纳米科技发展史.doc

迎接伟大的纳米时代-创建美国纳米材料集团公司“我要谈的是如何操纵及处理一些很小尺度的东西。我已证明你可以降低材料的尺度。现在我要预示这里有丰富的机会。一个空前更大范围的材料性能革命。假设我们能将材料或一个精巧的小东西，弄成原子水平尺度，那么我们可以玩不同的游戏了。” -费曼的视野（1959）第一节 材料改变世界 “纳米”是英文 nanometer 的译名，它是一种度量单位。1纳米为百万分之一毫米，也就是十亿分之一米。1982年扫描隧道显微镜发明后，便诞生了一个以0.1100纳米长度为研究对象的原子世界，它的目标是以原子或分子来构造具有特定功能的产品。纳米技术是指在此基础上制造新材料、研究新工艺的方法和手段。纳米科学技术正式“开宗立派”是在1990年。这一年，美国成功地举行了第一届纳米科技大会，且正式创办了纳米技术杂志。虽然纳米科学技术出现的时间不长，但它带来的冲击是明显的，越来越多的科学家相信，这门新兴的学问将带来一轮新的革命，人们将迈入一个新的世界。星星高照，纳米布满天。纳米技术不仅体现了对自然的利用，更重要的是体现了人类与自然的和谐相处。 -2010年萧镜如于美国新泽西，温沙市 在微米时代，科学技术得到了突破性进展，人类对微观层次认识不断推进的同时，对宏观世界的认识也逐渐脱离了原有的桎桔。工业文明之前，指南针在航海技术上的运用及造船工艺的日益进步，人类认识精确化，认识尺度不断细化，促使了地理大发现，证明地球是圆的。在相当大的程度上解放了人们既有的思维。天文望远镜制造技术的完善使科学家能够直观地观察到越来越远的空间。牛顿之后建立起来的经典力学，一方面使人们对微观世界有了更深入的把握，另一方面，通过微积分方法建立了一系列严格的因果关系，并利用行星轨道的偏差和万有引力定律准确预言了海王星和冥王星的存在。目前,已可对空间尺度小到10-17米的亚核世界，大到150亿光年的整个宇宙进行研究。人类文明已经历模糊时代、毫米时代、微米时代、即将迎来伟大的纳米时代。纳米概念具有两个内涵：其一，它是人类认识不断向微观层次推进的结果。第二，它将使人类的认识从分离走向综合。纳米技术所带来的不仅是科技和经济上的革命，它将彻底代替微米时代的文明，把一种全新的文明-纳米文明展现在人类面前。90年代初开始兴起的纳米技术带来了信息、能源、生物工程、医药、食品、环保等诸多领域简直令人不可思议的变革，大大提升了人类的生活质量。如目前出现的抗菌用品，它是将抗菌物质进行纳米化处理，这样，抗菌内衣、抗菌茶杯等便生产出来了；如果在玻璃表面涂覆纳米化氧化钛涂料，那么，普通玻璃马上变成具有自洁功能的“自净玻璃”,不用人工擦洗了；如果电池使用纳米材料制作，则可以使很小的体积容纳极大的能量，届时，汽车就可像玩具一样，以电池为动力在大街上奔驰；计算机采用纳米化处理后，可以缩小成“掌上电脑”，其体积将比目前的笔记本电脑小得多。普通材料通过纳米化处理，更能增添许多神奇特性。如陶瓷经过纳米化加工，可制成弹簧、刀具等；一些固体变成纳米化微粒后，不仅粘附力增强，还新添了对紫外光的吸收能力；除了可制成不掉色的口红，还可开发出防灼烧的高级化妆品。此外，利用纳米化材料特殊的磁、光、电等性质，可以开发出难以计数的新元器件，在信息工程、生物工程等方面发挥重要作用，衍生出新兴的高科技产业群。细微之处显神奇的纳米技术将怎样改变我们的生活？行业中有人将纳米称作“工业味精”，因为把它“撒”入许多传统材料中，老产品会焕发青春。砧板、抹布、瓷砖、地铁磁卡，这些挺爱干净的小东西上一旦加人纳米微粒，可以除味杀菌。用“拌”入纳米微粒的水泥、混凝土建成楼房，可以吸收并降解汽车尾气，城市的钢筋水泥从此能和森林一样“深呼吸”。现有的硅质芯片将被体积缩小数百倍的纳米元件所替代，像“银河”那样的巨型计算机可以随手放进口袋里。最诱人的莫过于未来的“纳米机器人”，它可以进人人体，摧毁癌细胞且不损害健康细胞；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需外科手术。可以预料，纳米技术给人类生活带来的变革，将不亚于电力代替蒸汽。材料是人类生存和发展的基础，是人类文明进步的里程碑。对人类历史发展的考察不难发现，大约100万年前，人类才开始以石头作为工具，它是旧石器时代的开始。这一时代占人类历史的百分之九十九，直到一万年前才将石头自然地加工成为更精致的器皿或工具，从而使人类进人新石器时代。