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　　纳米技术

　　纳米是长度单位，原称毫微米，就是10的-9次方米（10亿分之一米）。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范畴内材料的性质和应用。从具体的物资说来，人们往往用细如发丝来形容纤细的东西，实在人的头发一般直径为20-50微米，并不细。单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径为5微米，也不算细。极而言之，1纳米大体上相当于4个原子的直径。 纳米技术包括下列四个重要方面：

　　⒈纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个规模空间，物质的性能就会产生突变，呈现特殊性能。这种既具不同于本来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特别性能构成的材料，即为纳米材料。假如仅仅是尺度到达纳米，而没有特别性能的材料，也不能叫纳米材料。过往，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，经常疏忽这个中间领域，而这个领域实际上大批存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范畴的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发明：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失往原来的性质，表示出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

　　⒉纳米动力学，重要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和履行器、光纤通信系统，特种电子装备、医疗和诊断仪器等.用的是一种相似于集成电器设计和制造的新工艺。特色是部件很小，刻蚀的深度往往请求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制造三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。固然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

　　⒊纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的实验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精致结构等。有了纳米技术，还可用自组装方式在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。

　　⒋纳米电子学，包含基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子把持和原子组装等。当前电子技术的趋势请求器件和体系更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的Zui后疆界，它的影响将是宏大的。

　　在1998年的四月，总统科学技术参谋，Neal Lane 博士评论到，如果有人问我哪个科学和工程领域将会对未来产生突破性的影响，我会说该个启动打算树立一个名为纳米科技大挑衅机构，赞助进行跨学科研究和教导的队伍，包括为长远目的而建立的中心和网络。一些潜在的可能实现的突破包括：

　　把全部美国国会图书馆的材料紧缩到一块像方糖一样大小的设备中，这通过提高单位表面储存才能1000倍使大存储电子设备储存才能扩展到几兆兆字节的程度来实现。由自小到大的方式制造材料和产品，即从一个原子、一个分子开端制造它们。这种办法将节俭原材料和下降污染。生产出比钢强度大10倍，而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便，更省燃料的陆上、水上和航空用的交通工具。通过极小的晶体管和记忆芯片几百万倍的提高电脑速度和效力，使今天的奔跑?处置器已经显得十分慢了。运用基因和药物传送纳米级的mri对比剂来发明癌细胞或定位人体组织器官去除在水和空气中Zui细微的污染物，得到更干净的环境和可以饮用的水。提高太阳能电池能量效力两倍。

　　纳米技术（纳米科技nanotechnology）

　　纳米技术实在就是一种用单个原子、分子制作物资的技术。

　　从迄今为止的研讨状态看，关于纳米技术分为三种概念。第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《发明的机器》一书中提出的分子纳米技巧。依据这一概念，可以使组合分子的机器适用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制作出任何种类的分子构造。这种概念的纳米技术未取得重大进展。

　　第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是由于，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的尽缘膜的为得极薄，这样将损坏尽缘后果。此外，还有发热和晃动等问题。为懂得决这些问题，研究职员正在研究新型的纳米技术。

　　第三种概念是从生物的角度动身而提出的。原来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。

　　所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的活动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，明显地表示出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。

　　纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的辽阔领域。

　　纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包含微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深刻，人们认识、改革微观世界的程度提高到前所未有的高度。我国有名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。

　　固然间隔应用阶段还有较长的间隔要走，但是由于纳米科技所孕育的极为辽阔的应用远景，美国、日本、英国等发达国家都对纳米科技给予高度器重，纷纭制订研究打算，进行相干研究。

　　米技术是20世纪90年代呈现的一门新兴技术。它是在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内，研究电子、原子和分子活动规律和特性的崭新技术。

　　当空间尺度足够小的时候，以分子或者更小的单位排列的时候，就会发明很多比现实世界更为奇怪的事情。 这是由于运用纳米技术之后，分子或者原子等粒子的结构会产生很大的转变，当然也就会发生更多的本来不具备的特征。

