纳米技术前景展望-2019年文档

纳米技术前景展望

21世纪纳米技术将把我们带入一个神话般的全新世界，正像产业革命、抗菌素、核能和微电子技术的出现和应用所产生的巨大影响一样，纳米技术将创造人们想像不到的诸多奇迹，成为信息时代的核心技术。在不久的将来，纳米技术对人类生活的影响，连因特网也相形见绌。

一、纳米和纳米技术

纳米是长度计量单位，一纳米就是十亿分之一米（10-9m），记作nm。如此微小的单位，它是用人类肉眼所不能看到的，甚至用光学显微镜、电子显微镜都不能看见它！一根头发丝有7万到8万纳米。拿一个小小的纳米机器人与人相比，就像拿一个人与地球相比一样，悬殊实在太大了。

所谓纳米技术，是研究结构在0.1～ 100nm范围内材料的性质及其应用。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。在广博的自然界、生物界中早已充满了纳米科学的内涵。高比表面易于产生对于阳光光合作用的高活性，已在生机勃勃的植物群体中存在几亿年。在坚硬的牙齿的外表面排

列着纳米尺寸的微晶，也早已在人类和动物的牙齿中存在。考古学家观察到了几千年前制备的古铜器和古瓷器表面至今完好无损，这些表面均是由纳米级的晶粒组成。

由此可知纳米是一个极小的尺寸，但它又代表人们认识上的一个新的层次。纳米不仅是一个空间尺度上的概念，而且是一种新的思维方式。纳米科学技术是80年代末诞生并正在蓬勃发展的一种高新科技。它的内容是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质。它的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，标志着人类科学技术已进入一个新时代——纳米科技时代。许多专家预测，纳米科技必将成为21世纪的主导新技术之一。

纳米科技的诞生是以扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜的发明为先导的。1981年美国IBM公司在瑞士的苏黎世实验室的教授G.Binning和H.Rohrer博士发明了扫描隧道电子显微镜简称为STM。这是目前为止进行表面分析的最精密的仪器，可以直接观察到原子。它的横向分辨率达0.1nm，纵向分辨率达

0.01nm。这项天才的发明被喻为“原子世界的眼睛”两位博士因发明了STM而于1986年获得诺贝尔物理奖。

由于STM及原子力显微镜的发明，不仅可以直接观察原子、分子，而且能够利用STM直接操纵和安排原子和分子，这就实现了人们由来已久的两个幻想，一是直接看到原子，二是按人们的意愿去安排原子、分子、这在人类科学史上是一个巨大的进步。

二、纳米技术应用前景

纳米科学技术是一门暂新的交叉学科，学科领域涵盖纳米物理学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学、纳米医学、纳米显微学、纳米计量学和纳米制造等，有着十分宽广的学科领域和诱人的发展前景。

纳米时代纳米电子学将得到迅速发展，将引起新的电子技术革命。开发单电子晶体管，只要控制一个电子的行为即可完成特定功能，使功耗降低到原来的1000-10000分之1，从根本上解决集成电路日益严重的功耗问题，而响应速度提高1000-10000倍。未来出现的微型晶体管和存储器芯片，将使计算机的速度和效率提高数百万倍，使存储器的存储容量达到数万亿比特，并且使能耗降低到现在的几十万分之一。通信带宽可能会增大好几百倍，可折叠的显示器将比目前的显示器明亮10倍。纳米加工技术可制备高密度的存储器，可使整个美国国会图书馆的信息放入一个只有糖块大小的装置中。一个分子存储器能够存储的信息，相当于100万张光盘的存储量；而一张同样大小的原子存储器的容量，将能够存入人类有史以来的全部知识！利用纳米技术还可能制造出原子级的计算机开关器件。

新世纪还要研制能够收集、处理和传送大量数据的集成纳米传感器系统。传感器是纳米技术最有前途的应用领域之一。传感器所要求的多功能、微型化、高速化、灵敏度高、响应速度快、检测范围宽、选择性好、稳定可靠，纳米微粒都能较好地符合上

述要求。

纳米技术使许多产品变“小”，而且美丽，这是未来科学技术发展的趋势。

用极微小的部件组装成一辆比米粒还小，能够运转的汽车；能够转动的微车床；直径仅5.5毫米的“尺蠖”，有朝一日它也许会钻进核电站管道系统检查管道是否有裂缝；只有蜜蜂大小且能升空的直升机；眼睛几乎看不见的发动机；提供化工产业使用的火柴盒大小的反应器。

