４納米的小汽車及應用

人類可以用小的機器制作更小的機器，最后將逐個地排列原子，制造產品。這是著名物理學家諾貝爾獲得者理查德·費曼1959年對納米技術的最早夢想。從此，人類就開始了對納米世界的探求。美國賴斯大學的科學家近期利用納米技術制造出了世界上最小汽車。和真正的汽車一樣，這種納米車擁有能夠轉動的輪子。只是它們的體積如此之小，甚至即使有兩萬輛納米車并列行駛在一根頭發上也不會發生交通擁堵。

車身雖小，部件齊全

整輛納米車對角線的長度僅為3至4納米，比單股的DNA稍寬，而一根頭發的直徑大約是8萬納米。

不過納米車雖小，也擁有底盤、車軸等基本部件。其輪子是用60個碳原子組成足球狀的單一分子。這使得納米車在外觀上，看起來像啞鈴。它利用一種三合體作軸，連接每個輪子的軸都能獨立轉動，使得這種車能夠在凹凸不平的原子表面行進。

據專家介紹，以前也曾有人制造出過納米級的超微型“汽車”。但新問世的這輛“汽車”卻與其前輩們有著很大不同：這輛納米車是世界上首個利用滾動前進的納米結構物質，此前的所謂納米車只是通過滑動來前進。

這項技術是在賴斯大學詹姆斯·托爾教授的領導下、經過8年研發而成的。托爾說：“就是它了，你不能再建造更小的原子運輸工具了。”他的同事凱文·凱利說：“建造一個可以在平面上滑動的納米工具已經不是什么難題了。證明納米物體是旋轉滾動，而不是滑行或者滑動，才是這個工程中最困難的一部分。因此，這項突破是近來在微型領域中最重要的一項成果”。

1納米是指1米的十億分之一，納米物質則是由幾十到上千個分子組成。由于體積十分小，這賦予了這輛納米車一些特性；如納米車不受摩擦力的影響，它的輪子是個結構緊密的單一分子、很難分散成單獨的碳原子。

高溫下車輪滾動前行

納米車95％的重量都是碳元素，此外還有一些氫和氧原子。整個制造過程大致與分子合成藥物的步驟相似，分成20步。制造完成后，再被置于甲苯氣體中，放置于金片表面。

在常溫下，納米車的輪子會和金片表面緊密結合，當把金質金屬表面加熱到200℃的高溫后，放置在上面的納米車由于變性就開始運動。現在還不知道在沒有外力作用時，它們會向前還是向后運動，但是一旦開始，就不會停頓或改變方向，直到停止加熱。

不過研究人員發現，通過施加磁場，他們能夠改變并控制納米車的運動方向。此外，科學家還可以通過尖端技術抓住納米車，拖動其前進。科學家還為納米車制造了一臺世界上最小的馬達，它是由30個碳原子和一些硫原子組成，利用光來驅動。但是當它被放置在金質表面時，由于金屬分子吸收了大部分光，納米馬達無法得到足夠的動力。

實際應用尚需時日

這種納米車1克的材料就可以裝載約1000毫克的藥物分子，因為體積小，所以能在器官和血管中自由通行。它外形好似布滿規則小孔的“空心球”，里邊裹挾著藥物，當納米送藥車在體外磁場的作用下抵達患處，然后經過調節患處酸堿度或離子強度，納米車的“外衣”就會脫去，小車上裝載的藥物就被釋放出來。

研究人員希望這種特殊的交通工具能夠被用于分子構造領域。改進后的納米車能夠承載一個分子的“貨物”，在納米工廠之間運送原子和分子。未來人們能利用大批量這樣的微型機器來建造新材料。

但有人質疑，分子制造業是不切實際的，它還可能給環境帶來無法預測的風險，如大量納米機器通過自我復制導致泛濫成災。但是科學家普遍認為，那樣的情形只可能在科幻小說中出現。托爾教授表示，目前他并不打算為納米車技術申請專利權，因為他認為至少還需要一代人的時間才能解決分子制造中的多個技術難題。他說：“等你利用該項技術開發出實用產業時，專利權早就過期了。”

