普及納米知識(shí)推動(dòng)科技進(jìn)步

1、普及納米知識(shí) 推動(dòng)科技進(jìn)步,作者：張家港高級(jí)中學(xué) 倪洪祥0520-8126756郵編：215600,在工業(yè)革命以前，大部分人類生產(chǎn)、科研不需要用到毫米，“毛估估”的做法說明了我們對(duì)這個(gè)世界認(rèn)知的粗淺。,以蒸汽機(jī)等機(jī)械發(fā)明為主要標(biāo)志的第一次工業(yè)革命，將人類認(rèn)知推向毫米層次。,第二次工業(yè)革命，發(fā)明了電，從機(jī)械時(shí)代進(jìn)入微電子時(shí)代，毫米不夠用了，毫米的千分之一———微米誕生了。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微米層次的局限越來越明顯，例如，電腦芯片

2、雖然已越做越小，但即將達(dá)到材料的物理極限，只有進(jìn)入另一個(gè)層次———納米層次，才會(huì)有更大的突破，比如將現(xiàn)在的筆記本電腦變得像手表一樣小，或更小，可以把它固定在紡織品面料上。,正如牛頓力學(xué)只適用于低速的宏觀物體，而高速運(yùn)動(dòng)，只能用相對(duì)論來解釋;在納米層次，許多原來在宏觀尺度上使用的規(guī)律、定理、方式、方法，都將不再適用，世界將從此是另一個(gè)模樣。我們現(xiàn)在所熟悉的“原材料”將是小至納米級(jí)的原子、分子。,那么什么是納米呢？,1納米=十億分之一米,１

3、９５９年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、被認(rèn)為繼愛因斯坦之后最為睿智的理論物理學(xué)家—理查得·費(fèi)因曼教授在加州理工大學(xué)發(fā)表了題為《在底部還有很大空間》的演講。在費(fèi)因曼看來，人類社會(huì)目前的生產(chǎn)方式，總是“從上而下”的，他提出：為什么我們不可以從單個(gè)分子、甚至原子開始出發(fā)，進(jìn)行組裝，達(dá)到我們的要求？……物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子制造物品的可能?！?國(guó)際上公認(rèn)0.1～100nm為納米尺度空間。,德 國(guó) 人 跨 出 第 一 步,美 國(guó) 人

4、拉 開 序 幕,鉛表面的原子世界,１９８１年，德國(guó)科學(xué)家發(fā)明了納米顯微鏡，即掃描隧道顯微鏡（ＳＴＭ）人類從此可以直觀地觀察到單個(gè)原子了。,看得見原子只是第一步！第二步就是要能夠操縱它。 １９９０年，美國(guó)加州ＩＢＭ實(shí)驗(yàn)室，將３５個(gè)氙原子排布成“ＩＢＭ”３個(gè)字母，總面積只有幾個(gè)平方納米，人類第一次實(shí)現(xiàn)了操縱單個(gè)原子，納米科技的序幕拉開了。,江蘇省張家港高級(jí)中學(xué)倪洪祥,在掃描隧道顯微鏡下，科學(xué)家將48個(gè)鐵原子排列在銅表面上，形成一個(gè)圓形圍欄

5、。,量子圍欄,納米齒輪,納米銅具,納米陶瓷,納米軸承,世界上最小的鍵盤,1993年后，我國(guó)科學(xué)家先后操縱原子寫出“中國(guó)”、“原子”、繪出中國(guó)輪廓圖。,納米存儲(chǔ)器,中國(guó),我國(guó)納米科技成果一覽,1993年，中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室操縱原子成功寫出“中國(guó)”二字，標(biāo)志著我國(guó)開始在國(guó)際納米科技領(lǐng)域占有一席之地，并居于國(guó)際科技前沿。,1998年，清華大學(xué)范守善小組成功地制造出直徑為3－50納米、長(zhǎng)度達(dá)微米量級(jí)的氮化鎵半導(dǎo)體一維納米棒，使我國(guó)在國(guó)

6、際上首次把氮化鎵制備成一維納米晶體。,1998年，美國(guó)《科學(xué)》雜志上刊登了我國(guó)科學(xué)家的論文。我國(guó)科學(xué)家用非水熱合成法，制備出金剛石納米粉，被國(guó)際刊物譽(yù)為“稻草變黃金———從四氯化碳制成金剛石?！?近年，中國(guó)科學(xué)院物理研究所解思深研究員率領(lǐng)的科研小組，不僅合成了世界上最長(zhǎng)的“超級(jí)纖維”碳納米管，創(chuàng)造了一項(xiàng)“3毫米的世界之最”，而且合成出世界上最細(xì)的碳納米管。,1999年上半年，北京大學(xué)電子學(xué)系教授薛增泉領(lǐng)導(dǎo)的研究組在世界上首次將單壁碳納米

