纳米技术走进生活

纳米技术走进生活

1959年12月，物理学家理查德·费曼发表了名为“底部充足的空间”的演讲，他的主题是“在微小等级支配和控制事物的问题”。在这次演讲中，费曼不满足于在针头上刻字母的技术（这在当时曾经是十分前沿的技术了），他问：“我们为什么不能把整本的百科全书写在针头上？”

他给出理处置这个问题的答案：我们并不是尽量将字母变小去刻字，而是支配针头的原子自身去构成字母，纳米技术被正式提出。1990年，初次呈现了支配原子“写出”的字母，一共用了35个原子的英文字母“IBM”，完成了费曼的想象。

纳米技术的想象呈现以来，不时被定义为“明天的世界”，曾经有上百部科幻小说描画过它。但其实，纳米技术的工业反动曾经悄然兴起，在一些范畴曾经开端大显身手了。那么，纳米技术究竟有何不同，它将如何改动我们的世界？

什么是纳米技术？

纳米是长度单位，但是这个单位十分的小，只需一米的十亿分之一。我们很难感遭到1纳米到底有多小，想象一下，一根头发是75000纳米，一条DNA双链差未几是2纳米宽。

所谓纳米技术，就是在可控制的条件下，改动原子的衔接结构以发明一种新的分子。纳米技术消费不同种类的纳米级资料（由纳米粒子组成），纳米粒子结构尺寸在1～100纳米之间。

20世纪初人们已开端用蒸发法制备金属及其氧化物的纳米粒子。20世纪中期人们探求机械粉碎法使物质粒子细化，往常制备纳米粒子的措施主要分为化学措施和物理措施两大类。

物理措施普通是“自上而下”的，即经过物理的措施将比较大的物质破坏成纳米级，再将这些纳米级的小单元转化成适合的纳米粒子。物理法分为粉碎法和构筑法，其中，粉碎法主要是采用研磨、压碎等方式；构筑法包含气体蒸发法，混合等离子体法等。

化学法主要是“自下而上”的措施，即经过恰当的化学反响（包含液相、气相和固相反响），从分子、原子动身制备纳米颗粒物质。化学合成法包含气相反响法和液相反响法，其中比较常用的措施有：溶胶凝胶法、氧化恢复法、气相合成法、气相合成法等。

纳米粒子不同凡响的特性

宏观技术将大的物质块以相对粗糙和近似的方式排列以建造微芯片、运动汽车、橡木餐桌和摩天大楼。而纳米技术则能够支配单个原子，使人类技术提升到新的层面。

纳米粒子最重要的不是它的尺寸特别小，而是在纳米级下，物质的性质会有很大的不同。由于我们面对的是单个的原子或分子而不是成团的物质，在这里，量子效应成了最重要的影响要素。关于宏观物质来说，不论外形、大小如何，物质的性质不会改动，但是关于纳米级物质来说，面积体积比、相对尺寸改动，物质的性质也会改动。

举个例子，纳米粒子通常会有意想不到的光学性质，由于纳米粒子能够限制它们的电子并产生量子效应，好比黄金的纳米粒子在溶液中就会呈现紫红色。纳米粒子能够构成悬浮液，这是由于颗粒名义与溶剂的相互作用强到足以抑止密度差别；假如是非纳米资料，这种相互作用通常会招致资料下沉或漂在液体中。纳米粒子中不平均的电子散布会招致磁性，磁性纳米粒子惹起了不同窗科研讨人员的兴味。纳米粒子共同的机械性也在许多重要范畴得到了应用，这些机械性能包含弹性模量、硬度、应力和应变、粘附力和摩擦力等。

