物質(zhì)是由原子構(gòu)成的

物質(zhì)是由原子構(gòu)成的，其性質(zhì)依賴于這些原子的排列形式。如果我們將煤炭中的原子重新排列，就能得到鉆石；如果向沙子中加入一些微量元素，并將其原子重新排列，就能制成電腦芯片；而土壤、水和空氣的原子重新排列后就能生產(chǎn)出馬鈴薯。聽起來是不是有點玄？不過這決非天方夜譚，如果你能走進納米世界，了解納米技術(shù)，就會知道上述目標的實現(xiàn)指日可待。科學家們已為我們勾勒了一幅若干年后的藍圖:超強輕型新型材料有可能使太空旅行變得便宜而且容易，甚至像一些作家預測的那樣利用納米技術(shù)在火星上制造出大氣。如果新的”納米醫(yī)學”能夠在細胞老化時一個分子一個分子地制造出新的細胞，從而把人們的壽命無限地延長，那么就有必要向太空移民。納米技術(shù)已經(jīng)創(chuàng)造出足夠多的小奇跡，這至少能讓一些科學泰斗們相信這些宏偉的想法也會實現(xiàn)。納米是啥“米”納米（nm），又稱毫微米，如同厘米、分米和米一樣，是長度的度量單位。具體地說，一納米等于十億分之一米的長度，相當于4倍原子大小，萬分之一頭發(fā)粗細；形象地講，一納米的物體放到乒乓球上，就像一個乒乓球放在地球上一般。這就是納米長度的概念。當代科學技術(shù)有認識上的盲區(qū)或人類知識大廈上存在著裂縫。裂縫的一邊是以原子、分子為主體的微觀世界，另一岸是人類活動的宏觀世界。兩個世界之間不是直接而簡單的聯(lián)結(jié)，存在一個過渡區(qū)--納米世界。幾十個原子、分子或成千個原子、分子“組合”在一起時，表現(xiàn)出既不同于單個原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)。這種“組合”被稱為“超分子”或“人工分子”?！胺肿印毙再|(zhì)，如熔點、磁性、電容性、導電性、發(fā)光性和染色及水溶性有重大變化。當”超分子”繼續(xù)長大或以通常的方式聚集成大塊材料時，奇特的性質(zhì)又會失去，真像是一些長不大的孩子。神通廣大的納米材料納米顆粒是納米材料基元。用物理、化學及生物學的方法制備出只包含幾百個或幾千個原子、分子的“顆粒”。這些“顆?！钡某叽缰挥袔讉€納米。脾氣爆燥、易燃易爆的納米金屬顆粒金屬納米顆粒表面上的原子十分活潑。實驗上發(fā)現(xiàn)如果將金屬銅或鋁作成納米顆粒，遇到空納米金屬銅的超延展性

?材料世界中的大力士--納米金屬塊體金屬納米顆粒粉體制成塊狀金屬材料，它會變得十分結(jié)實，強度比一般金屬高十幾倍，同時又可以像橡膠一樣富于彈性。奇妙的碳納米管碳納米管是由石墨中一層或若干層碳原子而卷曲而成的籠狀'纖維”，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。比重只有鋼的六分之一，而強度卻是鋼的100部。輕而柔軟又非常結(jié)實的材料最好是作防彈背心。如果，用碳納米管作出繩索，是從月球上掛到地球表面，而唯一不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它作為地球--月球乘人的電梯。?善變顏色的納米氧化物材料氧化物納米顆粒最大的本領(lǐng)是在電場作用下或在光的照射下迅速改變顏色。作成士兵防護激光槍的眼鏡和廣告板，在電、光的作用下，會變得更加喧麗多彩。?剛?cè)岵募{米陶瓷納米陶瓷粉制成的陶瓷有一定的塑性，高硬度和耐高溫，使發(fā)動機工作在更高的溫度下，汽車會跑得更快，飛機會飛得更高。?愛清潔的納米材料把透明疏油、疏水的納米材料顆粒組合在大樓表面或窗玻璃上，大樓不會被空氣中的油污弄臟，玻璃也不會沾上水蒸氣而永遠透明。將這種納米顆粒放到織物纖維中，做成的衣服不沾塵，省去不少洗衣的麻煩。-法力無邊的半導體納米材料納米陶瓷半導體納米材料的最大用處是可以發(fā)出各種顏色的光，可以做成超小型的激光光原。它還可以吸收太陽光中的光能；把它們直接變成電能。