菜鸟成长手册：纳米技术及应用全面解析

作者：我本疯狂α

　 “纳米”一词相信大家都已经非常熟悉，日常中人们可能已经随处可以接触到纳米技术产品或者购买到这些产品，电脑产品中大家最熟悉的应该是CPU的纳米工艺，微处理器行业早已经迈入纳米时代，例如早在2003年就推出了90纳米工艺处理器，现在主流是65纳米工艺，而今年底或明年初就会进一步升级到45纳米。

　　采用纳米技术的产品处处都在，但比较遗憾的是大多数人都不怎么会去了解自己手上的东西，较早前一份网络调查的数据显示，在1800个网友中有80％以上人士对纳米技术“一无所知”或者“知之甚少”，有趣的是，也许“纳米技术”这一词汇本身就包含了足够的信息，在没有其他资料参考的情况下，90％以上的被调查者都能就此发表意见，谈论其利大于弊还是弊大于利。

　　下面我们来充充电，比较全面地去了解一下纳米、纳米技术及其应用。

Core 2 Duo 采用65纳米工艺技术

　　纳米，又称奈米，英文nanometer的译名，简写为nm，它是一种长度单位，相当于十亿分之一米，即1 000 000 000 纳米 = 1 米，约为分子或DNA的大小，或是人类头发丝直径的十万分之一。

　　纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代，随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在诸多领域会得到日益广泛的应用，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

纳米材料

　　纳米材料（又称超细微粒、超细粉未）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。

纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。

人体血红细胞直径＝8000nm

　　纳米加工技术和“小鸟卫星”

　　为了研究纳米科学和应用纳米科学的研究成果，首先要能按照人们的意愿在纳米尺寸的世界上自由地剪裁﹑安排材料，这一技术被称 为纳米加工技术。实际上，一方面纳米加工技术是纳米科学的重要基础，另一方面纳米加工技术中包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科 学问题。比如说，在一粗细为几纳米的孔或线里，原子的扩散就和宏观世界里的扩散大不一样。一般而言，原子运动的自由程为几个微米 ，在此长度上，原子发生碰撞，进行热扩散器壁的作用可忽略不计。可在纳米孔或线内，原子的扩散主要靠与孔壁的碰撞来完成的。再举 一个例子，一般认为物体之间相互运动时的摩擦力主要来源于物体表面的不平整性，即物体表面越光滑，它们之间的摩擦力就越小。在纳 米世界里，材料表面很小，相互之间距离很近，以至于使两块材料表面上的原子会发生化学键合而产生对相互运动的阻力。因此，在纳米 世界内，所有的加工都必须在原子尺寸的层面上考虑。纳米加工﹑技术可以使不同材质的材料集成在一起，它既具有芯片的功能，又可以 探测到电磁波﹑光波﹙包括可见光红外线﹑紫外线等﹚信号，同时还能完成计算机的命令。如果将这一集成器件安装在卫星上，可以使卫 星的重量大大地减小。当前人们已经在考虑用「小鸟」卫星部分地代替现有的卫星系统。如果在卫星上用纳米集成器件，小鸟卫星将更小 ，更容易发射，成本也更便宜。

纳米技术的应用

　　著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在60年代就预言：如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，物体就能得到大量的异乎寻常的特性。他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。

　　纳米材料从根本上改变了材料的结构，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开辟了新途径。其应用主要体现在以下七方面：

　　在陶瓷领域的应用

　　随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题，则它将具有高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点。

纳米应用越来越广泛

　　在微电子学上的应用

　　纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理信息的能力，实现信息采集和处理能力的革命性突破，纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心。

　　在生物工程上的应用

　　虽然分子计算机目前只是处于理想阶段，但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用，它将使单位体积物质的储存和信息处理能力提高上百万倍。

　　在光电领域的应用

　　纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。最近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊讶。

　　在化工领域的应用

　　将纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中，则可以有效地遮蔽紫外线。将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中，可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩。纳米微粒还可用作导电涂料，用作印刷油墨，制作固体润滑剂等。

　　研究人员还发现，可以利用纳米碳管其独特的孔状结构，大的比表面（每克纳米碳管的表面积高达几百平方米）、较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。

　　在医学上的应用

　　科研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等。另外，利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展，现在已用于临床动物实验，估计不久的将来即可服务于人类。
研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗。

　　在分子组装方面的应用

　　如何合成具有特定尺寸，并且粒度均匀分布无团聚的纳米材料，一直是科研工作者努力解决的问题。目前，纳米技术深入到了对单原子的操纵，通过利用软化学与主客体模板化学，超分子化学相结合的技术，正在成为组装与剪裁，实现分子手术的主要手段。

　　纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，它将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。