納米材料：改變我們的生活

所謂納米技術，是指在0.1—100納米盡度范圍內，研究電子、原子和分子內在規律和特征，并用于制造各種物質的一門嶄新的綜合性科學技術。隨著納米技術的悄然崛起，人類利用資源和保護環境的能力也得到拓展。納米技術為徹底改善環境和從源頭上根本控制新的污染源產生，創造了條件。

納米機械制造技術

據預測，進入納米時代后，世界上將會出現1微米以下的機器設備。有關資料介紹，日本已用極微小的部件組裝成一輛只有米粒大小、能夠運轉的汽車。還制成了直徑只有1—2毫米的靜電發電機，其體積只有常規機器的萬分之一、能夠轉動的機床以及直徑僅5.5毫米的“尺蠖”。

美國康納爾大學一個科研小組最近制成了400架“納米直升機”。這些“納米直升機”之所以稱為“納米直升機”，是因為它有一個用金屬鎳制成的螺旋槳，并且利用它的生物分子部件將人體內產生的一種名叫ATP的物質轉換成能量，利用這個能量它們可以在人的細胞內“飛翔”和著陸。科學家希望它們能幫助醫生清除細胞的缺陷和釋放藥物。該生物分子部件坐落在一個也是由金屬鎳制成的柱體上。在實驗中發現，該螺旋槳每秒鐘可以轉8周。而且，令人驚訝的是，只要將上述的鎳螺旋槳、生物分子部件和鎳柱體等3個部件放在一起，它們就可以在由ATP轉換成的能量驅動下自行組裝成“納米直升機”。

在我國也已有微直升飛機、微馬達、微泵、微噴器、微傳感器等一系列納米微機電系統元器件問世。被納米的燈泡不但不影響透光，而且還可以提高發光效率，節省15%以上的電，并在照射時不會有像攝影棚里強光下溫度驟升的“耀目光源”感覺。由此可見，由于納米技術導致產品微型化，使所需資源減少，不僅可達到“低消耗、高效益”的可持續發展目的，而且其成本極為低廉。可以預料，未來那些資源浪費、造價昂貴的龐然大物型機械設備和車輛將會逐步被淘汰，以實現資源消耗率的“零增長”。

目前納米技術已廣泛應用于塑料行業，并開發出系列產品。所謂“納米塑料”是指無機填充物以納米尺寸分散在有機聚合物基體中形成的有機/無機納米復合材料。例如利用納米技術制備的尼龍納米塑料，該復合材料與純尼龍相比，具有高強度、高耐熱性、阻隔性能好，并具有良好的加工性能。可用于制造汽車零部件，尤其是發動機內等有耐熱性要求的零件，還可應用于辦公用品、電子電器零部件、日用品等。中國科學院化學研究所工程塑料國家重點實驗室用天然粘土礦物蒙脫土作為分散相，利用插層聚合復合、熔融插層復合等方法，成功地開發出以聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚笨乙烯等為基材的一系列納米塑料，并實現了部分納米塑料的工業化生產。該材料具有一般工程塑料所不具備的優越性能，是一種全新的高技術新材料。

有資料表明，納米技術還可以制成非常好的催化劑，其催化效率極高。經它催化的石油中硫的含量小于0.01%。因而，在燃煤中可加入納米級助燒催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防治有害氣體的產生。又如納米用于汽車尾氣催化，有極強的氧化還原性能，是其他任何汽車尾氣凈化催化劑所不能比擬的。它在發動機汽車缸里發揮催化作用，使汽車燃燒時不再產生氮氧化物等，根本無需進行尾氣凈化處理。我們知道，氫能是取之不盡，用之不竭的清潔能源。但儲存等方面的問題制約著氫能的開發利用，已有的稀土由于儲氫量少，應用受到限制。可有一種合成的高質量碳納米材料，能儲存和凝聚大量的氫氣。據介紹，儲存能力達到4%以上，它是稀土的兩倍還多，并可以做成燃料電池驅動汽車，可有效避免因機動車尾氣排放所造成的大氣污染。

經檢測，飛機、車輛、船舶等主機工作時的噪聲可達到上百分貝，容易對人造成干擾和危害。當機器設備等被納米技術微型化以后，其互相撞擊、摩擦產生的交變機械作用力將大為減小，噪聲污染會得到有效控制。運用納米技術開發的潤滑劑，既能在物體表面形成半永久性的固太膜，產生極好的潤滑作用，得以大大降低機器設備運轉時產生的噪音，又能延長它的使用壽命。冰箱、洗衣機等電器設備使用時間長了也容易產生細菌污染，而采取了納米材料新設計的冰箱、洗衣機既可以抗菌，又可以除味，增強其防污性能。

納米信息技術

從1996年起，各國科學家積極探索新型準一維納米結構的合成技術，創造新的納米材料—納米電纜。法國、日本等國科學家于1997年、1998年相繼研制成功同軸納米電纜，這種納米級電纜的“內芯”是納米絲，外面包覆著厚度為納米級的絕緣層，其幾何結構類似于普通的同軸電纜。1996年，中科院固體物理所納米結構研究組開始研制同軸納米電纜，并成功合成出各種納米電纜。最近兩年，這個研究小組又用新的方法制造出“內芯”為碳化鉭的納米電纜。目前我國科學家成功合成出只有頭發絲5萬分之一細的納米級同軸電纜。同軸納米電纜的內芯是直徑僅有10納米左右的碳化物，外層包有氧化硅絕緣體。顯微圖片顯示，放大幾十萬倍后，納米電纜的直徑仍只有普通電纜一般粗細，而從截面看，納米電纜的內外層是一個同心圓。據悉，研究人員此前已成功合成出多種同軸納米電纜，其內芯有導體、半導體和超導體，性能各異，成為世界上能夠制造同軸納米電纜的少數幾個研究小組之一。納米電纜的研制成功，將為人類制造肉眼看不見的微型器件和微型機器人發揮重要作用。同軸納米電纜除可用于高密度集成元件的連接外，還可作為微型工具和微型機器人的部件；其硬度和金剛石差不多，可制成鉆頭，是制造納米器件的極佳工具。肉眼看不見的納米電纜將改變我們未來生活的許多方面。同軸納米電纜研究剛起步，作為準一維納米材料家族的新成員，它將成為未來的熱點。

美國康奈爾大學的研究人員正在制作尺寸小于100nm的納米磁體（比文章句子中的句號還要小）。此項研究成果可能促使存儲系統發生革命性變革。這些微型磁體通過它的極性排列，可以表示二進制數據（1或0）。“以納米磁體為基礎的存儲技術目前還只能說是一種設想，”康奈爾大學研究小組的一位成員，Stephane Evoy認為，“這個設想激發了許多研究小組在納米級規模上研究磁性材料的特性。”當前康奈爾大學的小組主要在進行納米磁體的制作研究，其它的許多研究小組研究的方向幾乎覆蓋了此項技術的方方面面。