納米陶瓷-運送藥物的“導彈”把藥物制成納米顆粒或者把藥物放入磁性納米顆粒的內(nèi)部。這些顆?？梢宰杂傻卦谘芎腿梭w組織內(nèi)運動，如果在人體外部加以導向，使藥物集中到患病的組織中，那么藥物治療的效果會大大地提高。奇妙的碳納米管最近，科學家正在致力于一種新型納米材料--碳納米管的研究，這是一種非常奇特的材料，它是石墨中一 碳納米管層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀”纖維”，內(nèi)部是空的， ’外部直徑只有幾到幾十納米。這樣的材料很輕，但很結(jié)實。它的密度是鋼的1/6,而強度卻是鋼的100倍。用這樣輕而柔軟、又非常結(jié)實的材料做防彈背心是最好不過的了。如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它做成地球-月球乘人的電梯，人們在月球定居就很容易了。納米碳管的細尖極易發(fā)射電子。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業(yè)的發(fā)展方向。納米技術(shù)從無到有納米技術(shù)的靈感，來自于已故物理學家理查德范曼1959年所作的一次題為《在底部還有很大空間》的演講。這位當時在加州理工大學任教的教授向同事們提出了一個新的想法。從石器時代開始，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)。范曼質(zhì)問道，為什么我們不可以從另外一個角度出發(fā)，從單個的分子甚至原子開始進行組裝，以達到我們的要求？他說：“至少依我看來，物理學的規(guī)律不排除一個原子一個原子地制造物品的可能性?！?990年，IBM公司阿爾馬登研究中心的科學家成功地對單個的原子進行了重排，納米技術(shù)取得一項關(guān)鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設(shè)備慢慢地把35個原子移動到各自的位置，組成了IBM三個字母。這證明范曼是正確的，二個字母加起來還沒有3個納米長。不久，科學家不僅能夠操縱單個的原子，而且還能夠“噴涂原子”。使用分子束外延長生長技術(shù)，科學家們學會了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法，每次只造出一層分子。目前，制造計算機硬盤讀寫頭使用的就是這項技術(shù)。納米科技大事記新華網(wǎng)北京8月29日專電（記者李斌沈路濤）1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德?費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢想；70年代，科學家開始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想，1974年，科學家唐尼古奇最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機械加工；1982年，科學家發(fā)明研究納米的重要工具一一掃描隧道顯微鏡，為我們揭示一個可見的原子、分子世界，對納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進作用；1990年7月，第一屆國際納米科學技術(shù)會議在美國巴爾的摩舉辦，標志著納米科學技術(shù)的正式誕生；1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強度卻是鋼的10倍，成為納米技術(shù)研究的熱點，諾貝爾化學獎得主斯莫利教授認為，納米碳管將是未來最佳纖維的首選材料，也將被廣泛用于超微導線、超微開關(guān)以及納米級電子線路等；1993年，繼1989年美國斯坦福大學搬走原子團“寫”下斯坦福大學英文、1990年美國國際商用機器公司在鎳表面用36個氙原子排出“IBM-之后，中國科學院北京真空物理實驗室自如地操縱原子成功寫出“中國”二字，標志著我國開始開始在國際納米科技領(lǐng)域占有一席之地；1997年，美國科學家首次成功地用單電子移動單電子，利用這種技術(shù)可望在20年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬倍的量子計算機;1999年，巴西和美國科學家在進行納米碳管實驗時發(fā)明了世界上最小的“秤”，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當于一個病毒的重量；此后不久，德國科學家研制出能稱量單個原子重量的秤，打破了美國和巴西科學家聯(lián)合創(chuàng)造的紀錄；到1999年，納米技術(shù)逐步走向市場，全年基于納米產(chǎn)品的營業(yè)額達到500億美元；近年來，一些國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計劃，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地。日本設(shè)立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新5年科技基本計劃的研發(fā)重點；德國專門建立納米技術(shù)研究網(wǎng)；美國將納米計劃視為下一次工業(yè)革命的核心，美國政府部門將納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資從1997年的1.16億美元增加到2001年的4.97億美元。我國納米科技成果一覽新華網(wǎng)北京8月29日專電（記者李斌沈路濤）近年來，我國科學家在納米科技領(lǐng)域?qū)覄?chuàng)佳績，世界權(quán)威科學刊物或者相關(guān)國際會議上，中國人頻頻在納米領(lǐng)域'露臉”，讓世界為之矚目。1993年，中國科學院北京真空物理實驗室自如地操縱原子成功寫出“中國”二字，標志著我國開始開始在國際納米科技領(lǐng)域占有一席之地，并居于國際科技前沿。1998年，清華大學范守善小組成功地制備出直徑為3—50納米、長度達微米微米量級的氮化鎵半導體一維納米棒，使我國在國際上首次把氮化鎵制備成一維納米晶體。1998年，美國《科學》上刊登了我國科學家的論文。我國科學家用非水熱合成法，制備出金剛石納米粉，被國際刊物譽為“稻草變黃金一一從四氯化碳制成金剛石?！苯辏袊茖W院物理研究所解思深研究員率領(lǐng)的科研小組，不僅合成了世界上最長的“超級纖維”碳納米管，創(chuàng)造了一項“3毫米的世界之最”，而且合成出世界上最細的碳納米管。1999年上半年，北京大學納米技術(shù)研究取得重大突破，電子學系教授薛增泉領(lǐng)導的研究組在世界上首次將單壁碳納米管組裝豎立在金屬表面，并組裝出世界上最細且性能良好的掃描隧道顯微鏡用探針。1999年，中科院金屬研究所成會明博士合成出高質(zhì)量的碳納米材料，使我國新型儲氫材料研究一舉躍上世界先進水平。這種新材料能儲存和凝聚大量的氫氣，并可能做成燃料電池驅(qū)動汽車。不久前，中科院金屬研究所盧柯博士率領(lǐng)的小組，在世界上首次直接發(fā)現(xiàn)納米金屬的“奇異”性能——超塑延展性，納米銅在室溫下竟可延伸50多倍而“不折不撓”，被譽為“本領(lǐng)域的一次突破，它第一次向人們展示了無空隙納米材料是如何變形的'。炙手可熱的納米材料材料是一切事物的物質(zhì)基礎(chǔ)。從科學技術(shù)發(fā)展的歷史看，一種嶄新技術(shù)的實現(xiàn)，往往需要嶄新材料的支持。如果沒有1970年制成的使光強度幾乎不衰減的光導纖維，也不會有現(xiàn)代的光通信；如果不制成高純度大直徑的硅單晶，就不會有高度發(fā)展的集成電路，也不會有今天如此先進的計算機和電子設(shè)備。