“纳米”技术席卷全球

作者: 华子

微型机器将生产更微小的机器

让我们先看下面两个片断:

片断一

一位病人因为脑血管血栓堵塞以及心脏动脉血管脂肪沉积,导致高位瘫痪。他被抬进高科技医疗室,一位医生给他的动脉血管注入了一种带微小颗粒的注射液(这种小颗粒比粉笔灰尘还小)。通过医疗室的放大透视显示屏幕,只见血管里无数的小颗粒在医师遥控仪的指挥下,四处出击,不一会,就把病人脑部的血栓块“挖”掉了。接着,小颗粒又游到心脏动脉处,三下五除二地把那里的脂肪沉积物清除干净!然后,小颗粒又在医师的指挥下,从病人的尿液中游了出来。

病人深呼吸了几下,竟利索地从病床上站了起来。经过医师允许,他在千倍放大镜下看清了这些颗粒的真面目:它们是一个个只有百分之几毫米大的机器人!难怪它们有这么神奇的功能。

片断二

某国准备发动一场侵略战争,正在精心策划、调兵遣将,自以为可以将对方打个措手不及,根本没理会近段时间军事基地上空飞来飞去的一些小灰尘。可战争一打响,对方的所有炮弹都像长了眼睛一样,准确无误地把侵略者的所有军事重地、通讯设备等打得稀巴烂。

这时,侵略者才知道,那些飘荡在他们军事基地上空的“灰尘”,其实都是对方派出的微型飞机。微型飞机上载有高倍成像设备,早已将他们的行动探得一清二楚了。他们哪有不输的理!

可是,这么小的机器人和微型飞机又是怎么做出来的呢?

这都是“纳米科技”的功劳。

纳米科技飞速发展

什么是纳米呢?纳米是长度单位。但它小得可怜,只有十亿分之一米那么长,也就是只有一百万分之一毫米!

如果我们能把用纳米计量的物质随便使来弄去,生产出这么小的机器人当然不是难事了。可是,我们的科学家又怎么去操纵这么微小的物质呢?这就是“纳米科技”的研究领域了。

1959年,美国著名物理学家费曼说过,人类可以用小的机器去制造更小的机器人,最后可以根据人类的意愿,将原子逐个排列起来,制造出非常微小的产品。

为了这一句大胆的预言,科学家们付出了艰辛的努力。1982年,研究纳米微小物质的重要仪器——扫描隧道显微镜诞生了。这是人类用来观察原子、分子世界,进行纳米技术研究的基础工具。

于是,世界上便诞生了一门以0.1 ～ 100 纳米为研究范围的尖端学科,如纳米电子学、纳米机械学、纳米材料学、纳米生物学等众多学科。

1990 年,美国国际商用机器公司利用多种纳米科技,在金属镍的表面用36个氙原子排列出“IBM”三个字母。这标志着人类能够驾驭并使用比纳米更小的物质了。紧接着,中国科学院北京真空物理实验室也操纵着原子,成功地写出了“中国”两个汉字。

前不久,美国科学家利用纳米技术制造的微型机械制造出了世界上最小的动力马达——由78个原子组成的分子马达。

原子排列的七彩图案(放大后的模型)

纳米技术的运用所产生的奇巧微型世界

荷兰和日本的科学家也不甘示弱,他们成功地研制了另一种分子马达,它仅仅利用太阳能就能运转。利用这种分子马达,就可以驱动那些用纳米材料制造的微型机械和微型机器人。

中国在纳米技术的研究上不断取得突破。继首次制成直径为3 ～ 50纳米的氮化镓纳米管之后,1999年,又组装出世界上最细、性能优良的扫描隧道显微镜用探针,还合成了高质量的储氢碳纳米材料。

目前,世界各国都在争先恐后地投入巨大的财力和众多的人才来研究纳米科技,以及利用纳米科技生产微型机器。中国将纳米材料的研究和开发列入首批重大项目中,并筹建纳米技术的专门机构:中国科学院纳米科技研究与发展中心。美国更是咄咄逼人,仅仅美国政府(不包括企业财团和个人)在纳米技术研究方面的投资,就将从1997年的1亿多美元增加到2001年的5亿多美元。

碳60分子构造

新的产业革命即将来临

方兴未艾的纳米技术,到底还有哪些发展前景呢?

正如我国著名科学家钱学森所说,“纳米”将会带给人类一次全新的技术革命,将引起21世纪的又一次工业革命,像人类发明蒸汽机一样意义重大。

以微电子技术为代表的微米科技,对世界产生了深远的影响。而纳米呢,仅相当于1微米的千分之一!可以想像,纳米技术对人类将会起到什么深远的影响。利用纳米系列技术,我们可以更深人地研究微观世界,对生命与基因进行重新的认识,帮助人们找到延长寿命的办法。

在军事领域,也许某一天爬到敌人办公室的一只微小的“蚂蚁”,或飞进纱窗的一只小小的“蚊子”,就是一个可以炸毁整个城市的智能炸弹! 一个看似轻装上阵的士兵,身上却带有上千种甚至更多的防身、攻击性武器。那时,“武装到牙齿”已是过时话,武装到毛细血管才比较准确。

在生活领域,人们通过纳米技术,像银河计算机一样的庞然大物,可以浓缩成笔记本,装进口袋;世界上最大的图书馆的所有资料,可以装在小糖块一样大的芯片里;绝缘而易碎的陶瓷可以变得柔韧无比,发挥出更多难以想像的作用。在医疗界,纳米技术将使现在人们束手无策的很多疑难病症(如癌症)变得迎刃而解……

目前,纳米技术已广泛应用于全球的光学、医学、半导体、信息通讯等领域,一年的营业额已达到500亿美元。有人预测,到2010年,纳米技术的市场营业额将达到14400亿美元。

从世界整体范围来看,各国都非常重视纳米技术的各种研究或生产开发方面的规划。最近,日本设立了纳米材料研究中心,把纳米技术列入新五年科技基本计划;德国19家科研机构专门建立纳米技术研究网;美国更是将纳米技术作为下一次工业革命的核心,希望占据世界龙头地位,从而把握世界经济风云……

我国不甘也不敢落后,不仅建立了多个纳米材料研究基地,还建立了 10多条纳米材料和技术的生产线:纳米复合塑料、橡胶和纤维的改性,纳米功能和涂层材料的设计和应用,纳米材料在能源和环保等方面的应用开发等。

我国的纳米技术世界排名第四。但是,由于种种原因,总体水平和美、日、欧相比,差距还是相当大的。为了我国在纳米技术时代到来之际立于不败之地,还有赖我们的科学家不断努力,更希望我们青少年一代努力学习,接过我国纳米技术的接力棒,将纳米技术的研究和开发赶超到世界的最前端!