登陆注册
5526400000004

第4章 生活中的纳米应用

如今纳米洗衣机、纳米冰箱已经出现在广告词中,看来纳米真的离我们的生活不远了。事实也正是如此,纳米科技正在走进我们的生活,同时也将会改变我们的生活。

美国科学家尼尔·莱思说:“纳米技术是最可能在未来取得突破的科学和工程领域”。这项技术并不只是向小型化迈进了一步,而是迈人了一个崭新的微观世界,在这个世界中物质的运动受量子原理的主宰。

传统的解释材料性质的理论,只适用于大于临界长度100纳米的物质。如果一个结构的某个维度小于临界长度,那么物质的性质就常常无法用传统理论解释。在20世纪末,世界各国的科学家正试图在中等级别领域,即单个分子或原子级别到数十万个分子级别之内,发现新奇的现象。这一基础理论的研究,促进了我们今天对纳米科学研究的进程。

我们知道,构成物质的基本单元是原子,因此,当今的纳米科学与技术的研究实际上就是人们在原子层次上认识世界。

早在1993年,中国科学院北京真空物理实验室的科研人员在显微镜下,将一个个原子像下棋那样自如地摆放,写出了“中国”二字。这仅仅是一次实验,但人类可以从中发现和看到纳米世界存在的奇迹;人类将在新的纳米技术领域获得更多、更大的好处。

纳米材料和纳米结构科学家对纳米级产品应用的前景进行了描述,预计在不久的将来会出现特种新奇的新材料。这些材料将具有多种功能,能够感知环境变化以及做出相应的反应。纳米技术的专家们预计还会出现强度是钢铁。10倍的材料,其重量只有纸张的1/10,并具有超导电性,而且透明,熔点更高。

细微之处显神奇的纳米技术将怎样改变我们的生活呢?事例有很多,例如,碳纳米管,其尺寸不到人的头发直径的万分之一,它可用作极细的导线或用于超小型电子器件,将纳米技术用于存储器,可以大大提高电子器件的储存功能,可以将一个有几百万册书的图书馆的信息放人一个只有糖块大小的装置中。

再如,有人把纳米称为“工业味精”,因为把它“撒”人许多传统材料中,老产品就会换上令人叫绝的新面貌。砧板、抹布、瓷砖、地铁磁卡,这些挺爱干净的小东西上一旦加入纳米微粒,就可以除味杀菌。用“拌”人纳米微粒的水泥、混凝土建成楼房,可以吸收降解空气中的有害物质,钢筋水泥也能和森林一样“深呼吸”。现有的硅质芯片将被体积缩小数百倍的纳米管元件所替代,现在占据几个房间的巨型计算机可以小到可以随手放进口袋。

最诱人的莫过于未来的“纳米机器人”,它可以进入人体并摧毁各个癌细胞又不损害健康细胞;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用外科手术。

1999年,美国政府在纳米科技的报告中呼吁加快纳米科学和工程的基础研究乙美国总统认为,纳米技术对保持美国科学技术和经济的领先地位非常重要,并建议把联邦纳米技术研究预算增加一倍,即2001年达到495亿美元。美国国家纳米技术计划的研究工作将由一个委员会协调,该委员会的成员是来自政府各个研究和开发项目的高级代表。国防部、能源部、商务部、航天局、全国科学基金会和国家卫生研究所将在国家科学和技术委员会的指导下发挥重要作用。美国国家纳米技术计划在初期研究的重点,是在分子层次上具有新奇特性并且物理和化学性能有显著提高的材料。

各国纳米技术研究人员感兴趣的一些纳米技术尖端领域,归纳起来有以下5个方面:

——在纳米层次上,电子和原子的交互作用会受到变化因素的影响。这样,有可能使科学家在不改变材料化学成分的前提下,控制物质的基本特性,比如磁性、蓄电能力和催化能力等。

——在纳米层次上,生物系统具有一成套系统的组织,这使科学家能够把人造组件和装配系统放人细胞中,有可能使人类模拟自然创造出分子机器。

——纳米组件具有很大的表面积,这能够使它们成为理想的催化剂和吸收剂等,并且在释放电能和向人体细胞施药方面派上用场。

——利用纳米技术制造的材料与一般材料相比,在成分不变的情况下体积会大大缩小而且强度和韧性得到提高。由于纳米颗粒非常小,因此不会产生表面缺陷,另外由于纳米颗粒具有很高的表面能量,所以强度会提高。这对制造强度大的复合材料将非常有用。