從結(jié)構(gòu)上分，現(xiàn)有固體材料可分為晶態(tài)和非晶態(tài)兩大類。玻璃等屬于非晶態(tài)材料。而金屬則是晶態(tài)材料，它們由許多晶粒組成，在晶粒內(nèi)部，原子按嚴格規(guī)則成點陣排列，就像列成方陣的整齊隊伍一樣，而在晶粒間界面處的原子則排列無序。在各種材料中，金屬材料是人類進入工業(yè)社會以后，用得最早也最多的材料。作為結(jié)構(gòu)材料，金屬材料主要包括鐵合金、鋁合金、鈦合金，它們的品種層出不窮，性能也遠非昔日可比。材料技術(shù)的發(fā)展趨勢之一是尺度向越來越小的方向發(fā)展，以前組成材料的顆粒，其尺寸都在微米（百萬分之一米）量級，而現(xiàn)在出現(xiàn)了向納米（十億分之一米）尺度發(fā)展的材料。由于顆粒極度細化，晶界所占體積百分數(shù)增加，使得材料的某些性能發(fā)生截然不同的變化，例如，以前給人極脆印象的陶瓷，納米化后居然可以用來加工制造發(fā)動機零件；盡管各種塊狀金屬有不同顏色，但當其細化到納米級的顆粒時，所有金屬都呈現(xiàn)出黑色；納米材料的另一特點是熔點低，金的熔點通常是1000多攝氏度，而晶粒尺度為3納米的金微粒，其熔點僅為普通金的一半。納米材料是近幾年來最受關(guān)注的新材料之一，其重要意義越來越為人所認識。已有人預言“本世紀五十年代重視微米技術(shù)的國家，現(xiàn)在都取得了很大的發(fā)展，同樣，現(xiàn)在重視納米科技的國家，將在二十一世紀獲得高速發(fā)展。”IBM的首席科學家Amotrong也曾十分肯定的指出：“正像七十年代微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命一樣，納米科學技術(shù)將成為下世紀信息時代的核心?！贬t(yī)學與健康美容美發(fā)護理劑：納米氧化鋅粉末無毒、無味、對皮膚無刺激性、分解、不變質(zhì)、熱穩(wěn)定性好，本身為白色，可以簡單地以著色。更重要的是，它具有很強的吸收紫外線的功能，對UVA（長波320-400nm）和UVB（中波280-320nm）均有屏蔽作用。此外還具有滲透、修復功能。因此適用于作美容美發(fā)護理劑中的活性因子，不僅能大幅度提高護理效果，還可避免因紫外線輻射造成的對皮膚的傷害。疾病檢測指示劑：納米粒子微細結(jié)構(gòu)使其對環(huán)境中的化學或物指標的變化極為敏感，因此可對人體內(nèi)的病原體作出早預測，如，當腫瘤只有幾個細胞大小時就可以將其檢測出來，加以根除。抗菌劑：納米氧化鋅粉末在陽光下，尤其在紫外線的照射下，在水和空氣中能自行分解出自由移動的帶負電的電子（e-），同時留下帶正電的空穴（h+）。這種空穴可以激活空氣中的氧變?yōu)榛钚匝?，有極強的化學活性，能與多種有機物發(fā)生氧化反應(yīng)（包括細菌內(nèi)的有機物），從而把大多數(shù)病菌和病毒殺死。有關(guān)的定量試驗表明：在5分鐘內(nèi)納米氧化鋅的濃度為1%時，金黃色葡萄球菌的殺菌率為98.86%，大腸桿菌的殺菌率為99.93%。納米礦物中藥：研究表明，礦物中藥制成納米粉末后，藥效大幅度提高，并具有高吸收率、劑量小的特點；還可利用納米粉末的強滲透性將礦物中藥制成貼劑或含服劑，避開胃腸吸收時體液環(huán)境與藥物反應(yīng)引起不良反應(yīng)或造成吸收不穩(wěn)定；也可將難溶礦物中藥制成針劑，提高吸收率。納米導向劑：將以納米磁性顆粒為載體的藥物注入人體后，藥物在外磁場的作用下會聚集于體內(nèi)的局部，從而可在對人體的整體副作用很小的情況下對病理位置進行高濃度的藥物治療。這對于癌癥、結(jié)核等有固定病灶的疾病十分適合。目前，該項醫(yī)療技術(shù)在美、德等發(fā)達國家已進入臨床實驗，療效顯著。航天和航空高效助燃劑：納米粉末具有極強的儲能特性，將其作為添加劑加入燃料中可大大提高燃燒率。將一些納米粉末添加到火箭的固體燃料推進劑中，可大幅度提高燃料的燃燒熱、燃燒效率，改善燃穩(wěn)定性。