綜述：納米經(jīng)濟(jì)刮起新風(fēng)暴
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2001年3月14日
繼信息技術(shù)、基因組工程之后，納米技術(shù)又成為一顆新的科技明星。據(jù)調(diào)查，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14400億美元的市場(chǎng)份額。納米經(jīng)濟(jì)炙手可熱，有專家認(rèn)為：誰(shuí)能在這場(chǎng)遍及全球的“納米決戰(zhàn)”中搶占一席之地，納米技術(shù)就能為誰(shuí)帶來(lái)滾滾財(cái)源。目前，美、日、歐各國(guó)紛紛制定對(duì)策，爭(zhēng)奪納米科技制高點(diǎn)。美國(guó)把納米技術(shù)置于國(guó)家最優(yōu)先發(fā)展的地位，并將納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資從1997年的1.16億美元增加到2001年的5億美元；日本設(shè)立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新5年科技基本計(jì)劃的研發(fā)重點(diǎn)；西歐對(duì)納米技術(shù)的投入也已達(dá)數(shù)億美元，還將納米技術(shù)列入歐盟2002至2006年科研框架計(jì)劃。我國(guó)在80年代就開(kāi)始搞基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，已將納米技術(shù)研究列入國(guó)家“攀登計(jì)劃”、“863”計(jì)劃和“火炬計(jì)劃”等，全國(guó)對(duì)納米科技領(lǐng)域資助的總經(jīng)費(fèi)大約為700萬(wàn)美元，我國(guó)涉及納米技術(shù)的企業(yè)已有100多家。據(jù)一份報(bào)告分析，目前在納米研究中，美國(guó)在合成、化學(xué)品和生物方面處于領(lǐng)先地位，但是在納米裝置、納米設(shè)備的生產(chǎn)、陶瓷和其它結(jié)構(gòu)材料方面落后于其它國(guó)家。日本在納米設(shè)備和強(qiáng)化納米結(jié)構(gòu)領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。歐洲在涂層和新儀器應(yīng)用方面處于領(lǐng)先地位。
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廣泛的應(yīng)用前景
那么，納米究竟是什么東西？納米(nm)實(shí)際上是一種計(jì)量單位，1納米是1米的十億分之一，相當(dāng)于十個(gè)氫原子一個(gè)挨一個(gè)排起來(lái)的長(zhǎng)度，人的一根頭發(fā)絲的直徑相當(dāng)于6萬(wàn)個(gè)納米。而納米技術(shù)則是指在納米尺寸范圍內(nèi)，通過(guò)直接操縱單個(gè)原子、分子來(lái)組裝和創(chuàng)造具有特定功能的新物質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)顆粒小到納米量級(jí)后，這種物質(zhì)就可被稱為納米材料。神奇的是同一種物質(zhì)，因?yàn)闃?gòu)造上以納米為單位的變化，其物理性能與化學(xué)性質(zhì)便會(huì)產(chǎn)生意想不到的巨變。
也許你覺(jué)得納米技術(shù)離你很遠(yuǎn)，實(shí)際上納米技術(shù)在生活中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。我們每個(gè)人在脫衣服時(shí)都曾有過(guò)被靜電所擾的經(jīng)歷，而應(yīng)用納米技術(shù)，在化纖布料中加入少量的金屬納米微粒就可以使這一問(wèn)題迎刃而解，而且將納米顆粒放到織物纖維中去，做成的衣服不沾水又防污。在食物中添加納米微粒，可以除味殺菌，聰明的廠家已利用這一技術(shù)生產(chǎn)出可以抗菌的冰箱。納米陶瓷粉體作為涂料的添加劑也得到廣泛的應(yīng)用，這些特種涂料涂在塑料或木材上，具有防火、防塵和耐磨的性能。玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚，任何粘在表面上的臟物，包括油污、細(xì)菌，在光的照射下，由于納米的催化作用，都可以變成氣體或者容易被擦掉的物質(zhì)。
