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| 納米世界
> 現(xiàn)狀及前景 |
美國國家納米啟動(dòng)計(jì)劃
納米技術(shù)的定義
納米技術(shù)本質(zhì)是一種可以在分子水平上，一個(gè)原子、一個(gè)原子地來創(chuàng)造具有全新分子形態(tài)的結(jié)構(gòu)的手段。結(jié)構(gòu)在10-9到10-7m（1-100納米）的物質(zhì)和獨(dú)立的大約1納米（10-9m）或一大塊物質(zhì)的特性表現(xiàn)相比，它的表現(xiàn)完全不同。納米技術(shù)被認(rèn)為與物質(zhì)和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和元素有關(guān)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)和元素在納米范圍內(nèi)，所以他們表現(xiàn)出新穎和有大幅提高的物理、化學(xué)和生物特性、現(xiàn)象和處理過程。納米技術(shù)的目標(biāo)是通過在原子、分子、超分子水平上控制結(jié)構(gòu)來發(fā)現(xiàn)這些特性，以及學(xué)會(huì)有效地生產(chǎn)和運(yùn)用這些工具。保持接觸面的穩(wěn)定和在微米、肉眼觀察范圍內(nèi)合成這些納米結(jié)構(gòu)是另外一個(gè)目標(biāo)。
從已觀察到大范圍結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)來預(yù)測納米結(jié)構(gòu)的新表現(xiàn)是不必要的。最重要的表現(xiàn)變化不是由于數(shù)量尺寸的減少，而是通過新觀察得到的在納米范圍內(nèi)將要或者已經(jīng)占主導(dǎo)地位的現(xiàn)象本質(zhì)產(chǎn)生的，比如，尺寸的限制，接觸面現(xiàn)象的優(yōu)勢和量子機(jī)械。一旦能夠控制這些決定性的結(jié)構(gòu)，我們就能提高材料的性質(zhì)和設(shè)備的功能，其功能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們現(xiàn)在所知道的或者認(rèn)為可能的。減少結(jié)構(gòu)的大小導(dǎo)致實(shí)體的產(chǎn)生，比如碳納米管，量子線和點(diǎn)，超薄薄膜，DNA結(jié)構(gòu)，和激光發(fā)射器，它們有獨(dú)一無二的特性。假如我們能發(fā)現(xiàn)和完全利用這些根本的原理，這些新的形式的材料和設(shè)備將宣布新的科技時(shí)代的到來。
正在孕育的一場革命: 驅(qū)動(dòng)力
1959年，Richard Feynman 發(fā)表了他的著名報(bào)告-
"There is Plenty of Room at the Bottom."他預(yù)示了讓觀眾激動(dòng)的新發(fā)現(xiàn)－我們能夠制造在納米范圍內(nèi)的材料和設(shè)備。他指出，如果他所假設(shè)的會(huì)發(fā)生的話，需要有一系列新的微型化的設(shè)備來測量這些微小納米結(jié)構(gòu)的特性。正如他所預(yù)料的，還沒到80年代末，具備這些能力的儀器已經(jīng)出現(xiàn)。這些儀器，包括掃描隧道顯微鏡，原子力顯微鏡和近場磁力顯微鏡，他們提供了測量和操縱納米結(jié)構(gòu)的"眼睛"和"手指"。在同樣速度的發(fā)展中，發(fā)展迅速的電腦能力能夠在納米范圍模仿材料的特性。
這些工具和技術(shù)在科學(xué)界引起轟動(dòng)。傳統(tǒng)的特性理論和設(shè)備操作的模型和材料是包括基于臨界范圍普遍大于100納米的假設(shè)。當(dāng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的至少一維在這個(gè)臨界面以下，與眾不同的表現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)，這些現(xiàn)象將不能被傳統(tǒng)的模式和理論所解釋。因而，各個(gè)不同學(xué)科的科學(xué)家熱心研制和分析納米結(jié)構(gòu)，來發(fā)現(xiàn)在單個(gè)分子/原子中等范圍內(nèi)的新穎現(xiàn)象以及眾多分子下的新穎現(xiàn)象的發(fā)展。納米結(jié)構(gòu)提供了材料制造的新方法，通過亞微米的裝配（理想的是運(yùn)用自我組織和安裝的方法）來制造材料，是用由小到大的，而不是由大到小的微型化方法-把更小的結(jié)構(gòu)從大的結(jié)構(gòu)上分離下來。然而，我們只是剛開始理解其中的一些規(guī)律并運(yùn)用來創(chuàng)造重新設(shè)計(jì)的納米結(jié)構(gòu)以及如何經(jīng)濟(jì)的制造納米設(shè)備和系統(tǒng)。第二，即使當(dāng)納米制造的時(shí)候，那些納米結(jié)構(gòu)觀察、加工設(shè)備的物理和化學(xué)特性也正在逐步被發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)行的微米和更大設(shè)備是只有基于超過100納米的模型上才能工作。在每一個(gè)物理、化學(xué)、生物特性和制造原理和發(fā)展控制他們的方法的進(jìn)步，將產(chǎn)生我們設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和裝配納米結(jié)構(gòu)和設(shè)備成為一個(gè)工作系統(tǒng)的能力提高。
這個(gè)在財(cái)政上強(qiáng)烈支持納米技術(shù)研究和發(fā)展的提案是由于納米技術(shù)不可估計(jì)的社會(huì)回報(bào)和社會(huì)利益的潛力所產(chǎn)生的，包括為信息產(chǎn)業(yè)的電子/光電子繼續(xù)發(fā)展的提高；為制造業(yè)、國防、航空和環(huán)境應(yīng)用提供更高表現(xiàn)，更低維護(hù)的材料；在醫(yī)療、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)上加速的生物進(jìn)步。John
Armstrong--IBM的前首席科學(xué)家，在1991年寫到"我相信納米科學(xué)和技術(shù)將會(huì)是下一個(gè)信息時(shí)代中心，就像在70年的微米引起的革命一樣"。最近，那些參加1999年1月17日到29日的納米科學(xué),
工程和技術(shù)聯(lián)合工作小組專題研究會(huì)議的工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者已經(jīng)預(yù)測到在下一個(gè)世紀(jì)納米科學(xué)和技術(shù)將會(huì)改變?nèi)嗽煳矬w的特性。這種表現(xiàn)在材料的巨大進(jìn)步和改變生產(chǎn)范例將產(chǎn)生工業(yè)革命。
政府支持納米技術(shù)的基礎(chǔ)建設(shè)是必要的，這使美國在全球市場上競爭和在戰(zhàn)略技術(shù)中領(lǐng)先。在過去五年中，集中于納米方面的研究項(xiàng)目幾乎在所有的工業(yè)化國家開始了。現(xiàn)在，美國在合成、化學(xué)和生物方面領(lǐng)先；在納米設(shè)備的研究、納米器械的生產(chǎn)，超精機(jī)械、陶瓷和其他結(jié)構(gòu)的材料上是落后的。日本在納米器械和加固納米結(jié)構(gòu)上領(lǐng)先。歐洲在分散和涂層新型的儀器實(shí)力強(qiáng)大。日本、瑞典、瑞士和歐盟都創(chuàng)建重點(diǎn)的納米技術(shù)特殊用途的研究中心。
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