納米藝術(shù)概論

前言

1990年首屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議在美國巴爾的摩舉辦，標(biāo)志著納米科技的誕生。經(jīng)過十余年飛速的發(fā)展，納米科技已派生了納米材料學(xué)、納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米計(jì)量學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米生物學(xué)、納米力學(xué)等主流的學(xué)科分支，以及納米倫理學(xué)、納米經(jīng)濟(jì)學(xué)等非主流分支。值得注意的是，近年來，一門與納米科技緊密結(jié)合的學(xué)科——納米藝術(shù)，也悄然興起，并逐漸吸引了藝術(shù)界與科學(xué)界的共同關(guān)注。納米藝術(shù)是如此年輕的一門學(xué)科，以至于至今都尚無公認(rèn)的定義。本書中，我們將納米藝術(shù)定義為“使用納米科技手段、方法創(chuàng)作的、納米尺度的或反映納米題材的藝術(shù)”。納米科技為納米藝術(shù)創(chuàng)作提供了新的手段、新的視野，但昂貴的納米設(shè)備及高深的納米技術(shù)卻足以使眾多欲從事納米藝術(shù)的人望而生畏，目前的納米藝術(shù)作品多為納米科技工作者科研的“副產(chǎn)品”。盡管如此，隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的快速發(fā)展，以及納米科技知識的不斷傳播，相信總會有一天，昂貴的設(shè)備會變得廉價(jià)，操作技術(shù)會變得簡單，相關(guān)納米科技知識會變得普及，那時，必然會有一大批優(yōu)秀的納米藝術(shù)家及納米藝術(shù)作品出現(xiàn)。在本書中，我們首先闡述了納米藝術(shù)的內(nèi)涵、納米藝術(shù)的發(fā)展歷史，以及納米藝術(shù)的創(chuàng)作路線；然后，剖析了與納米藝術(shù)創(chuàng)作相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)、納米藝術(shù)品的展現(xiàn)技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)輔助納米藝術(shù)等；最后，還對網(wǎng)上相關(guān)的納米藝術(shù)資源以及幾個納米藝術(shù)小專題進(jìn)行了介紹。納米藝術(shù)學(xué)科如此年輕，其發(fā)展剛剛起步，即便是許多基本的概念，如“什么是納米藝術(shù)？什么是納米藝術(shù)品？”等，都沒有公認(rèn)的界定。本書是目前國內(nèi)外第一部面向大眾全面介紹納米藝術(shù)的書籍，也是一次大膽的嘗試。書的內(nèi)容講述盡可能采用通俗易懂的語言，并配有大量的納米畫、納米雕塑等納米藝術(shù)照片，目的是對納米藝術(shù)進(jìn)行宣傳，并推動其向前發(fā)展。必須承認(rèn)，這是一本基于納米科技工作者的視角而撰寫的納米藝術(shù)書籍。由于筆者水平有限，書中肯定有一些不妥之處，希望廣大讀者，特別是藝術(shù)家和納米科技工作者批評指正。

內(nèi)容概要

納米藝術(shù)是近來隨著納米科技的發(fā)展而派生的一門新藝術(shù)，目前尚沒有公認(rèn)的定義。本書中將其定義為“使用納米科技手段、方法創(chuàng)作的納米尺度的或納米題材的藝術(shù)”。本教材的主要對象為各理工類專業(yè)的大學(xué)生，內(nèi)容包括納米藝術(shù)的內(nèi)涵、發(fā)展歷史、創(chuàng)作路線、納米藝術(shù)創(chuàng)作實(shí)驗(yàn)技術(shù)、藝術(shù)品展現(xiàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助納米藝術(shù)等；最后，書中還對網(wǎng)上相關(guān)的納米藝術(shù)資源以及幾個納米藝術(shù)小專題進(jìn)行了介紹。本書注重將最新的納米科技成果與藝術(shù)緊密結(jié)合，圖文并茂，與時俱進(jìn)，目的在于普及和傳播納米藝術(shù)知識，進(jìn)而推動納米藝術(shù)的發(fā)展。    本書既是各理工類專業(yè)的教材，也可作為納米科研人員、藝術(shù)類人士和工程技術(shù)人員了解納米藝術(shù)這門嶄新學(xué)科的參考書。

