什么是納米？納米的用途

【專家解說】：納米技術(shù)是一門高新技術(shù)，它對(duì)21世紀(jì)材料科學(xué)和微行器件技術(shù)的發(fā)展具有重要影響。為了解納米技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，記者走訪了英國牛津大學(xué)材料系納米材料專家保爾·華倫博士。 華倫說，納米技術(shù)是當(dāng)前全球都在談?wù)摰臒衢T話題。所謂納米技術(shù)，是指用數(shù)千個(gè)分子或原子制造新型材料或微型器件的科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)涉及的范圍很廣，納米材料只是其中的一部分，但它卻是納米技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。牛津大學(xué)材料系目前研究的納米技術(shù)項(xiàng)目有40多個(gè)，其中主要的有超細(xì)薄膜、碳納米管、納米陶瓷、金屬納米晶體和量子點(diǎn)線等。 超細(xì)薄膜的厚度通常只有1納米－5納米，甚至?xí)龀?個(gè)分子或1個(gè)原子的厚度。超細(xì)薄膜可以是有機(jī)物也可以是無機(jī)物，具有廣泛的用途。如沉淀在半導(dǎo)體上的納米單層，可用來制造太陽能電池，對(duì)開發(fā)新型清潔能源有重要意義；將幾層薄膜沉淀在不同材料上，可形成具有特殊磁特性的多層薄膜，是制造高密度磁盤的基本材料。碳納米管是由碳60分子經(jīng)加工形成的一種直徑只有幾納米的微型管，是納米材料研究的重點(diǎn)之一。與其它材料相比，碳納米管具有特殊的機(jī)械、電子和化學(xué)性能，可制成具有導(dǎo)體、半導(dǎo)體或絕緣體特性的高強(qiáng)度纖維，在傳感器、鋰離子電池、場(chǎng)發(fā)射顯示、增強(qiáng)復(fù)合材料等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景，因而受到工業(yè)界的普遍重視。目前，碳納米管雖仍處于研究階段，但許多研究成果已顯示出良好的應(yīng)用前景。陶瓷材料在通常情況下具有堅(jiān)硬、易碎的特點(diǎn)，但由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性，有的可大幅度彎曲而不斷裂，表現(xiàn)出金屬般的柔韌性和可加工性。 納米技術(shù)在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。比如，在信息技術(shù)領(lǐng)域，據(jù)估計(jì)，再有10年左右的時(shí)間，現(xiàn)在普遍使用的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)技術(shù)將達(dá)到最終極限。為獲得更強(qiáng)大的信息處理能力，人們正在開發(fā)DNA計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)，而制造這兩種計(jì)算機(jī)都需要有控制單個(gè)分子和原子的技術(shù)能力。 傳感器是納米技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，造價(jià)更低、功能更強(qiáng)的微型傳感器將廣泛應(yīng)用在社會(huì)生活的各個(gè)方面。比如，將微型傳感器裝在包裝箱內(nèi)，可通過全球定位系統(tǒng)，可對(duì)貴重物品的運(yùn)輸過程實(shí)施跟蹤監(jiān)督；將微型傳感器裝在汽車輪胎中，可制造出智能輪胎，這種輪胎會(huì)告訴司機(jī)輪胎何時(shí)需要更換或充氣；還有些可承受惡劣環(huán)境的微型傳感器可放在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能進(jìn)行監(jiān)視。在食品工業(yè)領(lǐng)域，這種微型傳感器可用來監(jiān)測(cè)食物是否變質(zhì)，比如把它安裝在酒瓶蓋上就可判斷酒的狀況等。 在醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域，納米技術(shù)也有著廣泛的應(yīng)用前景。