纳米技术异军突起 [复制链接]

第3版(国际)
专栏：科技探索

　　纳米技术异军突起
钟元贞
内容提要：世纪之交，高科技领域里有支异军正在突起，这就是纳米技术。科学家们认为，它将引起一场产业革命。为抢占这一新的制高点，各发达国家正在人力、财力和物力上增加投入，展开竞争。
何谓纳米技术？一纳米即一毫微米，为十亿分之一米，约为１０个原子的尺度。因此，纳米技术是与单原子、分子测控科学技术密切相关的。简单地说，纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术，即在单个原子、分子层次上对物质（存在的种类、数量和结构形态）进行精确的观测、识别与控制的研究与应用。这是一个在世纪之交备受关注、亟待开发的新领域。它对于２１世纪的信息科学、生命科学、分子生物学、新材料科学和生态系统可持续发展科学等的发展提供一个新的技术基础。有关科学家认为，它“将引起一场产业革命，其深远的意义堪与１８世纪的工业革命相媲美”。
发达国家竞相研究开发
世界上一些科技发达国家竞相将纳米技术列为面向２１世纪的战略性基础研究的优先项目并大力投资。
美国自１９９１年以来，把纳米技术列入了“政府关键技术”、“本世纪末下世纪初的重大研究方向”、“２００５年的战略技术”，美国国防部每年为此拨款３５００万美元。
日本１９９１年开始实施为期１０年、耗资２．２５亿美元的纳米技术研究计划，将此技术作为政府、企业和大学合作研究的三项重大基础研究课题之一。１９９５年又将此列为今后１０年日本应开发的四大基础科学技术项目之一，并制定了具有挑战性的战略性基础研究推进计划。
德国１９９３年提出了１０年重点发展的９个领域８０项关键技术，原子测控技术涉及其中４个领域１２个项目，联邦政府每年拨款８５００万美元支持这个领域的研究。
澳大利亚１９９３年将原子测控技术列为２１世纪最优先开发的项目。
梦想正在变成现实
纳米技术的基本概念是已故美国著名物理学家理查德·范曼于１９５９年提出的。但纳米技术广泛应用的真正预言家是现年４１岁的美国预见研究所的工程师埃里克·德雷克斯勒。７０年代中期，生物学家们正研究如何操纵ＤＮＡ实现遗传工程，这使德雷克斯勒萌发了用原子制造机器的想法，而且是能自行复制的机器，一台变两台，两台变四台，四台变八台……用简单的原料制造具体的非生物物体。他设想用他称之谓“装配工”的微型机器人，为饥饿的人们生产制造无限数量的食物，为无家可归的人们建造无数的住房。这些微型机器人可在人体血流中游弋，能修补细胞、祛病，使人不衰老。
多数主流派科学家对德雷克斯勒的想法不屑一顾，认为是一派胡言。但德雷克斯勒仍然著书立说，阐述自己的观点。有的科学家随后开始进行试验性研究。１９８９年，ＩＢＭ公司实验室科学家首先用一台扫描隧道显微镜分别搬移了３５个氙原子，拼装成了ＩＢＭ三个字母的标识，后来又用４８个铁原子排列组成了汉字“原子”两字。过去被认为异想天开的纳米技术，现在变成了一项严肃认真的研究工作。研究形式也在变化，由分散的研究人员个人研究转向政府、研究机构关注的有组织的研究。随着对纳米技术的大量研究，特别是近５年来在政府资助下的研究，许多专家已开始在原子、分子的层次上对一些物质的特性有了新的认识，取得了一些突破。过去空想的实验正变得具有实用潜力，科学家的梦想正在变成现实。德雷克斯勒认为，如果研究经费充足，有可能在１５年内实现纳米技术的大规模应用。
研究成果和应用前景
欧盟委员会１９９５年委托进行的一项研究报告说，１０年内纳米技术的开发将成为仅次于芯片制造的世界第二大制造业。到２０１０年，纳米技术市场的价值将达４００亿英镑。迄今为止进行的研究开发已取得一些重大突破和成果。
超微碳分子算盘ＩＢＭ公司苏黎世实验室１９９６年１１月宣布造出了超微型碳分子算盘。算盘架是蚀刻而成的铜槽和铜脊，算盘珠是由６０个碳原子组成的巴基球，槽脊柱只有一个原子高。这个碳分子算盘目前虽尚未成为实用计算装置，但它能大大提高运算速度。
纳米管美国普林斯顿ＮＥＣ研究所和赖斯大学的科学家造出了少量初级纳米管。纳米管的强度比铜高１００倍，而重量只有后者的１／６。纳米管非常细，５万个纳米管排列起来才只有一根头发丝那么粗。预计它是理想的导体，其导电性能很可能远远超过铜，是最佳超微导线和超微开关的首选新材料。
极小的微电机系统（ＭＥＭＳ）微电机技术能在一个硅晶片上置放１００万个微型机器，每台机器都有电子控制系统。美国得克萨斯公司已使用ＭＥＭＳ技术开发显示视频图像的芯片。贝尔实验室正在用这项技术生产微型光调制器，可大大降低成本，从几千美元一个降到几美分一个。一种初步的微电机系统在美国、日本和德国已得到广泛应用。数百万辆汽车安装了一根头发丝那么细的传感器——传动装置，当感到被撞击时，它即释放出气囊。科学家们还在考虑的其他应用有：给飞机包上一层微电机襟翼皮，它将传感湍流等情况，使飞机根据情况升降，飞得更平稳更安全；潜水艇在水下如有一层微震动皮，也可以起到作用。科学家们还设想，有朝一日微电机化的坦克结构在遭到敌人火力袭击时会“变硬”；ＭＥＭＳ装置镶在头盔、服装或武器里，将不仅可以监测和传输一个士兵的重要标记和位置，而且还能监测和传输附近敌人的任何活动。
微型机器人美国伯克利加利福尼亚大学实验工程师即将组装成一只蚂蚁大小的昆虫。他们想创建一座微型机器人工厂，代替人制造电子产品，组装家用电器的元器件。他预计这类微型机器人将首先在医学领域得到广泛应用。
纳米技术的可能应用远不止以上所列，还有一些具有深远影响的探索目前已在美、日、德等国进行。例如，模拟和确定物质和计算机硬件的特性，并证明复制可编程序和可复制的机器是可行的，其长远目标是想制造一二千纳米的显微航天器，飞往其他星球；设计以氟为１、氢为０的分子型二进制代码，制造能区别氟原子和氢原子的分子探针，使分子型二进制代码成为所有数字计算的基础；用微型部件组装出一辆一粒米大的微型汽车；造出肉眼看不见的发动机和化学工业用的火柴盒大小的反应器；制成大小只有常规车床万分之一的工作车床；造出直径只有５．５毫米的尺蠖，有朝一日这种尺蠖可在核电厂有角的弯管里爬行探寻裂缝；创造硅微型昆虫，用人造昆虫在温室传播花粉和杀死害虫；制造高性能的微型发动机，这种发动机小如削尖了的铅笔尖，但其转速可达每分钟１０万次，最终可用作电子显示器、手表、摄录一体机和激光扫描器的驱动器。
作为世纪之交出现的一项高科技——纳米技术，它和单原子、分子测控科学技术一样，其发展方兴未艾。为抢占科学技术领域这一新的生长点、制高点，各发达国家无不在人力、财力、物力上增加投入，展开竞争。毫无疑问，这个新的科技领域是值得充分关注的。