有研究表明，向火箭固體燃料中加入0.5%納米鋁粉或鎳粉，可使燃燒效率提高10%-25%，燃燒速度加快數(shù)十倍細微之處見神奇武器卷納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是微機電系統(tǒng)的初步成功，為軍事科技工作者研制納米武器奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。他們盡情發(fā)揮想像力，研制出千奇百怪的戰(zhàn)場“精靈”?！奥槿浮毙l(wèi)星美國于1995年提出了納米衛(wèi)星的概念。這種衛(wèi)星比麻雀略大，重量不足10千克，各種部件全部用納米材料制造，采用最先進的微機電一體化集成技術(shù)整合，具有可重組性和再生性，成本低，質(zhì)量好，可靠性強。一枚小型火箭一次就可以發(fā)射數(shù)百顆納米衛(wèi)星。若在太陽同步軌道上等間隔地布置648顆功能不同的納米衛(wèi)星，就可以保證在任何時刻對地球上任何一點進行連續(xù)監(jiān)視，即使少數(shù)衛(wèi)星失靈，整個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的工作也不會受影響?！拔米?，導彈由于納米器件比半導體器件工作速度快得多，可以大大提高武器控制系統(tǒng)的信息傳輸、存儲和處理能力，可以制造出全新原理的智能化微型導航系統(tǒng)，使制導武器的隱蔽性、機動性和生存能力發(fā)生質(zhì)的變化。利用納米技術(shù)制造的形如蚊子的微型導彈，可以起到神奇的戰(zhàn)斗效能。納米導彈直接受電波遙控，可以神不知鬼不覺地潛入目標內(nèi)部，其威力足以炸毀敵方火炮、坦克、飛機、指揮部和彈藥庫?！吧n蠅”飛機這是一種如同蒼蠅般大小的袖珍飛行器，可攜帶各種探測設(shè)備，具有信息處理、導航和通信能力。其主要功能是秘密部署到敵方信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的內(nèi)部或附近，監(jiān)視敵方情況。這些納米飛機可以懸停、飛行，敵方雷達根本發(fā)現(xiàn)不了它們。據(jù)說它還適應(yīng)全天候作戰(zhàn)，可以從數(shù)百千米外將其獲得的信息傳回己方導彈發(fā)射基地，直接引導導彈攻擊目標?！拔浵伿勘边@是一種通過聲波控制的微型機器人。這些機器人比螞蟻還要小，但具有驚人的破壞力。它們可以通過各種途徑鉆進敵方武器裝備中，長期潛伏下來。一旦啟用，這些“納米士兵”就會各顯神通：有的專門破壞敵方電子設(shè)備，使其短路、毀壞；有的充當爆破手，用特種炸藥引爆目標；有的施放各種化學制劑，使敵方金屬變脆、油料凝結(jié)或使敵方人員神經(jīng)麻痹、失去戰(zhàn)斗力。此外，還有被人稱為“間諜草”或“沙粒坐探”的形形色色的微型戰(zhàn)場傳感器等納米武器裝備。所有這些納米武器組配起來，就建成了一支獨具一格的“微型軍”。據(jù)美國國防部專家透露，美國第一批“微型軍”將在5年內(nèi)服役，10年內(nèi)可大規(guī)模部署。與傳統(tǒng)武器相比，納米武器具有完全不同的特點。人們必須對其“刮目相看”，充分認識其對未來戰(zhàn)爭的影響。首先，納米武器實現(xiàn)了武器系統(tǒng)超微型化，使目前車載機載的電子戰(zhàn)系統(tǒng)濃縮至可單兵攜帶，隱蔽性更好，安全性更高。其次，納米武器實現(xiàn)了武器系統(tǒng)高智能化，使武器裝備控制系統(tǒng)信息獲取速度大大加快，偵察監(jiān)視精度大大提高。再次，納米武器實現(xiàn)了武器系統(tǒng)集成化生產(chǎn)，使武器裝備成本降低、可靠性提高，同時使武器裝備研制、生產(chǎn)周期縮短。因此，納米武器的出現(xiàn)和使用，將大大改變?nèi)藗儗?zhàn)爭力量對比的看法，使人們重新認識軍事領(lǐng)域數(shù)量