微米和纳米科技材料

纳米金属有什么用

在开始进入话题之前,先让我讲个故事。

话说三国时期,曹操出兵讨伐汉中,当时大雨磅礴,粮草将尽,短时间又无法内取胜,正心烦意燥。

这时士兵来问晚间的口令,曹操呆呆地望着碗中的鸡肋,正陷入沉思,然后对着士兵答道,

“鸡肋!”

我们今天要讲的纳米金属材料就跟这鸡肋一样,产业界对它的态度就是“食之无味,弃之可惜。”

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纳米金属材料的产业化都已经喊了几十年了,但是跟我们的日常生活还是很远。

表面上,它好像有很多很优越的性能,如果你到网上搜索词条,你会看到这些词,

高效的催化性能,良好的导电性,超塑延展性,超强渗透性……

从这些堆砌的形容词和副词,你就可以看出,纳米金属材料性能的优越性,只有当它跟普通的金属材料,或是与其他的材料进行对比的时候才能体现出来。

换句话说,它只有代替功能,而没有什么独一无二的特性。

既然仅仅只是代替的话,而你那么贵,那么企业家们就不容易买账了。

但是,另一方面,纳米材料毕竟是未来发展的方向,而且随着地球上的金属资源被逐渐使用,带来开采成本的上升,以及各国政府对环保措施的推行,纳米金属可能就成了不得不选的一个选项。

尤其是像日本这样资源匮乏的国家,他们有些学者甚至提出了一套“元素战略”。

所以基于这样的现状,纳米金属材料还只是一种用不起的“未来的材料”。

但是,根据最新的发展动态来看,这个未来的到来可能用不了多久。

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纳米金属现在的应用还主要集中在军事和航空航天领域,毕竟烧纳税人的钱,自己也不心疼。

当然,也并不是完全没有民用的例子,而且意外的常见。比如在教堂里,十字架后面的窗户上,镶嵌着五彩斑斓的玻璃,而这些玻璃所使用的色料就是纳米金属。

类似的, 还有日本传统的匠心工艺,江户切子,也是应用了纳米金属的光学性质。不过说实话,我很难理解花几千块买个喝水的玻璃杯的行为。

当然了,利用纳米金属,也不是不能做点实实在在的事情。

纳米金属有一种叫做表面等离子共振(SPR)的现象,简单来说就是,当光照到纳米金属的表面后,反射出的光的波长会发生变化。

例如,水中或玻璃上的纳米金,吸收了日光里绿光,就会呈现出鲜艳的深红的颜色。而这也是前面提到的两个应用的基础。

而且,当金属粒子的尺寸不同,同一道入射光,所反射出来的光的波长也是不同的。换句话说,当在金属粒子发生聚集的时候,也会产生波长的变化。

如果是金的话,甚至是肉眼可以识别的颜色变化。

另外,我们知道金能跟生物大分子结合,而不影响它的生物活性。因此,通过这两个特性,我们就可以用纳米金来制造极其微小的生物传感器。

它不仅能帮我们检测DNA和癌细胞等等进行科学研究,也可以适用于临床医学,比如跟踪人体内的免疫球蛋白,这个在现在的传染病流行的时候,就比较有用了。

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不过,要让纳米金属大规模投入使用,我认为还是会发生在半导体行业。

随着5G的发展,我们即将进入IoT时代。

IoT时代里最重要是三样东西,传感器,采集信息;电子电路,传输和转化信息;芯片,处理信息。

而其中的电子电路大多数不是跟现在一样,印刻在一张绿色的塑料板上。

它可能就分布在你穿的运动服上;

它可能就贴在你家的窗户上;

甚至是像终结者里描述的那样,印在身体上。

为此,我们需要一种叫做全印制电子技术的技术,你可以理解为是3D打印在半导体行业的应用,也就是说,这种技术,就像在纸上打印一张图那样,将电子线路打出来了。

而这种技术所使用的墨水,就是我们今天讲的纳米金属材料,准确的说是金属溶胶(含有纳米金属的水溶液)。

现在已经有日本公司实现了纳米银作为电极材料和接合材料在全印制电子技术的应用,当然了,要实现大规模的工业化,价格更便宜的纳米铜的突破才是关键。

(微信公众号:维顺)

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