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在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米技術(shù)更是潛力無(wú)限。納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具誘惑力的內(nèi)容。納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，可以進(jìn)行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪淀積物，吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。
納米技術(shù)對(duì)信息技術(shù)、材料科學(xué)等也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。運(yùn)用納米技術(shù)將來(lái)可以將存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)能力提高1000倍，到那時(shí)巨型計(jì)算機(jī)小到可以放進(jìn)口袋里，國(guó)家圖書館的全部資料的信息可以存儲(chǔ)在一塊水果糖大小的存儲(chǔ)器中。科學(xué)家認(rèn)為，納米材料將會(huì)引發(fā)計(jì)算機(jī)革命，據(jù)預(yù)測(cè)，到2010年左右，以硅為材料的微米級(jí)集成電路技術(shù)將走到盡頭，納米材料將成為替代硅和其它半導(dǎo)體材料的最佳候選者。從技術(shù)上講，碳納米管很有可能成為硅的換代品，成為電子產(chǎn)品的主要材料。碳納米管是一種長(zhǎng)度和直徑之比很高的纖維，單個(gè)碳納米管的直徑只有1.4納米，50000個(gè)碳納米管并排在一起相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑。它韌性極高，兼具金屬性和半導(dǎo)體性，強(qiáng)度比鋼高100倍，而重量只有鋼的1/6�？茖W(xué)家分別研究了金屬性的碳納米管和半導(dǎo)體性的碳納米管，認(rèn)為金屬性碳納米管可以用作電路中的連接件，而半導(dǎo)體性碳納米管可以用作電路開(kāi)關(guān)
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納米材料的妙用
納米材料具有許多奇異的特性，比如，原來(lái)是導(dǎo)體的銅等金屬，在尺寸減小到幾個(gè)納米時(shí)就不導(dǎo)電了；而絕緣的二氧化硅等，當(dāng)尺寸減小到幾個(gè)納米或十幾個(gè)納米時(shí)，電阻會(huì)大大下降，失去絕緣體特性，變得能夠?qū)щ�。通常性況下陶瓷是脆性材料，因而限制了它的應(yīng)用范圍，而納米陶瓷卻變成了韌性材料，在常溫下能彎曲，不怕摔，堅(jiān)固無(wú)比。正因?yàn)榧{米材料具有獨(dú)特的性質(zhì)，因此它可能存在奇妙的應(yīng)用前景�？茖W(xué)家和工程技術(shù)人員提出了異想天開(kāi)的可能應(yīng)用。
太空升降機(jī)碳納米管的最異想天開(kāi)的用途，是用于太空升降機(jī)。一根碳納米管纜繩從地球同步軌道上垂到地球表面，與鋼或其它任何物質(zhì)不同的關(guān)鍵是它能支持住自身的重量，這就提供了一種把人或物品提升到外層空間的可能方法，也許將成為人類移居外星球的理想方法。
電子隧道眾所周知，光導(dǎo)纖維是光子的隧道，光在隧道中可以迅速通過(guò)。碳納米管可以充當(dāng)電子快速通過(guò)的隧道。一根納米管的直徑只有計(jì)算機(jī)芯片上最細(xì)電路直徑的1/100。預(yù)計(jì)它將成為理想導(dǎo)體，導(dǎo)電性能大大超過(guò)銅。納米管最終可以用于納米級(jí)電子線路。
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納米隱身術(shù)近年來(lái)關(guān)于納米材料具有高的電磁波吸收系數(shù)的報(bào)道，引起軍界研究人員的極大興趣，他們提出以納米材料作為新一代隱身材料的設(shè)想和探索。
