微米和纳米科技材料

纳米技术有很多问题。这是骗局还是黑科技?揭露真相,停止被愚弄

形形色色的纳米内裤、纳米清洁剂究竟是真是假?真正的纳米产品到底离我们多远?如何才能不被营销所骗,上缴智商税?今天就带你拆穿纳米材料的骗局。防止再次上当受骗!

纳米发展历史

在了解所有的真相之前,我们还是先简单介绍一下纳米到底是什么。

其实纳米本身只是一个尺度单位,科学家把10的-9次方米称为纳米,如果地球是一米的话,那么1纳米,大约就是一个足球的大小。一个原子大约是0.1纳米左右。DNA的宽度也只有2纳米左右。

那纳米材料又是什么呢?我们知道,物质是由微观粒子组成的,这些微观粒子堆砌成我们所看见的物质。但是这些微观粒子有大有小。这就好像地板的瓷砖,有1米乘1米的,有50厘米乘50厘米的,还有那种很小的马赛克瓷砖。如果说普通材料是那种1米乘1米的瓷砖,那纳米材料就是马赛克。科学家将以1-100纳米为基本单元构成的材料就算是纳米材料。

1959年著名物理学家费曼提出了纳米技术的概念,但当时这个想法过于超前,你想想,1951年人类才发现DNA,人类当时都没有能力去观测研究纳米尺度,不过这个想法受到了科学界的广泛关注,1981年扫描隧道显微镜的问世让纳米材料成为可能。

纳米优点与当下应用

科学家发现当材料以纳米尺度为单位进行排布的时候,就会出现许多新奇的功能。这就好像化妆品,颗粒小的就容易被皮肤吸收,颗粒大的就容易卡粉。微粒的尺度不一样,性能也会天差地别。这就是纳米尺寸效应。比如同样的材料,在不同的尺度下会发射不同的光,硒化铬在3nm下会发绿光,5.5纳米发黄光,7.5纳米发橙光,8.3纳米发红光。这种东西可以用在生化标记领域。再比如磁性,通常情况下,四氧化三铁没有磁性,但是在20纳米的尺度下就会表现出顺磁性。这种东西可以应用在磁盘储存中。

纳米材料的发现为材料科学打开了一扇全新的大门。在纳米尺度下,我们可以去加工、制造、设计我们的物质、器件和机器。

纳米材料也逐渐运用到我们的生活中,那纳米材料在我们现实生活中都有哪些应用呢?纳米材料最广泛的应用就是在电子元器件领域了,比如我们手机的芯片,台积电甚至已经要将3纳米工艺进行量产,准备开发2纳米的工艺了。再比如储存设备,过去我们要用软盘储存资料,一个软盘的容量大约是1.44兆,而我们现在的一个小小的U盘,它的储存容量最少也有几个G,最大甚至可以储存几T,是软盘的一亿倍。这就是纳米材料的巨磁阻效应带来的变化。再比如验孕棒,其中的金粒子在检测到HCG时就会变红。这些金粒子就是一种纳米材料。

纳米虽然已在我们生活中有广泛应用,但是纳米就和我们之前说过的石墨烯一样,也被一些不良商家用来作为营销的噱头进行宣传。什么纳米内裤、纳米鞋垫等等。许多不明所以的消费者很容易上当受骗,甚至因此认为纳米科技就是骗局。

我教大家一个最简单的辨别纳米材料是不是骗局的方法啊,就是真正用了纳米技术的东西,一般都不会大肆宣传自己用了纳米技术。比如验孕棒,你有见过宣传纳米验孕棒的么?再比如U盘和硬盘,你有见过宣传U盘用了纳米工艺的么?你只会在意储存空间大不大,不会在意这到底是是什么技术做的。因为材料一般是提高产品性能的东西,对于普通消费者来说不是一个宣传点。厂家为何不宣传自家产品性能如何如何好,而要宣传用了什么材料呢?

