为纳米技术点个赞
2015-05-21
在学习数学的时候,你会接触到许多长度单位,比如米、分米、厘米或千米,比起这些你经常接触的长度单位来说,纳米就显得陌生许多了。可是在科学界纳米很火,因为科学家们很热衷研究纳米级别的微观科学,这也带动了纳米技术成为科学圈子里的时髦课题。想要了解有关纳米技术的那些事儿,咱们还得从纳米开始说起。
是微米的千分之一
和米、厘米等长度单位一样,纳米也是一个长度计量单位,它小得让你吃惊,只有微米的千分之一。如果你不知道微米有多小,你真应该多看看《天气预报》中常提到的“PM2.5”数据。“PM2.5”指的就是空气中直径在2.5微米以下的微粒。在雾霾天,这样的微粒大都悬浮在空气中,你根本看不到它们每个到底有多大。当然,如果你有办法把它们每个再缩小1000倍,就能得出纳米到底有多小了。下面这组换算关系会让你更直观地感受到纳米的微小。
1米=1000毫米
1毫米=1000微米
1微米=1000纳米
在现实中,如果咱们有能力把1米长的绳子平均分成10亿等份,那么得到的每一份就是1纳米。形象地说,把一单位的纳米放到一个乒乓球上,就相当于把小小的乒乓球放到地球上。也许你会好奇,到底是谁独具慧眼发现了这么微小的长度单位呢?这要感谢一位叫罗雷尔的美国科学家,正是借助他在1981年发明的扫描隧道显微镜,人类才看到了纳米世界,从而在纳米世界中开展了一系列具有突破性的科学研究。从那以后世界便诞生了一门新的科学,这门科学就是纳米科技。
纳米技术让人着迷
关于纳米技术,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼曾预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个排列原子,制造产品。这是关于纳米技术最早的梦想。此后纳米技术开始成为科学界的“宠儿”。纳米技术的研究对象理所应当是纳米级别的东西,凡是结构尺寸在0.1纳米至100纳米范围内的材料,从性质到应用都是纳米技术研究的范畴。
20世纪70年代,科学家谷口纪男最早使用“纳米技术”一词描述精密机械加工。随后,扫描隧道显微镜的发明为我们揭示出一个可见的原子、分子世界,这对纳米科技的发展产生了积极的促进作用。到了1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国的巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生。
人们为什么会这么热衷研究纳米技术呢?因为通过研究发现当物质达到纳米尺度以后,其性能就会发生突变,产生特殊性能。纳米材料也由此诞生。当时的实验大概是这样的:一位科学家在制备超微离子时发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就会失去原来的性质,表现出既不导电也不导热的特性。而且很多磁性材料也是如此,像铁钴合金,把它做成大约20~30纳米大小后,它的磁性要比原来高1000倍。这种科学现象如此神秘莫测,而且让人着迷,不同国家的科学家们纷纷对它设立了研究课题,投入巨资,争先恐后地开展纳米技术的研究。
性能非凡,被广泛应用
迄今为止,科学家已经证实了纳米技术的神奇功能。我们再来看看纳米材料非凡的卓越性能:利用纳米级微粉烧结成的陶瓷不但强度高,而且有良好的韧性,你有可能利用这种材料做出一把“削铁如泥”的宝剑。更特别的是,如果你选用了纳米级金属微粉烧结成的材料,就会体会到它的强度和硬度远远高于原来的金属。它还具有让你大吃一惊的转变——纳米金属可以由导电体变成绝缘体。
有人提出,纳米技术这么高端大气,在医学界也能有所发挥吧。他还真说对了,纳米医学在当下也是炙手可热的。如果将常规治疗药物纳米化,可提高药效、减少用量、降低副作用。纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞,并可以吸收癌细胞的生物医药,如果注入人体内,可以用于定向杀死癌细胞。
不光是在医学方面,就连军事专家们也爆出猛料:21世纪,纳米技术将会引发军事的重大改革。到时候,纳米级攻击装备的联合作战效能将不可小觑,说不准哪天你就会看到“蚊子导弹”“蚂蚁雄兵”或者是“蜘蛛杀手”等另类装备神不知鬼不觉地潜入敌方指挥部、弹药库,像孙悟空一般钻进妖怪肚子里大发神威呢。或者它们会长期“潜伏”在敌军重要的目标和核心武器装备中,一旦接到“战斗命令”,就能瞬间使敌作战系统瘫痪。
要特别说明的是,纳米技术给世界带来突破性改变的同时,也伴随着不可控情况的发生。由于物质微粒太小,在某些方面可能会给人类带来一些意想不到的危害,但科学家们已经在着手改善这个问题,相信随着科学技术不断成熟,这种危险也会被降低,到时候,我们大可以放心地使用纳米产品了。
纳米材料
既不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,就是纳米材料。但如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。
纳米机器人
纳米机器人是一种被设计制造成可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”,也称分子机器人。目前,纳米机器人的研发已成为科技的前沿热点。纳米机器人潜在用途十分广泛,其中特别重要的就是应用于医疗和军事领域。用不了多久,个头儿只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。
纳米雨衣伞
纳米雨衣伞是雨伞与雨衣的结合体。在纳米雨伞的状态下,它能达到两种收伞形态——三折伞和直杆伞。简单地说,就是收伞时有长、短两种选择形态。纳米雨衣可由纳米雨伞转变而成,纳米雨衣又不同于一般的雨衣,因为纳米雨衣可以保证从头到脚绝对不湿。因为采用了纳米材料,所以纳米雨伞可以做到一甩即干,同样,雨伞转变为雨衣后,只需穿着时轻轻一跳便能速干。