納米的未來
革命性的技術
納米,就在人們剛剛熟悉了計算機和網絡,對基因技術也剛有了一個初步認識的時候,這個物理學名詞帶來的新技術,又開始席卷全球。
科學家們普遍認為,納米技術是一項劃時代和革命性的技術。目前,對納米技術的研究還剛剛起步,而在已研製出的最新產品中,納米技術已經發揮出神奇的力量。預計在今後二三十年中,納米技術將一定是科技領域最熱門的課題之一。因此,有人稱納米科技是新世紀產業革命的支柱;也有人稱納米材料為神奇的新材料。
自從地球上出現了人類,滿足人類社會生存和發展所必需的材料也同時產生和發展,材料發展史同人類社會發展史同樣悠久。在漫長的曆史長河中,材料的進展成為人類社會進步的裏程碑。曆史學家把材料及其器具作為劃分時代的標誌:石器時代、陶器時代、青銅器時代、鐵器時代等。這些都標誌著材料在社會進步中的巨大作用。人類發現、製造和利用材料的發展階段在逐步提升,這也是人類智慧不斷提高的過程。從最初的利用天然材料(如樹木、礦石等)發展到按照人類自身的需求製造人工材料;從一個時代進入另一個新時代,從陶器時代進入青銅器時代,繼之進入鐵器時代,都極大地促進了人類社會的發展和進步。這有力地說明了新材料技術的發展對社會生產力的發展有巨大推動作用。社會生產力的巨大變化,必將加速人類社會發展進程,把人類物質文明社會推向前進。可以肯定,在21世紀中,4人類社會的發展和進步與新材料特別是納米材料技術發展和進步是密切相關的。
要想在激烈的國際競爭中立於不敗之地,就要擁有強大的經濟實力,而經濟的發展必須以科技實力作後盾。
當代,新興高科技產業成為國民經濟最有活力的部門,如原子能工業、電子工業、海洋開發、能源技術等。原子能工業迫切要求耐輻射和耐腐蝕材料;電子工業的發展要求提供超高純、超薄膜、特纖細、特均勻的電子材料;海洋開發需要耐腐蝕、耐高壓的材料;能源開發同樣要求新型的高性能材料,如太陽能的利用,需要尋找光電轉換效率高的材料。太陽能是無汙染,取之不盡,用之不竭的能源,每秒鍾送到地麵上的能量高達80萬億千瓦,相當於全世界發電量的十幾萬倍,能量密度達到每平方米02~1千瓦。假定光電轉換為10%,那麼,在我國960萬平方千米的國土上,每年接收的太陽能相當於165億噸標準煤,這相當於我國煤年產量的10倍以上。現在最重要的是要找到能把太陽光能量轉換成電能的高效率光電轉換材料。以上種種新型的材料都與納米技術開發有著十分密切的關係。原子能工業的耐輻射和耐腐蝕材料如果是用納米材料代替現實的普通材料,則可提高其耐輻射和耐腐蝕強度很多倍;電子元件采用了納米技術將使其在純度、薄度等多方麵比現實的材料優越,而且特纖細、特均勻;太陽能器件如塗上納米材料,其吸收光和熱的能量將比一般的太陽能板更多,轉換的電能更大。由此可以想像納米材料的開發將帶來巨大的經濟效益。
沒有強大的國防實力,一個國家在世界上的地位就要受到影響甚至會受到別國的欺負。今天高科技在現代戰爭中的地位日益重要,沒有先進的武器裝備很難打勝仗。因此,一個國家武器裝備的水平是其國防實力的重要標誌。
高性能的新型武器的出現往往與軍用納米材料的開發應用密切相關。在現代軍事領域很多新武器裝備係統,都包含有新材料特別是納米材料。1991年,海灣戰爭中就出現許多新型的軍用材料,其中也包括了納米材料。因此,海灣戰爭被看做是高技術武器和軍用新材料以至納米材料武器的實驗場。無論是精確製導武器、反輻射導彈,還是隱形飛機、複合裝甲坦克,無一例外地與新材料及納米材料的應用分不開。在現代戰爭中,精確製導武器,包括製導炸彈、炸彈子每彈、巡航導彈等。這些武器實質上是一種能夠利用被攻擊目標所提供的位置信息,修正自已的彈道,以擊中目標為目的,具有一定智能的武器”海灣戰爭已經證明,精確製導武器是高技術戰爭中的主要火力。從本書前麵內容可以看出納米武器所具有的巨大威力。如此看來,提高國防實力,發展納米技術已經是我們必然的選擇。
發展納米科技有利於我國科學技術整體水平的提高。納米技術橫跨多個學科,它的發展需要各個學科的科技成果,同時,把成熟的納米技術應用於各個學科又可以取得意想不到的效果。納米技術向人類揭示了一個可見的原子、分子世界,人們可以按照自己的意願操縱單個原子和分子,實現對微觀世界的控製,進而製造各種新奇的材料。
人類社會已進入信息時代,人們很容易體會到納米技術的存在,看到納米材料的重要性。可以說,一切高新技術的發展無不依賴這一新材料的應用。人類社會已進入21世紀,世界各國為了保持各自的經濟活力、國防實力和科技能力,都在製定21世紀的國家關鍵技術。各個技術先進國家都把納米材料技術列入國家關鍵技術的前位,這正是納米材料技術極為重要的標誌。
納米造就新空間
納米科學以空前的分辨率為人類揭示了一個微小的原子,分子世界,它的最終目標是直接以原子和分子來製造具有特定功能的產品。
今天正在使用電腦的人是否應該想到這一點:一旦電腦達到能與人的智力相抗衡的水平,那麼它必定將超過人腦。可以這樣認為:機器的優勢,在於它們能輕易地分享知識。而如果一個人學會了某種語法,或掌握了深奧的哲學原理,卻不能輕易地把這一知識“下載”給機器。人的知識、技能和記憶是保存在大腦中的,即根植在一個寬廣的構架上,這個構架由神經遞質和神經元間的連接組成,通常很難被迅速取得或傳送。但將來如果相當於人的神經細胞組的裝置包含有內置式的快速下載端口,那麼當一台電腦獲得一項技能或者具備一種悟性時,其他數十億台電腦也將同步達到相同的智力水平。
科學家們正在設想,對具備人腦智力水平的電腦應提出哪些要求?這些要求可能將包括:複雜的智力(如音樂和藝術天賦)、創造力、處世能力,甚至對情感的反應能力。通常,這樣一台電腦需要能1秒鍾運算大約20萬億次。盡管這種能量大得驚人,但科學家認為這還是可以實現的。即使摩爾定律由於矽的芯片技術所限會走到盡頭(估計在2019年),一種新的辦法將會出現並克服這氣障礙。可能的途徑之一是在電腦中采用由納米管組成的類似於碳原子六邊形排列的三維電路。1立方英寸的納米管電路將比人腦強大100萬倍,至少是在原始數據處理能力方麵。