納米技術(shù)在(zai)生活中(′▽?zhuān)?應用?納米(納米技術(shù)走進(jìn)生活) 1959年12月,物理學(xué)家理查德·費曼(′ω`)發(fā)表了名為“底部充足的技術(shù)進(jìn)生空間”的演講,他(′-ι_-`)的生活術(shù)走主題是“在微小等級操縱??和控制事物的問(wèn)題”。在這次演講中,用納費曼不滿(mǎn)足于在針頭上刻字母的米技技術(shù)(這在當時(shí)已經(jīng)是非常前沿的技術(shù)了),他問(wèn):“我們?yōu)槭裁床荒馨颜镜募{米百科全書(shū)寫(xiě)在針頭(′▽?zhuān)?)上?” 他給出了解決這個(gè)問(wèn)題的答案:我們并不是盡量將字母變小去刻字,而是技ヽ(′ー`)ノ術(shù)進(jìn)生操縱針頭的原子本身去形成字母,納米技術(shù)被正式(shi)提出。生活術(shù)走1990年,用納首次(//ω//)出現了操縱原子“寫(xiě)出(chu)”的米技字母,一共用了35??個(gè)原子的納米英文字母“IBM??”,實(shí)現了費曼的技術(shù)進(jìn)生設想。 納米技術(shù)的生活術(shù)走設想出現以來(lái),一直被定義為“明天的用納世界”,已經(jīng)有上百部科幻小說(shuō)描述過(guò)它。米技但其實(shí),納米技術(shù)的工業(yè)革命已??經(jīng)悄悄興起,在一些領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始大顯身手了。那么,納米技術(shù)究竟有何不同,它將如何改變我們的世界? 什么是納米技術(shù)??? 納米是長(cháng)度單位,但是這個(gè)單位非常的小,只有一米的十(shi)億分之一。我們很難感受到1納米到底有多小,想象一下,一根頭發(fā)是75000納米,一條DNA雙鏈差不多是2納米寬。 所謂納米技術(shù),就是在可控制的條件下,改變原子的連接結構以創(chuàng )造一種新的分子。納米技術(shù)生產(chǎn)不同種類(lèi)的納米級材料(由納米粒子組成),納米粒子結構尺寸在1~100納米之間。 20世紀初人們已開(kāi)始用蒸發(fā)法制備金屬及其氧化物的納米粒子。20?世紀中期人們探索機械粉碎法使物質(zhì)粒子細化,現在制備納米粒子的方法主要分為化學(xué)方法和物理方法兩大類(lèi)。 物理方法一般是“自上而下”的,即通過(guò)物理的方法將比較大的物質(zhì)破壞成納米級,再將這些納米級的小單元??轉化成適宜的納米粒子。物理法分為粉碎法和構筑法,其中,ヽ(′ー`)ノ粉碎法主要是采用研磨、壓碎等方式;構筑法包括氣體蒸發(fā)法,混合等離子體法等。 化學(xué)法主要是“自下而上”的方法,即通過(guò)適當的??化學(xué)反應(包括液相、氣相和固相反應),從分子、原子出發(fā)制備納米顆粒物質(zhì)?;瘜W(xué)合成法包括氣相反應法和液相反應法,其中比較常用的方法有:溶膠凝膠法、氧化還原法、氣相分解(jie)法、氣相合成法等。 納米粒子不同凡響的特性 宏觀(guān)技術(shù)將大的物質(zhì)塊以相對粗糙和近似的模式排列以建造微芯片、運動(dòng)汽車(chē)、橡木餐桌和摩天大樓。而納米技術(shù)則能夠操縱單個(gè)原子,使??人類(lèi)技術(shù)提升到新的層面。 納米粒子最重要的不?是它的尺寸特別小,而是在納米級下,物質(zhì)的性質(zhì)會(huì )有很大的不同。因為我們面對的是單個(gè)的原子或分子而不是成團的物質(zhì),在這里,量子(′▽?zhuān)?效應成了最重要的影響因素。對??于宏觀(guān)物質(zhì)來(lái)說(shuō),不管形狀、大小如何,物質(zhì)的性質(zhì)不會(huì )改變,但是對于納米級物質(zhì)來(lái)說(shuō),面積體積比、相對尺寸改變,物質(zhì)的性質(zhì)也會(huì )改變。 舉個(gè)例子,納米粒子通常會(huì )有意想不到的光學(xué)??性質(zhì)(?_?;),因為納米粒子可以限制它們的電子并產(chǎn)生量子效??應,比如黃金的納米粒子在溶液中(zhong)就會(huì )呈現紫紅色。納米粒子可以?形成懸浮液,這是因為顆粒表面與溶劑的相互(′▽?zhuān)?作用強到足以??克服密度差異;如果是非納米材料,這種相互作用通常會(huì )導致材料下沉或漂在液體中。