納米技術在應用級發展前景

張瀟

摘?要：納米技術作為科技創新的產物，因其研究內容的新穎性和研究范圍的廣泛性而倍受世人關注。納米技術是基礎學科與先進工程技術的結晶，它的發展為各門基礎學科的發展提供了一個嶄新的技術界面，并將引起材料、信息、生物等領域的革命性變化。本文試從納米技術的相關理論介紹、納米技術的應用以及發展前景三方面論述了納米技術。

關鍵詞：納米技術;納米技術的應用;發展前景

引言

納米科技是20世紀80年代末、90年代初才逐步發展起來的前沿、交叉性新興學科領域，其基本概念是由已故美國著名物理學家——被認為是愛因斯坦之后最睿智的理論物理學家理查德·費因曼，在1959年發表了一個題為《底部有很大空間》的演講中提出的。此后，其之發展迅猛令世人震驚。它的迅猛發展將在21世紀促使幾乎所有工業領域產生一場革命性的變化。

1 納米技術的相關理論概述

1.1 納米技術與納米材料

納米技術是研究尺寸在1一100納米（nm）之間的物質組成的體系的運動規律和相互作用以及在應用中實現特有功能和智能作用的技術問題的科學技術。納米材料是指三維空間尺度中至少有一維處于納米量級（1一100nrn）的材料，是由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子組成的新一代材料。

1.2 納米材料的制作方法

納米材料制備方法很多，大致分三類：氣相法、液相法、固相法。國內已在納米材料制備方面取得突破，而影響納米材料應用的瓶頸是納米材料的分散和穩定。納米材料分散穩定性是十分重要的問題，尤其是對粒徑小、比表面積大、表面能高的納米粉末而言。利用納米粉體對表面活性劑或聚合物的吸附特性而使納米粉體表面改性，如改變粉體表面潤濕性質、電性質及空間穩定作用等，這是提高其分散穩定性的有效手段。

2 納米技術的應用

2.1 納米技術在軍事電子領域中的應用

我國第一架衛星就是利用納米技術研發的，納米偵察衛星是使用納米元器件、按納米加工方法組裝而成的、質量小于10 kg的衛星。納米衛星一般比麻雀略大，擁有十分強大的運算能力，數十顆甚至數百顆納米衛星相連接可以織成“天網”，即納米衛星偵察系統，從而實現全球地毯式覆蓋偵察，在軍事上則能實現高空偵察無“死區”。納米飛行偵察系統是一種微型化的飛行器，它可攜帶各種探測設備，具有信息處理、導航（帶有小型GPS接收機）和通信能力。其主要功能是秘密部署，到敵方信息和武器系統的內部或附近監視敵方情況，同時也可對敵方雷達、通信等電子設備實施有效干擾。它可以附著在建筑物或設備上起監聽作用，也可以直接將敵方目標的位置坐標傳送到我方的導彈或炮兵發射基地，并引導精確制導武器實施攻擊。

2.2 納米技術在遺傳育種中的應用

納米技術結合轉基因技術在培育新品種方面取得了突破性的進展。通過納米技術先將DNA染色體全部分解為單個基因，然后根據需要進行組裝，轉基因整合成功率幾乎可達100%。研究成果表明，科研人員可以讓單個DNA分子鏈展現出其內部的精細結構，并可以操縱它實現分子結構性能改進，進而形成納米結構或圖形，使人類得以在更小的世界范圍內、更深的層次上探索生命的奧秘。

2.3 納米技術在發動機尾氣排放環保方面的應用

新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力，是普通凈水劑的10～20倍。通過納米孔徑的過濾裝置，還能除去水中的細菌，使水分子、礦物質以及微量元素被保留下來，處理后即可以飲用。用光催化劑處理有機污染物的廢水是最有前途的、最有效的處理手段，也是國內外研究的熱點。納米技術的出現為大氣凈化提供了新的途徑。其中，納米技術對空氣中20nm和水中20nm的污染物的清除能力是其它技術不可替代的。在燃煤中加入納米級助燃催化劑，可幫助煤充分燃燒，提高能源利用率，防止有害氣體產生。研究表明，納米鈦酸鈷還可在發動機汽缸內發揮催化作用，使汽油燃燒時不再產生及排放一氧化硫和氮氧化物，使汽車尾氣無需處理。此技術對我國船舶發動機有很好的應用前景。

3 納米技術的前景展望

3.1 材料和制備

在納米尺度上，通過精確地控制尺寸和成分來合成材料單元，制備更輕、更強和可設計的材料，同時具有長壽命和低維修費用的特點;以新原理和新結構在納米層次上構筑特定性質的材料或自然界不存在的材料、生物材料和仿生材料。實現材料破壞過程中納米級損傷的診斷和修復。

3.2 微電子和計算機技術

納米結構的微處理器的效率將提高100萬倍，并實現兆兆比特的存儲器（提高1000倍）;研制集成納米傳感器系統。

3.3 環境和能源

發展綠色能源和環境處理技術，減少污染和恢復被破壞的環境;制備孔徑1nm的納孔材料作為催化劑的載體，有序納孔材料和納米膜材料（孔徑10一100nm）用來消除水和空氣中的污染;成倍地提高太陽能電池的能量轉換效率。

3.4 醫學與健康

納米技術將給醫學帶來變革。納米級粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便，用數層納米粒子包裹的智能藥物進人人體后，可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織;在人工器官外面涂上納米粒子可預防移植后的排斥反應;研究耐用的與人體友好的人工組織、器官復明和復聰器件;以及研究疾病早期診斷的納米傳感器系統。

3.5 生物技術

在納米尺度上按照預定的對稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質、核糖核酸等，在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能，生物仿生化學藥品和生物可降解材料的研制;動植物的基因改善和治療，測定DNA的基因芯片等。

3.6 航天和航空

納米器件在航空航天領域的應用，不僅是增加有效載荷，更重要的是使耗能指標成指數的降低。這方面的研究內容還包括：研制低能耗、抗輻照、高性能計算機;微型航天器用納米集成的測試、控制儀器和電子設備;抗熱障、耐磨損的納米結構涂層材料。

3.7 國家安全

由于納米技術對經濟社會的廣泛滲透性，擁有納米技術知識產權和廣泛應用這些技術的國家，將在國家經濟安全和國防安全方面處于有利地位。通過先進的納米電子器件在信息控制方面的應用，將使軍隊在預警、導彈攔截等領域快速反應;通過納米機械學，微小機器人的應用，將提高部隊的靈活性和增加戰斗的有效性;用納米和微米機械設備控制，國家核防衛系統的性能將大幅度提高;通過納米材料技術的應用，可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性大大提高，可用于艦船、潛艇和戰斗機等。

4 結論

綜上所述，納米技術的應用領域非常廣泛，其發展前景十分廣闊。正如錢學森院士所預言的：“納米左右和納米以下的結構將是下一階段科技發展的特點，會是一次技術革命，從而將是21世紀的又一次產業革命?！奔訌娂{米科技的研發工作，把納米技術應用到各個領域，不僅能給我國帶來巨大的經濟效益，更能加強我國的國防安全工作。