納米科技與納米材料的應用現狀

吳琴+劉俊+汪洋

摘要：納米科技包括納米電子學、納米材料學、納米機械學這三個研究領域。納米材料是納米科技的基礎，納米材料是一種新型的材料，具有特殊的光學、熱學、磁學、力學等性能。本文分別闡釋納米科技與納米材料的應用現狀。

關鍵詞：納米科技;納米材料;應用現狀

一、納米的相關定義

納米是長度計量單位，1納米等于10-9米，形象地講，1納米的物體放到1個乒乓球上，相當于1個乒乓球放在地球上。20世紀80年代末納米科技迅速發展。1982年，賓尼希等人發明了掃描隧道顯微鏡。該顯微鏡為人類進入納米世界打開了一扇更寬廣的門。

二、納米科技的應用現狀

納米科技指在納米尺度（1～100納米）上研究物質（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及如何利用這些特性和相互作用的具有多學科交叉性質的科學和技術。納米科技用途廣泛，涉及領域多，體現多學科交叉性質的前沿領域，包含納米物理學、納米電子學等學科領域。

1

納米電子學

量子元器件是納米電子器件中最有應用前景的。這種利用量子效應制作的器件具有體積小、高速、低耗、電路簡化等優點。

2

納米材料學

由于納米材料具有較大的界面，界面的原子排列很混亂的，在外力變形的條件下原子易遷移，因此納米材料表現出優越的韌性與延展性。陶瓷材料通常呈脆性，而由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料卻有很好的韌性。

當前材料研究領域中最熱門的納米材料是具有未來超級纖維之稱的碳納米管，可做成納米開關或極細的針頭用于給細胞“打針”等。納米材料現已用于研究太空升降機、納米壁掛電視、納米固體燃料、納米隱身飛機等。

3納米機械學

用原子、分子操縱技術、納米加工技術、分子自組裝技術等新科技，科學家們已經制造了納米齒輪、納米電池、納米探針、分子泵、分子開關和分子馬達等。美國康納爾大學的科學家利用ATP酶作為分子馬達，研制出了一種可以進入人體細胞的納米機電設備——“納米直升機”。

美國朗訊科技公司和英國牛津大學的科學家用DNA（脫氧核糖核酸）制造出了一種納米級的鑷子，每條臂長只有7納米。

還可用極微小部件組裝一輛比米粒還小，能夠運轉的汽車、微型車床，可望鉆進核電站管道系統檢查裂縫;組裝提供化工使用的火柴盒大小的反應器;組裝馳騁未來戰場上的納米武器，如螞蟻士兵、蚊子導彈、蒼蠅飛機、間諜草等。

21世紀，納米技術將廣泛應用于信息、醫學和新材料領域。

三、納米材料的應用現狀

納米材料是納米科技的基礎。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構成的材料。納米材料大都是人工制備的，屬于人工材料，但是自然界中早就存在納米微粒和納米固體，如隕石碎片、牙齒皆由納米微粒構成的。納米材料是一種新型的材料，具有以下優點：

1

特殊的光學性能

1991年海灣戰爭中，美國F-117A型隱身戰斗機外表所包覆的材料中就包含有多種納米超微顆粒，強烈吸收不同波段的電磁波來欺騙雷達，實現隱形，成功地打擊了伊拉克的重要軍事目標。

2

特殊的熱學性能

固態物質在其形態為大尺寸時，熔點固定，超細微化后將顯著降低熔點，當顆粒小于10納米量級時尤為顯著。

3

特殊的磁學性能

研究發現，鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。

4

特殊的力學性能

陶瓷材料通常呈脆性，陶瓷水杯一摔就碎，而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料，可像彈簧一樣具有良好的韌性。研究表明，人的牙齒具有很高的強度是由于它是由磷酸鈣等納米材料構成的。納米晶粒的金屬要比傳統的粗晶粒金屬硬3～5倍。金屬-陶瓷復合納米材料的應用前景很廣。

錢學森曾說：“納米和納米以下的結構是下一階段科技發展的一個重點，會是一次技術革命，從而將是21世紀又一次產業革命。”

在不久的將來，納米科技和納米材料的發展和應用必將促進人類文明的進步！

參考文獻：

[1]楊玉芬，陳清如納米材料的基本特征與納米科技的發展[J]中國粉體技術，2002（06）.

[2]翟華嶂，李建保，黃勇納米材料和納米科技的進展、應用及產業化現狀[J]材料工程，2001（11）.