纳米科学发展史
【关键词】 纳米科学、童装品牌排行榜纳米材料、纳米技术的发展、纳米的应用；
【摘要】 介绍了纳米科技的发展史和研究现状，以及纳米物质某些重要的物理效应，概要论述了纳米材料的性质、生产方法及用途。展望了纳米科技的发展趋势。
20世纪是人类发展史上取得最辉煌科技成果的一百年。在最后十年逐渐出现了人们对纳米科技的关注和研究热情。因为纳米科技是科学发展的新领域，有丰富的理论内容和重要的应用前景，因此为科学家、国际大公司和发达国家政府所重视。尤其是在20世纪的最后一年春季，当时的美国总统克林顿发表了优先资助纳米科技的讲话，增加4.97亿美元，强调注重人才培养。目标是为了美国未来的科技地位和经济实力。一石激起千层浪，接着日本、英国、德国、法国，以及荷兰、瑞士等国政府都纷纷宣布拨出专款，组建机构，发展纳米科技。我国科学家、媒体、企业家和政府也关注纳米科技的发展。在这个世纪交替之际，在全世界范围内出现了纳米科技热。
1. 什么是纳米？
我们早已认识到物质是由原子构成的。如果我们所研究的对象是由无穷多个原子组成的，即物体再增加或减少一小部分原子，都不会影响物体的性质，这类物体我们称为宏观物体或块体。这类物体和它们相关的物性，我们称为宏观世界。组成宏观物体的原子、分子和更小的基本粒子构成了微观世界。随着科技发展, 人们发现，介于宏观世界和微观世界之间还存在一个介观世界，前些年物理学家将描述这个尺寸范围的科学称为‘介观物理’。现在人们将这个范围的结构和特性，称为纳米世界，它通常的尺寸范围为1~100纳米。纳米世界中的物体是由有限个原子构成的，它有不同于块体的，也不同于原子的结构和特性。人们研究纳米物体的结构和特性，操纵原子、分子构造纳米材料和器件，为此发展了纳米科技。因此当今我们谈论纳米时，它是一代新科技的代名词。纳米有多小？1怎样学美甲纳米等于十亿分之一米（可表示为1nm=10m）。纳米对于人类来说，这是一个很小的长度，如果将1米与1纳米相比，就相当于地球的直径与一个玻璃弹球的直径大小相比。人的一根头发约为80微米, 即农村干什么赚钱80000nm，如果一个汉字写入尺寸为10 nm，那么在一根头发丝的直径上就可写入8000字，相当于一篇较长的科技论文容量，这个技术对于现代是惊人的。对于这样小尺寸的信息记录和加工，还有很多科学与技术问题等待解决，这就是纳米领域中所要研究的课题之一。
2. 纳米科技的诞生与发展。
大约在1861年，随着胶体化学的建立，科学家就开始对1—100nm的胶体进行了研究。但是由于当时的科技水平的限制，人们没有认识到在这样的层面上物质具有不同于宏观物质的奇特性质。最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费恩曼。1959年他在一次著名的讲演中提出：如果人类能够在原子、分子的尺度上来加工材料、制备装置，我们将有许多激动人心的新发现。他指出，我们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。1962年，日本人九保亮五提出了“在低温下，即当费米能级附近的平均能级间隔δ>kT（T为热力学温度，k为玻尔兹曼常数）时，金属微粒子显示与块状物质不同的热力学性质。”1974年，Taniguchi最早使用纳米技术(nanotechnology)一词描述精细机械加工。20世纪70年代后期，麻省理工学院德雷克斯勒教授提倡纳米科技的研究，但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。
纳米科技的迅速发展是在80年代末、90年代初。80年代初发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术，它们对纳米科技的发展起到了积极的促进作用。与此同时，纳米尺度上的多学科交叉展现
了巨大的生命力，迅速形成为一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩与第五届国际扫描隧道显微学会议同时举办《纳米技术》与《纳米生物学》这两种国际性专业期刊也相继问世，宣告了一门崭新的科学技术的诞生。从此纳米科技从此得到科技界的广泛关注。我国也于1992年8月在抚顺举办了第一届全国纳米科学技术会议。
据日本阿普莱德研究所提供的材料介绍，以研究分子机械而著称的美国风险企业宰贝克斯公司的一项预测认为，纳米技术的发展可能会经历以下五个阶段：端午节高速路免费吗
第一阶段的发展重点是要准确地控制原子数量在100个以下的纳米结构物质。这需要使用计算机设计／制造技术和现有工厂的设备和超精密电子装置。这个阶段的市场规模约为5亿美元。