7、管組裝豎立在金屬表面，并組裝出世界上最細(xì)且性能良好的掃描隧道顯微鏡用探針。,1999年，中科院金屬研究所成會(huì)明博士合成出高質(zhì)量的碳納米材料，使我國(guó)新型儲(chǔ)氫材料研究一舉躍上世界先進(jìn)水平。,不久前，中科院金屬研究所盧柯博士率領(lǐng)的小組，在世界上首次直接發(fā)現(xiàn)納米金屬的“奇異”性能—超塑延展性，納米銅在室溫下竟可延伸50多倍而“不折不撓”，被譽(yù)為“本領(lǐng)域的一次突破”。,先是納米管，接著納米線，現(xiàn)在留美的三位中國(guó)科學(xué)家又為納米世界迎來一位新客人——

8、“納米帶”。這是世界上首次發(fā)現(xiàn)并合成出半導(dǎo)體氧化物的納米級(jí)帶狀結(jié)構(gòu)材料。,研究人員現(xiàn)在已經(jīng)成功開發(fā)出氧化鋅、氧化錫、氧化銦、氧化鎘和氧化鎵的“納米帶”。并預(yù)測(cè)整個(gè)半導(dǎo)體金屬氧化物都可能制造出“納米帶”。這項(xiàng)成果刊登在2001年4月8日出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志上。,利用金屬氧化物制造出10至15納米厚、30至300納米寬的新材料。這種材料有可能制造出價(jià)格便宜的超微感應(yīng)器和元件。 “這是納米技術(shù)中非常重要的一個(gè)研究領(lǐng)域。如果我們能夠成功地開發(fā)

9、出其應(yīng)用方法，將可能引發(fā)納米級(jí)感應(yīng)器和功能設(shè)備的巨大進(jìn)步，制造出能耗低敏感度高的產(chǎn)品?！?納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展前景,納米器件有可能成為未來保衛(wèi)人類健康的一支忠實(shí)可靠的“衛(wèi)隊(duì)”。,(1)納米生物傳感器：用于監(jiān)測(cè)、收集、播送體內(nèi)細(xì)胞的健康狀態(tài)和病變信息；,(2)納米藥物存儲(chǔ)器(藥泵)：用于存儲(chǔ)、運(yùn)輸指定存儲(chǔ)的藥物，并按指定的部位存放，即定點(diǎn)給藥，其體積可達(dá)數(shù)個(gè)微米；,⑶納米生物導(dǎo)彈：直接用于治療各種細(xì)胞水平的疾病，對(duì)病變組織有親和力，

10、對(duì)病變細(xì)胞有殺傷力，可特異性地殺滅腫瘤細(xì)胞；,(4)納米細(xì)胞修復(fù)器：用于修復(fù)細(xì)胞內(nèi)的各種病變，如線粒體、細(xì)胞核的病變；,(5)納米細(xì)胞監(jiān)督器：用于監(jiān)視免疫細(xì)胞、白細(xì)胞等細(xì)胞正常功能的發(fā)揮；,(6)納米細(xì)胞清掃器：幫助清除體內(nèi)的代謝廢物以及外界進(jìn)入體內(nèi)的有害物質(zhì)；,(7)納米細(xì)胞檢疫器：巴西和美國(guó)科學(xué)家最近發(fā)明了世界上最小的“秤”，能夠稱量10 克的物體，即相當(dāng)于一個(gè)病毒的重量。利用納米“秤”可稱出不同病毒的重量，可以發(fā)現(xiàn)新的病毒。可定

11、點(diǎn)于口腔、咽喉、食道、氣管等外界開放的部位，以充當(dāng)“檢疫”。,-9,目前，納米技術(shù)已廣泛應(yīng)用于光學(xué)、醫(yī)藥、半導(dǎo)體、信息通訊，一年的營(yíng)業(yè)額已經(jīng)達(dá)到５００億美元。有預(yù)測(cè)說，到２０１０年，納米技術(shù)的市場(chǎng)容量將達(dá)１４４００億美元。,納米電子學(xué)將使量子元件代替微電子器件，巨型計(jì)算機(jī)就能裝入口袋里；通過納米化，易碎的陶瓷可以變成韌性的，成為一種重要材料；世界上還將出現(xiàn)１微米以下的機(jī)器甚至機(jī)器人；納米技術(shù)還能給藥物的傳輸提供新的方式和途徑，對(duì)基因進(jìn)行

12、定點(diǎn)等。,中國(guó)納米科技中心理事會(huì)理事長(zhǎng)白春禮院士說，目前，我國(guó)納米科技的研究工作主要集中在納米材料的合成和制備、掃描探針顯微學(xué)、納米電子學(xué)以及少量納米技術(shù)的應(yīng)用等方面。 在納米科技中心的實(shí)驗(yàn)室里，防水防油的領(lǐng)帶、吸水性強(qiáng)的化纖織物、具有自潔功能的空調(diào)和冰箱、性能超常的納米粉體材料等研究成果，已引起了各界人士極大興趣。,所以說：“如果僅僅將納米技術(shù)等同于納米材料，那就太狹隘了”。,“如果僅僅將納米看成一種時(shí)尚、潮流，那就太短淺了”。,它