　　比如说 应用纳米技术之后，衣服脏了只须要用净水洗一下就清洁了， 比如玻璃杯摔不坏， 当然这是普通的日常生涯的运用。

　　对于高真个技术来讲，纳米技术更为主要。纳米技术在 超导的运用方面，集成电路的发展方面都具有重要的位置。 例如后者，大家都知道CPU是一种超大范围的集成电路，现在很广泛的P4技术是应用 0.09微米的工艺来书写的；当然CPU的集成度还需要进步，运算速度还需要提高级等，这就请求在电路已经到达极限的情形下更注意电路的宽度的提高了。未来CPU的发展还须要依附纳米技术来改良和提高了。

　　纳米技术是一种新型技术，它是树立在微观的技术基本之上的，所以须要投入的资金和技术都是非常大的，但是一旦达到产业生产之后它所发明的产值往往是异常丰盛的。

　　纳米科技及其发展前景 　宣布人：admin 宣布时光：2005-05-10 作者： 　　　纳米科技是在20世纪80年代末、90年代初逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有产业领域发生一场革命性的变更。目前所有发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研发进行大批投入，试图抢占这一21世纪科技战略制高点。关注纳米科技的进展，尽快组织和安排我国纳米科技的发展计划，对我国新世纪的发展影响深远。

　　纳米科技的意义与发展进程

　　纳米科技的定义

　　　　假如将人类所研究的物质世界对象用长度单位加以描写，我们可以得到人类智力所延长到的物质世界的范畴。目前人类能够加以研究的物质世界的Zui大尺度是1025米（约10亿光年），这是我们观测到的宇宙大致规模。人类所研究的物质世界的Zui小尺度为10-19（10万阿米）。

　　　　纳米是毫米的1/1000000。原子的直径在0.1-0.3个纳米之间。研讨小于10-10米以下的原子内部构造属于原子核物理、粒子物理的范围。

　　　　纳米科技是指在纳米标准（1纳米到100纳米之间）上研究物资的特性和相互作用，以及应用这些特征的多学科交叉的科学和技术。

　　　　当物质小到1至100纳米（10-9-10-7米）时，由于其量子效应、物质的局域性及宏大的表面及界面效应，使物质的很多性能产生质变，浮现出很多既不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇怪现象。纳米科技的终极目的是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表示出来的新鲜的物理、化学和生物学特征制造出具有特定功效的产品。

　　纳米科技概念的提出与发展

　　　　Zui早提出纳米尺度上科学和技术问题的是有名物理学 家、诺贝尔奖获得者查德.费曼。1959年他在一次有名的演讲中提出：假如人类能够在原子/分子的尺度上来加工材料、制备装置，我们将有很多激动听心的新发现。他指出，我们需要新型的微型化仪器来把持纳米结构并测定其性质。那时，化学将变成根据人们的意愿逐个地正确放置原子的问题。

　　　　taniguchiZui早应用纳米技术（Nanotechnology）一词描写精致机械加工是在1974年。70年代后期，麻省理工学院德雷克斯勒教授倡导纳米科技的研究，但当时多数主流科学家对此持猜忌态度。

　　　　纳米科技的敏捷发展是在80年代末、90年代初。80年 代初发现了费曼期看的纳米科技研究的重要仪器-扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（afm）等微观表征和把持技术，它们对纳米科技的发展起到了积极的增进作用。与此同时，纳米尺度上的多学科交叉展示了伟大的性命力，敏捷形成为一个广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美尔巴尔的摩与第五届国际扫描隧道显微学会议同时召开，《纳米技术》与《纳米生物学》这两种国际性专业期刊也相继问世。一门崭新的科学技术--纳米科技从此得到科技界的普遍关注。

　　为什么会出“纳米热”？

　　　　德国科学技术部早在1996年就对纳米技术市场做了预 测，估量到期2010年能到达14400亿美元。美国《贸易周刊》将纳米科技列为21世纪可能取得主要突破的3个范畴之一（其它两个为性命科学和生物技术、从外星球获得能源）。从 来1999年开端，美国政府决议把纳米科技研究列进21世纪 前10年11个要害领域之一。

