下麵是長度的換算關係,從中我們可以更好地了解納米有多大。
1米=1000毫米
1毫米=1000微米
1微米=1000納米
通常我們把平常接觸到的世界叫做宏觀世界,而把肉眼看不見的原子和分子等微小粒子組成的世界叫做微觀世界。
1990年,世界上寫得最小的字母在實驗室誕生了,這三個字母就是“IBM”,這三個英文字母總共用了35個原子。從事後拍攝的照片中,我們可以清楚地看到當時人類所創造的最“微乎其微?的偉大奇跡。“IBM”這個當時計算機行業的巨型企業的名字,被一絲不苟地刻畫到不超過一個病毒的麵積內。這在當時看來近乎遊戲的領域,如今已經成為科學家們關注的熱點。
看來納米並不是什麼“米”,而是一個度量微小世界的長度單位。但是是否有一天廣納米”會像大米一樣普通、大米一樣普及、大米一樣必需呢?
生活中的納米應用
如今納米洗衣機、納米冰箱已經出現在廣告詞中,看來納米真的離我們的生活不遠了。事實也正是如此,納米科技正在走進我們的生活,同時也將會改變我們的生活。
美國科學家尼爾·萊思說:“納米技術是最可能在未來取得突破的科學和工程領域”。這項技術並不隻是向小型化邁進了一步,而是邁人了一個嶄新的微觀世界,在這個世界中物質的運動受量子原理的主宰。
傳統的解釋材料性質的理論,隻適用於大於臨界長度100納米的物質。如果一個結構的某個維度小於臨界長度,那麼物質的性質就常常無法用傳統理論解釋。在20世紀末,世界各國的科學家正試圖在中等級別領域,即單個分子或原子級別到數十萬個分子級別之內,發現新奇的現象。這一基礎理論的研究,促進了我們今天對納米科學研究的進程。
我們知道,構成物質的基本單元是原子,因此,當今的納米科學與技術的研究實際上就是人們在原子層次上認識世界。
早在1993年,中國科學院北京真空物理實驗室的科研人員在顯微鏡下,將一個個原子像下棋那樣自如地擺放,寫出了“中國”二字。這僅僅是一次實驗,但人類可以從中發現和看到納米世界存在的奇跡;人類將在新的納米技術領域獲得更多、更大的好處。
納米材料和納米結構科學家對納米級產品應用的前景進行了描述,預計在不久的將來會出現特種新奇的新材料。這些材料將具有多種功能,能夠感知環境變化以及做出相應的反應。納米技術的專家們預計還會出現強度是鋼鐵。10倍的材料,其重量隻有紙張的1/10,並具有超導電性,而且透明,熔點更高。
細微之處顯神奇的納米技術將怎樣改變我們的生活呢?事例有很多,例如,碳納米管,其尺寸不到人的頭發直徑的萬分之一,它可用作極細的導線或用於超小型電子器件,將納米技術用於存儲器,可以大大提高電子器件的儲存功能,可以將一個有幾百萬冊書的圖書館的信息放人一個隻有糖塊大小的裝置中。
再如,有人把納米稱為“工業味精”,因為把它“撒”人許多傳統材料中,老產品就會換上令人叫絕的新麵貌。砧板、抹布、瓷磚、地鐵磁卡,這些挺愛幹淨的小東西上一旦加入納米微粒,就可以除味殺菌。用“拌”人納米微粒的水泥、混凝土建成樓房,可以吸收降解空氣中的有害物質,鋼筋水泥也能和森林一樣“深呼吸”。現有的矽質芯片將被體積縮小數百倍的納米管元件所替代,現在占據幾個房間的巨型計算機可以小到可以隨手放進口袋。
最誘人的莫過於未來的“納米機器人”,它可以進入人體並摧毀各個癌細胞又不損害健康細胞;可以在人體內來回送藥,清掃動脈,修複心髒、大腦和其他器官而不用外科手術。
1999年,美國政府在納米科技的報告中呼籲加快納米科學和工程的基礎研究乙美國總統認為,納米技術對保持美國科學技術和經濟的領先地位非常重要,並建議把聯邦納米技術研究預算增加一倍,即2001年達到495億美元。美國國家納米技術計劃的研究工作將由一個委員會協調,該委員會的成員是來自政府各個研究和開發項目的高級代表。國防部、能源部、商務部、航天局、全國科學基金會和國家衛生研究所將在國家科學和技術委員會的指導下發揮重要作用。美國國家納米技術計劃在初期研究的重點,是在分子層次上具有新奇特性並且物理和化學性能有顯著提高的材料。
各國納米技術研究人員感興趣的一些納米技術尖端領域,歸納起來有以下5個方麵:
——在納米層次上,電子和原子的交互作用會受到變化因素的影響。這樣,有可能使科學家在不改變材料化學成分的前提下,控製物質的基本特性,比如磁性、蓄電能力和催化能力等。
——在納米層次上,生物係統具有一成套係統的組織,這使科學家能夠把人造組件和裝配係統放人細胞中,有可能使人類模擬自然創造出分子機器。
——納米組件具有很大的表麵積,這能夠使它們成為理想的催化劑和吸收劑等,並且在釋放電能和向人體細胞施藥方麵派上用場。
——利用納米技術製造的材料與一般材料相比,在成分不變的情況下體積會大大縮小而且強度和韌性得到提高。由於納米顆粒非常小,因此不會產生表麵缺陷,另外由於納米顆粒具有很高的表麵能量,所以強度會提高。這對製造強度大的複合材料將非常有用。
——與宏觀結構相比,納米結構在各個維度上的數量級都較小,所以互動作用將更快地發生,這將給人們帶來能效更高、性能更好的係統。
納米時代在各國納米專家的努力下,正在向我們走來。有科學家預計,這場納米技術的革命,可以與用微電子設備取代晶體管而引發的那場革命相提並論。未來出現的微型納米晶體管和納米存儲器芯片,將使計算機的速度和效率提高數百萬倍,使磁盤存儲的容量達到今天的成百上千倍,並且使能耗降低到現在的幾十萬分之一。通信帶寬會增大幾百倍,可以折疊的顯示器將比目前的顯示器明亮10倍。另外,一個納米層次上有可能辦到的事,是生物的和非生物的部件將結合成交互作用的傳感器和處理器,服務於人類。
科學家對將來的預見能夠達到多遠?美國半導體工業協會製定了一個處理器、傳感器、存儲器和傳輸設備的開發路線圖,但是這個路線圖隻延伸到了2010年,並且隻達到了大小為100納米的結構,這比全部是納米結構的裝置要大。這個協會說,科學發現變成商業上可行的技術需要時間,預計納米技術要到2010~2015年才能成熟。
由此可見,納米級產品將在不久大量出現已是不容置疑的事實。隨著對納米技術和產品研究的深入,十幾年後納米、技術專利將商業化,看來納米真的要成為我們日常生活的一員了,我們渴望著那一天早日到來。