張軒碩

摘要：納米技術(shù)已經(jīng)取得了舉世矚目的成績，在21世紀(jì)充滿了活力，如今納米技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，并且影響著人們的生活方式，本文主要介紹它的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：納米科技；納米蟲；碳納米管；納米污染物一、概念納米技術(shù)即是在0.1100nm的尺度空間研究電子、原子、分子運(yùn)動規(guī)律和特性的嶄新科技。納米科技的理念在上世紀(jì)就初露頭角，費(fèi)曼曾設(shè)想：“如果有一天人們能夠按照自己的意愿控制原子，那會產(chǎn)生怎樣的奇跡?！痹诋?dāng)時異想天開的想法今天看來已經(jīng)很正常并很現(xiàn)實(shí)（大家肯定已經(jīng)見過高中物理課本封面上用56個鐵原子圍成的鐵柵欄），并由此催生了這門新技術(shù)。二、應(yīng)用前景（一）納米材料納米材料是納米技術(shù)的重要部分，大致可分為天然納米材料和人工納米材料，海龜、鴿子在長途跋涉中不會迷失方向得益于它們頭部的納米磁性材料，利用地磁場來辨別方向。人造納米材料源于上世紀(jì)德國科學(xué)家Gleiter的突發(fā)奇想，當(dāng)時的主流觀點(diǎn)是晶體以有序排列為主體，而其中的缺陷和雜質(zhì)是次要的，因?yàn)榫w最典型的特征是長程有序，Gleiter則研制出了具有原子排列順序不規(guī)則的界面組元結(jié)構(gòu)的材料——納米材料。納米材料具有五大效應(yīng)——體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)和介電限域。基于它的這五大效應(yīng)，形形色色的納米材料被應(yīng)用于各個領(lǐng)域。一定尺寸的納米粒子具有較高的吸收系數(shù)，可被用于隱形飛機(jī)（人眼能看見但雷達(dá)難以探測到）的研制；當(dāng)納米粒子表面原子周圍有不飽和鍵時，易于結(jié)合其他原子而穩(wěn)定下來，表現(xiàn)出很強(qiáng)的催化活性，可能成為一種新型催化劑。（二）納米機(jī)器人納米科技在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常誘人，設(shè)想之一是納米尺度的機(jī)器人，紅血球的直徑約為60009000nm，而納米機(jī)器人很小，進(jìn)入血液中不會傷害到血細(xì)胞，當(dāng)遇到癌細(xì)胞等病變細(xì)胞時卻可以識別并將其清除，納米機(jī)器人的研究已經(jīng)取得很大進(jìn)展，但離成熟的臨床應(yīng)用還有很大距離。21世紀(jì)人工智能迎來了蓬勃發(fā)展時期，也許未來有望和納米機(jī)器人結(jié)合，形成一種納米智能機(jī)器人，之前聽過一位醫(yī)生給我打比喻：“腦?；颊叩陌l(fā)病腦部就如同一片將要枯死的農(nóng)作物，由于地塹沒被打通，所以水渠里的水流不進(jìn)去。”現(xiàn)在的方法是用人血蛋白藥物打通腦血管，如果有朝一日能研制出納米智能機(jī)器人，當(dāng)它檢測到腦血管中脂肪等沉淀物含量過高時，它可以將酶輸運(yùn)至堵塞的腦血管，用于打開“地塹”，疏通“水渠”，這比隨血液循環(huán)的普通藥物見效更快，針對性更強(qiáng)。納米蟲是另一種構(gòu)想中的納米級別的機(jī)器人，《特種部隊(duì)：眼鏡蛇的崛起》電影中的納米蟲（nanomites）擁有極強(qiáng)的再生能力和吞噬金屬的能力，是眼鏡蛇軍火商利用軍方資金研發(fā)的高科技武器。同時納米蟲可以增強(qiáng)人體的各種機(jī)能，有些特定的納米蟲還有特定的功能，比如在電影《特種部隊(duì)：眼鏡蛇的崛起》中已經(jīng)變成美國總統(tǒng)（Jonathan Pryce飾）模樣的撒旦（Arnold Vosloo飾）在自己臉上劃了一刀，露出自己的真面容，而體內(nèi)的納米蟲機(jī)器人迅速地將傷口愈合起來。