浅析纳米材料的应用

纳米材料的应用纳米材料的诸多优异性，可能在光电器件、灵敏传感器、隐身技术、催化、信息储存等广泛的领域得到应用。包括在建筑、化工、纺织、汽车和环保等行业中的应用奠定了基础。比如纳米陶瓷具有超塑性、耐高温、耐磨性好、硬度高、透光等特点，可以使其用作制造人造骨骼、陶瓷、刀具、陶瓷滚动轴承、压电地震仪、宇宙飞行器的“头盔”，可制得“摔不碎的酒杯”或“摔不碎的碗”等。纳米塑料，是一种高强度、不老化的新颖塑料。它的硬度比碳钢强46倍，比重仅为钢铁的1/4，良好透光，不发生变性情况。如用纳米塑料制造一台汽车，其重量仅为钢铁材料制成的汽车的1/4。还有所谓纳米金属、微孔玻璃、纳米金钢石、纳米磁性材料、纳米复合材料、纳米超导材料等。（一）纳米电脑电脑是20世纪人类的一大发明。由于纳米材料和纳米技术的出现，由纳米结构技术支持和纳米材料组装成的新一代电脑将是21世纪的最重大的科技发明之一。纳米电脑的核心元件就是纳米芯片。有所谓蛋白质芯片，DNA芯片。这种蛋白质芯片体积小，元件密度高，据测每平方厘米达1015至1016个，比硅片集成电路高35个数量级，其存储量可达到普通电脑的10亿倍。DNA芯片又称基因芯片，在1立体毫米晶片上可含100亿比特，运算速度更达到10微微秒（一千亿分之一秒），比现有的电脑快近100万倍。电脑芯片的不断更新将使电脑更加智能化，同时提高因特网的速度并大大促进电子商务，高清晰电视和无线通信的发展。在新型的纳米芯片支持下，纳米级电脑包括了所谓超导电脑、化学电脑、光电脑、生物电脑（其中DNA电脑运算速度快，它几天的运算量就相当于目前世界上所有计算机问世以来总运算量），量子电脑（其基本元件就是原子和分子），神经电脑（用许多微处理机模仿人脑的神经元结构，采用大量的并行分布式网络就构成神经电脑，又称为人工大脑）。（二）纳米武器纳米技术的军事应用主要集中在纳米信息系统和纳米攻击系统两大类上。纳米信息系统是指以纳米技术为核心的信息传输、存储、处理和传感系统。目前研制的主要有：1.微型间谍飞行器。只有15厘米长，至少能持续飞行1小时以上，飞行距离可达十几公里。进行侦察、收集情报信息，起一种潜伏哨的作用，以后也可被做得像一只小蜜蜂一般大小。2.袖珍遥控飞机。是一种不足扑克牌大小的遥控飞行装置。机上装有超灵敏感应器，这种传感器不仅可以闻出柴油机排出的废气，而且可以在夜间拍摄清晰的红外照片。它可将所获取的最近情报信息传输到200公里以外的基地。3.“间谍草”。实际上是一种分布式战场微型传感网络，外形看似小草，装有敏感的电子侦察仪、照相机和感应器。4.纳米卫星。利用微电子机械和纳米电子技术制造的惯性检测元件、换能器、射频元件、光学元件、电源系统及各种传感器核心片作为星载设置，可使卫星的体积和重量大为减小。重量小于100克。纳米卫星其实质是一种分布式的卫星结构体系，或布设成局部星团，或布设成分布式星座，这种分布式体系可避免单个卫星失灵后带来的危害，提高航天系统的生存力和灵活性。这种卫星用一枚小型运载火箭一次可以发射数百颗乃至上千颗。5.高性能敌我识别器。6.有毒化学战剂报警传感器。纳米攻击系统。这是运用纳米技术制造的微型智能攻击武器。有所谓微机器人电子失能系统、昆虫平台、“蚂蚁雄兵”、“机器虫”，“蚊子”导弹、“针尖”炸弹（其大小只有针尖的1/5000）。这些微型武器广泛应用于战斗中，将使那些称雄一时令人生畏的重装武器系统被取代，或使它们败在手下。所谓小鱼吃大鱼。