——与宏观结构相比,纳米结构在各个维度上的数量级都较小,所以互动作用将更快地发生,这将给人们带来能效更高、性能更好的系统。

纳米时代在各国纳米专家的努力下,正在向我们走来。有科学家预计,这场纳米技术的革命,可以与用微电子设备取代晶体管而引发的那场革命相提并论。未来出现的微型纳米晶体管和纳米存储器芯片,将使计算机的速度和效率提高数百万倍,使磁盘存储的容量达到今天的成百上千倍,并且使能耗降低到现在的几十万分之一。通信带宽会增大几百倍,可以折叠的显示器将比目前的显示器明亮10倍。另外,一个纳米层次上有可能办到的事,是生物的和非生物的部件将结合成交互作用的传感器和处理器,服务于人类。

科学家对将来的预见能够达到多远?美国半导体工业协会制定了一个处理器、传感器、存储器和传输设备的开发路线图,但是这个路线图只延伸到了2010年,并且只达到了大小为100纳米的结构,这比全部是纳米结构的装置要大。这个协会说,科学发现变成商业上可行的技术需要时间,预计纳米技术要到2010~2015年才能成熟。

由此可见,纳米级产品将在不久大量出现已是不容置疑的事实。随着对纳米技术和产品研究的深入,十几年后纳米、技术专利将商业化,看来纳米真的要成为我们日常生活的一员了,我们渴望着那一天早日到来。

同类推荐
  • 多姿气象

    多姿气象

    进入21世纪后,中国气象业务现代化建设突飞猛进,气象卫星、新一代天气雷达和各种现代化气象仪器投入使用,全国地面气象通信宽带网络系统建成并投人运行,全国气象单位之间实现了任意点到点之间的通信。气象业务现代化建设的快速发展,不仅增加了大量气象信息,推动了气象业务和科研的发展,提高了预报质量,而且实现了中国气象频道音、视频天气预报节目实时播放,使各种气象服务产品更加快捷及时并且全天候地服务于百姓、服务于社会、服务于经济建设。《多姿气象》解释了风、云、雨、雪、雷、雹等天气现象形成与变化规律,介绍现代气象研究与观测的技术与方法,各类天气现象对人类生产、生活的影响等,供相关读者阅读参考。
  • 揭开神秘大洋的面纱

    揭开神秘大洋的面纱

    《揭开神秘大洋的面纱》将带领读者走进浩瀚的海洋,探索神秘莫测的海洋动物世界,认识千奇百怪的生命,了解各种有趣而又鲜为人知的海洋动物生活习性。同时,揭开生物资源与人类之间的关系,从而增强人们保护海洋生物的意识。揭开神秘大洋的面纱,给青少年全方位的有关海洋知识与科技的体验。
  • 动物在隐瞒我们

    动物在隐瞒我们

    《动物在隐瞒我们》全面而系统地介绍了动物世界的谜团现象及其科学探索,集知识性、趣味性与科学性于一体,深入浅出,生动活泼,通俗易懂,图文并茂,目的是使广大青少年读者在领略世界谜团现象的同时,能够加深思考,启迪智慧,开阔视野,增加知识,能够正确了解和认识这个世界,激发青少年求知的欲望和探索的精神,激起热爱科学和追求科学的热情,让他们掌握开启人类和自然的金钥匙,从而真正成为人类和自然的主人,不断推进人类文明向前发展。
  • 太空奇观百科(奥秘世界百科)

    太空奇观百科(奥秘世界百科)

    宇宙天地和自然世界真是丰富多彩、纷繁庞杂,使我们对于那许许多多的难解之谜,不得不密切关注和发出疑问。人们总是不断地去认识它,勇敢地去探索它。虽然今天科学技术日新月异,达到了很高程度,但对于许多奥秘还是难以圆满解答。人们都希望发现天机,破解奥秘。古今中外许许多多的科学先驱不断奋斗,一个个奥秘不断解开,推进了科学技术的大发展,但又发现了许多新的奥秘现象,又不得不向新的问题发起挑战。正如达尔文所说:“我们认识自然界的固有规律越多,这种奇妙对于我们就更加不可思议。”科学技术不断发展,人类探索永无止境,解决旧问题,探索新领域,这就是人类一步一步发展的足迹。
  • 改变世界的理化大发明(走进科学丛书)