這項研究的資助方是美國得克薩斯州一家名叫Zyvex的納米技術公司、美國國家科學基金會以及日本本田公司。

相關鏈接納米技術之納米筆

美國納米科學與工程研究中心的科研人員于2006年10月初宣布，他們制造出世界上最小的鋼筆——納米筆。

這種新型納米筆能畫出40納米寬度的線條，這是紅血球直徑的1/100。它利用毛細作用來保持筆管中的液體流動，筆管連接著一個很小的“墨水庫”。它還是支多用途的筆，能夠儲存多種不同的墨水，從繪畫顏料到生物原料。雖然首批納米筆早已誕生，但它們不能儲存墨水，而且必須蘸進墨水才能使用。

這種筆的筆尖是由鉆石材料制成，或者是外表覆蓋有鉆石層的硅，它被粘貼在一個筆桿上。因此。筆尖將非常耐用。由于新型納米筆用標準的微制造技術制成，因此能夠大批量生產。納米筆能夠與微粒子顯微鏡結合，讓科學家在觀察納米微觀世界的同時，在上面“作畫”。科學家希望，它最終能夠被用于制造蛋白質排列和復雜的半導體。

納米技術之發動機

2006年4月，美國物理學家阿利克斯·澤爾德領導的小組公布了世界上首臺納米發動機的誕生。

這臺發動機由置于納米碳管基座上的兩滴液體物質構成，利用液體的表面張力工作。發動機長度有200納米。它由固定在多層納米碳管基座上的一大一小兩滴液態銦構成，直徑分別為90納米和30納米。其工作原理是液體的張力特性：由于物體體積越小表面張力的作用越明顯，在微米尺度以下表面張力則占統治地位。

在外加電場的作用下，大液滴向小滴沿基座傳送原子，小液滴變大而大滴變小，直到兩滴相觸完成收縮過程。接觸后在表面張力的作用下，大滴迅速吞噬小滴，完成舒張過程。在這一過程中，能量轉變會產生動力。在外加電場的作用下這個裝置可以持續工作。這一裝置產生的能量雖然只有20微瓦，但是和它的個頭比起來已經相當高效了。

納米技術之自動修復

2003年，我國第一個國家級“裝備再制造技術國防科技重點實驗室”落成。它主要利用納米技術修復我軍軍備武器。

在裝備再制造技術國防科技重點實驗室，筆者見到一個被稱為“百寶箱”的戰場應急維修工具箱。里面的工具精小細致，神奇無比。無電焊筆，可以在沒電的情況下用打火機點燃后進行焊修；電子裝備快速清洗噴槍，在電子裝備不拆卸、不停機的情況下快速清洗與修復……

波濤洶涌的南海之濱，長期服役的戰艦鋼結構出現腐蝕。他們利用自行研制的電弧噴涂防腐新材料進行處理，使南海地區高溫、高濕、高鹽霧環境下的鋼結構防腐年限從原來的4至5年延長到15年以上；

某新型戰機，發動機壓氣機葉片出現損壞，每修復一臺需要50多萬元，采用他們首創的納米電刷鍍技術，僅用幾個小時就將葉片修復如新，所需費用僅是原品的十分之一；

茫茫川藏線上，惡劣的自然環境，常常使發動機不到年限就瀕臨報廢。經過納米清洗、再制造技術處理，很快使之煥發生機，壽命超過新品，費用僅為新品的一半；

納米自修復添加劑，實現了裝備零部件的“自修復”，成功應用于軍用車輛的潤滑系統；

某型坦克發動機經過再制造技術修復，使發動機壽命由500摩托小時延長到1000摩托小時……-

服役期滿的舊發動機，經過再制造流水線技術處理，各項指標煥然一新；

即將報廢的飛機發動機葉片，經過納米電刷鍍，助戰鷹重返藍天；

意外受損的坦克水箱，經過無電焊筆應急搶修，破裂的部位完好如初……

中國納米技術直追美國

2006年9月，美國商務部負責技術的副部長羅伯特·克雷桑蒂在訪華期間表示，中國的納米技術正快速趕上美國。

克雷桑蒂說，現在中國的實驗室內設施齊備，科研人員充足。中國科學家發表的關于納米技術的論文在數量及質量上已和美國并駕齊驅了。

美國國家研究委員會也在報告中寫道：“美國在納米技術方面的領先地位正面臨著中國在內的全球各國日益強大的競爭壓力。”

納米技術在美國的研究方向基本由私人機構來決定，但中國在這個領域的快速發展卻是由政府嚴格調控的。中國決策者正在努力將中國經濟從長久以來對低成本制造業的依賴轉向技術及高端產業，中國納米技術的快速發展首當其沖。