毫厘之间乾坤大——微米／纳米技术杂谈 [复制链接]

第7版(国际)
专栏：《科技时代》杂志供本报专稿

　　毫厘之间乾坤大
——微米／纳米技术杂谈李德孚
微米／纳米技术是一系列技术的统称，包括半导体专用集成电路批量制造技术、微型机电系统、专用集成微型仪器和纳米技术等等。微米和纳米都是长度单位，微米是米的百万分之一，纳米是微米的千分之一。这些技术都有一个共同特征，那就是能在微米或纳米尺度的空间里设计、制造、测量和应用，可谓“毫厘之间微妙多”。
“小”同“巧”常常是联系在一起的，微型化一直是科学家们追求的重要目标。多年来，实现微型化的最重要途径是依靠以集成电路技术为核心的微电子技术。但是，一旦元件或机器尺度小于０．１微米，粒子波动的量子效应就不可忽视，微电子技术的理论基础不再有效，微电子技术也就无能为力了。
而纳米技术是在０．１微米以下的纳米尺度中，利用在这种尺度下的物质特性去操纵一个个分子，甚至是原子或电子，来制造具有特定功能的元件或机器。这样，微米／纳米技术就接过了微电子技术交过来的“接力棒”，在元件或机器的微型化方面形成了新的突破。
近十年来，微米／纳米技术取得了可观的进展。其主要途径有二：一是“由大到小”，即采用刻蚀等精细加工手段把大一点的材料切割成极小；二是“由小到大”，即对分子、原子进行组装、拼接，组成线、膜等“纳米结构”，再进一步将其同某些功能元件集成为系统。
运用微米／纳米技术，人们已经制造出了只有若干微米大小的压力传感器、加速度传感器、化学传感器以及阀门、传动装置、操纵杆等部件，并组装成比跳蚤还要小的微型机电系统。这种系统不仅能收集和传送声、光、热、运动等信息，而且能根据这些信息采取行动。将这种微型机电系统与微电子技术相结合，还可以引出专用集成微型仪器的概念，也就是将几种微型机电系统组装在一块硅基片上，进行批量生产。这些专用集成微型仪器运用到卫星技术方面，可以产生发射费用、产品尺寸和重量都大大下降的“纳米卫星”。
微米／纳米技术不仅在实验室里受到科学家们的青睐，在人们生活中也应用领域广阔，前景诱人。
在汽车制造领域，通过将微型压力传感器埋置在轮胎中来保持适当气压，就可以大量节油；通过加速度传感器又可给防撞气囊紧急充气，从而避免伤害。微米／纳米技术在医疗领域对人们的生活贡献最大。它可以进行导管医疗诊断，提供诸如冠状动脉、肿瘤等病变的具体信息；可以修补血管，代替心脏旁路手术；可在药丸中安置传感器和压力泵，自行找到需用药的精确位置并适当给药；纳米注射器可穿透单个细胞的细胞壁，而不影响其他细胞；还可以在血管中遨游，清除脂肪沉积，消除有害物质以及制造特效新药和人造器官，等等。
微米／纳米技术在军事领域也将大显神威。各种微型机电系统可在敌人后方窃取情报，大肆破坏，而敌人要发现和全部摧毁它们几乎是不可能的；近距离传感器和灵巧武器可构成危险地带，使敌人无法逾越；它可以被用来制造袖珍型无人飞行器、微型全球定位系统和精确制导系统，也可用于探测有毒物质，制造各种外表蒙皮，提高飞机、潜艇等的生存能力。