書籍目錄

1  什么是納米藝術(shù)  1.1  科技：藝術(shù)的永恒伴侶  1.Z  納米科技與納米藝術(shù)  1.3  納米科技與納米藝術(shù)發(fā)展史  1.4  納米藝術(shù)的創(chuàng)作路線與意義  1.5  納米藝術(shù)家的素養(yǎng)  參考文獻(xiàn)2  多姿多彩的納米藝術(shù)  2.1  絢麗的納米畫  2.2  傳神的納米雕塑  2.3  納米音樂，來自納米的歌聲  2.4  蓄勢待發(fā)的納米視頻藝術(shù)  參考文獻(xiàn)3  納米藝術(shù)是如何創(chuàng)作的　3.1  SPM技術(shù)　3.Z  納米光刻技術(shù)　3.3  納米壓印技術(shù)　3.4  納米打印技術(shù)　3.5  CVD誘導(dǎo)生長技術(shù)　3.6  自組裝技術(shù)　3.7  外延生長技術(shù)　3.8  光鑷技術(shù)　3.9  光學(xué)方法、冷凍法與隨意創(chuàng)作法　3.10　DNA藝術(shù)　3.11　納米碳管藝術(shù)  3.12　對稱之美——碳富勒烯藝術(shù)  3.13　納米操縱的虛擬現(xiàn)實(shí)  參考文獻(xiàn)4  如何欣賞肉眼不可見的納米藝術(shù)  4.1  顯微鏡發(fā)展史  4.2  電子顯微鏡技術(shù)  4.3  掃描探針顯微技術(shù)  4.4  納米藝術(shù)圖片的后處理  參考文獻(xiàn)5  計(jì)算機(jī)輔助納米藝術(shù)  5.1  分子模擬與分子藝術(shù)  5.2  計(jì)算機(jī)輔助納米工程設(shè)計(jì)  5.3  基于傳統(tǒng)CAD與CAE軟件的納米藝術(shù)  5.4  納米題材的視頻動畫制作  參考文獻(xiàn)6  納米藝術(shù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源  6.1  納米藝術(shù)個人網(wǎng)頁  6.2  納米科技網(wǎng)站上的納米藝術(shù)資源  6.3  專門的納米藝術(shù)網(wǎng)站  6.4  其他納米藝術(shù)相關(guān)網(wǎng)頁7  幾個有趣的納米藝術(shù)專題  7.1  詩：《什么是納米藝術(shù)?》  7.2  納米汽車：納米科技與藝術(shù)的結(jié)晶  7.3  納米碳管圖像的制備過程  7.4  納米人物與納米人體藝術(shù)  7.5  納米藝術(shù)“小”測驗(yàn)后記