納米粒子中不均勻的電子分布會(huì )導致磁性,磁性納米(mi)粒子引起??了不同學(xué)科研究人員的興趣。納米粒子獨特的機械性(xing)也在許多重要領(lǐng)域得到了應用,這些機械性能包括彈性模量、硬度、應力和應變、粘附力(li)和摩擦力等。 通過(guò)在分子水平(ping)上改變事物的大小和形狀,科學(xué)家們能??夠依據特定目的來(lái)定制納米粒子的性質(zhì)。例如,“納米線(xiàn)”的直(zhi)徑僅為1納米,因此限制了電子在其寬度上的流動(dòng),納米線(xiàn)的電導率可以被精確(que)地控制?!傲孔狱c(diǎn)”的厚度為1原子,直徑為50原子,直徑的大小可做調整控制。因為它的物理形狀,量子(╬?益?)點(diǎn)可將紫外線(xiàn)轉化成特定頻率的可見(jiàn)光,并且發(fā)出光的頻率會(huì )隨著(zhù)量子點(diǎn)的尺寸改變而變化。納米管是由一層1原子厚的碳卷成的一個(gè)圓柱體。不同的角度卷圓管,達到不同的直徑,可以改變其機械、電氣、熱學(xué)和光?學(xué)性質(zhì)。在目前發(fā)現的所有材料中,這種結構意(????)味著(zhù)這些管材具有最高的抗拉強度,比鋼材強了100多倍。 納米技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入日常生活 現在人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)人人都使用、需要納米技術(shù)的時(shí)代。許多早期科幻小說(shuō)中所描述的納米?技術(shù)已經(jīng)實(shí)現,只不過(guò)是以我??們不易察覺(jué)的方式,比如它是智能手機或者其他各種設備的組件材料,但是我們并不知道這些是建立在(zai)納米技術(shù)上的。納米技術(shù)已經(jīng)悄然滲透??到了我們生活的各個(gè)方面,成為我們日??常生活中的一部分。
類(lèi)似地,研究人員也在探索納米管清理溢油和凈化水,納米管與污??染物結合,然后使用專(zhuān)門(mén)針對其納米結構定制的過(guò)濾器進(jìn)行去除。納米技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢將會(huì )包括:納米機器人、納米傳感器ˉ\_(ツ)_/ˉ、癌癥??研究、遺傳療法和醫學(xué)、疏水材料、食品和農??業(yè)等。
納米技術(shù)的風(fēng)險
納米技術(shù)在我們的生活中有著(zhù)廣泛的應用,因此關(guān)于納米技術(shù)的風(fēng)險更加(′?_?`)引起了我們的重視。問(wèn)題之一是納米粒子是否有毒,早期的一些研究已經(jīng)證實(shí)了同??一材料的納米粒子比起更大的粒子確實(shí)存在一定的毒性——小鼠的某些器官受到納米粒子的嚴重影響,某些水生??生物接觸到納米粒子后,其后代驟減。如果納米粒子對其他的動(dòng)物有影響,那么它對人體也很可能有相似的影響。納米粒子可以通過(guò)呼吸、攝入、皮膚吸收和藥物??注射的方式進(jìn)(jin)入人體,一旦它們進(jìn)入人體,它們就可以在人體內自由的轉移,血腦屏障對┐(′ー`)┌一些納米粒子來(lái)說(shuō),根本不是屏障。
納米技術(shù)理論涉及一種稱(chēng)為自組裝的過(guò)程,在這種過(guò)程中,分子被刺激??,(???)從而自發(fā)地(??ヮ?)?*:???形成某種結構,而不是通過(guò)強(qiang)加力、堆疊、粘合使分子結合。這使我們不得不考慮如果自組裝過(guò)程變?得不可控制了,該怎么辦?如果一個(gè)特定的碳結構繼續無(wú)限地進(jìn)行自組裝,將所有可用的碳(包括你)轉換成沒(méi)有用且統一的物質(zhì)塊怎么辦?
當然,對于以上的兩點(diǎn)問(wèn)題,我們目前并不需要太過(guò)擔心。因為很大程度上,納米技術(shù)(′;ω;`)是在人為可控制的情況下,重新生產(chǎn)自然界已經(jīng)存在的一些元素。隨著(zhù)對納米技術(shù)的深入研究,我們越了解這個(gè)系統,就越能學(xué)會(huì )更加??安全地做事情,那些我們認為最危險的納米粒子在未來(lái)可能變成最普通的??納米粒子。
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