大有作為的“納米技術(shù)”

當(dāng)人們看到在一粒米上刻著100多字詩(shī)詞的微雕作品時(shí)，都會(huì)感到非常驚奇。然而，隨著高新技術(shù)的發(fā)展，如今卻能在一個(gè)微雕字體大的面積上寬寬松松地置放1000只納米器件。眾所周知，鋼的強(qiáng)度很高，而一種名為碳納米管的強(qiáng)度卻比鋼高100倍，且這種碳納米管的體積十分微小，5萬(wàn)個(gè)碳納米管排列起來(lái)也才有人的一根頭發(fā)絲那么寬，一根碳納米管的直徑僅有高技術(shù)計(jì)算機(jī)芯片上最細(xì)電路線直徑的百分之一。著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者理查德.弗曼于1959年曾說(shuō):“如果有一天按人的意志安排一個(gè)個(gè)原子，將會(huì)產(chǎn)生怎樣的奇跡？”雖然20年代就已建立量子力學(xué)，并能準(zhǔn)確地計(jì)算出微觀粒子(原子、分子等)的運(yùn)動(dòng)軌跡，但進(jìn)行更深層次的研究并利用原子、分子制成器件尚無(wú)能為力。而當(dāng)人類(lèi)進(jìn)入納米科技時(shí)代后，這位科學(xué)家的美夢(mèng)已成為現(xiàn)實(shí)。
　　納米，是一個(gè)長(zhǎng)度單位，即10-9米，亦即十億分之一米。物質(zhì)一旦達(dá)到納米量級(jí)上，其物理、化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了奇特的變化或反常的變化。如銅到納米級(jí)就不導(dǎo)電；而絕緣的二氧化硅、晶體等在20納米時(shí)就開(kāi)始導(dǎo)電。達(dá)到納米范圍的材料稱之為納米微粒，由納米微粒構(gòu)成的大塊材料稱為納米固體。納米技術(shù)，是直接利用原子、分子結(jié)構(gòu)及其性能的技術(shù)，是通過(guò)對(duì)尺寸數(shù)量級(jí)為納米的微粒子進(jìn)行處理而達(dá)到改善性能的目的的一種技術(shù)。納米技術(shù)的出現(xiàn)，將為科技革命增加一項(xiàng)重要的新內(nèi)涵，使微技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的層次，如用納米技術(shù)制成的微型電動(dòng)機(jī)小到用顯微鏡才能看到的程度。專家們認(rèn)為，納米技術(shù)將開(kāi)辟人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的新層次。
　　納米技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它有諸如納米電子學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)及納米天文地質(zhì)學(xué)等很多分支，它們的應(yīng)用前景十分廣闊。一是推動(dòng)了高新科技的發(fā)展。1991年掃描隧道顯微鏡(STM)發(fā)明后，人們可以觀測(cè)到物質(zhì)表面原子的分布，美國(guó)商用機(jī)器公司(IBM)的科學(xué)家利用STM直接操作原子，已制成僅由2個(gè)原子構(gòu)成的隧道二極管，并成功地在鎳晶體表面按自己的意志安排原子組合成“IBM”字樣；日本科學(xué)家也成功地將硅原子堆成一個(gè)“金字塔”，首次實(shí)現(xiàn)了原子三維空間立體搬遷。由于利用納米技術(shù)，IBM已制造成速度為二百億分之一秒的氙原子開(kāi)關(guān)；麻省理工學(xué)院已制成量子效應(yīng)電子器件，其典型尺寸只有20納米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的三千分之一。同時(shí)美、日等國(guó)還相繼研制出多種超微型光電器件、驅(qū)動(dòng)器件、傳動(dòng)部件，為設(shè)備裝置的超微型化奠定了基礎(chǔ)，將使未來(lái)高新技術(shù)和電子工業(yè)發(fā)生新的飛躍。二是促進(jìn)醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展。由于采用納米技術(shù)，醫(yī)生可用納米機(jī)器人直接打通腦血栓，清理出心臟動(dòng)脈脂肪的沉積物，也可通過(guò)把多種功能納米機(jī)器人注入血管內(nèi)，進(jìn)行人體全身檢查和治療，使許多疑難病癥得到好的醫(yī)治。藥物也可制成納米尺寸，直接注射到病灶部位，從而大大提高醫(yī)療效果并減少副作用。三是為新材料的研制開(kāi)拓了新天地。