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1、普及纳米知识普及纳米知识 推动科技进步推动科技进步在工业革命以前，大部分人在工业革命以前，大部分人类生产、科研不需要用到毫米，类生产、科研不需要用到毫米，“毛估估毛估估”的做法说明了我们的做法说明了我们对这个世界认知的粗浅。对这个世界认知的粗浅。以蒸汽机等机械发明为主要以蒸汽机等机械发明为主要标志的标志的第一次工业革命第一次工业革命，将人，将人类认知推向类认知推向毫米层次毫米层次。 天才相师 第二次工业革命第二次工业革命，发明了电，从机，发明了电，从机械时代进入微电子时代，械时代进入微电子时代，毫米毫米不够用了，不够用了，毫米的千分之一毫米的千分之一微米微米诞生了。随诞生了。随着科学技术的发
2、展，着科学技术的发展，微米层次微米层次的局限越的局限越来越明显，例如，来越明显，例如，电脑芯片电脑芯片虽然已越做虽然已越做越小，但即将达到材料的物理极限，只越小，但即将达到材料的物理极限，只有进入另一个层次有进入另一个层次纳米层次纳米层次，才，才会有更大的突破，比如将现在的笔记本会有更大的突破，比如将现在的笔记本电脑变得像手表一样小，或更小，可以电脑变得像手表一样小，或更小，可以把它固定在纺织品面料上。把它固定在纺织品面料上。正如正如牛顿力学牛顿力学只适用于只适用于低速低速的宏的宏观物体观物体，而而高速运动高速运动，只能用相只能用相对论来解释对论来解释;在在纳米纳米层次，层次，许多许多原来在宏
3、观尺度上使用的规律、原来在宏观尺度上使用的规律、定理、方式、方法，定理、方式、方法，都将不再适都将不再适用用，世界将从此是另一个模样，世界将从此是另一个模样。我们现在所熟悉的我们现在所熟悉的“原材料原材料”将将是小至纳米级的是小至纳米级的原子、分子原子、分子。那么什么是纳米呢？那么什么是纳米呢？1 1纳米纳米= =十亿十亿分之分之一米一米年，年，诺贝尔奖诺贝尔奖获得者、被认获得者、被认为继爱因斯坦之后为继爱因斯坦之后最为睿智最为睿智的理论物理的理论物理学家学家理查得理查得费因曼费因曼教授在加州理工教授在加州理工大学发表了题为在底部还有很大空间大学发表了题为在底部还有很大空间的演讲。在的演讲。在
4、费因曼费因曼看来，人类社会目看来，人类社会目前的生产方式，总是前的生产方式，总是“从上而下从上而下”的，的，他提出：他提出：为什么我们不可以从单个分子、为什么我们不可以从单个分子、甚至原子开始出发，进行组装，达到我甚至原子开始出发，进行组装，达到我们的要求？们的要求？物理学的规律不排除物理学的规律不排除一一个原子个原子一个原子一个原子制造物品的可能。制造物品的可能。”国际上公认国际上公认0.10.1100nm100nm为纳米尺度空间。为纳米尺度空间。 铅表面的原子世界铅表面的原子世界 看得见原子只是第一步！看得见原子只是第一步！第二步第二步就就是要能够操纵它。是要能够操纵它。 年年，美国，美国
5、加州实验室，将加州实验室，将个氙原子个氙原子排排布成布成“”个字母，总面积只有个字母，总面积只有几个平方纳米，几个平方纳米，人类第一次人类第一次实现了操纵实现了操纵单个原子，纳米科技的序幕拉开了。单个原子，纳米科技的序幕拉开了。 江苏省张家港高级中学倪洪祥江苏省张家港高级中学倪洪祥江苏省张家港高级中学倪洪祥江苏省张家港高级中学倪洪祥在在扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜下，科学家将下，科学家将4848个铁原子排列在铜表面上，形个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏。成一个圆形围栏。量量子子围围栏栏纳米齿轮纳米齿轮纳米铜具纳米铜具纳米陶瓷纳米陶瓷量子围栏量子围栏纳米陶瓷纳米陶瓷碳纳米管碳纳米管纳米轴
