱為青銅器，使青銅器時代開始了。黃河流域的青銅器 時代始于公元前2000年，比歐洲早了 200年。中國到商朝已進人青銅器時代的鼎盛時期， 形成了商朝文化。鐵器時代對人類的影響更大。在春秋末期（公元前6世紀(jì)），中國在冶煉 技術(shù)上取得了重大突破。到了近代，情況大不一樣了，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，19世紀(jì)中葉， 現(xiàn)代煉鋼技術(shù)的進

8、步、平爐與轉(zhuǎn)爐的出現(xiàn)，使得近代工業(yè)得到突飛猛進的發(fā)展。這一切都說 明，材料是人類生存發(fā)展、征服改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類社會現(xiàn)代文明的重要支柱。這 將在20世紀(jì)及其以后的社會得到更加強烈的體現(xiàn)?，F(xiàn)在的時代既不是金屬材料時代，也不 是高分子材料時代、而是依據(jù)科技的發(fā)展和社會的需要開發(fā)和應(yīng)用新型材料（或稱新材料或 先進材料）的新時代。這就是納米材料時代。納米時代的到來，最先為人們所感受到的是在納米科技基礎(chǔ)上建立起來的納米經(jīng)濟。納 米經(jīng)濟的形成過程，首先是納米產(chǎn)品的脫穎而出，這種產(chǎn)品的逐漸成熟與擴展，使得納米產(chǎn) 業(yè)在整個國民經(jīng)濟中的地位日益凸現(xiàn)，比重逐漸提高。一方面由于納米科技代表了生產(chǎn)力發(fā) 展的方

9、向；另一方面，納米產(chǎn)業(yè)本身又會對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠的影響。德國薩爾蘭大學(xué)格萊德和美國阿貢國家實驗室席格，先后研究成功納米陶瓷氟化鈣和二 氧化鈦，在室溫下顯示良好的韌性，在180 r經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)生裂紋，這一突破性進展，使 那些為陶瓷增韌奮斗將近一個世紀(jì)的材料科學(xué)家們看到希望。英國著名科學(xué)家卡恩在自然 （nature）雜志上撰文說：“納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑?！奔{米材料在光吸收、催 化、敏感特性和磁性能等方面都將表現(xiàn)出明顯不同于傳統(tǒng)材料的特性，在高技術(shù)應(yīng)用上顯示 出廣闊的前景。納米生物“部件”與納米無機化合物及晶體結(jié)構(gòu)“部件”相結(jié)合，用納米微電子學(xué)控制 形成納米機器人，尺寸比人體紅血球還小

10、，這種納米機器人的問世，將使未來高技術(shù)出現(xiàn)新 的飛躍，人類的醫(yī)療也因之發(fā)生深刻的革命，許多疑難病癥將得到解決。醫(yī)生可能應(yīng)用納米 機器人直接打通腦血栓，清理心臟動脈脂肪沉積物。藥物也可以制成納米尺寸，直接注射到 病灶部位，大大提高醫(yī)療效果，減少副作用。納米技術(shù)在新世紀(jì)將推動信息技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、自動化技術(shù)以及能源科學(xué)的 發(fā)展，像抗生素、集成電路和人造聚合物在微米世紀(jì)發(fā)揮重要作用一樣，納米技術(shù)在新世紀(jì) 將給人類的生產(chǎn)、生活帶來更加深遠影響。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這場變革意味著衰竭的人體器官可以得到修復(fù)更換。在制造領(lǐng)域，它意味 著駕馭分子來制造有用的裝置，就像晶體和活的生物構(gòu)造自身的方式一樣。即將到來

11、的這次 微型和分子電子裝置浪潮，也稱作納米技術(shù)，正在化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和電子工程學(xué)的交 叉領(lǐng)域形成。如果這次浪潮如很多科學(xué)家預(yù)測的那樣出現(xiàn)，它將引發(fā)一場比20世紀(jì)末達到 鼎盛的微電子裝置更加引人注目的大規(guī)模變革。如果把微型機電系統(tǒng)設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)中，它們就會互相傳遞信號，并執(zhí)行信息處理任務(wù)。在 不太久遠的將來，微型機電系統(tǒng)將操縱飛機，開展健康監(jiān)測，還能為地震、飛機零部件故障、 橋梁裂縫等發(fā)出警報。納米對人類進步的重要性已經(jīng)如此明顯，很多國家政府都開始致力于促進本國納米產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展，希望在下個時期中保持在世界經(jīng)濟中的競爭力。鑒于納米技術(shù)的重要性，1996年， 以美國國家科學(xué)基金會為首的十幾個政府部門

12、聯(lián)合出資，委托世界技術(shù)評估中心對“納米結(jié) 構(gòu)的科學(xué)和技術(shù)”的研究現(xiàn)狀和趨勢進行調(diào)研。為此，該中心組織了一個八人專家組，調(diào)查 研究了三年（1996 1998年），證實美國在納米研究上，政府支持的力度落后于歐洲、日 本，克林頓政府即采取了積極態(tài)度，力爭趕上，制訂了財政撥款5億美元的NNI工程計劃。 諾貝爾獎獲得者曼雷爾博士致江澤民主席的一封信中說，曾重視微米技術(shù)的國家，今天都成 為發(fā)達國家，重視納米科技的國家，必將在未來高科技競爭中取得領(lǐng)先地位。著名科學(xué)家錢 學(xué)森認為，納米科學(xué)是21世紀(jì)科技發(fā)展的重點，會是一次技術(shù)革命，從而將是又一次產(chǎn)業(yè) 革命。納米產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要性之所以如此凸現(xiàn)，關(guān)鍵的原因就在于納米技術(shù)和納米 產(chǎn)品可以構(gòu)建出一個全新的經(jīng)濟基礎(chǔ)。除納米產(chǎn)業(yè)本身的發(fā)展之外，還可以為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提供 升級的途徑。納米元器件、零部件具有高效、節(jié)能、降耗、省材等諸多優(yōu)異性能，廣泛滲透 到高新技術(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，使這些產(chǎn)業(yè)得到提升和有效改造，從而在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的 戰(zhàn)略性調(diào)整中，特別是在加速國民經(jīng)濟信息化的過程中，發(fā)揮巨大作用。如數(shù)碼照相機的信