而且正因为这种技术在这一领域已经成熟,产业化了,可以安全放心地使用。所以不需要再提出来当做噱头来宣传了。

而那些没有宣传点的产品,才会为了找到营销噱头而大肆宣扬自己用了什么纳米科技,用乱七八糟的概念去忽悠你。所以你看看那些纳米洗洁精、纳米内裤、纳米磁疗鞋垫。到底是什么货色大家心里都有数了吧。

纳米科学的问题

当然,纳米材料本身也不是没有问题。纳米材料虽然具备很多神奇的功能,但是现在的纳米材料还有这么三个问题需要解决

制备工艺问题

首先是制备方法的问题,在石墨烯的影片中我们曾说过,石墨烯虽然好,但是现在的制备水平跟不上,不好产业化。说实话,几乎所有高端材料的发展被限制都是因为制备和加工工艺出了的问题。

纳米材料也是这样,目前应用比较好的主要是两个极端,一个是极度有序的结构,比如芯片和储存磁盘,这些东西的尺度都在不断减小。不过这种方法能实现产业化的基本只有光刻法,而且光刻法的条件极为苛刻,需要非常昂贵的设备以及配套的超净间和高级技术人员。所以那些说芯片被卡脖子的,实际是光刻机被卡了脖子,而光刻机被卡了脖子说白了就是纳米制备工艺水平不够。

所以你会发现,很多东西我们被卡了脖子,最终都能归结于材料出了问题,比如发动机不行,因为叶片不行,叶片不行因为叶片材料和涂层不行。这也是为什么国家大力发展材料科学的原因。这也是为什么几乎所有的说得上名字的学校都有材料系,双一流学科中有那么多材料系。

扯远了我们言归正传。纳米材料的另一种制备方向是极度随机的结构。比如碳纳米管。这种材料可以用化学方法制备,条件非常宽松,只不过排列非常随机。但这个方向的很多应用已经被发掘得差不多了。现在研究的主要方向就是如何推向应用。

总结下来啊,要让纳米技术能够真正走向应用,需要专门研究着眼于降低纳米结构制备的成本,发展各种除了光刻方法之外提高纳米制备有序性的方法。

关注点

纳米材料的第二个问题就是学界往往关注的是纳米材料的优点,宣传的也都是纳米材料的优点,而忽略了纳米材料的缺点,比如物理强度和化学稳定性,金的熔点一般为1064度,但是到了一两个纳米,金在室温就会融化。再比如金属在纳米尺度下导电性没有上升反而会下降。在一些方面变强了,却在另一些方面出现了明显的短板,导致产业运用时直接败给那些没有明显缺点的材料。所以啊,有些时候,我们用材料并不是它有多么多么好的性能,而是它没有明显的缺点。

学界山头保护

最后,别以为只有无良的黑心商人会用营销噱头去赚钱,一些学者和科学家们同样也会这样做。纳米材料这么火热,这么卷,但是蛋糕和研究范围就那么大,为了不断获取研究经费,就必须把纳米材料包装得好看一点。

如果你是个外行人敢去质疑纳米材料是噱头和骗局,那么他们就会说你外行指点内行,没资格搁这儿指点江山,很简单你动了他们的蛋糕和利益啊。但如果你是内行人,那作为既得利益者,为何不闷声发大财,要捅破这样的谎言呢?所以啊纳米材料逐渐就这样被神话了,就像一个没穿衣服的皇帝,却没有人敢点破。最终始于自我欺骗,终于欺骗他人。

其实材料的很多领域都是这样的,比如石墨烯,比如钙钛矿再比如纳米。要不然也不会有人说遇事不缺石墨烯,灵丹妙药钙钛矿了。这句话的意思就是如果不知道研究什么,加点石墨烯和钙钛矿,就可以水一篇论文了。也不会有那个将鸟屎和石墨烯复合,性能会有大幅提升的笑话。更不会有生化环材四大天坑的说法。

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