纳米与国防建设

纳米材料与国防建设
内容摘要：目前世界上对纳米材料的研究正处在发展阶段，纳米材料的选择和
合成有待于深入细致的研究，但是到目前为止，纳米材料已经为人类的发展作
出了巨大贡献，随着各国的科技实力进一步发展，竞争已经从宏观开始向微观
转变，纳米材料在国防建设中的地位越来越重要。

本文对纳米材料在军事上的
应用进行详细阐述，并讨论其如何促进国防建设。

键词：纳米军事国防建设
引言：在纳米残料广泛应用于人们生产生活的今天，明确和关注纳米材料科学
对国民经济和国防建设的意义与作用有利于提高人们对纳米科学的重视以及研
究的发展，有利于纳米材料科学更好的服务于人们的生产生活，有利于其更有
效的作用于国防建设和国民经济的发展，从而使得我们的国家无论是从经济上
还是军事上都更加进步。

本文暂且不谈经济和生活，仅仅从国防建设的方面去
探讨纳米材料，那么纳米材料在国防建设中到底起到什么重要的作用呢？
一.纳米材料的概念
纳米材料的概念是在20世纪80年代末期由德国科学家Gleite:提出来的，是指颗粒粒度小于100nm的粉体材料。

纳米粒子也叫做超微颗粒一般是指尺寸在1一100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。

从通常的微观和宏观的观点来看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观
量子隧道效应。

当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出
许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质
和大块固体时相比将会有显著的不同。

二.纳米材料的特殊性质
1.力学性质
纳米材料的位错密度很低 所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生 这就是纳米晶强化效应。

使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。

2.磁学性质
纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50% 可以用于信息存储的磁电阻读出磁头 具有相当高的灵敏度和低噪音。

巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的
记录密度提高到1.71Gb/cm2。

3.电学性质
2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管 表现出很好的晶体三极管放大特性。

并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性 成功研制出了室温下的单电子
晶体管。

4.热学性质
纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值 因
此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。

5.光学性质
纳米粒子的粒径远小于光波波长。

与入射光有交互作用 光透性可以通过
控制粒径和气孔率而加以精确控制 在光感应和光过滤中广泛。

在生物医药方
面纳米技术更是有着独到的地方。

三.纳米材料的发展
目前在欧美日上已有多家厂商相继将纳米粉末和纳米元件产业化 我国也
在国际环境影响下创立了一些影响不大的纳米材料开发公司。

美国2001年通
过了“国家纳米技术启动计划 National Technology Initiative ” 年度拨款已达到5亿美圆以上。

美国科技战略的重点已由过去的国家通信基础构想转向
国家纳米技术计划。

2003年 在美国政府支持下 英特尔、惠普、IBM及康柏4家公司正式成立研究中心 在硅谷建立了世界上第一条纳米芯生产线。

许多
大学也相继建立了一系列纳米技术研究中心。

在商业上 纳米技术已经被用于
陶瓷、金属、聚合物的纳米粒子、纳米结构合金、着色剂与化妆品、电子元件
等的制备。

目前美国在纳米合成、纳米装置精密加工、纳米生物技术、纳米基础理论等多方面处于世界领先地位。

欧洲在涂层和新仪器应用方面处于世界领先地位。

早在“尤里卡计划”中就将纳米技术研究纳入其中 现在又将纳米技术列入欧
盟2002——2006科研框架计划。

日本在纳米设备和强化纳米结构领域处于世
界先进地位。

日本政府把纳米技术列入国家科技发展战略4大重点领域 加大
预算投入 制定了宏伟而严密的“纳米技术发展计划”。

日本的各个大学、研
究机构和企业界也纷纷以各种方式投入到纳米技术开发大潮中来。

中国在上世纪80年代 将纳米材料科学列入国家“863计划”、和国家自然基金项目 投资上亿元用于有关纳米材料和技术的研究项目。

但我国的纳米
技术水平与欧美等国的差距很大。

目前我国有50 多个大学20多家研究机构和300多所企业从事纳米研究 已经建立了10多条纳米技术生产线 以纳米技术注册的公司100多个 主要生产超细纳米粉末、生物化学纳米粉末等初级产品。

四.纳米残料在军事上的应用
技术革命在带来产业革命的同时，也必将引起军事领域内的重大变革。

美
国认为纳米材料科技是国防工业的未来，世界上各主要军事大国，也将投入大
量经费，开展研制实验，制造纳米武器。

作为军事信息技术重要基础的军事微
电子技术，一旦得到纳米技术的支撑，将促使以微电子技术为代表的当代信息
技术实现向以纳米技术和分子器件为代表的智能信息技术重大转变。

纳米电子
技术对未来军事作战领域的驱动力，将远远超出当前微电子技术对信息战的影响，也必将在世界范围引发一场真正意义的新军事革命，并把电子信息战水平
推向更新、更高级的发展阶段。

