什么叫納米技術(shù)

【專家解說(shuō)】：納米是長(zhǎng)度單位，原稱毫微米，就是10的-9次方米（10億分之一米）。納米科學(xué)與技術(shù)，有時(shí)簡(jiǎn)稱為納米技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。從具體的物質(zhì)說(shuō)來(lái)，人們往往用細(xì)如發(fā)絲來(lái)形容纖細(xì)的東西，其實(shí)人的頭發(fā)一般直徑為20-50微米，并不細(xì)。單個(gè)細(xì)菌用肉眼看不出來(lái)，用顯微鏡測(cè)出直徑為5微米，也不算細(xì)。極而言之，1納米大體上相當(dāng)于4個(gè)原子的直徑。假設(shè)一根頭發(fā)的直徑為0.05毫米，把它徑向平均剖成5萬(wàn)根，每根的厚度即約為1納米。 納米技術(shù)包含下列四個(gè)主要方面： ⒈納米材料：當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在0.1—100納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既具不同于原來(lái)組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒(méi)有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過(guò)去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能。第一個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過(guò)研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來(lái)的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來(lái)高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。 ⒉納米動(dòng)力學(xué)，主要是微機(jī)械和微電機(jī)，或總稱為微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)（MEMS),用于有傳動(dòng)機(jī)械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng)，特種電子設(shè)備、醫(yī)療和診斷儀器等.用的是一種類似于集成電器設(shè)計(jì)和制造的新工藝。特點(diǎn)是部件很小，刻蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動(dòng)機(jī)，用于超快速離心機(jī)或陀螺儀等。在研究方面還要相應(yīng)地檢測(cè)準(zhǔn)原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進(jìn)入納米尺度，但有很大的潛在科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 ⒊納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)，如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗(yàn)，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，dna的精細(xì)結(jié)構(gòu)等。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件使構(gòu)成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細(xì)粉，也大約有半數(shù)不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。 ⒋納米電子學(xué)，包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光/電性質(zhì)、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當(dāng)前電子技術(shù)的趨勢(shì)要求器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷,更小,是指響應(yīng)速度要快。更冷是指單個(gè)器件的功耗要小。但是更小并非沒(méi)有限度。 納米技術(shù)是建設(shè)者的最后疆界，它的影響將是巨大的。 在1998年的四月，總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問(wèn)，Neal Lane 博士評(píng)論到，如果有人問(wèn)我哪個(gè)科學(xué)和工程領(lǐng)域?qū)?huì)對(duì)未來(lái)產(chǎn)生突破性的影響，我會(huì)說(shuō)該個(gè)啟動(dòng)計(jì)劃建立一個(gè)名為納米科技大挑戰(zhàn)機(jī)構(gòu)，資助進(jìn)行跨學(xué)科研究和教育的隊(duì)伍，包括為長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)而建立的中心和網(wǎng)絡(luò)。一些潛在的可能實(shí)現(xiàn)的突破包括： 把整個(gè)美國(guó)國(guó)會(huì)圖書館的資料壓縮到一塊像方糖一樣大小的設(shè)備中，這通過(guò)提高單位表面儲(chǔ)存能力1000倍使大存儲(chǔ)電子設(shè)備儲(chǔ)存能力擴(kuò)大到幾兆兆字節(jié)的水平來(lái)實(shí)現(xiàn)。由自小到大的方法制造材料和產(chǎn)品，即從一個(gè)原子、一個(gè)分子開(kāi)始制造它們。這種方法將節(jié)約原材料和降低污染。生產(chǎn)出比鋼強(qiáng)度大10倍，而重量只有其幾分之一的材料來(lái)制造各種更輕便，更省燃料的陸上、水上和航空用的交通工具。通過(guò)極小的晶體管和記憶芯片幾百萬(wàn)倍的提高電腦速度和效率，使今天的奔騰?處理器已經(jīng)顯得十分慢了。