納米衛(wèi)星與微型飛船在小衛(wèi)星系列中，可以分為小型衛(wèi)星、微型衛(wèi)星和納米衛(wèi)星。它們的重量分別在10—500公斤、0.1—10公斤和0.1公斤以下。以硅為襯底的專用集成微型儀器(ASIM)，可以應(yīng)用于制導(dǎo)、導(dǎo)航、姿態(tài)控制、推進(jìn)、能源和通信等航天器系統(tǒng)。美國(guó)科學(xué)家提出在非常小的航天器上建造性能優(yōu)越的計(jì)算機(jī)，最終設(shè)計(jì)出能夠飛到其它星球上去從事生產(chǎn)的微型飛船。
間諜草外形看似小草，可以散布在敵方陣地，實(shí)際上是一種分布式戰(zhàn)場(chǎng)微型傳感器網(wǎng)絡(luò)，裝有各種靈敏的傳感器和照相機(jī)，可以對(duì)敵方的陣地布置情況、坦克和裝甲車等重武器行進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)和聲音等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把得到的情報(bào)傳回指揮部。
微型遙控飛機(jī)這種微型飛機(jī)比一張撲克牌還小，飛機(jī)上裝有納米級(jí)傳感器，可以在夜間拍攝紅外照片，并傳送到數(shù)百米外的指揮所，或把敵軍的位置坐標(biāo)傳送到導(dǎo)彈發(fā)射地，作為指揮員的命令依據(jù)。
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引發(fā)新的工業(yè)革命
納米技術(shù)的科學(xué)家們堅(jiān)信，“小”不僅是美麗的，而且是未來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。日本已用極微小的部件組裝成一輛只有米粒大小、能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的汽車；工程師們制成了直徑只有1—2毫米的靜電發(fā)動(dòng)機(jī)、體積只有常規(guī)機(jī)器萬(wàn)分之一并能運(yùn)轉(zhuǎn)的車床以及直徑僅5.5毫米的“尺蠖”———有朝一日它也許會(huì)鉆進(jìn)核工廠的管道系統(tǒng)檢查管道是否有裂縫；德國(guó)工程師還制成了一架只有黃蜂大小并能升空的直升機(jī)以及肉眼幾乎看不見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
更加引人注目的是，科學(xué)家已開(kāi)始在硅片上造出微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。這種裝置把電路和運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)器合裝在一個(gè)硅片上，它最終將像目前的硅芯片一樣普遍。幾種基本的微機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)在美國(guó)、日本和德國(guó)使用，包括在上百萬(wàn)輛汽車?yán)锇惭b的一種細(xì)如發(fā)絲的傳感制動(dòng)器，當(dāng)它“感覺(jué)”到撞擊時(shí)，就會(huì)立即打開(kāi)保險(xiǎn)氣袋，防止撞傷。
只有削尖了的鉛筆尖大小、每分鐘轉(zhuǎn)速高達(dá)10萬(wàn)轉(zhuǎn)的1伏特發(fā)電機(jī)最終將推動(dòng)電子顯示器、手表、攝錄機(jī)和激光掃描儀的發(fā)展。正如一些科學(xué)家所預(yù)言的那樣，納米技術(shù)可能將引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命。
新華網(wǎng), 百拇醫(yī)藥
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廣泛的應(yīng)用前景
那么，納米究竟是什么東西？納米(nm)實(shí)際上是一種計(jì)量單位，1納米是1米的十億分之一，相當(dāng)于十個(gè)氫原子一個(gè)挨一個(gè)排起來(lái)的長(zhǎng)度，人的一根頭發(fā)絲的直徑相當(dāng)于6萬(wàn)個(gè)納米。而納米技術(shù)則是指在納米尺寸范圍內(nèi)，通過(guò)直接操縱單個(gè)原子、分子來(lái)組裝和創(chuàng)造具有特定功能的新物質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)顆粒小到納米量級(jí)后，這種物質(zhì)就可被稱為納米材料。神奇的是同一種物質(zhì)，因?yàn)闃?gòu)造上以納米為單位的變化，其物理性能與化學(xué)性質(zhì)便會(huì)產(chǎn)生意想不到的巨變。
