微米和纳米科技材料

创造无限:神奇的纳米技术与原子技术

有人说:“假若给我一根足够短的杠杆,我就能够移动单个原子。”纳米和原子技术就是科学家找到的“一根足够短的杠杆”。

纳米是什么?纳米其实是一个度量单位,1纳米等于10亿分之一米,或10埃,但现代高科技赋予纳米技术的含义又不仅仅是度量单位。纳米技术是研究物质在0.1纳米至100纳米,即1埃到1000埃之间的世界里的一门高新技术。

在纳米那么大小的世界里,我们会看到什么呢?单个的原子,氢原子的直径在1埃左右,碳60的原子直径为7埃;大肠杆菌的鞭毛直径约30纳米,厚度约50纳米……。

创造无限:神奇的纳米技术与原子技术

在纳米那么大小的世界里,物质会出现哪些质的飞跃呢?物质到了纳米级后,物理、化学性质便会发生根本性的变化,如导电性能良好的铜在纳米级就不导电了,而绝缘的二氧化硅在纳米级就开始导电了;金的熔点通常为1064摄氏度,而2纳米细的金粉熔点降到330摄氏度左右;二氧化硅陶瓷在通常情况下是很脆的,但当二氧化硅陶瓷颗粒缩小到纳米级时,脆性的陶瓷竟然具有了韧性。

物质在纳米世界里的神奇变化使科学家们产生了很大兴趣,决心要利用纳米世界的物质来为人类服务。首先,他们想到了制造纳米材料,设法使物质细化到纳米级,制造出来的纳米材料性质特殊,用途极大。他们将纳米材料加入飞机中,用以吸收雷达波,于是,隐形飞机问世了。将镍或铜锌化合物加工成纳米颗粒,可以代替昂贵的铂或钯作催化剂。在高分子塑料材料中加入纳米材料制成的刀具,比钻石刀具还硬。将电脑芯片和光盘,加工成纳米级,其运算速度和记录密度高于常态的各个数量级。

创造无限:神奇的纳米技术与原子技术

更为有意义的是,纳米技术是在扫描隧道显微镜发明后出现的。随着扫描隧道显微镜的面世,人们能够直接观察到原子。借助扫描隧道显微镜,能在纳米级借助原子探针进行单个原子操作。1990年,美国阿尔登研究所率先利用扫描隧道显微镜的探针,让探针携带氙原子,移到指定地方放下,拼成了用35个氙原子排成的三个字母:IBM,首开人类操作原子的先河。

人类能够自由地操作原子了,这可是件了不得的大事。我们知道,人类所在的地球乃至整个宇宙,只不过是100多种原子的不同组合而已。人能够像“上帝造物”一样,自由组合各种原子,能够创造出何等样的奇迹,穷尽你的想象也不会过分。

我们能够用原子探针将原子按人类的愿望重新排列组合,创造出大自然中不存在的新物质;把沙子的原子重新排列,加人一点磷,可以制成电脑的微处理器;操纵水、空气和尘埃的原子,制造土豆和牛排;操纵原子或植入新原子,制造出新的智能生物,或把人类自身变成“超人”……。

创造无限:神奇的纳米技术与原子技术

纳米技术和相关的原子技术,正在创造奇迹。1991年,美国阿尔马登研究所在操作氙原子的基础上,于1991年开发出第1个原子开关元件。日本日立中央研究所也开发出能够控制单个电子移动的“单个电子晶体管”。利用原子开关和电子开关来储存信息,像现在磁盘大小的存储器,便足以把全人类迄今为止所积累的全部知识都放进去。

1993年,日本开始执行耗资250亿日元的“原子技术”计划,开发极限电子元件,建立用“原子摄子”对一个个原子和分子进行观察和加工的技术。该计划预计2001年完成。目前,日本已开发出10纳米大小的存储信息的点,记录信息的密度比常法高出3000倍。日本还研制成功光子扫描隧道显微镜,是一种能自地摆弄原-了的高效“原子摄子”。

创造无限:神奇的纳米技术与原子技术

“原子技术”计划完成以后,人便能像“上帝”一样,随意造物了。这为造福人类增加了一个高技术手段,也为人类制造出了一个可能毁灭自身的超级炸弹。有人把纳米技术及相关的原子技术视为能毁灭人类的三大技术之一,但是。我们相信,人类有力量控制各种高新技术,使之向有利于人类生存和发展的方向发展。

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