在硅片上制造成功微机电系统，一个芯片就是一个系统；如削尖的铅笔尖大小，能高速转动的微型发动机，最终将推动电子显示器、手表、摄录机和激光扫描器的发展。

纳米机器人是纳米医学和生物学中最具诱惑力的内容。最小的纳米机器人可以注入人体血管内，它一步行走的距离仅为5纳米，逆行全身进行健康检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，吞噬病毒，杀死癌细胞。纳米机器人将包含有纳米计算机和可以进行人机对话的装置。有的科学家甚至认为，利用纳米技术能够在细胞老化时一个分子一个分子地制造出新的细胞能把人的寿命无限地延长。

用碳纳米管制造太空升降机，一根碳纳米管缆绳从地球同步轨道卫星上垂到地球表面，提供了一种把人或构件提升到外层空间的可能方法，也许将成为人类星际旅行的理想方法。

利用纳米有机发光材料制作的电视屏幕，使“一卷即拿走”

的电视成为可能。高质量的碳纳米管能储存大量的氢气，从而可以实现用氢气为燃料驱动无污染汽车。用碳纳米制成电子枪，点亮新一代平面显示屏。在飞机外表面涂上纳米超微粒材料“超黑粉”，对雷达波的吸收率达100%，这必将促进隐身技术的新发展。

纳米铜和铝一遇到空气就会激烈燃烧发生爆炸，这也许可以作为未来的固体燃料使火箭具有更大的推动力。

利用纳米技术能够改变材料制造业的现状，制造出纯度很高的材料。可以奇迹般地回收并提取微量元素；纳米机器还能清除废水中的有毒化学物质。可以制造超级嗅觉器，用来检测毒品、炸药、工厂泄露物质等等。纳米机器每秒能完成数十亿次操作，目前，需几天或几个月来完成的事情，有可能在几分乃至几秒钟内完成。使用纳米机器，可以使传统的装配工艺变成一次成型工艺。它可以做修理工作，其工作范围从消除发动机零件的腐蚀损坏与细小裂纹到医治患者的病变、修复损坏的器官、进入人体肢体再生、人体整容等。纳米逻辑器件具有先进水平，亿倍于目前微处理器和随机存取存储器芯片的容量。纳米机器不仅可以控制单个电子，而且可以控制单个光子，实现通信瞬时化。

在能源方面纳米技术将会对能量功效、能量存储以及能量生产等方面有显著影响。可能开发出更加节能的照明技术；开发出强度更大的轻质材料以提高运输效率；使用低能的化学过程来破坏有毒物质从而保护环境；利用纳米技术可以大大降低太阳能电

池的制造成本。

农业方面纳米技术可用于给职务提供营养和保护植物免遭

虫害；可用于改良动物和植物基因，将基因和药物倒入动物体内。

纳米在军事上的应用更是令各国部队时刻关注。“麻雀”、“棒球”卫星，“米粒”、“沙子”炸弹，“苍蝇”、“蚊子”导弹，“蜻蜓”、“黄蜂”轰炸机，“小草”“臭虫”探测器以及“蚂蚁”士兵，微型飞船都将一一成为现实。纳米武器具有更强的杀伤力、隐蔽性、廉价性，它的出现和使用，将大大改变人们对战争力量对比的看法，使人们重新认识军事领域数量与质量的关系，产生全新的战争理念。

纳米技术将把我们带入一个神话般的全新世界：这里有用原子制成的太阳能马达，有米粒般的汽车，有黄蜂大小的直升机，有可以“一卷即拿走”的电视机，有可帮助心脏跳动的“微型马达”，人体血液中流动的将是“纳米红细胞”。在纳米时代，你再也不用洗衣服、拖地板、清洁卫生，这并不是因为机器人帮你完成这项工作，而是因为所有的东西都不会脏。纳米材料制成的东西可以永久性抗菌。预期，纳米科学技术将使人类许许多多异想天开的理想得以逐个实现。纳米机器可能做出器官再生、环境复原等许多惊人之举。

纳米技术广阔的应用前景和巨大的经济效益已引起各发达

国家的极大重视，现在“纳米热”已遍及全球，从大西洋到太平洋，从日本到欧洲，各国都把它作为重要的未来发展战略。目前

全球纳米技术的年产值已达到500亿美元，预计到2010年，市场容量将达到14400亿美元。

总之：纳米技术会将人类带入一个奇迹层出不穷的时代。纳米技术对社会的发展将会起重要作用，将给我们带来数不尽的新产品、新工艺、新技术和潜在的利益。它的发展和实用化必将促进人类文明的进步，纳米科技时代正向我们阔步走来。我们期待着纳米技术带给我们更方便、更美好的生活。