21世纪纳米技术及其应用展望-中国物理C.PDF

2 1 世纪纳米技术及其应用展望 石新军 异军突起的纳米技术 计算机革命 、光革命甚至生物工程革命 。纳米技术 “纳米”是英文 namometer 的译名 ,是一种长度 正在向新材料 、微电子 、计算机 、医学 、航天 、航空、环 单位 ,1 纳米为百万分之一毫米 , 即 1 毫微米 ,也就 境 、能源 、生物技术和农业等诸多领域渗透 ,作为 2 1 是十亿分之一米 , 约相当于 45 个原子串起来那么 世纪的一项关键技术 ,虽然 目前应用研究尚不成熟 , 长 。纳米结构通常是指尺寸在 100 纳米以下的微小 但其应用前景和市场潜力不可限量 。 结构 。科学家们在研究物质构成的过程中 ,发现在 奇特的纳米材料 纳米尺度下隔离出来的几个 、几十个可数原子或分 纳米材料具有奇异的物理化学性能 ,与常规材 子 , 明显表现出许多新的特性 ,而利用这些特性制造 料迥然不同。譬如 ,金属铜是良导体 、而纳米铜是绝 具有特定功能设备的技术 ,就称为纳米技术 。 缘体 ,硅是半导体 、而纳米硅是 良导体 , 陶瓷是易碎 纳米技术其实就是一种用单个原子 、分子制造 品、而纳米陶瓷材料可在室温下任意弯曲,纳米磁材 物质的技术 。从迄今为止的研究状况看 ,纳米技术 料的磁记录密度是普通磁材料的 10 倍 ,纳米碳管的 分为三种 。第一种 ,是 1986 年美国科学家德雷克斯 强度是钢的 100 倍 ,纳米铁材料的断裂应力比一般 勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技 铁材料高 12 倍 ,纳米铜比普通的铜坚固 5 倍 、且硬 术 ,即任意组合所有种类的分子 ,制造出任何种类的 度随颗粒尺寸的减小而增大 ,气体在纳米材料中的 分子结构 ;这种概念的纳米技术一直未取得重大进 扩散速度比在一般材料中的扩散速度快几千倍 …… 展 。第二种是把纳米技术定位为微加工技术的极 碳纳米管 　碳纳米管是由石墨中一层或若干层 限 ,即通过纳米精度的“加工”人工形成纳米尺度结 碳原子卷曲而成的笼状“纤维”, 内部是空的 ,外部直 构的技术 。这种纳米级的加工技术 ,会使半导体微 径只有几到几十纳米 ; 比重只有钢的 1/ 6 ,强度却是 型化技术终将达到极限。这是因为 ,如果把电路的 钢的 100 倍 。轻柔又非常结实的碳纳米管最适于制 线幅变小 ,构成电路的绝缘膜将变得极薄 ,从而失去 作防弹背心 。如果用碳纳米管作绳索 , 即使从月球 绝缘效果 。此外 ,还有发热和晃动等问题 。为了解 挂到地球表面 ,也不会被自身重量拉断 ,碳纳米管甚 决这些问题 ,研究人员正在研究新型的纳米技术 。 至可用于制造地球到月球的电梯 。纳米碳管的细尖 第三种是从生物学角度出发而提出的。本来 ,生物 极易发射电子 ,如果用于电子枪 ,可做成几厘米厚的 在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构 。 壁挂式电视屏 。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科 ,研究 内容几乎涉及现代科技的各个领域 。纳米科技现在 已经包括纳米生物学 、纳米电子学 、纳米材料学 、纳 米机械学 、纳米化学等学科 。从包括微电子技术等 在内的微米科技到纳米科技 ,人类正越来越向微观 世界深入 ,认识 、改造微观世界的能力也提高到前所 未有的水平 。我国著名科学家钱学森 曾指出 ,纳米 图 1 　碳纳米管示意图 量级和纳米量级以下的结构是下一阶段科技发展的 纳米陶瓷 　我们平常用的陶瓷制品硬而脆 ,一 一个重点 ,是一次技术革命 ,它将引起 2 1 世纪又一 摔就碎 ;而