6、承纳米轴承世界上最小的键盘世界上最小的键盘19931993年后，我国科学家先后操纵原子写出年后，我国科学家先后操纵原子写出年后，我国科学家先后操纵原子写出年后，我国科学家先后操纵原子写出“XX”“XX”、“ “原子原子原子原子” ”、绘出、绘出、绘出、绘出XXXX国轮廓图。国轮廓图。国轮廓图。国轮廓图。纳米存储器纳米存储器中国中国中国中国我国我国纳米纳米科技成果一览科技成果一览1993年，中国科学院北京真空物理实年，中国科学院北京真空物理实验室验室操纵原子操纵原子成功写出成功写出“XX”二字，标二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地，并居于国际科技
7、前沿。一席之地，并居于国际科技前沿。1998年年，XX大学大学XX小组成功地小组成功地制造制造出出直径为直径为350纳米、长度达微米量级的纳米、长度达微米量级的氮化镓半导体一维纳米棒氮化镓半导体一维纳米棒，使我国在国，使我国在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。 19981998年年，XXXX国国XXXX杂志上刊登了我杂志上刊登了我国科学家的论文。国科学家的论文。我国我国科学家用科学家用非水热非水热合成法合成法，制备出，制备出金刚石纳米粉金刚石纳米粉，被国际，被国际刊物誉为刊物誉为“稻草变黄金稻草变黄金从四氯化从四氯化碳制成金刚石。碳制成金刚石。” 近年近
8、年，XXXX国科学院物理研究所国科学院物理研究所解思解思深深研究员率领的科研小组，不仅研究员率领的科研小组，不仅合成了合成了世界上最长的世界上最长的“超级纤维超级纤维”碳纳米管碳纳米管，创造了一项创造了一项“3 3毫米的世界之最毫米的世界之最”，而且，而且合成出合成出世界上最细的碳纳米管世界上最细的碳纳米管。 19991999年上半年年上半年，XXXXXX大学大学电子学系教电子学系教授授XXXXXX领导的研究组在世界上领导的研究组在世界上首次首次将将单壁单壁碳纳米管碳纳米管组装竖立在金属表面，组装竖立在金属表面，并组装出并组装出世界上最细且性能良好的扫世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针
9、描隧道显微镜用探针。 19991999年年，中科院金属研究所，中科院金属研究所成会成会明明博士合成出高质量的博士合成出高质量的碳纳米材料碳纳米材料，使我国使我国新型储氢材料新型储氢材料研究一举跃上世研究一举跃上世界先进水平。界先进水平。 不久前不久前，中科院金属研究所，中科院金属研究所卢柯卢柯博博士率领的小组，在世界上士率领的小组，在世界上首次首次直接发现直接发现纳米金属纳米金属的的“奇异奇异”性能性能超塑延展性超塑延展性，纳米铜在室温下竟可延伸纳米铜在室温下竟可延伸5050多倍多倍而而“不不折不挠折不挠”，被誉为，被誉为“本领域的一次突破本领域的一次突破”。 先是先是纳米管纳米管，接着，接着
10、纳米线纳米线，现在留，现在留美的三位中国科学家又为纳米世界迎来美的三位中国科学家又为纳米世界迎来一位新客人一位新客人“纳米带纳米带”。这是世界。这是世界上上首次发现首次发现并合成出半导体氧化物的并合成出半导体氧化物的纳纳米级带状结构材料米级带状结构材料。 研究人员现在研究人员现在已经成功开发出已经成功开发出氧化锌、氧氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化镉和氧化镓的化锡、氧化铟、氧化镉和氧化镓的“纳米带纳米带”。并预测。并预测整个半导体金属氧化物都可能制整个半导体金属氧化物都可能制造出造出“纳米带纳米带”。这项成果刊登在。这项成果刊登在20012001年年4 4月月8 8日日出版的美国科学杂志上。出版的
11、美国科学杂志上。 利用金属氧化物制造出利用金属氧化物制造出1010至至1515纳米厚、纳米厚、3030至至300300纳米宽的新材料纳米宽的新材料。这种材料有可能制造。这种材料有可能制造出价格便宜的出价格便宜的超微感应器和元件超微感应器和元件。 “这是纳这是纳米技术中非常重要的一个研究领域。如果我米技术中非常重要的一个研究领域。如果我们能够成功地开发出其应用方法，将可能引们能够成功地开发出其应用方法，将可能引发发纳米级感应器和功能设备纳米级感应器和功能设备的巨大进步，制的巨大进步，制造出造出能耗低敏感度高能耗低敏感度高的产品。的产品。”纳米技术在医学领域内的发展前景纳米技术在医学领域内的发展前