    改变世界的理化大发明(走进科学丛书)

    原始社会初期,人类使用的劳动工具主要是石器,是简单而粗糙的石块。当时人们就借助这样的工具猎取野兽,挖掘可食植物的根茎。历史上把这个时期称为旧石器时代。在二三百万年漫长的旧石器时代里,人们慢慢学会制造磨光的、比较精致的石头工具,于是人类社会逐渐进入新石器时代。根据历史学家和考古学家的研究和考证,在新石器时代里人类已经使用火了。
热门推荐
  • 救荒活民书

    救荒活民书

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 天才魔法师之腥风血雨

    天才魔法师之腥风血雨

    当远古时代渐渐终结,新的一个时代渐渐开始。无数的人都为远古时代的强者们留下来财富而热血。一个少年开始了他的强者之路。
  • 曦日念寒

    曦日念寒

    谁先说在一起,谁又先离开,我不等待,我要去找你,此刻已经忘却我的你。既然不会再在一起,我只求最后一个拥抱,用生命换的拥抱。记住,我永远都爱你,忘记,我对你的抛弃。
  • 此处有妖王妃快来

    此处有妖王妃快来

    仇三水自小便对妖怪有着不同于其他捉妖师的敏感,她想着这或许就是师父传于她捉妖本领的原因吧。她待在山上勤练法术,听说师父在妖怪手里救回了个孩子,仇三水便好奇的去看了。——那孩子有病吧?看着整日不言不语的孩子当时她是这么想的。她受师父之命下山历练,听说京城最近妖怪肆虐宁安王下落不明,仇三水便英勇的去救人。——这王爷有病吧?(本文纯属虚构,请勿模仿。)
  • 绝世凤穹:腹黑妖女很猖狂

    绝世凤穹:腹黑妖女很猖狂

    三百年前,混沌初开,异象降临,黑暗笼罩大地,魔灵群出,光明指领前进,重见光明……三百年之后,天降异象,暗示再次来袭,逆天凭空出世,在大陆上重新展开一场血腥风史!!想得到我的力量?哼哼!!铲除掉!!想得到我的魔宠?哼哼!!群殴掉!!想再一次欺骗我?哼哼!!反袭掉!!想窥视我的男人?哼哼!!先废掉!!再杀掉!!几百年的痛苦回忆,他的心早已麻木,冰冷的心早已没有感情,嗜血如魔!!杀人如魔!!强大如魔!!为达到目的不择一切手段!!却在那一刻,遇见了她………
  • 死亡分裂

    死亡分裂

    公元2074年的秋天,一位拥有十分神秘的男生进入了被称为科技之城的第九学区,在双重人格之间不停的生存,他拥有帅气的外表,和蔼温柔的性格,但是却拥有着一个神秘的秘密。
  • 千金小姐来袭

    千金小姐来袭

    她是在全国商业界名气很大的亲生女儿,自从回到了她亲生父母身边,她就变了……
  • 爸爸和他的世界

    爸爸和他的世界

    爸爸奇怪地走了,为了一只狗。而我,一个四年级的小学生,逐渐走进了爸爸留下的世界,开始担负起沉重得人生.......
  • 清浅深辰,奈何情深

    清浅深辰,奈何情深

    一世,爱了,恨了,难料命运弄人,二人在异世相遇。他,成为与世独尊的皇帝。她,成为堂堂上官家大小姐,他们之间又会发生什么?究竟是再续前缘还是从此形同陌路!!!敬请期待。。
  • 鸿蒙天启

    鸿蒙天启

    鸿蒙纪第十二会元,鸿蒙界与神界大战,鸿蒙至尊神武大帝引爆天地本源,身殉归墟,鸿蒙界与神界同时崩溃,演化六界,自此六界相互隔离。鸿蒙纪第二纪神界再次入侵,鸿蒙第一族巫族灭亡,但神界再次铩羽而归。无数个岁月流逝,天地间和平久矣,天启的种子却再次萌发......