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1、费曼的演讲与纳米科技 第一部分:费曼在其底层的丰富中都有哪些构想。一组: 费恩曼在199的美国物理学会会议上做出了底层的丰富演说。在演说中，费恩曼提出了许多关于纳米尺度上的构想，主要分为四大点。 1.在针尖上写下24册的大英百科全书(包括如何写微小文字和如何读取这些文字的猜想，拓展到在卡片上写下所有的书籍）2.对显微镜的展望（精度的提升，不同原理的显微镜的发明）.纳米机械装置(包括微型电脑,微型工厂,微型工具)4.任意排列原子,用物理的方法得到想要的各种化学物质。二组： 费曼在演说中共提出了五大设想：()微观信息的存入把全套4册的大英百科全书全写在大头针的针头上(2）微观信息的读取更好的电子显
2、微镜（3)在分子或原子的尺度上加工和制造原料和器件微型计算机、电子器件等(4）重新排列原子(5)微尺度下产生的新性质微观世界里的原子。三组: 粗略概括一下费恩曼的构想大致就是以下几个方面： 1.把全套2册的大英百科全书全写在大头针的针头上以及扩展后的批量生产.利用“。”之类的符号加密技术来压缩文字以便高效利用空间.更好的电子显微镜,文中所讲的性能提高100倍4微型计算机,微型机床,微型元件的生产5.用于人体检查,治病等功能的微型机器人 6主从系统，利用小机器制造小小机器以此迭代下去的方法 7最终目的：用物理的方法来排列原子已达到造物者的境界：创造新的物质四组: (一)关于刻字 1在针头上写大英
3、百科全书。 2.读取大英百科全书。(保守方法，当今已知）()把这些金属字压进塑料材料中,将之做成一个模子，(2)然后把这个塑料模子很小心地撕下来,（3）蒸发一层很薄的硅膜到模子上,（4)接着以某种角度蒸发黄金到硅膜上，使文字能够清楚地呈现，(5）最后把塑料膜溶掉,留下硅膜，(6）然后我们就可以用电子显微镜来阅读了。 .拷贝刻在大头针头上的文字。 4.将人类所有的书缩小刻在一本小册子上，只要*0。83612736平方米（相当于星期六邮报的四分之一）。 .如果用编码来记录信息，一个字大概要六到七个编码，一个编码大概要125个原子表示,那么人类所以的资料是将是边长/英寸的大小的物体就可以保存的,相当
4、于人类肉眼能够看到的最小的尘埃。 （二）更好的电镜(与课上内容有关） .将电镜改良一百倍,医学上很多问题都将得到解决，因为可以直接看得见。 2.同时很多化学分析问题也很方便得到解答，直接用电镜观测。 3.改变理论中的假设（如换用别的方法)，让电镜变得更强。 （三）制造微观物体 .制造极小同时按我们计划行事，听从人类指挥的物体。 2.在小尺度上制造出大容量内存。 3.将计算机做得更小，可能会出现很多新的特质（如多通道计算,图像识别)，同时还可以降低能耗等。 4.用蒸镀法制造一些材料，如计算机内部导线。 5.制造小而有用的机器人。 重新设计能容忍较大误差的微型汽车，利用同样的原理可以制造更多微型工
5、具。 .利用非晶体材料制造小机器。 8.电机零件在小尺寸上需要重新设计以保证能够顺利运行。 (四)制造微观机械零件 1.制造小而不需要润滑剂的机械零件,因此物体散热加快。 .制造小型车床和小型机械工具,并利用其制造更小型的。 3小机器帮助实施手术。 4(通过极其精巧而小心的设计）通过伺服马达和主从手臂的关系用大机械零件制造小机械零件，并逐层深入，最终制造极其微观的机械零件。 .在每个阶段都可以改善机械制造时的精度。 6.设计时要充分考虑小尺度下的各种相互作用的问题。 （五）重新排列原子(最终问题） 1通过重排原子,制造出高纯度甚至绝对纯的物体。 2.控制原子的排列,将会有很多美妙的事情。 3制
6、造微观上的震荡电路，将其排布到一起,使得无线电波辐射密度、强度和功率大大增加。（或大功率光柱） .利用超导或其他技巧解决小尺度下的阻抗太大等电器问题。 因为小尺度下的量子力学性能制造出有奇妙性能的物体。 .小尺度下的制造可以没有误差,因为原子在某种程度上是一模一样的。 7一个个原子地计划制造东西，如排列和制造新的原子。 (六）实验室间和学校间的竞赛 1.各个学校间通过竞赛鼓励制造更加微观的物体。 2通过奖励措施鼓励科学家制造出微观物体。五组。 一、原子的操作性问题 (一)在针头上书写大英百科全书1可行性 针头面积与纸张面积相比较2.操作性 （1)如何写小字 .离子源射出电子,聚焦b.蒸发法c.
