今年春节,微观世界送"薄礼"

沉舟舟

热化学纳米画

精灵豆：我的第一份礼物，是用“热化学纳米印刷”技术绘制的画作，大约30微米（1 000纳米=1微米=0.000 001米）宽，只有头发丝的三分之一。

小cool龙：啊？你的视力也太好了吧？这么小的画都能画出来。

精灵豆：我有原子力显微镜帮忙呢l有了它，纳米级别的世界也能清晰地展示在我眼前。然后，我就能用微型加热旋臂，慢慢地在画布上加热。

小cool龙：加热？不是画画吗？怎么好像是在做菜。

精灵豆：怎么说呢？加热旋臂的温度越高，画布上相应位置的分子浓度就越高，阴影就越浅。通过明暗的差异，就能绘制出一幅黑白灰搭配的画作来。这就好比用火焰喷射器在面包上画画一样。

原子力显微镜

原子力显微镜分辨率极高，能帮我们“看”到纳米级别的世界。

1.原子力显微镜上有一根微米级别的探针。就像盲人摸象一样，这根探针一点一点从受测物品上探过。

2.这时，有一束极为敏感的激光照射在探针上，感受着探针的起伏变化。

3.激光将探针的起伏变化传递给检测器，然后由检测器在电脑中“绘制”出这些变化。

4.起伏变化汇集在一起，就“绘制”出了受测物品的表面特征。

DNA折纸画

小cool龙：原子力显微镜真是太厉害了，我也想有一台。

精灵豆：原子力显微镜现在已经是一项成熟的技术，被广泛地运用在纳米材料的成像和测量上。所以，你先别惊叹，我制作的另一个礼物，会让你更吃惊的。

小cool龙：赶紧秀出来！

精灵豆：瞧，这是用“DNA折纸”技术创作的画，大小只有100纳米左右。

小cool龙：你的意思是，你使用的绘画材料是DNA？

精灵豆：是的。其实，确切地说，“DNA折纸”不是绘画，更像是拼图。

1.准备一根长长的单链DNA作为骨架。

2.在长单链DNA上添加短单链DNA，形成局部双链结构。

3.若干这样的结构组合在一起，形成“画作”的局部拼图。

4.若干拼图组合，完成最终的“画作”。

小cool龙：这两种礼物都很有趣。不过，既然你已经选了，我想换不一样的。

精灵豆：这样的话，你可以考虑制作纳米手工。

纳米雕刻

精灵豆：你的第—份手工礼物，可以用光刻技术来制作。

小cool龙：光刻？是用光来雕刻吗？

精灵豆：就是这个意思。你可以利用光刻技术雕刻出自己想要的形状。当然，结构越复杂，耗费的时间也就越长。

小cool龙：光刻技术？为什么要用光来雕刻？用其他东西不行吗？

精灵豆：光刻技术主要应用在集成电路的制造上。手机的主板就是一套集成电路。集成电路的结构极为复杂，往往要在一根头发丝的面积上安装上百万个微型部件。如此细微的操作，只有靠“无孔不入”，而且能够被聚焦到极细的光才能实现。现在，有的光刻技术，已经细到了光子级别。

光刻技术

手机主板上那些金色的线条就是光刻技术的成果，大致步骤是：

1.在硅片上刷薄薄的一层铜，然后在铜上刷一层感光膜。

2.用紫外线照射需要去掉的地方，那个地方的感光膜就会“变质”，能被显影液洗掉，下面的铜就露了出来。

3.用能溶解铜的溶液，将露出来的铜溶解掉。

4.清洗掉感光膜，我们需要的电路就刻好了。

碳原子项链

小cool龙：这个倒是不错，不过，好像需要自己来设计形状。这方面，我可没什么天赋。有没有不需要什么艺术细胞就能做出来的？

精灵豆：当然有。不如，你做一串碳原子项链吧。碳原子可是现成的，串起来就行。

小cool龙：嗯，我怎么觉得这个东西属于“说起来简单”那一类的呢？

精灵豆：哈哈，你还真说对了。要制作碳原子项链，需要在超低温条件下进行，可不容易呢！

小cool龙：能不能说点儿实在的……

制作碳原子项链

1.首先需要合成一种包含24个碳原子和6个氧原子的分子结构。氧原子能让这个结构更加稳定。

2.在超低温条件下，借用原子力显微镜，用一根微米级别的金属探针，释放电流将氧原子和与氧原子相连的6个碳原子敲掉，剩下的18个碳原子就会形成如同项链一样的环形结构。

小cool龍：纳米画和纳米雕刻是不错，但都没有色彩。我还是喜欢彩色的东西……

精灵豆：我想想——如果既要来自微观世界，又要有色彩的话……有了！

会变颜色的画

精灵豆：首先要介绍的，还是画，而且是会变颜色，不会褪色的画。

小cool龙：这么厉害9用的是什么超级墨水吗？

精灵豆：当然不是。咱们用的是金和银制造出来的纳米颗粒，模仿的是变色龙的变色方法。变色龙的皮肤上有一种纳米级别的鸟嘌呤晶体。通过控制这些晶体的疏密程度，变色龙的皮肤能反射出不同色调的光线。我们增加或减少金属颗粒的厚度，也能达到类似的效果。

小cool龙：快，教我怎么做1

制作“变色颗粒”

1.在一小块导电玻璃上覆盖一层二氧化硅，利用光刻技术，在二氧化硅材料上刻出一排排整齐的小坑。在小坑中“种”上纳米级别的金颗粒。

2.给种好金颗粒的二氧化硅材料盖上一个含有银离子的盖子。这个时候，无数金纳米颗粒组合在一起，显示出漂亮的红色。

3.通电之后，银离子会被还原为金属银，并沉积到金纳米颗粒的表面。随着银沉积的厚度增加，光线的反射发生变化，逐渐从红色变为绿色，最后变成蓝色。反之，如果将银从金纳米颗粒表面剥离，颜色的变化就会出现反转。

来自细胞的灵感

小cool龙：还是好复杂，而且还要金和银，有没有便宜又简单的？

精灵豆：你还真是挑肥拣瘦。那就只有……

小cool龙：别卖关子了，快说！

精灵豆：那就只有微生物剪纸了。

小cool龙：微生物还会剪纸？

精灵豆：呃……是用剪纸来表现微生物的世界啦！

法国艺术家罗根·布朗将科学和创意相结合，用纸雕展示出了微观世界让人叹为观止的美。当然，这些精细的纸雕并非纯手工，用于微雕的激光切割机也功不可没，为这些纸雕立下了汗马功劳。

小cool龙：就选这个了，简单、便宜又好看。

精灵豆：可别以为简单。这些剪纸作品可不是天马行空，都是以科学观察为基础的。

小cool龙：说起来，这些礼物这么小，真是名副其实的“薄礼”。

精灵豆：哈哈，还真是。不过，这些技术和发明，都是对纳米技术的探索。它们的成熟，对我们的未来至关重要。

小cool龙：明白了，那就让科学家们继续加油吧。我要去剪我的微生物略。再见！

精灵豆：你……