奈米技術的由來是什麼

2021-09-04 18:21:04 字數 1713 閱讀 3643

1樓:

進入20世紀尾聲的時候,隨著人類對物質微觀世界認識的不斷進步,一門新興的學科誕生了。2023年,在美國舉行了第一次奈米科技大會,並且正式創辦了《奈米技術雜誌》,奈米科學技術由此正式宣告「開宗立派」。

所謂奈米科學,是人們研究奈米尺度,即100奈米至0.1奈米這個微觀範圍內的物質所具有的特異現象和特異功能的科學;而奈米技術則是指在奈米科學的基礎上製造新材料、研究新工藝的方法和手段。雖然奈米科技問世的時間不長,但是它帶來的衝擊卻是明顯的。

越來越多的科學家相信,這項新興科學技術將帶來新的一輪技術革命,人們將憑藉它進入一個奇妙的嶄新世界。

其實,從比較準確的意義上來講,奈米科技誕生的時期應該還要早一些。

2023年,德國著名學者格萊特利用現代技術把一塊6奈米的鐵晶體壓制成奈米塊,並詳細研究了它的內部結構,結果發現它比普通鋼鐵的強度要高12倍,硬度要高2~3個數量級。而且這種奈米金屬在低溫下甚至會失去傳導能力,並且隨著尺寸的縮小,奈米材料的熔點也會隨之降低。

格萊特的研究實際上只是開了一個頭,從而卻導致了科學家們對物質在奈米量級內物理效能變化和應用的廣泛研究。一般來講,奈米顆粒的尺寸通常不超過10個奈米。在這個量級內,物質顆粒的大小意味著它已經很接近一個原子的大小了。

在這種狀態下,物質的效能和結構的變化已經是非連續性的了。就是說,量子效應開始發生作用。因此,用奈米顆粒最後製成的材料與普通材料相比,在機械強度、磁、光、聲、熱等方面都有很大不同,由此會產生許多完全不同的功用。

很顯然,奈米科學技術是一門以物理和化學這兩個基礎學科的微觀研究理論為基礎,以先進的解析技術和工藝手段為前提的內容廣泛的多學科綜合體。它既不是某一學科的延伸和發展,也不能說是某一工藝技術革新的產物或轉化。它是基礎理論學科和當代高新技術緊密結合的產物。

奈米科技的誕生還表明了這樣一種發展態勢,即在當今的科學技術領域裡,基礎科學研究與應用技術發展的結合,已經呈現出一種越來越密不可分的趨勢,以至於在相當多的情況下,人們已經很難完全區分出研究和應用之間的差別。按目前的研究狀況,奈米科技一般分為奈米材料學、奈米電子學、奈米生物學和奈米制造學、奈米光學等等,這其中的每一門學科又都是跨學科,集研究與應用於一體的邊緣學科與綜合體系。

在上述這些學科中,奈米材料學是奈米科技領域比較成熟的組成部分,也是奈米科技的發展基礎。在這方面,科學家們已經取得了一些重要進展。以陶瓷材料為例,普通陶瓷材料具有強度高而韌性差、熔點高而難以加工成形的特點;但利用奈米技術加工成的奈米陶瓷不僅保持了原有特性,還具有超塑性質,並可在較低溫度下加工成耐高溫的器件,從而大大拓寬了陶瓷材料在工業製造領域的應用範圍。

在另一方面,奈米電子學也被認為是微電子技術向縱深發展的必然結果。科學家們指出,開發具有奈米量級解析度的工藝是取代現有積體電路生產工藝向微電子技術發展的方向;而奈米電子器件的研究與開發,也為新一代電子計算機的發展奠定了基礎。基於這一點,西方國家對這一領域都投入了大量資金,許多大企業也紛紛躋身這一領域的研究開發。

據瞭解,日本東芝公司已經率先取得了量子器件整合化的成果,並且大規模奈米級的整合器件也正在研製之中。用奈米器件製作機器人和奈米資訊處理系統,在分子生物研究及醫學研究領域,更是具有誘人的前景:將這些具有特殊功能的奈米機器人注入人體血管內,可以有效地進行全身健康檢查和**,使腦血栓、心肌梗塞等疾病將不再成為威脅人類生命的「殺手」。

不過,儘管目前科學界在奈米科學技術領域已經取得了一系列重要的進展,並開發出了不少奈米材料和器件,但從嚴格的意義上講,奈米科學技術在20世紀,僅是剛剛露出其尖尖角的小荷,它的燦爛和美麗將是屬於21世紀的。因而,這門學科的誕生可以說是20世紀的科學家們獻給21世紀的一份珍貴的禮物。

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