7、电子束撞击 （2）如何印刷书籍 塑胶硅膜为载体 （3）如何阅读 蒸发电子显微镜 (二）制造微型设备(以计算机、汽车、电器元件为例）.优越性 使计算机能够作出判断,提高计算速度,获得新的特质(如模仿人脑的模糊记忆) 提高电器元件的强度.操作性a.蒸发法 b.电力带动的主从手臂系统3相关效益 由于元件小,散热快，也许可以省略润滑油 (三）重新排列原子 意义:制造小线圈和蓄电器,及其他电器元件；化学合成新分子二、原子的可视化 (一）对设备的要求 提高电子显微镜的精度 (二)应用 存储信息(5立方体） 第二部分：费曼的设想是否都正确，有哪些得到了证实。一组: 费恩曼介绍了两种方法来做写小字这件事情，这
8、两种方法共同的原理都是将显微镜用来做放大功能的镜头反置过来,将之用来缩小，不同的仅仅在于如何把小字写上去。费恩曼还提到一种关于小尺度的资讯,他假设用一点一横()的符号来替代字母，当然也可以是数字之类的,而每个字母会有六或七位元。应用到材料上时不是将所有的字写到针头表面,而是将这些位元写上去,其实这就是当代计算机技术中的循环二进制码，二进制码在1953年就取得了美国的专利，费恩曼在做此次演讲时肯定是参考了这种技术。关于大量信息储存在微小空间的事实，费恩曼类比到复杂的生物信息储存在一个个微小的生物细胞中。 关于重新排列原子，在费恩曼这次演讲的四十年后,美国西北大学的一个化学系教授将这篇演讲稿的大部
9、分内容刻在了一个大约只有10个香烟微粒大小的表面上。过去被认为异想天开的纳米技术,变成了一项严肃认真的研究工作。 关于制造某些微型机器:如用于生物医学方面的纳米机器人(可以注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗，对人体器官进行修复等)。一台能够在纳米尺度上操作的纳米机器人系统样机近日由中国科学院沈阳自动化所研制成功，并通过国家“86”自动化领域智能机器人专家组验收。在一个演示中,沈阳自动化研究所的研究人员操纵“纳米微操作机器人”，在一块硅基片上1*2m的区域上清新刻出“sia”三个英文字母；另一个演示中,在一个*5um的硅基片上,操作者将一个4um长，0nm粗细的碳纳米管准确移动到一个刻好的沟
10、槽里。由美国加州tuitivesurgil公司制造的“达芬奇”（davnci）和由comutemoion公司制造的“宙斯”（zes）机器人手术系统都是三臂机器人,一只手用来捏住摄像机(所谓“扶镜”),另外两只操作手术器具。202X年“达芬奇”成为世界上首套可以正式在医院手术室腹腔手术中使用的机器人手术系统；微型机电系统(mems）的诞生：尖端直径为5微米的能夹起一个红细胞的微型镊子；毫米大小能够开动的小汽车;可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机;纳米机械专家设计出了只有几个分子组成的微小齿轮和马达。二组: 关于电子显微镜,近年来有极大发展。93年，德国物理学家knoll和rusa研制成功第一台透
11、射电子显微镜。198年,adenn研制成功第一台扫描电子显微镜。98年,瑞士科学家ining等发明扫描隧道显微镜。199年,中国科学院白春礼支持研制成功首台原子力显微镜。电子显微镜的发展随着科学技术和生产实践的发展,电子显微镜得到不断改进、更新和完善，分辨率得到提高。现代高性能透射电子显微镜的点分辨率（pointersoltin）已优于0.3m,晶格分辨率(1aticeluon）已达0.1.2m。放大倍数从第一台电镜的十几倍提高到几十万甚至百万倍。此外，电子显微镜的种类不断增加，功能不断扩展。除观察样品内部超微结构（ulrmirostrctr）的透射电子显微镜和揭示样品表面形貌的扫描电子显微镜
12、外，能同时观察样品表面和内部超微结构,乃至单个原子像的高分辨场发射枪扫描透射电子显微镜（scanngtrnsmisionnectronmcrscop,stem）已经问世。此外，用于对样品中某些化学元素进行综合分析的分析电子显微镜（analyticleletrnmroop)、可观察活细胞的高压透射电子显微镜(ighvltgeransmissionetrnmicrocpe,hvem）、能观察含水样品的低温透射电子显微镜(crotrnmissioneletronicoscope，em)等各种专用电子显微镜也已开始使用。最近几年来，计算机技术开始用于电子显微镜。电镜观察时大部分操作可用计算机控制,如样
13、品的移动和放大倍数的调控等,使电镜操作简便易行。而计算机在图像显示、处理和存储等方面的优势，则更为电子显微镜的应用提供了极大方便。可以预料，基于iteret网络技术的电子显微镜技术在远程教学和科研方面将发挥越来越重要的作用。第二节电子显微镜技术的发展与应用续表 三、电子显微镜的发展随着科学技术和生产实践的发展，电子显微镜得到不断改进、更新和完善,分辨率得到提高。现代高性能透射电子显微镜的点分辨率（poitrsutin）已优于.3m,晶格分辨率（1aticesoluin）已达.10.2n。放大倍数从第一台电镜的十几倍提高到几十万甚至百万倍。此外,电子显微镜的种类不断增加，功能不断扩展。除观察样品
14、内部超微结构(ultamcrrutre）的透射电子显微镜和揭示样品表面形貌的扫描电子显微镜外，能同时观察样品表面和内部超微结构,乃至单个原子像的高分辨场发射枪扫描透射电子显微镜(sangtrasisioneconmicrosope,stm）已经问世。此外,用于对样品中某些化学元素进行综合分析的分析电子显微镜（alticallctonmicrosope)、可观察活细胞的高压透射电子显微镜（highvoltaetasmisionlctnmicoscope,hvte)、能观察含水样品的低温透射电子显微镜(cotransmisiolcronmicrsce,ct)等各种专用电子显微镜也已开始使用。最近几年来,计算机技术开始用于电子显微镜。电镜观察时大部分操作可用计算机控制，如样品的移动和放大倍数的调控等,使电镜操作简便易行。而计算机在图像显示、处理和存储等方面的优势,则更为电子显微镜的应用提供了极大方便。可以预料，基于nrne网络技术的电子显微镜技术在远程教学和科研方面将发挥越来越重要的作用。 费恩曼提出的微小机器在医学上已经研发成功。特别是他引用他的朋友所说的:动手术时能把手术医师吞下去会很有趣。把机械手术医师弄到血管里