也許你覺(jué)得納米技術(shù)離你很遠(yuǎn)，實(shí)際上納米技術(shù)在生活中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。我們每個(gè)人在脫衣服時(shí)都曾有過(guò)被靜電所擾的經(jīng)歷，而應(yīng)用納米技術(shù)，在化纖布料中加入少量的金屬納米微粒就可以使這一問(wèn)題迎刃而解，而且將納米顆粒放到織物纖維中去，做成的衣服不沾水又防污。在食物中添加納米微粒，可以除味殺菌，聰明的廠家已利用這一技術(shù)生產(chǎn)出可以抗菌的冰箱。納米陶瓷粉體作為涂料的添加劑也得到廣泛的應(yīng)用，這些特種涂料涂在塑料或木材上，具有防火、防塵和耐磨的性能。玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚，任何粘在表面上的臟物，包括油污、細(xì)菌，在光的照射下，由于納米的催化作用，都可以變成氣體或者容易被擦掉的物質(zhì)。
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在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米技術(shù)更是潛力無(wú)限。納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具誘惑力的內(nèi)容。納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，可以進(jìn)行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪淀積物，吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。
納米技術(shù)對(duì)信息技術(shù)、材料科學(xué)等也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。運(yùn)用納米技術(shù)將來(lái)可以將存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)能力提高1000倍，到那時(shí)巨型計(jì)算機(jī)小到可以放進(jìn)口袋里，國(guó)家圖書館的全部資料的信息可以存儲(chǔ)在一塊水果糖大小的存儲(chǔ)器中。科學(xué)家認(rèn)為，納米材料將會(huì)引發(fā)計(jì)算機(jī)革命，據(jù)預(yù)測(cè)，到2010年左右，以硅為材料的微米級(jí)集成電路技術(shù)將走到盡頭，納米材料將成為替代硅和其它半導(dǎo)體材料的最佳候選者。從技術(shù)上講，碳納米管很有可能成為硅的換代品，成為電子產(chǎn)品的主要材料。碳納米管是一種長(zhǎng)度和直徑之比很高的纖維，單個(gè)碳納米管的直徑只有1.4納米，50000個(gè)碳納米管并排在一起相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑。它韌性極高，兼具金屬性和半導(dǎo)體性，強(qiáng)度比鋼高100倍，而重量只有鋼的1/6�？茖W(xué)家分別研究了金屬性的碳納米管和半導(dǎo)體性的碳納米管，認(rèn)為金屬性碳納米管可以用作電路中的連接件，而半導(dǎo)體性碳納米管可以用作電路開(kāi)關(guān)
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納米材料的妙用
納米材料具有許多奇異的特性，比如，原來(lái)是導(dǎo)體的銅等金屬，在尺寸減小到幾個(gè)納米時(shí)就不導(dǎo)電了；而絕緣的二氧化硅等，當(dāng)尺寸減小到幾個(gè)納米或十幾個(gè)納米時(shí)，電阻會(huì)大大下降，失去絕緣體特性，變得能夠?qū)щ�。通常性況下陶瓷是脆性材料，因而限制了它的應(yīng)用范圍，而納米陶瓷卻變成了韌性材料，在常溫下能彎曲，不怕摔，堅(jiān)固無(wú)比。正因?yàn)榧{米材料具有獨(dú)特的性質(zhì)，因此它可能存在奇妙的應(yīng)用前景�？茖W(xué)家和工程技術(shù)人員提出了異想天開(kāi)的可能應(yīng)用。
太空升降機(jī)碳納米管的最異想天開(kāi)的用途，是用于太空升降機(jī)。一根碳納米管纜繩從地球同步軌道上垂到地球表面，與鋼或其它任何物質(zhì)不同的關(guān)鍵是它能支持住自身的重量，這就提供了一種把人或物品提升到外層空間的可能方法，也許將成為人類移居外星球的理想方法。