12、景纳米器件纳米器件有可能成为未来保卫人类健康的有可能成为未来保卫人类健康的一支忠实可靠的一支忠实可靠的“卫队卫队”。(1)(1)纳米生物传感器纳米生物传感器：用于监测、收集、播送：用于监测、收集、播送体内细胞的健康状态和病变信息；体内细胞的健康状态和病变信息；(2)(2)纳米药物存储器纳米药物存储器( (药泵药泵) )：用于存储、运输：用于存储、运输指定存储的药物，并按指定的部位存放，即指定存储的药物，并按指定的部位存放，即定点给药，其体积可达数个微米；定点给药，其体积可达数个微米；纳米生物导弹纳米生物导弹：直接用于治疗各种细胞水：直接用于治疗各种细胞水平的疾病，对病变组织有亲和力，对病变细平
13、的疾病，对病变组织有亲和力，对病变细胞有杀伤力，可特异性地杀灭肿瘤细胞；胞有杀伤力，可特异性地杀灭肿瘤细胞；(4)(4)纳米细胞修复器纳米细胞修复器：用于修复细胞内的各种：用于修复细胞内的各种病变，如线粒体、细胞核的病变；病变，如线粒体、细胞核的病变； (5)(5)纳米细胞监督器纳米细胞监督器：用于监视免疫细胞、白：用于监视免疫细胞、白细胞等细胞正常功能的发挥；细胞等细胞正常功能的发挥；(6)(6)纳米细胞清扫器纳米细胞清扫器：帮助清除体内的代谢废：帮助清除体内的代谢废物以及外界进入体内的有害物质；物以及外界进入体内的有害物质； (7)(7)纳米细胞检疫器纳米细胞检疫器：巴西和美国科学家最近：
14、巴西和美国科学家最近发明了世界上最小的发明了世界上最小的“秤秤”，能够称量，能够称量10 10 克的物体，即相当于克的物体，即相当于一个病毒一个病毒的重量。利用的重量。利用纳米纳米“秤秤”可称出不同病毒的重量，可以发可称出不同病毒的重量，可以发现新的病毒。可定点于口腔、咽喉、食道、现新的病毒。可定点于口腔、咽喉、食道、气管等外界开放的部位，以充当气管等外界开放的部位，以充当“检疫检疫”。-9-9 XXX XXX国国纳米科技纳米科技中心理事会理事长中心理事会理事长XXXXXX院士说，目前，我国纳米科技的研究院士说，目前，我国纳米科技的研究工作主要集中在纳米材料的合成和制备、工作主要集中在纳米材料
15、的合成和制备、扫描探针显微学、纳米电子学以及少量扫描探针显微学、纳米电子学以及少量纳米技术的应用等方面。纳米技术的应用等方面。 在纳米科技中在纳米科技中心的实验室里，心的实验室里，防水防油的领带、吸水防水防油的领带、吸水性强的化纤织物、具有自洁功能的空调性强的化纤织物、具有自洁功能的空调和冰箱、性能超常的纳米粉体材料等研和冰箱、性能超常的纳米粉体材料等研究成果究成果，已引起了各界人士极大兴趣。，已引起了各界人士极大兴趣。 所以说：所以说：“如果仅仅将纳米技术等如果仅仅将纳米技术等同于纳米材料，那就太狭隘了同于纳米材料，那就太狭隘了”。 “如果仅仅将纳米看成一种时尚、如果仅仅将纳米看成一种时尚、
16、潮流，那就太短浅了潮流，那就太短浅了”。 它是一场它是一场认知的革命认知的革命，会产生，会产生雷霆万钧雷霆万钧的力量，彻底改变人类的力量，彻底改变人类的整个生存状态、生产方式，它的整个生存状态、生产方式，它是一把双刃剑，只是更为锋利是一把双刃剑，只是更为锋利-纳米热全球纳米热全球只是时间问题。只是时间问题。纳米科技的终极目标，是按纳米科技的终极目标，是按人的意愿，操纵单个原子、分子，人的意愿，操纵单个原子、分子，构建构建纳米级纳米级的具有一定功能的具有一定功能的器的器件或产品件或产品。现在人们的生产模式，现在人们的生产模式，是从大到小，是从大到小，从上到下的，比如造一个橱，要从粗木从上到下的，
17、比如造一个橱，要从粗木到木材到成品，造电脑，从半导体硅片，到木材到成品，造电脑，从半导体硅片，经过经过切、割、刻、蚀、渗杂切、割、刻、蚀、渗杂等许多步骤，等许多步骤，变成电子元器件，这个过程，变成电子元器件，这个过程，原材料原材料浪浪费大、能耗大。费大、能耗大。而纳米技术而纳米技术，就是要做到，从小到，就是要做到，从小到大，从下到上。要什么东西，将分子、大，从下到上。要什么东西，将分子、原子搭起来，就是什么东西，原子搭起来，就是什么东西，原材料浪原材料浪费为零，能耗降到极低费为零，能耗降到极低，彻底从技术上，彻底从技术上解决了环保问题。解决了环保问题。纳米技术纳米技术将极大地提高人类储存、将极