13、是一場(chǎng)認(rèn)知的革命，會(huì)產(chǎn)生雷霆萬鈞的力量，徹底改變?nèi)祟惖恼麄€(gè)生存狀態(tài)、生產(chǎn)方式，它是一把雙刃劍，只是更為鋒利-----納米熱全球 只是時(shí)間問題。,納米科技的終極目標(biāo)，是按人的意愿，操縱單個(gè)原子、分子，構(gòu)建納米級(jí)的具有一定功能的器件或產(chǎn)品。,現(xiàn)在人們的生產(chǎn)模式，是從大到小，從上到下的，比如造一個(gè)櫥，要從粗木到木材到成品，造電腦，從半導(dǎo)體硅片，經(jīng)過切、割、刻、蝕、滲雜等許多步驟，變成電子元器件，這個(gè)過程，原材料浪費(fèi)大、能耗大。,而納

14、米技術(shù)，就是要做到，從小到大，從下到上。要什么東西，將分子、原子搭起來，就是什么東西，原材料浪費(fèi)為零，能耗降到極低，徹底從技術(shù)上解決了環(huán)保問題。 　　納米技術(shù)將極大地提高人類儲(chǔ)存、處理信息的能力。相對(duì)于同等體積、重量的微電子芯片，按納米結(jié)構(gòu)做成的納電子芯片可儲(chǔ)存１００萬至１０００萬倍的信息量。,如果我們將因特網(wǎng)技術(shù)和納米技術(shù)結(jié)合起來，將來我們從因特網(wǎng)上不僅能下載軟件，而且能下載具有特定功能的硬件——例如納米傳感器。比如我需

15、要一個(gè)手機(jī)，通過因特網(wǎng)告訴企業(yè)我的需求，對(duì)方根據(jù)我的需求設(shè)計(jì)出相應(yīng)軟件，通過因特網(wǎng)指揮一個(gè)“納米盒”（比如類似于打印機(jī)大小的個(gè)性化工廠，如納米操縱器）工作，我們所要做的，就是將需要的原子、分子“原料”放進(jìn)去，就可能進(jìn)行因特網(wǎng)生產(chǎn)。那么，企業(yè)的生產(chǎn)成本就大大降低，僅僅是腦力勞動(dòng)成本，同時(shí)產(chǎn)品又可大量復(fù)制！到時(shí)候，從事直接物質(zhì)生產(chǎn)的工人大大減少，人類就主要從事科學(xué)研究，以及藝術(shù)活動(dòng)了.“這是我們?nèi)祟惖膲?mèng) 想！”,世界范圍內(nèi)已經(jīng)興起了納米技

16、術(shù)的熱潮，美國(guó)、日本、德國(guó)都把納米技術(shù)視作21世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)之一，并作為國(guó)家的戰(zhàn)略發(fā)展項(xiàng)目。我國(guó)在這一領(lǐng)域有領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)，如何把技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，各級(jí)政府部門都有義不容辭的責(zé)任。迄今為止，由于認(rèn)識(shí)上的差距，我國(guó)目前僅有10多條納米材料和技術(shù)的生產(chǎn)線，以納米材料和納米技術(shù)注冊(cè)的公司近100個(gè)，但都是剛起步且規(guī)模小。我們能否以非凡的魄力來發(fā)展納米產(chǎn)業(yè)，為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。,從古文明到工業(yè)革命；從蒸汽機(jī)到微電子技術(shù)的普遍應(yīng)用

17、；從蔡倫造紙到今天的無紙化辦公--------我們?nèi)祟惤?jīng)歷了一場(chǎng)又一場(chǎng)思想的革命，生產(chǎn)和生活方式的巨大變革----,而今納米時(shí)代正向我們走來,我們?nèi)祟悓㈤_始?jí)粢话愕纳?--,納米技術(shù)將是21世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)！,遠(yuǎn)景——— 美得像天方夜譚,努力吧，為了我們的夢(mèng)！,歡迎訂購(gòu)思想前衛(wèi)，全套《倪洪祥高中地理多媒體教學(xué)1.0版》.適合教師上好每一堂公開課,適合學(xué)生學(xué)好全部的新高一地理課程!,美國(guó)一家公司預(yù)測(cè)納米技術(shù)發(fā)展將經(jīng)歷５個(gè)階段：第

18、一階段是要準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在１００個(gè)以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)；第二階段是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)；第三階段是大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能；第四階段是納米計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)；第五階段是研制出能夠制造動(dòng)力源與程序自動(dòng)化的元件和裝置。這家公司預(yù)計(jì)在未來１０年內(nèi)，納米技術(shù)可能發(fā)展到 “第三階段”，超越“量子效應(yīng)障礙”的技術(shù)，從而達(dá)到實(shí)用化水平。,諾貝爾獎(jiǎng)獲得者海·羅雷爾說，“未來將屬于那些明智接受納米，并且首先學(xué)習(xí)和使用它的國(guó)家?！?敬請(qǐng)關(guān)注,