新石器时代是人类取得巨大进步的时代。之后，人类发明了火。火的发明不仅使人吃到熟的食物，而且使人类采用粘土成形，再用火烧结成各种陶器。在烧陶过程中，一些石头被凝固成合金，称为青铜器，使青铜器时代开始了。黄河流域的青铜器时代始于公元前2000年，比欧洲早了200年。中国到商朝已进人青铜器时代的鼎盛时期，形成了商朝文化。铁器时代对人类的影响更大。在春秋末期（公元前6世纪），中国在冶炼技术上取得了重大突破。到了近代，情况大不一样了，随着科学技术的发展，19世纪中叶，现代炼钢技术的进步、平炉与转炉的出现，使得近代工业得到突飞猛进的发展。这一切都说明，材料是人类生存发展、征服改造自然的物质基础，是人类社会现代文明的重要支柱。这将在20世纪及其以后的社会得到更加强烈的体现。现在的时代既不是金属材料时代，也不是高分子材料时代、而是依据科技的发展和社会的需要开发和应用新型材料（或称新材料或先进材料）的新时代。这就是纳米材料时代。纳米时代的到来，最先为人们所感受到的是在纳米科技基础上建立起来的纳米经济。纳米经济的形成过程，首先是纳米产品的脱颖而出，这种产品的逐渐成熟与扩展，使得纳米产业在整个国民经济中的地位日益凸现，比重逐渐提高。一方面由于纳米科技代表了生产力发展的方向；另一方面，纳米产业本身又会对传统产业产生深远的影响。德国萨尔兰大学格莱德和美国阿贡国家实验室席格，先后研究成功纳米陶瓷氟化钙和二氧化钛，在室温下显示良好的韧性，在180经受弯曲而不产生裂纹，这一突破性进展，使那些为陶瓷增韧奋斗将近一个世纪的材料科学家们看到希望。英国著名科学家卡恩在自然（nature）杂志上撰文说：“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。”纳米材料在光吸收、催化、敏感特性和磁性能等方面都将表现出明显不同于传统材料的特性，在高技术应用上显示出广阔的前景。纳米生物“部件”与纳米无机化合物及晶体结构“部件”相结合，用纳米微电子学控制形成纳米机器人，尺寸比人体红血球还小，这种纳米机器人的问世，将使未来高技术出现新的飞跃，人类的医疗也因之发生深刻的革命，许多疑难病症将得到解决。医生可能应用纳米机器人直接打通脑血栓，清理心脏动脉脂肪沉积物。药物也可以制成纳米尺寸，直接注射到病灶部位，大大提高医疗效果，减少副作用。纳米技术在新世纪将推动信息技术、生物医学、环境科学、自动化技术以及能源科学的发展，像抗生素、集成电路和人造聚合物在微米世纪发挥重要作用一样，纳米技术在新世纪将给人类的生产、生活带来更加深远影响。在医学领域，这场变革意味着衰竭的人体器官可以得到修复更换。在制造领域，它意味着驾驭分子来制造有用的装置，就像晶体和活的生物构造自身的方式一样。即将到来的这次微型和分子电子装置浪潮，也称作纳米技术，正在化学、物理学、生物学和电子工程学的交叉领域形成。如果这次浪潮如很多科学家预测的那样出现，它将引发一场比20世纪末达到鼎盛的微电子装置更加引人注目的大规模变革。如果把微型机电系统设置在网络中，它们就会互相传递信号，并执行信息处理任务。在不太久远的将来，微型机电系统将操纵飞机，开展健康监测，还能为地震、飞机零部件故障、桥梁裂缝等发出警报。纳米对人类进步的重要性已经如此明显，很多国家政府都开始致力于促进本国纳米产业的发展，希望在下个时期中保持在世界经济中的竞争力。鉴于纳米技术的重要性，1996年，以美国国家科学基金会为首的十几个政府部门联合出资，委托世界技术评估中心对“纳米结构的科学和技术”的研究现状和趋势进行调研。为此，该中心组织了一个八人专家组，调查研究了三年（1996一1998年），证实美国在纳米研究上，政府支持的力度落后于欧洲、日本，克林顿政府即采取了积极态度，力争赶上，制订了财政拨款5亿美元的NNI工程计划。诺贝尔奖获得者曼雷尔博士致江泽民主席的一封信中说，曾重视微米技术的国家，今天都成为发达国家，重视纳米科技的国家，必将在未来高科技竞争中取得领先地位。著名科学家钱学森认为，纳米科学是21世纪科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将是又一次产业革命。纳米产业在国民经济中的重要性之所以如此凸现，关键的原因就在于纳米技术和纳米产品可以构建出一个全新的经济基础。除纳米产业本身的发展之外，还可以为传统产业提供升级的途径。纳米元器件、零部件具有高效、节能、降耗、省材等诸多优异性能，广泛渗透到高新技术和传统产业中，使这些