電子隧道眾所周知，光導(dǎo)纖維是光子的隧道，光在隧道中可以迅速通過(guò)。碳納米管可以充當(dāng)電子快速通過(guò)的隧道。一根納米管的直徑只有計(jì)算機(jī)芯片上最細(xì)電路直徑的1/100。預(yù)計(jì)它將成為理想導(dǎo)體，導(dǎo)電性能大大超過(guò)銅。納米管最終可以用于納米級(jí)電子線路。
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納米隱身術(shù)近年來(lái)關(guān)于納米材料具有高的電磁波吸收系數(shù)的報(bào)道，引起軍界研究人員的極大興趣，他們提出以納米材料作為新一代隱身材料的設(shè)想和探索。
納米衛(wèi)星與微型飛船在小衛(wèi)星系列中，可以分為小型衛(wèi)星、微型衛(wèi)星和納米衛(wèi)星。它們的重量分別在10—500公斤、0.1—10公斤和0.1公斤以下。以硅為襯底的專用集成微型儀器(ASIM)，可以應(yīng)用于制導(dǎo)、導(dǎo)航、姿態(tài)控制、推進(jìn)、能源和通信等航天器系統(tǒng)。美國(guó)科學(xué)家提出在非常小的航天器上建造性能優(yōu)越的計(jì)算機(jī)，最終設(shè)計(jì)出能夠飛到其它星球上去從事生產(chǎn)的微型飛船。
間諜草外形看似小草，可以散布在敵方陣地，實(shí)際上是一種分布式戰(zhàn)場(chǎng)微型傳感器網(wǎng)絡(luò)，裝有各種靈敏的傳感器和照相機(jī)，可以對(duì)敵方的陣地布置情況、坦克和裝甲車等重武器行進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)和聲音等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把得到的情報(bào)傳回指揮部。
微型遙控飛機(jī)這種微型飛機(jī)比一張撲克牌還小，飛機(jī)上裝有納米級(jí)傳感器，可以在夜間拍攝紅外照片，并傳送到數(shù)百米外的指揮所，或把敵軍的位置坐標(biāo)傳送到導(dǎo)彈發(fā)射地，作為指揮員的命令依據(jù)。
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引發(fā)新的工業(yè)革命
納米技術(shù)的科學(xué)家們堅(jiān)信，“小”不僅是美麗的，而且是未來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。日本已用極微小的部件組裝成一輛只有米粒大小、能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的汽車；工程師們制成了直徑只有1—2毫米的靜電發(fā)動(dòng)機(jī)、體積只有常規(guī)機(jī)器萬(wàn)分之一并能運(yùn)轉(zhuǎn)的車床以及直徑僅5.5毫米的“尺蠖”———有朝一日它也許會(huì)鉆進(jìn)核工廠的管道系統(tǒng)檢查管道是否有裂縫；德國(guó)工程師還制成了一架只有黃蜂大小并能升空的直升機(jī)以及肉眼幾乎看不見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
更加引人注目的是，科學(xué)家已開(kāi)始在硅片上造出微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。這種裝置把電路和運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)器合裝在一個(gè)硅片上，它最終將像目前的硅芯片一樣普遍。幾種基本的微機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)在美國(guó)、日本和德國(guó)使用，包括在上百萬(wàn)輛汽車?yán)锇惭b的一種細(xì)如發(fā)絲的傳感制動(dòng)器，當(dāng)它“感覺(jué)”到撞擊時(shí)，就會(huì)立即打開(kāi)保險(xiǎn)氣袋，防止撞傷。
只有削尖了的鉛筆尖大小、每分鐘轉(zhuǎn)速高達(dá)10萬(wàn)轉(zhuǎn)的1伏特發(fā)電機(jī)最終將推動(dòng)電子顯示器、手表、攝錄機(jī)和激光掃描儀的發(fā)展。正如一些科學(xué)家所預(yù)言的那樣，納米技術(shù)可能將引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命。
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