18、大地提高人类储存、处理信息的能力。相对于同等体积、重处理信息的能力。相对于同等体积、重量的微电子芯片，按纳米结构做成的量的微电子芯片，按纳米结构做成的纳纳电子芯片电子芯片可储存可储存万万至至万万倍倍的信息量。的信息量。如果我们将如果我们将因特网技术因特网技术和和纳米技术纳米技术结合结合起来，将来我们从因特网上不仅能起来，将来我们从因特网上不仅能下载软件下载软件，而且而且能下载能下载具有特定功能的具有特定功能的硬件硬件例如纳米传感器例如纳米传感器。比如我需要一个手机，通过因特网告诉企业我的需比如我需要一个手机，通过因特网告诉企业我的需求，对方根据我的需求设计出相应软件，通过求，对方根据我的需求设
19、计出相应软件，通过因因特网特网指挥一个指挥一个“纳米盒纳米盒”（比如类似于打印机大（比如类似于打印机大小的小的个性化工厂个性化工厂，如，如纳米操纵器纳米操纵器）工作，我们所）工作，我们所要做的，就是要做的，就是将需要的原子、分子将需要的原子、分子“原料原料”放进去，放进去，就可能进行就可能进行因特网生产因特网生产。那么，企业的生产成本。那么，企业的生产成本就大大降低，仅仅是脑力劳动成本，同时产品又可就大大降低，仅仅是脑力劳动成本，同时产品又可大量复制！到时候，从事直接物质生产的工人大大大量复制！到时候，从事直接物质生产的工人大大减少，人类就减少，人类就主要从事科学研究主要从事科学研究，以及，以
20、及艺术活动艺术活动了了.“这是我们人类的梦这是我们人类的梦想！想！” 世世界界范范围围内内已已经经兴兴起起了了纳纳米米技技术术的的热热潮潮，美美国国、日日本本、德德国国都都把把纳纳米米技技术术视视作作2121世世纪纪的的主主导导技技术术之之一一，并并作作为为国国家家的的战战略略发发展展项项目目。我我国国在在这这一一领领域域有有领领先先的的优优势势，如如何何把把技技术术优优势势转转化化为为产产业业优优势势，各各级级政政府府部部门门都都有有义义不不容容辞辞的的责责任任。迄迄今今为为止止，由由于于认认识识上上的的差差距距，我我国国目目前前仅仅有有1010多多条条纳纳米米材材料料和和技技术术的的生生产
21、产线线，以以纳纳米米材材料料和和纳纳米米技技术术注注册册的的公公司司近近100100个个，但但都都是是刚刚起起步步且且规规模模小小。我我们们能能否否以以非非凡凡的的魄魄力力来来发发展展纳纳米米产产业业，为为经经济济的的可持续发展可持续发展打下扎实的基础。打下扎实的基础。从古文明到工业革命从古文明到工业革命；从蒸汽机到微电；从蒸汽机到微电子技术的普遍应用；子技术的普遍应用；从蔡伦造纸到今天的无从蔡伦造纸到今天的无纸化办公纸化办公-我们人类经历了一场又一我们人类经历了一场又一场思想的革命，场思想的革命，生产和生活方式的巨大变革生产和生活方式的巨大变革-而今纳米时代正向我们走来而今纳米时代正向我们走
22、来纳米技术纳米技术将是将是2121世纪的主导技术！世纪的主导技术！努力吧，为了我们的梦！努力吧，为了我们的梦！ XXX国一家公司预测纳米技术发展将经历个国一家公司预测纳米技术发展将经历个阶段：阶段：第一阶段第一阶段是要准确地控制原子数量在是要准确地控制原子数量在个以下的纳米结构物质；个以下的纳米结构物质；第二阶段第二阶段是生产纳米结构是生产纳米结构物质；物质；第三阶段第三阶段是大量制造复杂的纳米结构物质将是大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能；成为可能；第四阶段第四阶段是纳米计算机的出现；是纳米计算机的出现；第五阶第五阶段段是研制出能够制造动力源与程序自动化的元件和是研制出能够制造动力源与程序自动化的元件和装置。这家公司预计在未来年内，纳米技术可装置。这家公司预计在未来年内，纳米技术可能发展到能发展到 “第三阶段第三阶段”，超越，超越“量子效应障碍量子效应障碍”的技术，从而达到实用化水平。的技术，从而达到实用化水平。 诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者XXXX说，说，“未来未来将属于那些明智接受纳米，并且首先学将属于那些明智接受纳米，并且首先学习和使用它的国家。习和使用它的国家。”