第二个阶段是生产纳米结构物质。在这个阶段，纳米结构物质和纳米复合材料的制造将达到实用化水平。其中包括从有机碳酸钙中制取的有机纳米材料，其强度将达到无机单晶材料的3000倍。该阶段的市场规模在50亿至200亿美元之间。
在第三个阶段，大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能。这要求有高级的计算机设计／制造系统、目标设计技术、计算机模拟技术和组装技术等。该阶段的市场规模可达100亿至1000亿美元。
纳米计算机将在第四个阶段中得以实现。这个阶段的市场规模将达到2000亿至1万亿美元。
在第五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化的元件和装置，市场规模将高达6万亿美元。
宰贝克斯公司认为，虽然纳米技术每个阶段到来的时间有很大的不确定性，难以准确预测，但在2010年之前，纳米技术有可能发展到第三个阶段，超越“量子效应障碍”的技术将达到实用化水平。
3.纳米材料。
通常将纳米材料分为两大类：功能材料和结构材料。1）功能材料主要是纳米尺寸的原子团，多用于制造器件，催化、杀菌、清洁、隐身和燃料等。结构材料是纳米粒子压成的块
体，或加入纳米粒子的复合体。利用纳米粒子的活性表面和界面的奇异特性，构成新型的人造材料。功能的原子团材料，因为体积小，在常温常压下，由于布朗运动，它是悬浮在空气或液体中的。因此在使用这类一材料时，定要注意这个飘浮特性，不要造成对于人类环境和身体的污染和侵害。特别是由于纳米材料很小，小到可以容易地通过各种渠道，如呼吸系统，五官，甚至皮肤的毛汗孔进入人体内部。它是比空气中的粉尘危害更大的污染。所以纳米科技是一把双刃剑，一定要有严谨的科学精神。千万要注意它的负面影响，不可制造危害人类和自然的魔鬼。2）纳米结构材料通常表面具有活性，能起到杀菌、清洁作用。但材料一定要有活化能力，即在光、热、机械或其它某种作用下，能恢复原有的活性。否则只是第一次起作用，以后就失去了活性，不能为人们反复多次使用。有的加工成本很高，其产品进入市场时，必须考虑其成本的因素。比如纳米玻璃，增加了强度，失去脆性。但目前的成本远高于黄金的价格。某些原子团的添加或复合材料，可能是最容易形成产品的主要材料。纳米科技就是研究纳米材料的特殊结构和奇异特性，利用这些特性为人类服务，当然也要了解它对人类和自然有害的一面，加以避之。
4.纳米技术的未来发展方向。
日前纳米技术已经渗透到材料、机械、计算机、医药、家电、环保、农业等诸多领域。近几年，纳米技术的研究及应用在我国也呈现出方兴未艾之势。由于纳米市场容量大，利润空间大，纳米技术的兴起导致出现新的经济增长点，从而促进社会生产力的发展，为社会的就业带来新的机会。
按着三次浪潮作者托夫勒的观点：在1万年以前开始了农业革命，制造使用工具，200年前的工业革命，使用有动力的工具。那么，即将到来的信息革命，人类将使用具有智能的工具。纳米科技将是人类制造智能工具的基础，因此他是信息时代的高科技。智能工具或信息社会就是从纳米电子器件的研制开始。当今计算机的基本组件是微电子的超大规模集成电路，发展的下一代将是纳米电子器件的超高密度的集成电路，出现的工具不只是计算机，更主要的是具有智能的自动器（机器人），他与更高性能的计算机构成人类广泛使用的智能工具。
美国卡内基-梅隆大学教授、机器人工程学的世界权威汉斯.莫拉韦克说：“在2040年，机器人就将进化到人的水平”，这是屈指可数的时日。由于克隆技术的迅速进展，克隆人的器官，如骨骼、皮肤、肌肉、五官等人体零件将是唾手可得的事情。这一切说明，纳米科技
发展，具有人造品格的材料、器件和器官的出现，不是遥远的事件，给人类社会带来惊奇也不是幻想和虚拟。
可以看出20与21世纪交替之际正是人类科学发展跨时代时期，将开始纳米科技的新时代，将出现具有更多人造品格的具有智能的新工具。会更深刻地改变人类社会和人类本身。所以, 我们必须适应这个新形势，改变我们的观念，去迎接新时代的挑战。
1 央行心形纪念币预约白春礼，《纳米科学与技术》 云南科学技术出版社；1995.4
2 漏水快速补漏白春礼，《纳米科技的意义与发展过程》 亚洲纳米科技网；
3 贺丽，《纳米科学技术的发展和纳米材料的特性》 西安矿业学院报；1998.12
4 王中林，《纳米科学和纳米技术——挑战和机遇》 中国科学基金；2001年
5 薛增泉，《纳米科技》 2000年
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