1.纳米计算机系统
计算机是信息系统的核心，而且现代战争系统离不开计算机。

采用纳米技
术制造的微型晶体管和存储芯片将使存储密度、计算机速度和效率提高数百万倍，大大缩小计算机的体积和重量，而能耗却降低到今天的几十万分之一。

一
旦这种具有原子精密度的新型计算机取代现有设备用于军事作战，必将实现信
息采集和处理能力的革命性突破，从而提高C4I系统的可靠性、机动性、生存
能力和工作效能。

2.纳米卫星
美国在1993年率先提出了纳米卫星这一概念。

这种卫星麻雀略大，质量
不足10千克，各种部件全部用纳米材料制成，采用最先进的微机电一体化集成技术整合，体积小、质量轻、生存能力强，即使遭受攻击也不会丧失全部功能；
研制费用低，不许大型实验设施和跨度大的厂房；易发设，不需大型运载工具
发射，一枚小型运载火箭即可发射千百颗，可以保证在任何时刻对地球上任何
一点进行连续监视，即使少数卫星失灵，整个卫星网络的工作也不会受影响。

纳米微星的发展极为迅速，美国、俄罗斯等航天大国已经投入大量人力物力加
紧研制。

而我国的第一颗纳米卫星也在研制之中。

3.太空升降机
太空战将成为未来战争的热点，由于现用航天飞机和宇宙飞机运载能力较低，发射次数有限，安全性也较差，前一阶段美国科学家甚至为此呼吁暂停使
用现有的航天飞机。

另一方面，一些发达国家正在加紧研制能够满足太空作战
需要的新式太空运载器。

巴基球是由60个碳原子聚集一起形成的足球状结构，在此基础上研制出碳纳米管，其强度比刚高100倍，而重量只有刚的1/6,5000个碳纳米管并排一起只相当一根头发死的直径。

而这种纳米管或类似结构的残
料被用于制造太空升降机，在军事领域发挥重要作用。

4.微型导弹
由于纳米器件比半导体器件工作快速的多，制造出的智能化微机电导航系统，可以使制导、导航、推进、姿态控制、能源和控制等方面发生质的变化，
从而使微型导弹趋于小型化、远程化、精确化。

这种蚊子大小的微型导弹直接
受电波遥控，可以悄然潜入目标内部，其威力足以炸毁敌方火炮、坦克、飞机、指挥部和弹药库，起到神奇的战斗效能。

5.纳米传感器
纳米超微粒呈现黑色，具有较强的吸收红外线的能力，而且表面积大，表
面活性高，对其周围的温度、光、湿度等环境条件十分敏感，因此是传感器理
想的应用材料。

80年代，日本的松下电器公司率先开发了氧化锡超微粒传感器，接着又开发了光传感器。

传感器中重要的一类是化学传感器，而气体传感器又
是化学传感器的重要组成部分。

气体传感器是利用金属氧化物随周围气体组成
的改变，致使电阻等发生变化来对气体进行检测和定量测定的。

作为气体传感
器的微粒通常为一至几微米，而且粒子越小，比表面积越大，这样表面与周围
接触而发生相互的作用越大，敏感度越高。

用氧化锡膜制成的气体传感器，可
用作战场化学剂报警、可燃性气体泄漏报警和湿度变化预报等。

不仅如此，纳
米氧化锡膜能够随着温度的变化而有选择地检测多种气体，如在66.7Pa的氧
气中生成的膜，当温度升高时，能够分别有选择地检测出水气、乙醇和异丁烷等气体。

这种膜对水气尤其敏感，而对异丁烷气体却不太敏感。

超微粒传感器中还有一种极突出的传感器，即红外传感器。

由金超微粒子沉积在基板上形成的膜就成为性能突出的红外线传感器，金超微粒子膜具有很强的从可见光到红外线整个范围的光吸收率，大量的红外线被金膜吸收后转变为热，由膜与冷接点之间的温度差可以测出温差电动势，因此可制成辐射热量测量器，战场上可测出敌方人员、武器装备等与背景之间微弱的温度差。

6.纳米机器人
纳米机器人是纳米科技最具诱惑力的重要内容。

纳米机器人将包含有纳米计算机，这种可以进行人机对话的装置一旦研制成功，可在1s内完成数10亿次操作。

这种机器人可用于弥补部队人力的不足、降低部队在使用生化武器和核战争中的风险、增加机动能力、提高部队的自动化程度。

这将大大改变人们对战争力量对比的看法，使未来战场模式与格局产生根本性变革。

五.总结
由此，我们可以得出结论：尽管纳米技术尚不十分成熟，在军事上的应用多属理论探讨和科学实验阶段，但它却有着十分诱人的前景，未来，必将会有更多更新型的纳米武器和工具出现，它一定会在国防建设中起到重要的作用。

可以预见的是，未来的国防威胁将是纳米之间的对话，所以，我们要增强科技发展力，跟上时代的潮流，更好的将纳米技术应用到国防建设中来。

参考文献：
1.倪星云.《纳米材料制备技术》.北京：化学工业出版社.2008.1
2.杨志伊.《纳米科技》.北京机械工业出版社.2004.1
3.李凤生，杨毅. 《纳米/微米复合技术及应用》.北京：国防工业出版社.2002.
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