纳 米 科 技

丁福全

前 言

一、纳米与纳米科技的基本概念
二、纳米科技发展的十年
三、“纳米热”
四、纳米技术的应用
五、结束语
参考文献

纳 米 科 技——21世纪高科技三剑客之一

前 言

人类从工业经济向知识经济转变的时代，正好是20世纪和21世纪交替的时候。所以说20世纪是工业经济高度发展的世纪，那么21世纪，则是知识经济如日东升的世纪。知识经济的基本特征预示着21世纪人类经济，乃至整个人类社会，将发生许多深刻的变化，经济发展的持续性，将把人类推向一个新的文明时代。人类的知识，不仅是“重新安排”物质的知识，使之得到充分的发展。重新安排“人类精神”的知识，也将得到更大的发展。

今天，纳米科技开发的大潮正在全球掀起。这是人类科学进步的又一体现，是发展新经济的又一次机遇，是人类创造科技奇迹的又一次大好机会。因此，各国的科技力量云集于这个纳米科技开发的大战场。排好队形，摆开阵势，决战这个战场。有人说，这是一场无硝烟的激战，是一场高科技领域的世界角逐。其科技含量和创造辉煌的程度将超过人类任何一次科技成就。

一、纳米与纳米科技的基本概念

“纳米”是英文namometer的译名。另一种说法“纳米”一词源自于拉丁文“NANO”，意思是“矮小”。纳米是一个度量单位，是一个长度单位。纳米材料构筑的物质，是看不到，摸不着的微细物质。

1纳米，即1nm=10-9m，也就是十亿分之一米，约相当45个原子串在一起的长度，或者说，1个纳米大体上相当于4个原子的直径。如果将1m与1nm相比，就相当于地球与一个玻璃弹球大小相比。人的一根头发直径约为80μm（微米），即80000nm，如果一个汉字写入尺寸为10nm，那么在一根头发丝的直径上就可写入8000字，相当于一篇较长的科技论文容量。

所谓纳米科技是以1~100nm尺度的物质或结构为研究对象的一门新兴学科，就是指通过一定的微细加工方式，按人的意志直接操纵原子、分子或原子团、分子团，使其重新排列组合，形成新的具有纳米尺度的物质或结构，研究其特性，并由此制造新功能的器件、机器以及其它各方面应用的科学与技术。

可见，纳米科技的首要任务就是要通过各种手段，如微细加工技术和扫描探针技术等来制备纳米材料或具有纳米尺度的结构；其次借助许多先进的观察测量技术与仪器来研究所制备纳米材料或纳米尺度结构的各种特性，最后根据其特殊的性质进行有关的应用。所以，从一定程度上讲，纳米材料、纳米加工制造技术以及纳米测量表征技术构成为纳米科技发展的三个非常重要的支撑技术。纳米科技开发领域，主要有：纳米体系物理学、纳米体系化学、纳米材料学、纳米电子学、纳米光子学、纳米机械学、纳米加工制造学、纳米表征测量学及纳米医学，等等。

二、纳米科技发展的十年

追求新鲜和进步是人类文明的动力。纳米科技形成独立学科领域是在20世纪90年代，1990年在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科技会议（Nano I），成立了常设机构——顾问委员会，中国是成员之一。该委员会将纳米科技的研究范围分为6个部分。

纳 米 学 科 分 类

纳米电子学
纳米物理
纳米化学
纳米生物学
纳米机械
纳米测量

1993年8月在莫斯科召开了第二届国际纳米科技会议(Nano Ⅱ)1996年在北京召开了第四届国际纳米科技会议(Nano Ⅳ)。2000年在德国举行了第六届国际纳米科技会议（Nano Ⅵ）。

三、“纳米热”

纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。现今发达国家的主导工业已是以微电子为基础的电子工业，不再是钢铁、材料、能源、化工、交通。目前所有发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研究、开发进行大量的投入，试图抢占21世纪战略技术的制高点。2000年1月，美国克林顿总统在加州理工学院演讲时说：“我们将在原子和分子水平操纵物质。想象一下这样的可能性：材料具有10倍于钢的强度，而重量只有钢的六分之一；把国会图书馆的所有信息压缩进入一个只有一块方糖大小的器件；在肿瘤只有几个细胞大小时就能检测出来” 。

2001年1月18日。中国成立了中国纳米科技指导协调委员会，制订发展中国纳米科技的计划。目前国家已初步规划在北京、上海成立北、南两个研发中心（纳米科技创新基地）。

当前我国纳米科技发展的主要任务是：①加强纳米科技前沿的基础研究和基础性工作；②突破一批纳米科技发展共性关键技术；③开拓纳米材料和器件的应用，培育相关产业；④建设国家纳米科技基础设施和研究开发基地；⑤建设高素质的纳米科技骨干队伍。

纳米材料有什么应用

要回答这个问题，先要说说什么是纳米材料？它有哪些独特的性能？纳米材料的学术定义是：在三维尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。用通俗的话讲：纳米材料是用尺寸只有几个纳米的极微小的颗粒组成的材料。一个纳米是多大呢？只有一米的10亿分之一，用肉眼根本看不到。由于它尺寸特别小，它就产生了两种效应，即小尺寸引起的表面效应和量子效应，即它的表面积比较大，处于表面上的原子数目的百分比显著增加，当材料颗粒直径只有1纳米时，原子将全部暴露在表面，因此原子极易迁移，使其物理性能发生极大变化。一是它对光的反射能力变得非常低，低到<1%；二是机械、力学性能成几倍增加；三是其熔点会大大降低（如金的熔点本是1064℃，但2纳米的金属粉末熔点只有33℃）；四是有特殊的磁性（如20纳米的铁粉，其矫顽力可增加1000倍）。
根据上述原理和特性，纳米材料大致有如下用途：
1． 纳米结构材料:
包括纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷，具有十分优异的机械、力学及热力性能。可使构件重量大大减轻。
2． 纳米催化、敏感、储氢材料：
用于制造高效的异质催化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净化、石油化工、新型洁净能源等领域。
3． 纳米光学材料：
用于制作多种具有独特性能的光电子器件。如量子阱GaN型蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体管等。
4． 纳米结构的巨磁电阻材料：
磁场导致物体电阻率改变的现象称为磁电阻效应，对于一般金属其效应常可忽略。但是某些纳米薄膜具有巨磁电阻效应。在巨磁电阻效应发现后的第6年，1994年IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍。这种材料还可以制作测量位移、角度的传感器，广泛应用于数控机床、汽车测速、非接触开关、旋转编码器中。
5． 纳米微晶软磁材料
用于制作功率变压器、脉冲变压器、扼流圈、互感器等。
6． 纳米微晶稀土永磁材料
将晶粒做成纳米级，可使钕铁硼等稀土永磁材料的磁能积进一步提高，并有希望制成兼备高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料（通过软磁相与永磁相在纳米尺度的复合）。
纳米其实是一种长度单位，1纳米是1米的十亿分之一,相当于十个氢原子一个挨一个排起来的长度。20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。而纳米技术则是指在纳米尺寸范围内，通过直接操纵和安排原子、分子来创造新物质。简单说,纳米世界就是一个微观世界, 纳米技术是我们操纵微观世界要使用的技术。

想象一下，我们可以制造出微型机器人钻进人的血管里去杀灭病菌，可以生产出能在原子上写字的纳米笔，可以创造出能弯曲的陶瓷……纳米的世界丰富多彩，离我们却并不遥远