吳琴+劉俊+汪洋

摘要：納米科技包括納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)這三個(gè)研究領(lǐng)域。納米材料是納米科技的基礎(chǔ)，納米材料是一種新型的材料，具有特殊的光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)等性能。本文分別闡釋納米科技與納米材料的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：納米科技;納米材料;應(yīng)用現(xiàn)狀

一、納米的相關(guān)定義

納米是長(zhǎng)度計(jì)量單位，1納米等于10-9米，形象地講，1納米的物體放到1個(gè)乒乓球上，相當(dāng)于1個(gè)乒乓球放在地球上。20世紀(jì)80年代末納米科技迅速發(fā)展。1982年，賓尼希等人發(fā)明了掃描隧道顯微鏡。該顯微鏡為人類(lèi)進(jìn)入納米世界打開(kāi)了一扇更寬廣的門(mén)。

二、納米科技的應(yīng)用現(xiàn)狀

納米科技指在納米尺度（1～100納米）上研究物質(zhì)（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及如何利用這些特性和相互作用的具有多學(xué)科交叉性質(zhì)的科學(xué)和技術(shù)。納米科技用途廣泛，涉及領(lǐng)域多，體現(xiàn)多學(xué)科交叉性質(zhì)的前沿領(lǐng)域，包含納米物理學(xué)、納米電子學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。

1

納米電子學(xué)

量子元器件是納米電子器件中最有應(yīng)用前景的。這種利用量子效應(yīng)制作的器件具有體積小、高速、低耗、電路簡(jiǎn)化等優(yōu)點(diǎn)。

2

納米材料學(xué)

由于納米材料具有較大的界面，界面的原子排列很混亂的，在外力變形的條件下原子易遷移，因此納米材料表現(xiàn)出優(yōu)越的韌性與延展性。陶瓷材料通常呈脆性，而由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料卻有很好的韌性。

當(dāng)前材料研究領(lǐng)域中最熱門(mén)的納米材料是具有未來(lái)超級(jí)纖維之稱的碳納米管，可做成納米開(kāi)關(guān)或極細(xì)的針頭用于給細(xì)胞“打針”等。納米材料現(xiàn)已用于研究太空升降機(jī)、納米壁掛電視、納米固體燃料、納米隱身飛機(jī)等。

3納米機(jī)械學(xué)

用原子、分子操縱技術(shù)、納米加工技術(shù)、分子自組裝技術(shù)等新科技，科學(xué)家們已經(jīng)制造了納米齒輪、納米電池、納米探針、分子泵、分子開(kāi)關(guān)和分子馬達(dá)等。美國(guó)康納爾大學(xué)的科學(xué)家利用ATP酶作為分子馬達(dá)，研制出了一種可以進(jìn)入人體細(xì)胞的納米機(jī)電設(shè)備——“納米直升機(jī)”。

美國(guó)朗訊科技公司和英國(guó)牛津大學(xué)的科學(xué)家用DNA（脫氧核糖核酸）制造出了一種納米級(jí)的鑷子，每條臂長(zhǎng)只有7納米。

還可用極微小部件組裝一輛比米粒還小，能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的汽車(chē)、微型車(chē)床，可望鉆進(jìn)核電站管道系統(tǒng)檢查裂縫;組裝提供化工使用的火柴盒大小的反應(yīng)器;組裝馳騁未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上的納米武器，如螞蟻士兵、蚊子導(dǎo)彈、蒼蠅飛機(jī)、間諜草等。

21世紀(jì)，納米技術(shù)將廣泛應(yīng)用于信息、醫(yī)學(xué)和新材料領(lǐng)域。

三、納米材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

納米材料是納米科技的基礎(chǔ)。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。納米材料大都是人工制備的，屬于人工材料，但是自然界中早就存在納米微粒和納米固體，如隕石碎片、牙齒皆由納米微粒構(gòu)成的。納米材料是一種新型的材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1

特殊的光學(xué)性能

1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)F-117A型隱身戰(zhàn)斗機(jī)外表所包覆的材料中就包含有多種納米超微顆粒，強(qiáng)烈吸收不同波段的電磁波來(lái)欺騙雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)隱形，成功地打擊了伊拉克的重要軍事目標(biāo)。

2

特殊的熱學(xué)性能

固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí)，熔點(diǎn)固定，超細(xì)微化后將顯著降低熔點(diǎn)，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為顯著。

3

特殊的磁學(xué)性能

研究發(fā)現(xiàn)，鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類(lèi)生物在地磁場(chǎng)導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。

4

特殊的力學(xué)性能

陶瓷材料通常呈脆性，陶瓷水杯一摔就碎，而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料，可像彈簧一樣具有良好的韌性。研究表明，人的牙齒具有很高的強(qiáng)度是由于它是由磷酸鈣等納米材料構(gòu)成的。納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。金屬-陶瓷復(fù)合納米材料的應(yīng)用前景很廣。

錢(qián)學(xué)森曾說(shuō)：“納米和納米以下的結(jié)構(gòu)是下一階段科技發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命，從而將是21世紀(jì)又一次產(chǎn)業(yè)革命?！?/p>

在不久的將來(lái)，納米科技和納米材料的發(fā)展和應(yīng)用必將促進(jìn)人類(lèi)文明的進(jìn)步！

參考文獻(xiàn)：

[1]楊玉芬，陳清如納米材料的基本特征與納米科技的發(fā)展[J]中國(guó)粉體技術(shù)，2002（06）.

[2]翟華嶂，李建保，黃勇納米材料和納米科技的進(jìn)展、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀[J]材料工程，2001（11）.