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米 尺 度 上 开 始 对 物 质 的 性 质 起 支 配 作 用 , 将 影 响 材 料 的 光 、 电 和 磁 性 质 。 已 能 生 产 的 纳 米
尺 度 材 料 可 以 是 一 维 的 ( 如 非 常 薄 的 镀 层 ), 二 维 的 ( 如 碳 纳 米 管 和 纳 米 线 ), 也 可 以 是 三
维 的 ( 如 纳 米 颗 粒 )。
尽 管 我 们 定 义 的 纳 米 研 究 覆 盖 了 许 多 传 统 的 学 科 领 域 , 但 它 仍 存 在 一 个 共 有 的 特 征 ,
那 就 是 小 尺 度 。 因 此 , 用 它 作 为 纳 米 技 术 的 表 述 可 能 更 贴 切 。
纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 目 前 和 未 来 的 潜 在 用 途
我 们 目 的 是 提 供 一 个 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 目 前 和 未 来 潜 在 的 发 展 概 况 , 同 时 也 考 虑
由 此 产 生 的 健 康 、 安 全 、 社 会 和 伦 理 问 题 , 而 不 是 筛 选 哪 些 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 应 该 优 先
被 资 助 。
1. 纳 米 材 料
纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 在 很 大 程 度 上 是 与 新 材 料 的 探 索 有 关 的 。 通 过 “ 自 上 而 下 ” 的 技
术 能 从 一 块 较 大 的 材 料 上 产 生 极 小 的 结 构 , 如 可 在 一 个 微 小 硅 芯 片 表 面 上 利 用 刻 蚀 技 术 来
制 造 电 路 。 也 可 以 通 过 “ 自 下 而 上 ” 的 技 术 组 装 原 子 和 分 子 获 得 希 望 的 纳 米 结 构 。 这 种 技
术 目 前 有 两 种 方 法 : 一 是 自 我 组 装 , 即 利 用 原 子 或 分 子 的 自 然 特 性 自 行 排 列 组 装 , 如 半 导
体 工 业 中 的 晶 体 生 长 就 和 大 分 子 的 化 学 合 成 非 常 类 似 ; 二 是 利 用 工 具 来 移 动 单 个 原 子 或 分
子 从 而 构 成 所 需 的 结 构 。 尽 管 第 二 种 方 法 提 供 了 很 强 的 组 装 控 制 能 力 , 但 尚 不 适 合 工 业 应
用 。 目 前 纳 米 薄 膜 材 料 已 经 在 电 子 学 和 自 清 洁 窗 户 上 得 到 应 用 , 而 纳 米 部 件 的 应 用 大 多 是
固 定 或 埋 置 的 。 小 于 100nm 的 超 精 细 机 械 加 工 能 力 也 正 在 吸 引 着 工 业 界 ( 如 信 息 和 通 讯 技
术 、 自 动 化 和 航 天 工 业 ) 去 考 虑 它 的 应 用 。
准 确 预 测 纳 米 技 术 发 展 的 时 间 表 是 很 难 的 事 。 不 过 我 们 可 以 期 望 在 未 来 的 几 年 中 , 纳
米 材 料 将 能 改 进 诸 如 硅 基 电 子 器 件 、 显 示 器 、 油 漆 、 电 池 、 微 加 工 硅 传 感 器 和 催 化 剂 等 产
品 的 性 能 。 在 更 远 一 点 的 时 间 内 , 我 们 将 能 看 到 纳 米 化 合 物 的 应 用 。 这 些 化 合 物 可 以 是 基
于 单 壁 或 多 壁 的 炭 纳 米 管 的 导 电 线 材 ( 几 个 纳 米 粗 和 几 个 厘 米 长 , 且 具 有 很 高 的 强 度 和 韧
性 )。 眼 下 , 炭 纳 米 管 的 应 用 尚 受 限 于 它 的 尺 寸 均 匀 度 难 以 控 制 和 单 个 纳 米 管 不 易 剥 离 。
我 们 也 希 望 看 到 另 一 些 应 用 , 如 基 于 无 机 纳 米 球 的 润 滑 材 料 , 使 用 纳 米 晶 粒 的 磁 性 材 料 ,
用 于 外 科 修 复 的 纳 米 陶 瓷 , 汽 车 部 件 或 高 温 炉 , 高 效 水 净 化 的 纳 米 膜 等 。
2. 计 量
计 量 作 为 一 种 测 量 科 学 , 支 撑 着 纳 米 科 学 和 所 有 纳 米 技 术 。 这 是 因 为 它 能 提 供 纳 米 尺
度 材 料 的 电 特 征 、 质 量 、 大 小 等 的 表 征 手 段 。 计 量 越 准 确 , 越 有 助 于 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术
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