纳米——物质世界的新大陆.doc

纳米物质世界的新大陆一个崭新的1-100纳米的世界提供给人类的将是不同于以往任何经验的东西，它不仅会给人类生活带来一场革命，还会使我们再一次地感受到：科学与技术正以日新月异的速度发展着，远没有终结的时候。 在物质世界微观和宏观两个领域里，人类在一步步前进着，而在介于它们之间的1-100纳米的世界里，20年前，科学家们发现了深藏其中的一些物理和化学上的奇妙现象。比如物体的强度、韧性、比热、导电率、扩散率、磁化率等完全不同于我们现有的常识。这些全新的发现可能导致的全新的理论的问世，将会给人类带来巨大的影响。 根据半导体行业著名的摩尔定律：每18个月，芯片的速度增加一倍，尺寸减小一半，那么到2010年，它就会达到其物理的极限。因为它会遇到无法逾越的量子效应。那么用纳米技术从单个原子、分子做起，就是突破这一极限的唯一希望。诺贝尔奖获得者费曼在40年前就说过：“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。”也就是对分子进行精确的加工，把一个原子放到另一个原子上，制造出最小的人工机器来。今天的科学家认为，操纵这些单个的原子就象马铃薯里的蛋白质操纵土壤、空气和水里的原子来复制自己一样。 我们现在用得最多的是扫描隧道探针显微镜。用它不仅可以观察到原子和分子，还可以操纵单个原子和分子的排列。构成某种特定的结构。扫描隧道显微镜有一个针尖在表面上扫描。样品表面就是原子，针尖和样品之间的距离小于1 纳米，就会有隧道电流，这个隧道电流对针尖和样品之间的距离非常敏感，如果我们控制了隧道电流恒定不变，就意味着控制了针尖和样品之间的距离不变，于是，针尖就随着表面的起伏而起伏。把针尖高低运动的轨迹记录下来，就得到表面原子的形状。用扫描隧道显微镜操纵原子的方法是：在针尖上加一个很微弱的电流，这个电流产生一个电场，当两个物体非常接近（距离为几个埃）的时候，会有吸引力，这时把针尖提上来，原子就跟着上来了，把它放在哪它就在哪。这个方法可以操纵吸附在表面的原子、分子。（下图就是48个铁原子在铜表面组成的“量子围栏” ）。 纳米材料有很多神奇的性质。例如：纳米铜具有超塑延展性，在室温下可拉长达原来的50多倍而不出现裂纹。纳米陶瓷粉制成的陶瓷不但硬度高、耐高温，而且有一定的塑性。把纳米灭菌粉涂在洗衣机内胆上或冰箱内表面上，就成了纳米洗衣机、纳米冰箱。普通领带、衣服的表面经过物理、化学两种纳米方法处理后，便有了很强的自洁能力，不沾水、不沾油，陶瓷等材料经处理后也可以具有自洁功能。纳米塑料的耐磨性是黄铜的27倍，钢铁的7倍，而其耐热性比原来的塑料提高了150。可取代铜、铁等金属而制成齿轮、油泵，取代玻璃而制成啤酒瓶。有关专家称“纳米塑料”将成为未来30年最具市场前景的一种新型材料。 碳纳米管是由石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维“，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。其比重只有钢的六分之一，而强度却是钢的100倍。碳纳米管还是极好的储氢材料，在将来的以氢为动力的汽车上将得到应用。 把药物制成纳米颗粒或者把药物放入磁性纳米颗粒的内部，这些颗粒可以自由地在血管和人体组织内运动，如果在人体外部加以导向，使药物集中到患病的组织中，那么药物治疗的效果会大大提高。 用纳米技术制成的纳米存储器，存储