登陆注册
45100200000003

第3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,而是迈入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入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”入许多传统材料中,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”入纳米微粒的水泥、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。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495亿美元。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入细胞中,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
  • 生活的科学

    生活的科学

    科学早已渗入我们的日常生活,并无时不刻的影响和改变我们的生活,我们渴望我们的生活更加幸福、更加快乐……生活中处处有科学,科学魅力无处不在。本书分居住的科学、交通的科学、饮食的科学、穿着的科学、生活中的高新技术五部分内容。
  • 图文科普-地球的威力

    图文科普-地球的威力

    本书主要讲了地球概述、地形地貌、地质威力、海洋威力、气候威力这五大方面的内容。本书以图文并茂的编排形式为读者展示出更广阔的认知视野。
  • 《地理知识篇》(下)

    《地理知识篇》(下)

    人类社会已经进入一个崭新的新世纪,科学技术正以人类意想不到的发展速度深刻地影响并改变着人类社会的生产、生活和未来。
  • 必知的航天科技(青少年科技爱好培养)

    必知的航天科技(青少年科技爱好培养)

    科学是人类进步的第一推动力,而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代,社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高,为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机,大力普及科学知识,传播科学精神,提高青少年的科学素质,是我们全社会的重要课题。
  • 新编科技知识全书:动物之美与人类情感

    新编科技知识全书:动物之美与人类情感

    动物分为哺乳动物,爬行动物和昆虫等。最古老的哺乳动物是一种体型较小、长约12厘米、类似鼩鼱晴的动物,接近于今天的单孔类,它们最早出现在距今约2.2亿年的三叠纪。它们是3亿年前被称为单孔类爬行动物的后裔。这些原始的哺乳动物在侏罗纪和白垩纪(2.08亿年前至6500万年前)进化为不同的类群。绝大多数早期哺乳动物是肉食性的,但也有一些以植物为食,如鼠、河狸等生活在树上的多节类动物。今天的有袋类、食虫类和灵长类动物最早出现在白垩纪(1.45亿年前至6500万年前)。恐龙在白垩纪末期灭绝后,这些更加现代的哺乳动物扩散至每一块大陆,进化为数以千计的新物种。
热门推荐
  • 狂帝追妻:爆宠小萌妃

    狂帝追妻:爆宠小萌妃

    高考理科状元,一朝穿越,成了墙角蹲的小傻姑。路上捡了个小乞丐,结果是流落民间的太子爷。抓了一只大鸟来烤,竟然是神鸟凤凰。包扎个伤口,却撕了王爷的底裤。本来买块地要当个小财主,最后万民拥戴成女王。她咆哮:你们古代人真会玩!!她真的只想很低调。
  • 这个农女有点懒

    这个农女有点懒

    一朝穿越,白梓手握空间大神器。你以为她从此发家致富,当上小地主,坐拥美男?不、不、不,白梓表示自己没那么勤快,混吃等死是她最高的生活理想……
  • 华庭觅迹

    华庭觅迹

    五千万年前,北陨帝君凭借自身所有的修为,令将灾难带到八荒四海的魔尊魂飞魄散!但也陷入了沉睡,至于沉睡在哪里,谁也不知.。一千万年后,四海八荒已再次重塑,又过了大概四千万年,神族公主白兮也恰好到了适婚的年龄,天君已为白兮定好了婚约。但白兮不喜,当天夜里,便出逃了...(绝对宠,绝对1v1!纯!)注:女主是从现代穿越来的!!
  • 不期而遇是蓄谋已久

    不期而遇是蓄谋已久

    今日报道:某少女因为手欠,意外的穿越到千年之前,遇到一个脑洞清奇的少年,意外卷入一场逃不掉的局里面,忽然之间,身边就变得危机重重,为了回家的她,能否渡过这场危机?敬请期待本书……————分割线好吧原谅我不会写简介,本人文笔较渣,本质鸽子,且行且珍惜吧?
  • 泉河湾的故事

    泉河湾的故事

    本书围绕豫东大地泉河镇曾家庄的曾老憨一家五子一女一家人的悲欢离合,恩怨情仇,人情冷暖,个人发展变化等等,反映了十一届三中全会以来,特别是改革开放以来广大农村、农民的生活,精神变化,全文白描手法,朴素易懂,繁华落尽见真情。
  • 星空战鹰

    星空战鹰

    李易龙,一个待业大学生,在睡梦中穿越到了另一个星际时空,重生在一位飞行少校身上,悲催的是刚重生,就发现剧情急转直下被发配到边疆,金手指呢?无敌主角光环呢?
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 大话西游之受十戒文

    大话西游之受十戒文

    话说,唐僧师徒四人历经千山万水抵达西方极乐世界,向如来取得真经。但还有一经——非佛非道,非神非魔。乃——人,人性。齐天大圣与白婉离的红尘之情!
  • 凡人意识

    凡人意识

    什么是意识?是所有生物都拥有意识,还是人类独有?察觉杀气果断反杀,遭遇GANK提前离开,意识存在万物之间。在不断萎缩的世界反面,少年背负起旧神的灵龛,从灰暗的历史中走了出来,决定带给凡人们新生。
  • 三国任我游

    三国任我游

    羽扇纶经,智绝天下,笑谈天下之事。指点江山,雄韬武略,观天下英雄,谁人能比。