纳米科技改变人类未来

20世纪人类在自然科学领域取得的众多成就中，相对论的建立，原子结构、基本粒子的发现和量子力学的建立，电子计算机的发明与控制论、系统论、信息论的创立，分子生物学、特别是核酸的分子结构与遗传密码的发现，已被科学家认为是即将过去的20世纪人类取得的最重要的科学进展，对人类思维方式、生活方式和社会发展一般进程产生了革命性的影响。

展望即将来临的21世纪，人类哪些自然科学领域取得突破性的进展呢？

1984年，一位德国科学家把一些细微得肉眼都看不见的金属粉末用一种特殊方法压制成一个小金属块，并对这个小金属块内部结构和性能进行了详细的研究。结果，他惊讶地发现：这种金属竟然呈现出许多令人不可思议的特异的金属属性和奇异的内部结构——格莱特的这一研究现在已被科学界认为是开一门新学科纳米科学研究的先河之举，他用现代技术制出的那块金属材料也成为全世界第一块纳米金属材料。

而在这之前，尽管已故美国著名科学家理查德·范曼早在1959年就提出了纳米技术的基本概念，但在相当长的一段时间里，纳米科学技术的设想在许多科学家眼里就如天方夜谭而不屑一顾。

现在，天方夜谭式的科学幻想正在成为现实。

1990年，首届纳米科技大会在美国成功举行，标志着一个将微观基础理论研究与当代高科技紧密结合起来的新型学科——纳米科学技术正式诞生了。

所谓纳米科学技术，就是研究纳米尺度——100纳米至0．1纳米这个微观范围内物质所具有的特异现象和特异功能，并在此基础上制造新材料、研究新工艺的方法与手段。纳米（nm）是一个长度单位，1纳米等于10－9米（十亿分之一米），也即1毫微米，而原子的半径在10－10米量级。可见在纳米量级内，物质颗粒的尺度已经很接近原子的大小。因此纳米科学技术实际上就是在单个原子的层次上对物质进行精确的观测、识别与控制的研究与应用，用单个原子进行制造的控制物质的科学技术。

纳米科学技术一诞生，就对全球科学技术领域带来巨大冲击。今天，科学家们已经普遍相信，新兴的综合性边缘学科对21世纪的信息科学、生命科学、分子生物学、材料科学和生态科学的发展提供一个全新的技术界面。中国工程院副院长、中国科学院技术科学部主任师昌绪院士在展望21世纪新技术时认为，未来全球科技发展的9大关键技术之一就是纳米科技的研究与应用。一些科学家进而指出，纳米科技的发展，将在人类社会“引起一场产业革命，其深远意义堪与18世纪的工业革命相媲美”。

事实上，近年来纳米科技的狂飚突进已经预示了这场革命正在酝酿，并会在21世纪的最初的年代爆发。

1989年，IBM公司的科学家利用一种叫做隧道扫描显微镜的装置上的探针移动氙原子，最后把它们拼成了这个公司的三字母商标；后来又用48个铁原子排列组成了汉字“原子”两字。1996年，IBM设在瑞士的苏黎世研究所又研制出世界最小的“算盘”，这种“算盘”的算珠只有百万分之一毫米大小，是由碳原子连接成的球状分子“碳60”。移动单个分子在此之前也有过，但它是在极度低温的环境中进行的，而这次移动“碳60”是在室温中进行的。科学家们认为，这种移动单个分子或原子的技术为新一代电子元件的发展开辟了灿烂的前景。

目前，纳米技术正通过MEMS（微电子机械系统），对各个领域显示出其作用。MEMS是用集成电路的制造方法，把传感器、电动机和微处理器都放在一个硅芯片上构成一个完整的系统。科学家预测，今后5年它将在计算机硬件、通信部件方面取代现有部件，今后15—20年所起的影响更要大。现在，一种初步的微电机系统在美国、日本和德国已得到广泛应用。数百万辆汽车安装了一根头发丝那么细的传感器———传动装置，当感到被撞击时，它即释放出气囊。科学家们还在考虑的其他应用有：给飞机包上一层微电机襟翼皮，它将传感湍流等情况，使飞机根据情况升降，飞得更平稳更安全；潜水艇在水下如有一层微震动皮，也可以起到作用。长途通信是MEMS的重要用武之地。它可使下一代电话和数据网络的装置变得更小。MEMS可以制成单芯片的无线通信器件，以取代今天在无线数据网络中使用的500美元的板卡。大约5年内所有PC和掌上型机，都将配置这种MEMS的无线通信器件。把配套器件安装在各种公共场所包括飞机上，使得人们无论在什么地方都能方便地通过无线方式同因特网连接上。这样，整个世界可以通过无线通信连成整体。在计算机领域，利用名为“原子力显微镜（AFM）”的MEMS仪器，可以使硬盘存储容量提高100倍。