如用納米技術(shù)制造的微型機(jī)器人，可讓它安全地進(jìn)入人體內(nèi)對(duì)健康狀況進(jìn)行檢測(cè)，必要時(shí)還可用它直接進(jìn)行治療；用納米技術(shù)制造的"芯片實(shí)驗(yàn)室"可對(duì)血液和病毒進(jìn)行檢測(cè)，幾分鐘即可獲得檢測(cè)結(jié)果；科學(xué)家還可以用納米材料開發(fā)出一種新型藥物輸送系統(tǒng)，這種輸送系統(tǒng)是由一種內(nèi)含藥物的納米球組成的，這種納米球外面有一種保護(hù)性涂層，可在血液中循環(huán)而不會(huì)受到人體免疫系統(tǒng)的攻擊，如果使其具備識(shí)別癌細(xì)胞的能力，它就可直接將藥物送到癌變部位，而不會(huì)對(duì)健康組織造成損害。 除此之外，納米技術(shù)在工業(yè)制造、國防建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、光學(xué)器件和平面顯示系統(tǒng)等領(lǐng)域也有廣泛的用途，對(duì)21世紀(jì)的科技發(fā)展具有重要作用。 為了對(duì)納米技術(shù)有一個(gè)較全面的印象，華倫博士帶記者參觀了納米材料實(shí)驗(yàn)室。由于納米材料的結(jié)構(gòu)很小，在自然光下肉眼無法看到，所以需要借助顯微鏡來觀察和操作。走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，首先看到的是一臺(tái)被稱作"納米刀"的儀器。參觀時(shí)，研究人員正在用它在一個(gè)電子器件材料表面上切削亞微米方型小孔，以便對(duì)該器件的材料構(gòu)成進(jìn)行分析。在另一個(gè)室驗(yàn)室擺放著多臺(tái)透射電子顯微鏡，一位研究人員正在用它研究磁性薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。接下來參觀的是一臺(tái)原子探針場(chǎng)離子顯微鏡，利用這臺(tái)儀器，可通過移動(dòng)一個(gè)個(gè)原子并形成三維圖像，對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，研究人員正在用一臺(tái)掃描探針顯微鏡在一個(gè)平面上觀察和操作單個(gè)原子，并直接測(cè)量原子間的作用力。特別值得一提的是，牛津大學(xué)不僅科研基礎(chǔ)雄厚，在儀器制造上也有很強(qiáng)的實(shí)力。這里的許多儀器，都是他們自己研制的，有些處于世界領(lǐng)先水平。 近年來，為實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，牛津大學(xué)在加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的同時(shí)，還十分重視科研成果的轉(zhuǎn)化工作。今年6月，他們新建了一個(gè)以材料科學(xué)為主的科學(xué)園。在科學(xué)園內(nèi)，科研人員與企業(yè)界密切合作，一方面對(duì)大學(xué)的科研成果進(jìn)行開發(fā)，另一方面根據(jù)企業(yè)和市場(chǎng)需要研發(fā)新的項(xiàng)目。目前，這里的研究涉及生物醫(yī)學(xué)、包裝、電信、發(fā)電、航空航天、汽車、計(jì)算機(jī)等許多領(lǐng)域，其中有些項(xiàng)目很有發(fā)展?jié)摿?。如材料系成立的一家公司，現(xiàn)在正從事納粒子發(fā)光劑的商品化研究，這種納粒子發(fā)光劑主要用于平面顯示系統(tǒng)，他比傳統(tǒng)發(fā)光劑性能先進(jìn)，有很好的應(yīng)用前景。 據(jù)研究到2010年，納米技術(shù)將成為僅次于芯片制造的世界第二大產(chǎn)業(yè)，擁有數(shù)百億英鎊的市場(chǎng)份額。為此，今年7月，英國貿(mào)工部在新發(fā)表的科技與創(chuàng)新白皮書中，已將納米技術(shù)列為21世紀(jì)科技發(fā)展的重點(diǎn)，加速該領(lǐng)域的發(fā)展。正如科學(xué)家預(yù)測(cè)：納米技術(shù)這一新興的高科技領(lǐng)域，將成為21世紀(jì)一顆新的科技明星.