高分子塑料加入納米材料就會(huì)變得比金剛石還硬，傳統(tǒng)的可塑材料與納米技術(shù)結(jié)合會(huì)產(chǎn)生材料科學(xué)和工程領(lǐng)域的“核聚變”。芬蘭、美國(guó)在普通工具鋼刃具上加上納米涂層，其硬度可提高好幾倍，產(chǎn)品已進(jìn)入市場(chǎng)；歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家都把納米陶瓷刃具作為跨世紀(jì)刃具工業(yè)革命的目標(biāo)。德國(guó)已對(duì)汽車(chē)工業(yè)所需的主要零部件用納米材料改性，以大幅度提高汽車(chē)的性能和質(zhì)量。據(jù)專家介紹，納米材料技術(shù)的應(yīng)用，不僅將給人類(lèi)帶來(lái)數(shù)十萬(wàn)種優(yōu)異的新材料，而且這些材料在光吸收、催化、敏感和磁性等方面有著奇異特性，為高新技術(shù)發(fā)展提供了新途徑。如稀土和半導(dǎo)體的熒光材料達(dá)到納米尺度后，可以通過(guò)顆粒尺度的控制而分別發(fā)出紅、綠、藍(lán)色光，在大屏幕平板顯示器上用同一種材料就能顯示出不同的顏色。四是加速檢測(cè)手段的更新改造。納米測(cè)量技術(shù)是納米科技中一項(xiàng)基礎(chǔ)性技術(shù)，各國(guó)都很重視。英國(guó)利用納米技術(shù)已制成一種可與原子水準(zhǔn)儀相匹敵的測(cè)量?jī)x器——納米級(jí)表面光度儀，可檢測(cè)出小于1納米的變化，為改進(jìn)微型芯片、光學(xué)和光學(xué)纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了有利條件。美國(guó)應(yīng)用納米技術(shù)研制出一種1×2.5(mm)的微型超聲波探測(cè)器，可通過(guò)一導(dǎo)管將其引入人體動(dòng)脈，而獲取人體動(dòng)脈血管內(nèi)部和內(nèi)壁各種組織的高分辨率，為診斷、治療疑難病癥提供了新的測(cè)試手段。
　　總之，隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，必將引起加工技術(shù)、信息技術(shù)、材料技術(shù)、分子生物技術(shù)及微電子技術(shù)等領(lǐng)域的革命性變化，也必將對(duì)改變物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)方式和人們生活方式產(chǎn)生重大的變化。
　　納米技術(shù)雖然起步較晚，但發(fā)展很快。從80年代起，已有美、日、英、德、法及瑞士等國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)。1990年3月，第一屆國(guó)際納米科技大會(huì)在美國(guó)召開(kāi)，宣告了納米科技時(shí)代的來(lái)臨，預(yù)示著納米技術(shù)將為新的科技革命注入新的內(nèi)容，而成為信息時(shí)代的核心之一。1995年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局已將微機(jī)電系統(tǒng)和專用集成微型儀器視為直接關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防的高技術(shù)而加以重點(diǎn)發(fā)展。日本早在90年代初就投資250億日元開(kāi)發(fā)納米技術(shù)，用于超微機(jī)械裝置技術(shù)、微型傳感器及控制電路技術(shù)和檢測(cè)評(píng)論技術(shù)及總系統(tǒng)的研究技術(shù)等。澳大利亞也已將納米技術(shù)列為21世紀(jì)最優(yōu)先開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目。我國(guó)的納米技術(shù)發(fā)展也較快，1992年10月就將納米材料技術(shù)列入國(guó)家“攀登計(jì)劃”，目前已形成了有相當(dāng)實(shí)力的研究隊(duì)伍，建成了一批綜合實(shí)力較強(qiáng)的科研基地，并在不少方面取得了國(guó)際水平的研究成果，如中國(guó)科技大學(xué)在國(guó)際上首次用苯熱合成納米氮化鎵；北京光電量?jī)x研究中心研制成功的“納米級(jí)光電綜合測(cè)長(zhǎng)儀”，在分辨率、準(zhǔn)確度、最大量程等主要技術(shù)指標(biāo)方面已達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。可以預(yù)見(jiàn)，納米技術(shù)必將在我國(guó)社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)中大有作為。