近年来，我国科学工作者在纳米科学技术方面，也取得了重大进展。

1997年，中国科学院北京真空物理开放实验室研究人员在纳米电子学超高密度信息存储研究中获突破性进展。他们在超高密度信息存储研究中，得到的信息存储点阵的点直径为1．3nm，比国外的最小存储点的直径10nm小了近一个量级，被吴阶平、钱学森、朱光亚、周光召、路甬祥等近500名中国科学院院士、中国工程院士评选为1997年中国十大科技进展。

纳米金属材料的制造，多在特制的合成室进行。先将金属加热熔化，让其呈原子态蒸发，在细管中冷凝成纳米级簇团，再固化为致密的固体。但此法成本很高，因而使纳米材料的产业化进程较为缓慢。我国科学家朱清时和林铭章，根据生物体自组装的原理，发明了在液相中大量复制和组装纳米料子的技术。这种液相自组装技术成本低，具有良好的商业开发前景。专家们认为，液相辐射自组装技术是中国科学家的天才创造，进行深层技术开发，可为人造分子纳米器件制造提供可靠的方法。

现已成为研究热点的纳米碳管的直径只有1·4纳米，仅为高技术计算机芯片上最细电路线宽的1％。美国普林斯顿NEC研究所和赖斯大学的科学家造出了少量初级纳米管。纳米管的强度比铜高100倍，而重量只有后者的1／6。纳米管非常细，5万个纳米管排列起来才只有一根头发丝那么粗。预计它是理想的导体，其导电性能很可能远远超过铜，是最佳超微导线和超微开关的首选新材料。

美国伯克利加利福尼亚大学实验工程师即将组装成一只蚂蚁大小的昆虫。他们想创建一座微型机器人工厂，代替人制造电子产品，组装家用电器的元器件。他预计这类微型机器人将首先在医学领域得到广泛应用。

纳米技术的可能应用远不止以上所列，还有一些具有深远影响的探索目前已在美、日、德等国进行。例如，用微型部件组装出一辆一粒米大的微型汽车；造出肉眼看不见的发动机和化学工业用的火柴盒大小的反应器；制成大小只有常规车床万分之一的工作车床；造出直径只有5．5毫米的尺蠖，有朝一日这种尺蠖可在核电厂有角的弯管里爬行探寻裂缝；创造硅微型昆虫，用人造昆虫在温室传播花粉和杀死害虫；制造高性能的微型发动机，用作电子显示器、手表、摄录一体机和激光扫描器的驱动器。

目前，西方国家竞相在这个未来世纪的重要领域投入巨资，欲在竞争中占据主导地位。

美国到2005年的10项战略技术中有4项属于纳米技术，把纳米技术列入了“政府关键技术”、“本世纪末下世纪初的重大研究方向”、“2005年的战略技术”，美国国防部每年为此拨款3500万美元。

日本1991年开始实施为期10年、耗资2．25亿美元的纳米技术研究计划，将此技术作为政府、企业和大学合作研究的三项重大基础研究课题之一；1995年又将此列为今后10年日本应开发的四大基础科学技术项目之一，并制定了具有挑战性的战略性基础研究推进计划。

德国1993年提出了10年重点发展的9个领域80项关键技术，原子测控技术涉及其中4个领域12个项目，联邦政府每年拨款8500万美元支持这个领域的研究。

澳大利亚1993年将原子测控技术列为21世纪最优先开发的项目。

一些专家预言，如果研究经费充足，纳米技术有可能在15年内实现大规模的应用。欧洲联盟委员会1995年发表的一份研究报告则预测，10年内纳米技术的开发将成为仅次于芯片制造的世界第二大制造业。到2010年，纳米技术市场的价值将达400亿英镑。