发信人: hithere (行者), 信区: NTM
标  题: 小小纳米翻天覆地
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年01月20日09:13:09 星期六), 站内信件

小小纳米翻天覆地
  从20世纪90年代初起，纳米科技得到迅速发展，新名词、新概念不断涌现，像纳米电
子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学等等。科学家预言，纳米时代的到来不会
很久，它在未来的应用将远远超过计算机工业，并成为未来信息时代的核心。正如我国
著名科学家钱学森所说的那样，纳米将会带来一次技术革命，从而将引起21世纪又一次
产业革命。
    小东西唱大戏
  如果你喜欢读科幻小说，对纳米技术这个词肯定不会陌生。在最近一两年时间里，一
系列的突破把纳米技术从科幻世界里的幻想转变成了真实世界中的应用科学。世界著名
的科学公司和科研所几乎每个星期都会报告在纳米技术又取得了具有广泛商业和医学潜
力的新进展。
   几个月前，美国密歇根大学生物纳米技术中心的一群科学家到犹他州的美国陆军达
格维试验场去了一趟。他们此行的目的，是展示“纳米炸弹”的威力。事实上，这种炸
弹不会“轰”地一声爆炸。它们是一些分子大的小液滴，其大小只有针尖的l／5000，
作用是炸毁危害人类的各种微小“敌人”，其中包括含有致命生化武器炭疽的孢子。在
测试中，这些纳米炸弹获得了100％的成功率。在民用方面，这些装置也有着惊人的应
用潜力。比如，只需调整这些炸弹中豆油、溶剂、清洁剂和水的比例，研究人员就能使
它们具有杀灭流感病毒和疤疹的能力。据说，密歇根大学的这个研究小组正在制造更聪
明的新型纳米炸弹，这些针对性极强的炸弹能够在大肠杆菌、沙门氏茵或者李氏杆菌进
入肠道之前攻击它们，美国军方对纳米炸弹十分感兴趣。
   大自然的启示
   最新的纳米技术研究，借用了从大自然学来的方法。似乎难以设想，目前的超级计
算机能制造灰尘大小吗？但是，自然进化早在10亿年前就解决了这类问题。在活的细
胞中含有各种各样的由蛋白质组成的纳米马达，这些马达能够完成无数的机械和化学任
务，如肌肉收缩、光合作用等。这些机器常常能够自我复制，这种现象在自然界称为自
我组装。这类生物机器的巨大分子，恰好具有合适的形态和化学结合特性，以保证它们
能够按照预先设计奸的方式结合在一起。比如，组成DNA的双螺旋结构正好相互匹配，这
意味着即使在复杂的化学混合物中相互分离，它们也能很容易地找到对方。
   这个现象对制造纳米产品非常有用。那么如何利用从生物界获得的灵感制造这些机器?
可能不久的未来，科学家就可以仿造或者重新设计这些马达，以创造出对人类有用的产品
和流程。
   纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·范曼1959年所作的一次题为《在底部
还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的
想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或
者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。范曼质问道，为什么我们不可
以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求?他
说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”

     1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米
技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自
的位置，组成了IBM三个字母。这证明范曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。
不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生
长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。目前，
制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。
  一些科学家在偶然的情况下，也发现了一些新的很重要的自我组装物。西北大学教授塞
缪尔’斯图普在研究聚合物的新形式时，无意之中发现了“纳米蘑菇”。他在实验中研究
的分子自动地聚在一起，形成了一些状似蘑菇的超分子族。此后不久，斯图普再次在无意
中发现他能够很容易地把这些分子加以排列，使它们形成类似透明胶带的薄膜。
 与此同时，洛杉矶佳利福尼亚大学和惠普公司的研究人员为世界上首台分子计算机奠定
了基础。这些研究人员希望，最终能够制造出比细菌还小的存储器芯片。如果计算能力还
要像过去40年那样每一年半或者两年就增长一倍，那么就有必要做出这样小的存储器。这
是因为芯片上的晶体管越密集，计算机的处理速度就越快，但是我们正在接近硅晶体管的
最小制造极限。                为了快出成果，科研人员正在使用从生物工程、化学和
分子设计等领域“借”来的大量技术，其中也包括模拟人体的工作原理。在人的身体中，
DNA不仅指示细胞复制自身，而且还指示细胞如何把单个分子组装成新的细胞，比如头发
和奶水。换句话说，很多纳米结构能够自我制造。
   并非想象的蓝图
  1996年的诺贝尔化学奖由一组研究“纳米管”的科学家获得。科学家们预计，这些研究
人员如果能够成功地把纳米管编织成更粗的丝线，所得到的材料将比钢铁强100倍，导电性
比铜好而导热性比宝石好。用这种纤维制成的薄膜，应该会给人类带来功率高很多倍而体
积比原来小得多的充电电池。                去年，一个德国科学家小组把诸如金球这
样的建筑材料连接在单股的DNA上，然后观察到这两股DNA链相互缠在了一起，并且把它们
各自携带的组件绑在了一起，这样就制造出一种全新的材料；去年3月份,IBM公司的科学家
宣布他们使用自我组装原理制造出一种新的磁性材料，这种材料有朝一日可能会把计算机
硬盘和其他数据存储系统的存储能力提高100倍；前不久，康奈尔大学的研究人员和用有机
物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”
。测试报告说，这台马达以每秒钟3到4圈的转速运转了40分钟。如果进一步开发，这种发
动机将能够用于抽水、开关阀门并且为大量的纳米装置提供动力。
   未来学家预计，纳米电子学将使量子元件代替微电子器件，巨型计算机就能装入口袋里
；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的，成为一种重要材料；世界上还将出现1微米以
下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点
等。纳米技术在以后的二三十年中将从根本上改变人类的处境。大量可设计的粒子将根据
人的指令组装自己。人们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。
   科学家们已为我们勾勒了一幅若干年后的蓝图：超强轻型新型材料有可能使太空旅行变
得便宜而且容易，甚至像一些作家预测的那样利用纳米技术在火星上制造出大气。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，从而把人们的寿
命无限地延长，那么就有可能向太空移民。这听起来像天方夜谭，但是纳米技术已经创造
出足够多的小奇迹，这足以能让一些科学泰斗们相信这些宏伟的想法能够实现。
    徐敏荣 据《美国新闻与世界报道》周刊文章编译
译者联系地址：山东省郯城县第二百货商店 邮编：276100


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