纳米技术的机理是什么?
我国科学家在世界上首次直接发现了纳米金属——室温超塑性的“奇特”性能:纳米铜“能弯曲和拉伸”50倍以上,“百折不挠”,因此在各国同行中脱颖而出。随着21世纪的到来,纳米技术领域已经开始了一场无声的“战争”。
自从扫描隧道显微镜发明以来,国际上就出现了一门以0.1 ~ 100 nm的标尺为研究对象的前沿学科,这就是纳米技术。纳米技术以其前所未有的分辨率为人类展现了一个原子和分子的可视世界。这项技术的最终目标是直接从原子和分子中构造出具有特定功能的产品。
事实上,自20世纪90年代初以来,纳米技术发展迅速,新的术语和概念不断出现,如纳米电子学、纳米材料、纳米力学、纳米生物学等。当时有科学家预言,纳米时代即将到来,其未来应用将远远超过计算机行业,也将成为未来信息时代的核心。正如我国著名科学家钱学森所说,纳米技术将带来一场技术革命,这场技术革命将导致21世纪的又一次工业革命。
纳米技术源于这样一种机制,当材料被加工到纳米级的技术状态时,这种材料的物理化学性质会发生意想不到的变化,主要表现在强度、韧性、比热、电导率、扩散率、磁化率和电磁吸收等方面。纳米技术制造出各种具有“特殊功能”的新材料。将这种新材料添加到产品中,可以使产品表现出意想不到的新特性。科学家向我们展示了若干年后的蓝图:纳米电子学将使量子元件取代微电子器件,巨型计算机也可以放在口袋里;通过纳米技术,通常易碎的陶瓷也可以变得坚韧,成为重要的材料;巨大的机器或机器人会变成1微米以下;纳米技术也为药物输送、基因定位等提供了新的途径和手段。
以微电子技术为代表的微米技术不仅已经而且正在对世界产生深远的影响。比微米更深入微观世界的纳米,将引领人们进一步掌握物质规律,掌握改造微观世界的武器。?现在纳米技术广泛应用于光学、医学、半导体、信息和通讯等领域。仅这些领域的营业额明年就将达到500亿美元。据预测,到2010年,nano的市场容量将达到14400亿美元。纳米技术将颠覆目前孕育着巨大商机的产业结构。
因为纳米技术的出现,从大西洋到太平洋,从日本到欧洲,一些国家已经开始制定相关战略和计划,都在准备投入巨资抢占纳米技术的战略高地。例如,日本成立了纳米材料研究中心,还将纳米技术纳入新五年科技基本计划的研发重点;德国将纳米技术列为21世纪科学研究和创新的战略领域,成立了19研究机构研究纳米技术。美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心。单就经费而言,美国政府部门对纳米技术研究的投入将从1.997美元以上增加到2006年的近5亿美元,5438+0,试图像微电子一样垄断该领域的地位。“纳米热”一下子传遍了全世界。
当然,我们中国也非常重视纳米技术。钱学森很久以前就指出:“我认为纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科学发展的重点,这将是21世纪的一次技术革命和又一次工业革命。”纳米技术被列入中国863计划,取得突破性成果,从在国际上首次将氮化镓制备成一维纳米晶,到合成出世界上最长的“超级纤维”碳纳米管;从组装世界上最薄、性能最好的扫描隧道显微镜探针,到制备世界上最小、直径仅0.5纳米的碳纳米管;从合成高质量储氢碳纳米材料到获得点直径1.3 nm的超高密度信息存储材料...中国在这一最活跃的前沿科学领域取得了一系列举世瞩目的成就,从而确立了中国在这一领域的领先地位。
为进一步提高在纳米技术领域的竞争力,中科院将纳米材料的研发列入知识创新试点工程首批20个重大项目,先后投入2000多万元给予大力支持。纳米研究的专门机构中国科学院纳米技术研究发展中心也在筹备中。同时,作为国家科技部门,科技部于去年启动了纳米材料国家重点基础研究项目。
截至目前,我国已建成纳米复合塑料、橡胶、纤维的改性,纳米功能涂层材料的设计与应用,纳米材料在能源和环保领域的应用等纳米材料与技术生产线10多条。有近65,438+000家公司注册了纳米材料和纳米技术。企业家对纳米材料和技术的关注,为纳米技术产业的形成注入了新的活力。
当然,纳米热也有冷思想。中国科学院副院长白春礼说:“尽管中国科学家在碳纳米管和纳米材料的几个领域取得了一些优秀的研究成果,但中国纳米技术的整体水平仍远远落后于美国、日本和欧洲。”因此,面对未来,中国科学家充满了使命感和紧迫感。国家重点基础研究机构Nano表示:“纳米材料的应用和发展提供了千载难逢的机遇。机不可失,时不再来,我们必须抓住这个机会。”。对于这场世界性的跨世纪竞赛,中国的科学家呼吁,我们不能再像审查子技术那样落后于其他国家。应在国家层面确定纳米技术的发展战略,制定我国纳米技术的发展规划。坚持“有所为,有所不为”的原则,突出重点,加强支持,兼顾基础研究、应用研究和发展研究的协调发展。
我们对纳米技术的了解还远远不够,但是科学家坚信,随着对纳米技术的进一步了解,人类的生活将会发生深刻的变化。科学家坚信纳米的未来不是梦。
21世纪被称为“光的时代”、“高信息时代”、“生物工程时代”,但其技术的关键是量子效应。因此,纳米技术可能引起计算机革命、光革命甚至生物工程革命,其影响将不亚于用电代替蒸汽。21世纪,一个纳米决战的时代。