纳米科技的发展及未来的发展方向

纳米科技的发展及未来的发展方向

论文

理学院

08光信息科学与技术

张箐

0836017

纳米科技的发展及未来的发展方向

一：纳米科技的起源：

纳米是长度度量单位，一纳米为十亿分之一米。纳米科技这一初始概念是已故美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主费恩曼(R．Feynman)于1959年在美国加州理工学院作题为“在低部还有很大空间”的讲演中提出的。费恩曼指出：如果人类能够在原子或分子尺度上来加工材料、制备装置，则将会有许多激动人心的新发现。他还强调：人们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。费恩曼憧憬说：试想，如果有一天，人们可以按自己的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇怪现象。

与所有的天才假想一样，费恩曼的科学思想起初并未被接受。然而科技的迅猛发展很快证明了费恩曼是正确的。继费恩曼之后，许多科学家又尽情发挥想像力，从不同角度继续编织纳米技术的神奇梦想。

纳米科技的迅速发展是在1980年代末1990年代初。1980年代初，宾尼希(C．Binnig)和罗雷尔(H．Rohrer)等人发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器－－扫描隧穿显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)。STM 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广的大门。

与此同时，纳米尺度上的多学科交叉迅速形成了一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登研究中心（Almaden Research Center）的科学家使用STM把35个氙原子移动到各自的位置，组成了“IBM”三个字母，这三个字母加起来不到3纳米长。

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。其后，《纳米技术》、《纳米生物学》、《纳米粒子研究》等国际性专业期刊也相继问世。至此，纳米科技正式步入科学殿堂，并迅速成为一颗耀眼的新星。二：纳米科技的发展前景

鉴于纳米科技对高新技术产业的重要影响，世界上掀起了纳米技术研究的热潮，很多国家纷纷制订纳米技术研究开发专门计划，争取抢占21世纪科技战略制高点。综合分析国内外纳米科技发展现状，目前，纳米科技的发展大致有几个方面的发展趋势。

材料与制造：纳米技术将对材料制备产生根本变革：将合成并建造尺寸和性能可控、重量更轻、强度更高、加工性更好的材料；以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的或自然界不存在的材料，以及其他生物材料和仿生材料。

纳米电子与器件：将研制更节能、更价廉、使计算机的效率提高百万倍的纳米结构微处理器、更高工作频率的宽带网、海量的存储器、集传感、数据处理和通讯为一体的智能器件等。

环境和能源：发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被损坏的环境；提高监测环境的传感器灵敏度；更有效地处理核废料；利用纳米过滤器分离核燃料中的同位素；成倍提高太阳能电池的能量转换率。

医学和卫生：纳米技术将给医学带来变革：利用纳米器件进行基因诊断，以及早发现癌细胞，并主动搜索和攻击癌细胞或修补损伤组织；为药物在体内输运提供新的方式和路线；预防移植后的排斥反应。

生物技术和农业：生物合成为制造新的化学品和新药提供了新方式。通过在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等，对动植物的基因进行改善和治疗，将药物和基因植入动物体内，利用纳

米阵列测试DNA，了解生物的基因和基因表达。

航空与航天：纳米器件在航空航天领域的应用，不仅可增加有效载荷，更重要的是可使耗能指标指数成倍地降低。这方面的研究内容还包括：设计和制造重量更轻、强度更高、热稳定性更好的纳米结构材料；为微型航天器研制用纳米集成的测试、控制和电子设备；研制低能耗、抗辐射、高性能的计算机。

科学与教育：纳米科学将极大地改变人们对客观世界的认知水平，推动物理、化学、生物学、材料科学、数学和工程学等学科的发展。

国家安全：由于纳米技术对经济社会的广泛渗透，拥有纳米技术知识产权和广泛应用这些技术的国家将在国家经济和国防安全方面处于有利地位。通过先进的纳米电子器件在信息控制方面的应用，可极大地提高军队在预警、导弹拦截等方面的反应速度；通过纳米机械学、微小机器人的应用，可提高部队的灵活性并增加战斗的有效性；通过纳米材料技术的应用，可大大提高舰船、潜艇和战斗机等武器装备的耐腐蚀性、吸波性和隐蔽性。

由于人们在原子、分子水平上对物质控制能力的提高，纳米科技发展的进程正在逐步加快。2000年10月，中国政府明确提出了将新材料和纳米科学的进展作为“十五”规划中科技进步和创新的重要任务，这为中国21世纪纳米科技的快速发展奠定了重要基础。近年来，中国的纳米材料研究取得了重要进展，引起了国际上的关注，使中国的基础研究在国际上占有了一席之地，应用开发研究也出现了新局面。相信在各方的共同努力下，中国定会为纳米科技的发展做出更大的贡献。