纳米技术终将引起全球科技的革新_5

2019-11-21 14:25

纳米技术的发展将会给人类带来翻天覆地的变化,是技术的革新,也是材料的革新。

1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门研究1~100nm长度内材料的性质和应用的技术,这就是纳米技术,也称毫微技术。它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。

纳米技术的性能被发现是在20世界70年代,被一群日本科学家发现。他们用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,将铁钴合金做成大约20~30nm大小之后,磁畴就变成单磁畴,磁性是原来的1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

纳米技术的灵感来源于已故物理学家理查德·费曼,1959年,这位物理学家在一次演讲中提出了他的想法,从石器时代开始,人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术,都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。那为什么我们不可以从另外一个角度出发,从单个的分子甚至原子开始进行组装,以达到我们的要求?他说:“至少在现在看来,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”纳米技术的想法由此产生。

1990年,IBM公司研究中心取得了一项关键技术的突破。他们的科学家成功的将单个的原子进行了重新排列,按照自己的意愿将原子排列成了IBM字母。这标志着人类关于纳米技术最早的梦想被实现。在1993年,中国科学院北京真空物理实验室也自如地操纵原子成功写出“ 中国”二字,标志着中国在国际纳米科技领域占有一席之地;

随后,科学家将技术在操纵原子的基础上提升到图喷原子,可以每次造出一层极薄的分子,与制造极薄的特殊晶体薄膜的方法类似。现在制造计算机硬盘读写头就是使用的这项技术。

1991年,人类成功制造出新材料碳纳米管。相同体积的碳纳米管的质量只有钢的六分之一,而强度却是钢的十倍。

到1999年,纳米技术逐步走向市场,全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元;

而后,一些国家纷纷出台相关政策希望能抢占纳米技术战略高地。

纳米技术典型的应用是芯片,而芯片引起了风暴般的数据革命。然而这仅仅是纳米技术引发的一个技术革新而已。纳米技术能和其他的许多方面相联系。联系最大的七个方面是:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。纳米技术发展到终极,可以直接用原子组装出任何东西,而这些被组装出来的东西都是真实的。

纳米技术在生物学和医学方面得到广泛的应用,利用某些材料特性可以疾病检测的灵敏度。如量子点的荧光效应、磁性纳米材料的磁效应、纳米材料的吸附作用等。

而纳米颗粒作为药品的载体,则具有高度的控制性和精确的指向性,同时也能提高药品的溶解度,大幅提高药品的利用效率。而一些纳米材料被证明本身即是高效的全新药物。

纳米机器人同样是纳米生物学中具有诱惑力的一个方向。纳米机器人还可以用来进行人体器官的修复工作、指向性地改变DNA结构等等。这样就可以针对性地修复一些难点疾病。医用纳米机器人目前还处在试验阶段,大到几毫米,小到直径几微米。但可以肯定的是,纳米机器人被研制成功的时候,将会带来一场医学革命。

而在提高材料效率方面,科学家预测在不久的将来,一个指甲盖大小的存储器将可以存下100个美国国会图书馆的纸本信息。

如上文提到的改变材料磁性强度的技术,若发展成熟,则可用于制造磁悬浮,可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。

基于量子效应的纳米电子器件、纳米电子材料的原子操纵及原子组装等技术统称纳米电子学。当前电子技术的趋势要求器件和系统在体积更小从基础上效率更高。并且单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。

如果在卫星上用纳米集成器件,卫星将更小,更容易发射。

纳米技术可以观察病人身体中的癌细胞病变及情况,可让医生对症下药。

凡此种种,不胜枚举。

纳米技术是多科学综合的,有些目标需要长时间的努力才会实现。但纳米技术会带来技术革命这是毋庸置疑的。

纳米技术和人工智能、生命科学技术是当前的科学发展主流,它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。纳米技术前景广阔。

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