经过在分子水平上改动事物的大小和外形，科学家们能够依据特定目的来定制纳米粒子的性质。例如，“纳米线”的直径仅为1纳米，因而限制了电子在其宽度上的活动，纳米线的电导率能够被精确地控制。“量子点”的厚度为1原子，直径为50原子，直径的大小可做调整控制。由于它的物理外形，量子点可将紫外线转化成特定频率的可见光，并且发出光的频率会随着量子点的尺寸改动而变更。纳米管是由一层1原子厚的碳卷成的一个圆柱体。不同的角度卷圆管，抵达不同的直径，能够改动其机械、电气、热学和光学性质。在目前发现的一切资料中，这种结构意味着这些管材具有最高的抗拉强度，比钢材强了100多倍。

纳米技术曾经进入日常生活

往常人类曾经进入一个人人都运用、需求纳米技术的时期。许多早期科幻小说中所描画的纳米技术曾经完成，只不外是以我们不易察觉的方式，好比它是智能手机或者其他各种设备的组件资料，但是我们并不知道这些是树立在纳米技术上的。纳米技术曾经悄然渗透到了我们生活的各个方面，成为我们日常生活中的一部分。

往常，从防晒霜、衣服、汽车、太阳镜到电脑和显现屏，纳米技术的应用无处不在，哪怕是在最日常的生活中。好比，防晒霜通常含有二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）的纳米颗粒，两者都是高度紫外线吸收剂。有些衣服中也添加二氧化钛和氧化锌来抵御紫外线，同时在衣服中添加二氧化硅纳米粒子用于防水，银纳米粒子用于抗菌。2016年，中国研讨者还应用相同的原理制成了一种布，这种布并不是阻断紫外线，而是吸收紫外线并将它转化为电能。同样地，加州大学的研讨者发明了一种隐形的布，这种布运用黄金纳米粒子来使物体周围的光重新散布，抵达隐形的效果。

随着我们对纳米工程愈加深化了解，纳米技术将对我们消费的东西有更多的影响。例如，我们正在拓宽纳米管的应用。纳米管和量子点一样，目前科学家正在深化探求它在医学方面的应用，不只仅是在诊断和药物输送方面，而且还由于它们能够用作“纳米海绵”。纳米管在人体内会被很快地自然排出，因而，当用作纳米海绵时，它会附着血液中的毒素，将毒素带出体外。

相似地，研讨人员也在探求纳米管清算溢油和净化水，纳米管与污染物分离，然后运用特地针对其纳米结构定制的过滤器中止去除。纳米技术未来的展开趋向将会包含：纳米机器人、纳米传感器、癌症研讨、遗传疗法和医学、疏水资料、食品和农业等。

纳米技术的风险

纳米技术在我们的生活中有着普遍的应用，因而关于纳米技术的风险愈加惹起了我们的注重。问题之一是纳米粒子能否有毒，早期的一些研讨曾经证明了同一资料的纳米粒子比起更大的粒子的确存在一定的毒性——小鼠的某些器官遭到纳米粒子的严重影响，某些水生生物接触到纳米粒子后，其后代骤减。假如纳米粒子对其他的动物有影响，那么它对人体也很可能有相似的影响。纳米粒子能够经过呼吸、摄入、皮肤吸收和药物注射的方式进入人体，一旦它们进入人体，它们就能够在人体内自由的转移，血脑屏障对一些纳米粒子来说，基本不是屏障。

纳米技术理论触及一种称为自组装的过程，在这种过程中，分子被刺激，从而自发地构成某种结构，而不是经过强加力、堆叠、粘合使分子分离。这使我们不得不思索假如自组装过程变得不可控制了，该怎样办？假如一个特定的碳结构继续无限地中止自组装，将一切可用的碳（包含你）转换成没有用且统一的物质块怎样办？

当然，关于以上的两点问题，我们目前并不需求太过担忧。由于很大水平上，纳米技术是在人为可控制的状况下，重新消费自然界曾经存在的一些元素。随着对纳米技术的深化研讨，我们越了解这个系统，就越能学会愈加保险地做事情，那些我们以为最风险的纳米粒子在未来可能变成最普通的纳米粒子。