纳米技术：应时而生的型式

2024-07-20 百科知识版权反馈

【摘要】：第一节应时而生——纳米的起源纳米的起源是个很偶然的机会。后来，利用纳米来发展的技术被称为纳米技术。这也是人们在纳米领域取得的巨大进步。35个氙原子拼出了字母“IBM”巴基球的模拟图1990年7月，第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微学大会在美国巴尔的摩同时召开，正式宣告了纳米科技作为一门学科的诞生。由此，纳米科技便正式步入科学殿堂，并迅速成为一颗耀眼的新星。

第一节　应时而生——纳米的起源

纳米的起源是个很偶然的机会。1985年，美国赖斯大学教授罗伯特•柯尔和理查德•斯莫利以及英国萨塞克斯大学教授哈罗德•克罗托，在一次偶然的实验中发现了碳的球状结构。这是碳元素的新结构，又被称为是富勒式结构，它是由60个碳原子组成的空心球状（诺贝尔博物馆里的富勒烯模型球碳，又名巴基球），也就是我们后来所说的碳60，形状和足球很相似。更有意思的是人们给它取了一个名字叫“巴基球”，它是一种非常小的颗粒，据说直径只有0.7纳米。同时，碳60的发现者也因此获得了1996年由瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔化学奖。

理查德•斯莫利

哈罗德•克罗托教授和他的碳60模型

巴基球模拟结构

发丝

这是纳米首次以长度单位出现。它刚开始被称为毫微米，也就是1/100微米。它是原子的4倍，比单个细菌的长度还要小。单个细菌用肉眼根本看不到，如果用显微镜去测它的直径，差不多只有5微米。你知道吗？假设一根头发的直径是0.05毫米，我们再把它径向平均分成5万根，每一根的厚度差不多就是1纳米。由此我们就能形象地理解纳米是多么的小了。

那么，纳米是怎么样被科学家应用起来的呢？在很早以前，科学家就希望能通过一种很小的并且带有洞的物质来容纳原子和离子，把原子和离子与它相掺合，从而制作出若干新型物质的分子容器，这样对于研究宇宙化学、超导材料、材料化学、材料物理，甚至医学等都有重大意义。然而，这只是科学家的最初设想，由于技术的局限一直没能付诸实践，直到纳米的出现才使得他们梦想成真。后来，利用纳米来发展的技术被称为纳米技术。但是，纳米技术并不是由纳米的发现者倡导出来的，而是由工程师埃里克•德雷克斯勒于20世纪70年代中期想到的。那时他还在麻省理工学院做学生。当他偶然读到关于遗传工程的内容时，就想为什么不能用原子建造无机机器呢？后来经过研究他发现，以前的科学家就已经提到过与他现在的想法几乎完全相同的观点。于是他对纳米技术更为着迷。他认为，如果纳米技术能被应用，就能为人类带来更多的方便，利用它的自行复制能力就能使1台机器变成2台、2台变成4台、4台变成8台……能为那些饥饿的人们带来更多的食物；能为无家可归的人建造无数的房屋；还可以在人的血管里自由游动并修复细胞，从而可以防止疾病和衰老等。但是，这也只是埃里克•德雷克斯勒的设想，当时他的这些想法并不被人们所接受，有的人甚至还认为他是个疯子。

埃里克•德雷克斯勒(www.chuimin.cn)

罗雷尔

扫描隧穿显微镜

后来，随着科学的发展，许多科学家对埃里克•德雷克斯勒的想法产生了兴趣。于是，在20世纪80—90年代，宾尼希和罗雷尔等人发明了以前科学家所期望的纳米科技研究的重要仪器——扫描隧穿显微镜。它的出现在纳米的发展史上起到了推动作用，因为它不仅以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽阔的大门。科学家很快就开始利用这台机器。20世纪90年代初，詹姆斯•金泽夫斯基和他的同事在使用扫描隧穿显微镜时发现它有极小的探头，并且能像盲人阅读盲文那样，透过物质的表面来记录原子的存在。因此他们就用35个氙原子拼出了IBM3个英文字母，这3个字母加起来不到3纳米长。后来，他和他的同事在这个基础上又制作出一台能计算的机器，即世界上的第一台分子算盘。该算盘很简单，只是10个巴基球沿铜质表面上的一条细微的沟排成一列。从理论上来讲，该算盘储存信息的容量是常规电子计算机存储器的10亿倍。它尽管在应用上还是比较烦琐，但已经显示了科学家在处理十分微小的物体方面所取得的惊人成就。这也是人们在纳米领域取得的巨大进步。

35个氙原子拼出了字母“IBM”

巴基球的模拟图

1990年7月，第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微学大会在美国巴尔的摩同时召开，正式宣告了纳米科技作为一门学科的诞生。从这以后，纳米就被更多的科学家所关注，例如“纳米技术”、“纳米生物学”、“纳米粒子研究”等关于纳米的科学技术逐渐兴起，并且不断地推出新的研究成果。由此，纳米科技便正式步入科学殿堂，并迅速成为一颗耀眼的新星。

扫描隧穿显微技术

纳米技术：应时而生的型式

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