　　　　纳米科技的陡然升温不仅仅是标准的缩小问题，本质是 由于纳米科技在推动听类社会发生宏大变更方面所具有的重 要意义所决议的。

　　　　纳米科技将促使人类认知的革命。纳米科技是多学科交叉融会性质的集中体现，我们已不能将纳米科技回为任何一门传统的学科领域。对于还比拟生疏的纳米世界中的尚待揭示的科学问题，科学家有着极大的好奇心和摸索愿望。而一旦在这一领域摸索进程中形成的理论和概念在我们的生产生涯中得到广泛的应用，那么，它将极大地丰盛我们的认知世界并给人类社会带来观念上的变革。同时纳米科技推进产品的微型化、高性能化和与环境友爱化，将极大地节俭资源和能源，减少人类对它们的过火依附，并增进生态环境的改良。这将在新的层次上为人类可连续发展供给物质和技术保证。

　　　　纳米科技将引发一场新的产业革命。由于量子效应，微电子器件的极限线宽一般以为0.07微米(70纳米)。依据美国半导体工业协会预计，到2010年半导体器件的尺寸将达到点0.1微米(100纳米),这正好是纳米结构器件的Zui大长度。小于这一尺寸，所有的芯片需要依照新的原理来设计。为了突破信息产业发展的瓶颈，必需研究纳米尺度中的理论问题和技术问题，树立适应纳米尺度的新的集成方式和技术尺度。在这一尺度上制造出的计算机的运算和存储才能将比目前微米技术下的盘算机性能呈指数倍的提高，这将是对信息产业和其它相干产业的一场深入的革命。同样，性命科技也面临着在纳米科技影响下的变更。所以，人们以为纳米科技是末来信息科技与生命科技进一步发展的共同基本。正如美国《新技术周刊》指出：纳米技术是21世纪经济增加的一个重要的动员机，其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。

　　　　纳米科技也将促使传统产业的“旧貌换新颜”。比如纳 米资料的研讨，在化纤制品中参加纳米微粒，可以除味、杀 菌。通过纳米技术的应用，使建筑物外墙涂料的耐洗刷性由 本来的1000次进步到10000多次，老化时光也延伸了两倍多。这种对传统资料进行纳米改性的技巧，企业利用的投进不大，而且市场远景辽阔。

　　　　但是我们也应当看到，纳米科技作为国际刚刚兴起的一 门新兴的学科领域，有很多重大的基本问题还未解决，其全 面走向应用尚需时日。因此，对于“纳米热”应予准确领导， 防止将纳米科技的概念俗气化。

　　纳米科技的研究领域

　　　　由于纳米科技的多学科交叉性质，它的研究对象涉及诸多领域，它的基础研究问题又往往与应用密不可分。我们可以依据纳米科技与传统学科领域的联合而细分为纳材料学、纳电子学、纳生物学、纳化学、纳机械学与纳加工等，但这种与学科紧密接洽的分类方法，无法简略便捷地勾画纳米科技的大致轮廓，各类之间又有交叉和重叠。为了对纳米科技有直观的懂得，在此先容纳米科技中有代表性的纳米材料、纳米器件、纳米检测与表征这三类功用性很强的研究领域。

　　纳米材料

　　　　纳米材料是纳米科技发展的重要基础。它是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度水平，并且具有特殊性能的材料。其主要类型为：纳米颗粒与粉体、纳米碳管和一维纳米材料、纳米块材、纳米薄膜、纳米块材。纳米材料由于其结构的特殊性，决议了纳米材料涌现许多不同于传统材料的奇特性能，进一步优化了材料的电学、热学及光学性能。

　　纳米器件

　　　　纳米科技的终极目标是以原子、分子为出发点，往制作具有特别功效的产品。因此，纳米器件的研制和利用程度是进进纳米时期的主要标记。

　　　　纳电子学的目的是集成电路的几何结构进一步缩小，超出目前发展中碰到的极限，因而使得功能密度和数据通过量率达到新的水平。

　　　　科学家盼望通过生物学的研究，进一步控制在纳米尺度上应用生物学原理制造生物分子器件，目前，在纳米化工厂、生物传感器、生物分子盘算机、纳米分子马达等方面，科学家都做了重要的尝试。

　　纳米结构的检测与表征

　　　　为在纳米尺度上研究材料和器件的结构及性能，发现新现象，发展新办法，发明新技术，必需建立纳米尺度的检测与表征手腕。这包括在纳米尺度上原位研究各种纳米结构的电、力、磁、光学特性，纳米空间的化学反映过程，物理传输过程，以及研究原子和分子的排列、组装与奇怪物性的关系。

