纳米技术及其应用简介

纳米技术及其应用简介

黄靖凯

(XX大学自动化系福建厦门学号:XXXXXX)

摘要：纳米技术与分子生物学的结合将开创分子仿生学新领域。分子仿生学模仿细胞生命过程的各个环节，以分子水平上的生物学原理为参照原型，设计制造各种各样的可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”———纳米机器人。纳米机器人的研制和开发将成为21世纪科学发展的一个重要方向。

关键词：纳米技术；机器人

1引言

1990年，世界上最小的I、B、M3个字母在实验室中诞生了。这3个英文字母总共用了35个原子。从拍摄的照片中，我们可以清楚地看到人类所创造的最微乎其微的伟大奇迹。IBM这个当时计算机行业的巨型企业名字，被一丝不苟地刻画到长宽均不超过一个病毒的面积上。纳米技术是指0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。

纳米是英文nanometer的译名。纳米是一种度量定位，也是一个长度单位。把1米分成10亿份，每一份就是1纳米。纳米材料构筑的物质，是看不到、摸不着的微细物质。我们常常用细如发丝来形容纤细的东西。其实人的头发一般直径为20—50微米，而纳米只有1微米的千分之一!纳米结构通常是指存在100纳米以下的微小结构。

目前，世界很多国家都在开展对纳米技术的研究。纳米技术之所以重要，是因为当金属或非金属被制成相当于100纳米的物质时，它的物理性能和化学性质会发生出乎意料的变化。主要表现在强度、韧度、比热、导电磁吸收性等方面。因此，人类可以利用纳米技术制造出各种各样具有特殊功能的新材料。将具有特殊功能的新材料添加到产品中，从而使产品表现出意想不到的新性能。目前，纳米新材料已经在电子、化工、通信、环保、医药等领域得到广泛应用。

2纳米技术的发展

2．1纳米技术应运而生

在没有机器应用之前，人们不会也不需要去对劳动工具、劳动对象的尺寸具体到极小的地步。人类对物质研究范围的不断精进，在相当大程度上依靠的是精密的实验设备和先进的分析手段。目前已经可以对小到空间尺度为1米的亚核世界，大到150亿光年(1．439×l米)左右的整个宇宙进行研究。而精密的实验设备和先进的分析手段本质上是随着人类文明进程从模糊时代向毫米时代、微米时代、纳米时代跨进而不断得以发展的。

从古代人使用的以步丈量，到现在可以度量出纳米单位，从使用石器、铁器到使用高科科技合金，这一过程本身为人类研究所处的世界提供了越来越大的空间。与基因、智能一起被称为“2l世纪高科技三剑客”之一的纳米技术，在2l 世纪初正式登上了世界舞台。

2.2划时代的纳米技术革命

纳米科技不是任何一门单独学科可以覆盖的。纳米材料、纳米生物、纳米电子等是综合了多门学科的综合性学科。同时，它们之间的联系也是千丝万缕的。在未来，纳米技术将极大地改变我们的生活方式，进而影响到我们业已存在的文明。纳米技术的广泛应用将会使各个领域发生重大变化。在基因工程方面，人类将能够清楚地描绘出基因图谱，并能够在此基础上改善存在缺陷的基因，使目前困扰人类的各种疾病迎刃而解：在计算机制造业方面，人们将能够生产出速度更快、处理能力更强的处理器，地震预测、天气控制将不再是无法攻克的难题。纳米技术所带来的不仅仅是科技和经济上的革命，它将彻底代替微米时代的文明，把一种全新的文明——纳米文明展现在人类面前。

3、纳米技术应用

3.1纳米技术应用前景

纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最活跃、最接近应用的重要组成部分。在2l世纪，信息、生物技术、能源、环境保护、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求。元件的小型化、智能化、高集成度、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小，对材料性能的要求越来越高。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米62G的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉，发光频段可调的高效纳米

阵列激光器，高能量转换的纳米结构太阳能电池和热电转换元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料及抗菌材料等的问世，都充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。纳米材料和纳米结构的应用不仅给传统产业注入高科技含量，为传统产业提供新的发展机遇。而且会对新产品的设计、新产业的形成以及国民经济支柱产业的布局调整产生重大影响。

3.2纳米机器人简介

纳米微机械和机器人是十分引人注目的研究方向。用原子和分子直接组装成纳米机器，不但其速度、效率比现有机器大大提高，而且应用范围之广，功能之特殊，污染程度之低是现有机器无法比拟的。例如用纳米微电子控制的纳米机器人，尺寸比人体红血球还小，医生直接应用纳米机器人直接清除患者的脑血栓，清除心脏动脉脂肪沉积，也可以通过把多种功能的纳米机器人注人血管内，进行人体全身检查和治疗。这种纳米机器人的问世，将使未来高技术出现新的飞跃，人类的医疗也因之发生深刻的革命，许多疑难病症将得到解决。

3.2.1维护人体健康的纳米机器人

当今医学的发展实际上并不是那么尽善尽美。我们不断发明出新药，它们在给我们带来益处的同时，也难以避免地带来诸多副作用。但是，这个状况现在已发生了根本性变化。

美国科学家研制一种可以进入人体的纳米机器人，用于维护人体健康。发明这些纳米机器人的科学家是美国哥伦比亚大学生物工程学研究人员米兰·斯托诺维克等人，组成机器人的原料是DNA分子，它们的外形很像蜘蛛，因此又称为“纳米蜘蛛”微型机器人。它们能够跟随DNA的运行轨迹自由地行走、移动、转向以及停止。虽然以前研制出的DNA分子机器人也具有行走功能，但不会超过3步，而新的机器人却能行走50步。科学家希望不断改进纳米蜘蛛，以提高它们的行进距离，让它们最好能够在人体内自南穿梭。纳米蜘蛛的体长只有4nm，需要高倍电子显微镜才能看见，因为10万个这样的纳米蜘蛛排成一串也比人类头发直径还小。正冈为纳米蜘蛛如此微小，它可以穿越人体任何组织和器官．包括最细小的毛85细血管和神经末梢，而不会导致这些细小管道的阻塞。纳米蜘蛛可以在人体内的“大街小巷”内随意穿梭，及时发现人体内现的异常情况，凶此堪称人体内的“微型警察”。纳米机器人实质是分子机器人，是分子仿生学