这些微型战士按军兵种分类，有所谓微型陆军、微型空军、微型海军（纳米鱼雷、纳米水雷、纳米导弹、纳米炸弹、纳米雷达、水下深潜探测器、无人水面侦察快艇、微型侦察潜艇等）、微型天军。纳米武器由于具有超微型和智能化的明显优势，打击敌方的神经系统必然是纳米武器的首选目标。通过纳米武器所焕发出来的巨大战争威力而使敌方宏观作战体系“突然瘫痪”，以致不得不屈服于微型武器所造成的战争压力。21世纪的战争将是什么样式？战场将出现何种变化？怎样为此进行战争准备？这是事关各国国家总体战略和国防发展战略的重大问题。因此，对21世纪可能发生的战争及战场形态进行科学预测，已成为当今世界各国谋求国家安全的重要途径。预学预测的主要依据是当今迅猛发展的微电子技术。未来的战略竞争将是硬件技术和软件技术的竞争。(三)纳米工业化利用纳米技术制造机器微型机械。这种微机械虽然体积极其微小，但却是“五脏俱全”。它既有大脑（电脑和控制器），又有手脚（传感器和驱动器）和电源。它是机、电、磁、光、化学、电脑、自动控制、传感技术与信息处理等多种技术的综合或融合的产物。如用成千上万个非常低廉的细小而极简单的机器人去收割庄稼，有如一大群蝗虫去“收割”一片庄稼，要比使用一台大型联合收割机快。当地下电缆断了以后，让成千上万个微型机器人沿着电缆爬行，爬到断头时，便举起前脚搭在前端断头上，于是微型机器人便成为连接线，永久留在电缆上。（四）纳米农业（五）纳米医疗和保健系统纳米技术的应用，将使基因组、动物克隆、人造细胞、人造器官、创造生命和攻克癌症顽疾等多个医学领域上取得突破。（六）一个全新的服务行业21世纪，随着纳米技术的发展和普及，一个全新的纳米产品服务行业将会诞生。它将给人类带来一个全新的生活和工作空间。1. 更精彩的纳米世界电影纳米世界也与宏观及中观世界一样，都存在着各种微观物质的活动。而且，活动的种类和内容更加丰富多彩。可以想象，如果人们要看一部病菌和杀菌分子机器人“决斗”的记录片。可以将无数台分子摄像机放入血管中，进行现场转播或拍摄成电影。其真实性则大过现实人们电脑合成的仿生动画片。利用这一纳米电影形式，还可以帮助人们诊断疾病和观察病人治疗的情况。2. 纳米电视21世纪10年代将出现像纸一样薄的由纳米材料构成的大屏幕液晶显示屏。这种电视高清晰度、无辐射、耗电低，它的显示材料是由特种的纳米级材料组成；而电视的全部电器是使用纳米元件。3. 纳米新闻素材4. 优美的自然音乐在大自然中存在着很多优美的声音旋律，如鸟鸣、鸡啼；瀑布轰鸣，江河咆哮等。而在微小的纳米世界中，也存在着各种物质的分子和原子运动时所发出优美动听的音乐旋律。5. 纳米光盘出版物一张3寸光盘，可以储存上百万亿个字符。如果使用生物纳米碳管，则储存量更大，可以达到1T（万亿）个字符，相当于1千万本书的字数。6. 饮食业的纳米科学五、结束语纳米科技是一把双刃剑。有一类纳米材料，因为其体积小，在常温常压下，由于布朗运动，它是悬浮在空间或液体中的，所谓具有飘浮的弥散行为。因此，在使用这类材料时，特别要注意这个飘浮特性，否则会造成对于人类环境和身体的污染、侵害。由于纳米材料很小，小到可以容易地通过各种渠道，如呼吸系统、五官，甚至皮肤的毛囊毛孔进入人体内部，所以它是比空气中粉尘危害更大的污染，不可以掉以轻心，否则也许会出现比癌症、艾滋病、疯牛病等更严重的伤害人类的自然灾害。当然还有其它潜在的危险，如果纳米机器人忘记停止复制怎么办？如果没有某种内在的停止信号，那么灾难是极可能发生的。快