生活中的纳米应用

如今纳米洗衣机、纳米冰箱已经出现在广告词中，看来纳米真的离我们的生活不远了。事实也正是如此，纳米科技正在走进我们的生活，同时也将会改变我们的生活。

美国科学家尼尔·莱思说：“纳米技术是最可能在未来取得突破的科学和工程领域”。这项技术并不只是向小型化迈进了一步，而是迈人了一个崭新的微观世界，在这个世界中物质的运动受量子原理的主宰。

传统的解释材料性质的理论，只适用于大于临界长度100纳米的物质。如果一个结构的某个维度小于临界长度，那么物质的性质就常常无法用传统理论解释。在20世纪末，世界各国的科学家正试图在中等级别领域，即单个分子或原子级别到数十万个分子级别之内，发现新奇的现象。这一基础理论的研究，促进了我们今天对纳米科学研究的进程。

我们知道，构成物质的基本单元是原子，因此，当今的纳米科学与技术的研究实际上就是人们在原子层次上认识世界。

早在1993年，中国科学院北京真空物理实验室的科研人员在显微镜下，将一个个原子像下棋那样自如地摆放，写出了“中国”二字。这仅仅是一次实验，但人类可以从中发现和看到纳米世界存在的奇迹；人类将在新的纳米技术领域获得更多、更大的好处。

纳米材料和纳米结构科学家对纳米级产品应用的前景进行了描述，预计在不久的将来会出现特种新奇的新材料。这些材料将具有多种功能，能够感知环境变化以及做出相应的反应。纳米技术的专家们预计还会出现强度是钢铁。10倍的材料，其重量只有纸张的1／10，并具有超导电性，而且透明，熔点更高。

细微之处显神奇的纳米技术将怎样改变我们的生活呢？事例有很多，例如，碳纳米管，其尺寸不到人的头发直径的万分之一，它可用作极细的导线或用于超小型电子器件，将纳米技术用于存储器，可以大大提高电子器件的储存功能，可以将一个有几百万册书的图书馆的信息放人一个只有糖块大小的装置中。

再如，有人把纳米称为“工业味精”，因为把它“撒”人许多传统材料中，老产品就会换上令人叫绝的新面貌。砧板、抹布、瓷砖、地铁磁卡，这些挺爱干净的小东西上一旦加入纳米微粒，就可以除味杀菌。用“拌”人纳米微粒的水泥、混凝土建成楼房，可以吸收降解空气中的有害物质，钢筋水泥也能和森林一样“深呼吸”。现有的硅质芯片将被体积缩小数百倍的纳米管元件所替代，现在占据几个房间的巨型计算机可以小到可以随手放进口袋。

最诱人的莫过于未来的“纳米机器人”，它可以进入人体并摧毁各个癌细胞又不损害健康细胞；可以在人体内来回送药，清扫动脉，修复心脏、大脑和其他器官而不用外科手术。

1999年，美国政府在纳米科技的报告中呼吁加快纳米科学和工程的基础研究乙美国总统认为，纳米技术对保持美国科学技术和经济的领先地位非常重要，并建议把联邦纳米技术研究预算增加一倍，即2001年达到4.95亿美元。美国国家纳米技术计划的研究工作将由一个委员会协调，该委员会的成员是来自政府各个研究和开发项目的高级代表。国防部、能源部、商务部、航天局、全国科学基金会和国家卫生研究所将在国家科学和技术委员会的指导下发挥重要作用。美国国家纳米技术计划在初期研究的重点，是在分子层次上具有新奇特性并且物理和化学性能有显著提高的材料。

各国纳米技术研究人员感兴趣的一些纳米技术尖端领域，归纳起来有以下5个方面：

——在纳米层次上，电子和原子的交互作用会受到变化因素的影响。这样，有可能使科学家在不改变材料化学成分的前提下，控制物质的基本特性，比如磁性、蓄电能力和催化能力等。

——在纳米层次上，生物系统具有一成套系统的组织，这使科学家能够把人造组件和装配系统放人细胞中，有可能使人类模拟自然创造出分子机器。

——纳米组件具有很大的表面积，这能够使它们成为理想的催化剂和吸收剂等，并且在释放电能和向人体细胞施药方面派上用场。

——利用纳米技术制造的材料与一般材料相比，在成分不变的情况下体积会大大缩小而且强度和韧性得到提高。由于纳米颗粒非常小，因此不会产生表面缺陷，另外由于纳米颗粒具有很高的表面能量，所以强度会提高。这对制造强度大的复合材料将非常有用。

——与宏观结构相比，纳米结构在各个维度上的数量级都较小，所以互动作用将更快地发生，这将给人们带来能效更高、性能更好的系统。

纳米时代在各国纳米专家的努力下，正在向我们走来。有科学家预计，这场纳米技术的革命，可以与用微电子设备取代晶体管而引发的那场革命相提并论。未来出现的微型纳米晶体管和纳米存储器芯片，将使计算机的速度和效率提高数百万倍，使磁盘存储的容量达到今天的成百上千倍，并且使能耗降低到现在的几十万分之一。通信带宽会增大几百倍，可以折叠的显示器将比目前的显示器明亮10倍。另外，一个纳米层次上有可能办到的事，是生物的和非生物的部件将结合成交互作用的传感器和处理器，服务于人类。

科学家对将来的预见能够达到多远？美国半导体工业协会制定了一个处理器、传感器、存储器和传输设备的开发路线图，但是这个路线图只延伸到了2010年，并且只达到了大小为100纳米的结构，这比全部是纳米结构的装置要大。这个协会说，科学发现变成商业上可行的技术需要时间，预计纳米技术要到2010～2015年才能成熟。

由此可见，纳米级产品将在不久大量出现已是不容置疑的事实。随着对纳米技术和产品研究的深入，十几年后纳米、技术专利将商业化，看来纳米真的要成为我们日常生活的一员了，我们渴望着那一天早日到来。