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纳米科技（第1页）

纳米科技

自从扫描隧道显微镜发明后，世界上便诞生了一门以0．1～100纳米这样的尺度为研究对象的新学科，这就是纳米科技。纳米技术通过操纵原子、分子或原子团和分子团使其重新排列组合，形成新的物质，制造出具有新功能的机器。

当前，纳米科学迅速成长，大体上已包括纳米材料学、纳米电子学、纳米化学、纳米生物学、纳米机械学等研究领域。

科学家对未来科技发展的一个共识是，生物、信息、航天和纳米技术将在新世纪的科技发展进程中唱主角。纳米技术具有广阔的应用前景，它对信息、生物工程、医学、光学、材料科学等领域都将产生深远的影响。

◆纳米介于宏观与微观之间

纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度内研究物质的特征和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的高新技术。

纳米材料是纳米科学技术的基础，正引起世界各国的广泛的关注。现代材料和物理学家所称的纳米材料是指固体颗粒小到纳米尺度的超微粒子（也称为纳米粉）和晶粒尺寸小到纳米量极的固体和薄膜。

纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统也非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。

◆新工业革命的前奏——纳米科学

纳米技术的发展将给各个技术领域带来一场普遍的革命，其实质就是由于人类掌握了从小到大即从物质深层次到表层次的生成规律和方式，获得了更根本的也即更深层次的认识和实践能力。所以，纳米技术既是一种新制造技术，又是一种新材料技术、新环境技术，纳米技术将形成循环式的物质生产方式，把废弃物质重新纳入新的生产环节，从而走出化学资源匮乏与化学污染的困境。

各国科学家预言，纳米时代的到来不会很久了。纳米材料与纳米技术在未来的应用，将远远超过计算机工业，并成为未来信息时代的核心。美国国家科学和技术委员会2000年发布的研究报告中描述说，若把纳米技术用于存储器，可使整个国会图书馆的信息放入一个只有糖块大小的装置中。我国科学家钱学森预言，纳米技术将带来一次技术革命，从而引起21世纪又一次工业革命。

◆现阶段的纳米技术

科学家为我们勾勒了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子器件，巨型计算机能装入口袋里；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成富有韧性的特殊材料；世界将出现一微米以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点等。

据一份报告分析，目前在纳米研究中，美国在合成、化学品和生物方面处于领先地位，但是在纳米装置、纳米设备的生产、陶瓷和其他结构材料方面落后于其他国家。日本在纳米设备和强化纳米结构领域具有优势。欧洲在分散、涂层和新仪器应用方面处于领先地位。

但科学家同时指出，无论国内还是国际，纳米是一门前瞻性、战略性、基础性的科技，目前仍集中在基础研究方面。科学家认为，虽然20世纪90年代初科学家已经成功搬动原子，但离自如操纵原子还很远。纳米科技要像信息技术一样产生广泛而又深刻的影响，那将是二三十年以后的事情。但有一点可以肯定地说：纳米的未来不是梦。

◎用来观察纳米生物学、纳米化学的扫描探针显微镜

◆纳米电子时代曙光微现

20世纪90年代中期以来，科学家们在分子导线和分子开关等研究领域取得不少进展，但却一直未能制造出分子晶体管和分子电路。这两大难点在2001年下半年被集中攻克。美国和欧洲有5个独立研究小组，分别利用碳纳米管、纳米线和单一分子，首次制造出了分子晶体管和分子逻辑电路。纳米电子技术因此而一跃成为最受人瞩目的前沿领域，并在美国《科学》杂志评选的2001年十大科技突破中，压倒风头正劲的人类基因组研究，登上榜首。

尽管纳米电子时代已经现出了曙光，但要想研制出真正实用化的纳米电子设备或分子计算机，仍然有一些重大技术问题有待解决。专家们指出，如何将上万亿个纳米电子元件组织成系统，如何将纳米电子设备与微米级电子设备集成在一起，如何提高分子间的电接触和电传输性能，都需要进一步的研究。

◆纳米技术将彻底改变我们的生活

美国国家科学基金会的纳米技术高级顾问米哈伊尔·罗科预言“由于纳米技术的出现，在今后30年中，人类文明所经历的变化将会比刚刚过去的整个20世纪都要多得多。”

◎石炭纳米分子链

许多未来学家预测，在新的时代里，纳米技术将会从根本上改变人类的生存条件。大量的编程产品将会陆续而来，那些被称为“应用雾”的东西将能够按照人类的指令进行组合，从而满足人类丰富多彩的需求。例如，通过分子工程技术，人类可以用它们来生产新酒，其味道却像储存了数十年的陈年佳酿。或者用纳米技术生产一只“忠实”的生物机械狗，身上装有开关，随时供人们娱乐之用。

◎纳米材料的分子结构。

令人更为振奋的是，新型的、超强的、重量轻的纳米物质将会使太空旅行变得更加低廉和容易。人类可以利用纳米技术在土星上营造与地球相似的大气层。通过“纳米药物”新技术，人类可以将生命无限延长，方法是当老细胞坏死时，用一个个的分子生产出新的细胞即可。如果这一梦想成真，地球人“挤迫”到受不了时，也可以进行太空移民。

纳米技术将会给我们带来不可思议的震撼和变化，纳米技术实实在在地走进了我们的生活，并将带给我们一个又一个的惊喜。

◆纳米生物学

纳米生物学的近期设想是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。目前涉及的内容可归纳为以下三个方面．（1）在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系；（2）在纳米尺度上获得生命信息，例如，用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等（3）纳米机器人的研制。