小东西撼动大世界新世纪

小东西撼动大世界新世纪 纳米技术展望 马友全
纳米科学是研究在千万分之一米到十亿分之一米范围内，原子、分子等的运动和变化的学问。在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工的技术称为纳米技术。开发纳米技术，就是要生产出能够在分子水平上治疗疾病的手术工具、比人体细胞还小的计算机和具有防污染能力的超高效微型机床等。这项面向未来的混合技术，有朝一日将把工程学和化学融为一体，在分子甚至原子水平上制造产品。据德国工程师学会估计，2000年全球仅纳米材料市场就可达750亿美元，若包括与微电子元器件相关的产品，纳米技术市场可达3750亿美元。专家们预计，纳米技术在21世纪初将快速发展，是21世纪具有光明前景的科技领域，已引起各国的普遍关心和重视。发达国家你追我赶
为争夺在纳米技术领域的领先地位，美国、日本、德国和英国等发达国家纷纷实施纳米技术开发计划，在这一领域的竞争非常激烈。发达国家开发纳米技术的主要战略是：1、以未来经济发展和国家实际需求为目标，推动纳米科技领域的基础研究和应用研究；2、组织多学科科技人员共同创新，做到基础研究、应用研究并举，并重视它们之间的衔接；3、重视利用纳米技术和纳米材料改造传统产品，提高技术含量和生产能力。
美国　美国政府已决定把纳米技术列为21世纪前10年重点开发的11个关键领域之一。美国前总统克林顿于2000年1月21日发表《国家纳米技术倡议》，宣布成立国家纳米研究机构，并在2001年增加5亿美元纳米基础研究经费。此举是要使纳米技术成为美国经济发展的又一个助推器，并以此领导下一次工业革命。
日本　在1998年时就已提出两项有关纳米技术的计划《纳米结构研究计划》和《微机械研究计划》，为期10年。去年11月21日，日本又确定了将成为政府科学技术政策框架的下期科学技术基本计划草案（2001至2005年度）。该基本计划草案将纳米技术作为国家研究开发投资的重点战略领域之一，投入大量资金，并实行“产官学”联合攻关，加速这一高新技术的开发。
德国　把纳米技术作为21世纪科研创新的战略领域，并争取占据世界领先地位。19家研究机构已在卡尔斯鲁厄研究中心签署一项合作协议，建立一个遍布全德的研究网，以共同研究作为“21世纪关键技术”的纳米技术。
英国　在90年代初期就已先后实施了三项有关纳米技术的研究计划，现在有上千家公司、三十多所大学、七个研究中心积极进行纳米技术的应用开发。研究开发空前活跃
目前美国有许多公司和机构大力开发纳米技术。已取得多项有实用价值的成果，包括名为微加工电子机械系统的微电子零部件，这些部件最常应用于汽车安全气囊的传感器。国际商用机器公司苏黎世实验室研究人员已经朝制造纳米发动机迈出了第一步，他们研制出一种可以在固体表面控制液体流动的旋转分子。
多年以来，科学界以惊异和迷惑的目光注视着纳米管———一种把碳气化、并用钴和镍处理后得到的长分子串。它们有近乎无限的潜能———同已知的优质材料一样坚固，有极强的导电性，而且直径只有人的发丝的数千分之一。一种可能的用途是，用纳米管元件代替硅芯片，从而引发计算机行业的革命。美国航天局艾姆斯研究中心的迪帕克·斯里瓦斯塔瓦博士正在研制一种连接纳米管的方法。用这种方法连接的纳米管可用作芯片元件，发挥电子开关、放大和晶体管的功能。
采用由体积只有分子大小的工具和机器加工的纳米技术，是一个刚刚开始探索的“小人国”领域。科学家已经用碳纳米管研制出内孔直径只有百亿分之一米的试管。直径只有0·003英寸的静电发动机的转速已经达到每分钟24万周，最高速度达每分钟60万周。应用前景广阔无垠
