纳米,就在人们刚刚熟悉了计算机和网络,对基因还没弄太明白的时候,这个物理学的老名词带来的新技术,又开始席卷全球。纳米技术的应用将远远超过计算机工业,并成为未来信息的核心。利用纳米技术,将来一台大型计算机的主机都可以压缩放进口袋,随身携带。正如中国著名科学家钱学森所说的那样,纳米将会带来一次技术革命,从而引起21世纪又一次产业革命。
1.纳米技术正迅速改变物质产品生产方式
近年来,纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。令人欣喜的是,我们在纳米研究和开发上与发达国家基本上处在同一起跑线上。中国科学院北京真空物理实验室已能自如地操纵原子,成功地排列“中国”二字和中国地图。触角敏锐的香港安信纳米科技控股先人一步,致力于投资研发纳米技术应用于生物医药工程,其研究的纳米速效抗菌颗粒,已通过香港大学、中国科学院、中国医学科学院、北京大学等权威机构的验证。这种纳米抗菌材料的诞生,开创了纳米技术在生物医药领域实现产业化的先河。
2.纳米技术的研究范畴
“纳米”是“n an om e te r”的译名,即为毫微米,通常用“nm”表示。在物理学中,纳米是长度的单位,1纳米=10-9米。如果做个比较,一纳米只有3个原子那么长。所谓纳米材料,是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度(1~100nm)调制的各种固体超细材料,它包括零维的原子团簇(几十个原子的聚集体)和纳米微粒;一维调制的纳米多层膜;二维调制的纳米微粒膜(涂层);以及三维调制的纳米相材料。纳米材料包括纳米微粒与纳米固体:纳米微粒通常>1nm,需用电子显微镜才能看到;纳米固体系纳米结构材料。尺寸为1~100nm的纳米微粒凝聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维,又分为晶态、准晶态和非晶态三类。
纳米技术是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究和工业化,以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性的技术体系。从1982年扫描隧道显微镜发明至今,纳米材料与纳米科技问世已有近20年的历史,大致完成了材料创新、性能开发阶段,现在正步入完善工艺和全面应用阶段。纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界,它是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物,纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术。
纳米材料由纳米粒子组成。纳米粒子一般是指尺寸在1~100nm间的粒子,处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。纳米尺度空间所涉及的物质层次,从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统,亦非典型的宏观系统,是一种相对独立的中间领域,典型的介观系统。这种基本特性使纳米粒子呈现许多奇异的物理性质、化学性质,出现一些“反常现象”,如金属为导体,但纳米金属微粒在低温下由于量子尺寸效应会呈现电绝缘性;纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍;化学惰性的金属铂制成纳米微粒(箔黑)后,却成为活性极好的催化剂等。