　　　　扫描探针显微镜（SPM）的呈现，标记着人类在对微观尺度的摸索方面进入到一个全新的领域。作为纳米科技重要研究手腕的SPM也被形象地称为纳米科技的“眼”和“手”。

　　　　所谓“眼睛”，即可应用SPM直接察看原子和分子以及纳米粒子的相互作用与特性。

　　　　所谓“手”，是指SPM可用于移动原子和结构纳米结构，同时为科学家供给在纳米尺度下研究新现象、提出新理论的渺小试验室。

　　纳米科技远景的展看

　　材料和制备

　　　　在纳米标准上，通过准确地把持尺寸和成份来合成材料单元，制备更轻、更强和可设计的材料，同时具有长寿命和低维修用度的特色；以新原理和新构造在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料，生物材料和仿生材料，实现材料损坏进程中纳米级损伤的诊断和修复。

　　微电子和计算机技术

　　　　纳米结构的微处置器的效力将提高100万倍，并实现兆兆比特的存储器（提高1000倍）；研究集成纳米传感器系统。

　　环境和能源

　　　　发展绿色能源和环境处置技术，减小污染和恢复被损坏的环境；制备孔径1纳米的纳孔材料作为催化剂的载体，有序纳孔材料和纳米膜材料（孔径10-100纳米）用来打消水和空气中污染；成倍的提高太阳能电池的能量转换效率。

　　医学和健康

　　　　纳米技术将给医学带来变更，纳米级粒子将使药物在人 体内的传输更为便利，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入 人体后，可自动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；在人 工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排挤反映；研究耐 用的与人体友爱的人工组织、器官复明和复聪器件；疾病早 期诊断的纳米传感器系统。

　　生物技术

　　　　在纳米尺度上依照预定的对称性和排列制备具有生物活 性的蛋白质、核糖核酸等，在纳米材料和器件中植入生物材 料使其兼具生物功效和其它功能，生物仿生化学药品和生物 可降解材料；动植物的基因改良和治疗，测定DNA的基因芯 片等。

　　航天和航空

　　　　纳米器件在航天范畴的应用，不仅增添有效载荷，更要 的是使耗能指标成指数倍的下降。这方面的研究内容还包含：研制低能耗、抗辐照、高性能盘算机，微型航天器用纳米集成的测试、把持仪器和电子装备，抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料。

　　国度安全

　　　　由于纳米技术对经济社会的普遍渗透性，拥有纳米技 术知识产权和普遍利用这些技术的国家，将在国度经济安 全和国防安全方面处于有利位置。通过先进的纳米电子器 件在信息把持方面的运用，将使部队在预警、导弹拦阻等 范畴快速反映；通过纳米机械学，渺小机器人的应用，将 提高军队的机动性和加强战役的有效性；用纳米和微米机 械装备节制，国家核心防卫体系的性能将大幅度进步；通 过纳米资料技巧的应用，可使兵器设备的耐腐化性、吸波 性和隐藏性大大提高，可用于舰船、潜艇和战役机等，spm。

　　　　附： 白春礼，1953年9月诞生。现任中国科学院副院长。中国科学院院士、第三世界科学院院士。

　　　　1978年北京化学系毕业，1985年获中国科学院博士学 位，1985-1987年在美国加州理工学院作博士后和拜访学 者，1991-1992年任日本东北大学客座教授。先后从事过高分子催化剂的结构与物性、有机化合物的X-射线晶体结构、分子力学和导电高聚物的EXAFS等研究。从80年代中期开端转入到新兴的前沿领域-扫描隧道显微学的研究。研制胜利扫描探针显微镜（SPM）系列。率领科研职员应用SPM体系地研究了一些有机和生物材料的表面结构和性能，并在纳米科技方面有首创性的工作。多次获国度科技提高奖，中国科学院科技提高奖和自然科学奖。所着《扫描隧道显微术及其应用》获1993年中国图书奖和1995年优良科技图一等奖。被授予国家级有突出贡献的中青年专家、中国十大出色青年等声誉称号。


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