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什么是纳米技术?

大科学 ransiwen 2年前 (2016-11-02) 461次浏览 已收录 0个评论

纳米技术(nanotechnology)是一门多学科的综合性科学,它着眼于使我们可以在分子和原子水平处理物质。要做到这一点,工作要在纳米尺度(nanoscale)内进行——这个尺度如此之小,以至于用光学显微镜也无法观测到。事实上,一纳米只有十亿分之一米那么小。原子比这还要小。想要定量原子的大小很难——它们不易保持特定状态。但是一般来说,典型的原子直径大约为十分之一纳米。

什么是纳米技术?
硅晶片上的晶体管已经达到了纳米级。你能想象到它们究竟有多小吗

但是纳米尺度是问题的关键所在。因为它是分子的测量尺度。通过操作分子,我们可以制造出各种各样有意思的材料。但是就像古时候的炼金术师一样,我们在制造黄金方面也没有多大的进展。因为黄金是一种基本元素(basic element)——不可能将其分解成更简单的构成形式。

不过我们还可以制造出其他有意思的物质。通过把分子排列组合成特定形状,我们可以制造出有着惊人性能的材料。一个例子就是碳纳米管。想要制成碳纳米管,首先需要一张由石墨分子构成的薄板,然后把它卷成管状。分子排列的方向决定了纳米管的性能。例如,纳米管最终可能是导体也可能是半导体。当用正确的方法卷成碳纳米管时,它的强度可以达到钢材的数百倍,而重量却只有钢材的六分之一。

这只是纳米技术的一个方面。另一个方面就是材料在纳米尺度和在更大尺度上是不一样的。研究人员和美国能源部在 2005 年研究发现,黄金在纳米尺度与在宏观尺度相比,发光的情况是不同的。他们还注意到,材料在纳米尺度内有不同的磁性和温度。

因为这门科学是研究物质的基本组成形式的,因此具有无数种用途。有的用途似乎很贴近生活——防晒霜里的纳米氧化锌粒子可以在皮肤表面形成一层透明的膜,保护皮肤。另外一些用途听起来就像科幻小说——医生们试图用微小而大量的蛋白质包裹住针对病毒的药物来治疗癌症。当我们进一步了解分子是如何运作和如何操控他们时,世界无疑将被改变。最大的启示将会来自于最小的物质。


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