運(yùn)用基因和藥物傳送納米級(jí)的mri對(duì)照劑來(lái)發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞或定位人體組織器官去除在水和空氣中最細(xì)微的污染物，得到更清潔的環(huán)境和可以飲用的水。提高太陽(yáng)能電池能量效率兩倍。 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ "納米"是英文nano technology 的譯名，是一種度量單位，1納米為百萬(wàn)分之一毫微米，即1毫微米，也就是十億分之一米，約相當(dāng)于45個(gè)原子串起來(lái)那么長(zhǎng)。納米結(jié)構(gòu)通常是指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。1981年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，便誕生了一門以0.1到100納米長(zhǎng)度為研究分子世界，它的最終目標(biāo)是直接以原子或分子來(lái)構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品。因此，納米技術(shù)其實(shí)就是一種用單個(gè)原子、分子射程物質(zhì)的技術(shù)。 從迄今為止的研究善看，關(guān)于納米技術(shù)分為三種概念： 第一種，是1986年美國(guó)科學(xué)家德雷克斯勒博士在《創(chuàng)造的機(jī)器》一書中提出的分子納米技術(shù)。根據(jù)這一概念，可以使組合分子的機(jī)器實(shí)用化，從而可以任意組合所有種類的分子，可以制造出任何種類的分子結(jié)構(gòu)。這種概念的納米技術(shù)還未取得重大進(jìn)展。 第二種概念把納米技術(shù)定位為徽加工技術(shù)的極限。也就是通過(guò)納米精度的"加工"來(lái)人工形成納米大小的結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這種納米級(jí)的加工技術(shù)，也使半導(dǎo)體微型化即將達(dá)到極限?，F(xiàn)有技術(shù)即使發(fā)展下去，從理論上講終將會(huì)達(dá)到限度，這是因?yàn)椋绻央娐返木€幅逐漸變小，將使構(gòu)成電路的絕緣膜變得極薄，這樣將破壞絕緣效果。此外，還有發(fā)熱和晃動(dòng)等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，研究人員正在研究新型的納米技術(shù)。 第三種概念是從生物的角度出發(fā)而提出的。本來(lái)，生物在細(xì)胞和生物膜內(nèi)就存在納米級(jí)的結(jié)構(gòu)。 納米科學(xué)技術(shù)（nanotechnology）：納米科學(xué)技術(shù)是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米科學(xué)技術(shù)是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)（混沌物理、量子力學(xué)、介觀物理、分子生物學(xué)）和現(xiàn)代技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)）結(jié)合的產(chǎn)物，納米科學(xué)技術(shù)又將引發(fā)一系列新的科學(xué)技術(shù)，例如納電子學(xué)、納米材科學(xué)、納機(jī)械學(xué)等。納米科學(xué)技術(shù)被認(rèn)為是世紀(jì)之交出現(xiàn)的一項(xiàng)高科技。 實(shí)現(xiàn)特有功能和智能作用的技術(shù)問(wèn)題，發(fā)展納米尺度的探測(cè)和操縱 。 思維方式的概念表明生產(chǎn)和科研的對(duì)象將向更小的尺寸、更深的層次發(fā)展，將從微米層次深入至納米層次。 納米技術(shù)未來(lái)的目標(biāo)是按照需要，操縱原子、分子構(gòu)建納米級(jí)的具有一定功能的器件或產(chǎn)品。 納米科學(xué)與技術(shù)：也叫納米技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)在0.1～100nm范圍內(nèi)材料的性質(zhì)及其應(yīng)用。 納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。納米科學(xué)與技術(shù)主要包括：納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等 。這七個(gè)相對(duì)獨(dú)立又相互滲透的學(xué)科和納米材料、納米器件、納米尺度的檢測(cè)與表征這三個(gè)研究領(lǐng)域。納米材料的制備和研究是整個(gè)納米科技的基礎(chǔ)。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。 納米技術(shù)發(fā)展歷程：1990年7月，在美國(guó)巴爾的摩召開(kāi)了國(guó)際首屆納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議；1996年，在中國(guó)召開(kāi)了第四屆納米科技學(xué)術(shù)會(huì)議。 首屆（1992年）納米材料會(huì)議在墨西哥召開(kāi)；1994年在德國(guó)斯圖加特召開(kāi)了第二屆國(guó)際納米材料學(xué)術(shù)會(huì)議；1996年在美國(guó)夏威夷召開(kāi)第三屆國(guó)際會(huì)議；1998年在瑞典斯德哥爾摩召開(kāi)了第四屆納米材料 會(huì)議；2000年在日本仙臺(tái)舉行第五屆國(guó)際納米材料會(huì)議。 納米技術(shù)發(fā)展歷程： 準(zhǔn)確控制原子數(shù)量在100個(gè)以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)，市場(chǎng)規(guī)模約5億美元 生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)，50～200億美元 大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)，100～1000億 納米計(jì)算機(jī)，2000～10000億 驗(yàn)證出能夠制造動(dòng)力源與程序自律化的元件和裝置，60000億