（三）碳納米管1991年日本的一家電器公司研制出了由六邊形環(huán)狀碳原子組成的碳納米管，它的導(dǎo)電率比銅還高，強(qiáng)度約為鋼的100倍，同體積情況下，它的重量約為鋼的六分之一，直徑僅有14nm（相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的1/50000）。碳納米管的兩端通常是封閉的，但當(dāng)加熱到700℃時兩端的碳原子因氧化而被破壞，然后用電子束將低熔點(diǎn)金屬（如：Pb，Hg）蒸發(fā)后而凝聚，由于虹吸作用（原指由于液態(tài)分子存在引力與勢能的差能，液體會由壓力大的一端流向壓力小的一端）而進(jìn)入中空芯部形成納米絲，它的尺寸效應(yīng)可能具有超導(dǎo)性。還有一種有趣的設(shè)想，將許多根碳納米管“捆”成一束，從地面至高空形成太空天梯，由于其強(qiáng)度極高，所以可以支撐很大重量，即使設(shè)想實(shí)現(xiàn)，恐怕我們也難以在去“天堂”的旅途中安逸舒適，因?yàn)樗苤亓Φ淖兓隙〞詈芏嗳祟^暈?zāi)垦?。（四）納米飛行器納米尺寸的飛行器在未來的軍事領(lǐng)域和外太空探索方面可能發(fā)揮重要作用。2016年霍金與扎克伯格聯(lián)手開啟了“突破攝星”計劃，打算用高能激光將納米飛行器加速到光速的1/5發(fā)往半人馬座α星（《三體》中三體世界的原型，距地球約4028光年），預(yù)計二十年左右就可到達(dá)目的地，但將1克物體加速到1/5光速大約消耗400噸TNT的能量，而且以如此高的速度運(yùn)行，哪怕是與宇宙塵埃發(fā)生碰撞也會給飛行器帶來毀滅性的災(zāi)難，由于耗費(fèi)能量巨大和技術(shù)原因，此計劃能否成功還不確定。三、納米污染納米污染物不是近些年才出現(xiàn)的，而是在自然界原本就存在的，只是當(dāng)納米尺度的觀念被人意識之后，人們才開始關(guān)注起納米污染物，納米污染物不是由于納米科技的實(shí)行而產(chǎn)生的，它的來源主要有兩種：一是火山噴發(fā)等地質(zhì)活動產(chǎn)生的，二是由于垃圾焚燒、電焊等人類農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的。比如納米碳顆粒當(dāng)尺度達(dá)到510納米時，會刺激人體具有免疫功能的巨噬細(xì)胞，使多種激素含量異常增加，這是造成人體器官炎癥原因之一。而且由于納米污染物的尺度極小，它們很容易隨風(fēng)傳播，甚至漂浮在大氣層上部，難以沉淀下來，它們還有可能與大氣層中的其它化學(xué)物質(zhì)結(jié)合凝聚成較大的團(tuán)體在重力作用下沉積，從此殘留在土壤中。四、結(jié)語納米科技作為一個極具吸引力的研究領(lǐng)域，在解決環(huán)境問題上可發(fā)揮巨大作用，納米半導(dǎo)體材料對提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率和電子運(yùn)輸效率上有很大潛力，納米材料的儲氫和釋放效率也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)材料?？偟膩碚f，納米科技的蓬勃發(fā)展，推動了人類文明的進(jìn)程，也許在不遠(yuǎn)的將來將會有新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。參考文獻(xiàn)：[1]王直華.科學(xué)速遞[M].中國青年出版社，北京：2002，9（1）.[2]張立德.環(huán)境納米科技研究的新動向的機(jī)遇[J].科學(xué)前沿與未來，2009（11）.[3]百度百科[EB].虹吸作用.