美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔。虽然还要经过很多年，纳米管和纳米复合材料才能像硅一样普及，但是到2010年左右纳米时代将会进入兴盛期。将来纳米技术的开发成果几乎不可胜数：含有微小陶瓷颗粒、以聚合物为基础的涂料和染料将不怕划也不怕腐蚀；改良后的催化剂会给人们带来新的药物和塑料；铁—聚合物电池的供电时间将是目前电池的两倍；有弹性的金属化合物车身在轻微弯曲变形后还能恢复原样；强度大但重量轻的复合材料，将提高喷气发动机的性能———其中的涡轮风扇能够自动修复微小的应力裂痕。
超级材料科学还将开发甚至比纳米技术领域还要微小的领域，迄今已经发现了300多种亚原子粒子，但仍没有看到尽头。科学家正在使用扫描隧道显微镜等奇特的工具。这类工具不仅能够探知单个原子的外形，而且还能够把原子四处移动。这样，研究人员就可以弄明白纳米大小的元素能够以何种方式组合在一起。北卡罗来纳大学的纳米操纵器就能让化学微处理变得非常容易，生物学家和物理学家常常用这个工具摆弄原子和分子，就像玩拼图游戏一样。这所大学的物理学家已在用这个装置制造状如香烟的纳米管分子。由于纳米管的强度是钢的100倍，并且导热和导电性优于铜，所以纳米管纤维将大有用途。六个领域大显身手
纳米技术的开发研究将在生物技术领域大显身手，监视系统将受益于新的传感器，如差不多可以像现在拦截声频信号那样识别生物系统的探测器，这就使得读取分子特征标记和进行DNA分析成为可能。人们还有可能用纳米技术制造出带有陈年佳酿味道的新酒，或者带有开关的忠诚的生物机器狗。此外，还会出现模拟生物系统的各种各样的智能材料，这类材料能够适应变化的环境，自动修复磨损以及对即将出现的困难发出警告。
科学家正在寻找制造晶体管和电路的新方法，这已成为纳米技术发展的主要推动力。纳米技术将对未来电子技术领域产生重大影响，未来出现的微型晶体管和存储器芯片，将使计算机的速度和效率提高数百万倍，使存储器的存储容量达到数万亿比特，并且使能耗降低到现在的几十万分之一。通信带宽可能会增大好几百倍，可折叠的显示器将比目前的显示器明亮10倍。把纳米技术用于存储器，可使整个美国国会图书馆的信息放入一个只有糖块大小的装置中。
纳米技术将极大地促进保健业的发展。生物传感器和新的成像技术的发展，将使医生能对癌症和其它疾病进行早期检测和预警；新型纳米分析工具的发展，将会促进细胞生物学和病理学的基础研究；通过控制材料的纳米结构，可以得到新型高性能的生物相容材料，从而延长人造器官的使用寿命。利用纳米技术，可以开发出一种在人体血液中运动的装置，它能发现并分解血管壁上沉积的胆固醇。有的科学家甚至认为，如果新的纳米医学能够在细胞老化时一个分子一个分子地制造出新的细胞，就能把人的寿命无限地延长。
纳米技术将使科学家和工程师设计并制造出用于飞机、火箭、空间站等的轻质、高强度、热稳定的材料，它们在航空航天领域的应用前景极为广阔。美国国家航空航天局希望，航天器采用纳米材料后，到2020年时发射费用可以从目前的每磅1万美元降低到200美元，并可制造出成本只有6万美元、大小如一辆小汽车的航天器。
纳米技术在能源方面也有广泛用途，它将会对能量功效、能量存储以及能量生产等方面有显著影响。利用纳米合成和组装方法，可能开发出更加节能的照明技术；开发出强度更大的轻质材料以提高运输效率；使用低能的化学过程来破坏有毒物质从而保护环境；利用纳米技术可以大大降低太阳能电池的制造成本。
纳米技术将直接对农业的进步作出贡献。基于分子工程的生物降解化学品，可用于给植物提供营养和保护植物免遭虫害；可用于改良动物和植物基因；将基因和药物导入动物体内。