章節(jié)摘錄

插圖：如何欣賞肉眼不可見的納米藝術(shù)4.2電子顯微鏡技術(shù)電子顯微鏡的原理電子顯微鏡是一種電子儀器設(shè)備，可用來詳細(xì)研究電子發(fā)射體表面電子的放射情形。其放大倍數(shù)和分辨率都比光學(xué)顯微鏡高得多。因?yàn)槠胀ü鈱W(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)和分辨率有限，無法觀測到微小物體。以電子束來代替可見光束，觀察物體時，分辨率就沒有波長要在可見光譜之內(nèi)的限制，不過電子透鏡無法做得像光學(xué)透鏡那樣完美。因此理論上，電子顯微鏡所具有的分辨率并不可靠。目前電子顯微鏡的分辨率可達(dá)1019米（約為氫原子直徑的兩倍）。通常電子顯微鏡的放大率是200～200000倍，再經(jīng)照相放大可達(dá)1000000倍。電子顯微鏡有透射型和掃描型兩大類。前者用于研究電子放射現(xiàn)象；后者用以增加普通光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用范圍。1924年，法國物理學(xué)家德布洛意指出電子和其他的粒子一樣也都具有和光類似的波動性質(zhì)。他還求出了計(jì)算它們波長的公式：A=M（mr,0。式中，m是粒子的質(zhì)量，而促它的速度7是普朗克常數(shù)。此公式發(fā)明的年代較早，后來由美國科學(xué)家德維生及革末用實(shí)驗(yàn)證明其正確性。既然正確，也就告訴人們：雖然電子是一種可稱重量，可數(shù)數(shù)目，可以被電子槍發(fā)射的粒子，但它同時又是一種波。從公式中我們可以看到，如果使電子運(yùn)動的速度十分巨大的話，它就可以明顯地顯示出波長極短的波動性。如果在光學(xué)顯微鏡中被觀察物的大小比光波波長還小的話，人們就不能分辨出來。在實(shí)用上，通常取波長I的三分之一作為限度，光波波長在0.6微米左右，它的三分之一就是0.2微米了。然而，有很多科學(xué)家急待觀察的微小東西如病毒體及結(jié)晶結(jié)構(gòu)的大小都在這限度以下，既然如此，如果我們把一粒運(yùn)動中的電子加速，使它產(chǎn)生巨大的速度，從而有極短的波長，則利用此原理制成的電子顯微鏡就能觀察到極微小的物體了。把電子加速的辦法是在真空中加上千萬伏的高電壓，電子就會以極快的速度射出，其波長可能會達(dá)到0.14微米這樣短的長度，也就是說，電子顯微鏡可以看到0.14微米這樣小的物體。當(dāng)然這是理論上的結(jié)果，在實(shí)際上由于儀器等原因，不可能達(dá)到這樣理想的地步。

后記

科學(xué)發(fā)展到21世紀(jì)，出現(xiàn)了嶄新的研究課題：納米科學(xué)。納米科學(xué)的產(chǎn)生，并不是偶然的。事實(shí)上，科學(xué)家在很早以前就發(fā)現(xiàn)了納米現(xiàn)象。只不過那個時候沒有形成一種巨大的科研浪潮。為什么需要研究納米？它到底有何獨(dú)特的意義？我們知道，自然界物質(zhì)之所以有不同的性質(zhì)完全是由于它們的原子結(jié)構(gòu)而造成的。比如，碳可以有多種結(jié)構(gòu)：密排六方結(jié)構(gòu)，納米管結(jié)構(gòu)，金剛石結(jié)構(gòu)和碳60結(jié)構(gòu)。同樣是碳原子，如果它們排列不同，會使其性質(zhì)發(fā)生巨大的變化。具有密排六方結(jié)構(gòu)的石墨，硬度大大地低于金剛石。碳納米管由于其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)秀的性能；比如高導(dǎo)電，高導(dǎo)熱，高強(qiáng)度。這種結(jié)構(gòu)上的區(qū)別十分類似宏觀的建筑結(jié)構(gòu)。在宏觀建筑中，磚、柱、梁等是基本建筑元素，它們之間的組合對主體建筑的堅(jiān)固性起到?jīng)Q定性的作用。而在固體內(nèi)部，原子、分子、化學(xué)鍵，等等，則構(gòu)成物體微觀結(jié)構(gòu)的基本元素，與其宏觀性質(zhì)有著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。美國物理學(xué)家，加州理工學(xué)院教授，諾貝爾獎獲得者，費(fèi)曼博士早在1959年美國物理年會上就談到他關(guān)于“微小尺寸科學(xué)”的概念。在他那個時代，“納米科學(xué)”的學(xué)科名稱還未形成。所以，在費(fèi)曼的講演中，他一直用傳統(tǒng)的微觀尺寸：“埃米”（注：1納米=10埃米=10_9米）。他在半個世紀(jì)前就提出十分深刻的問題：“如果我們能夠任意排列組合原子的結(jié)構(gòu)，那么我們會得到什么樣的物體性質(zhì)呢？”正是由于人類可以按照自己的意愿在納米的尺度上設(shè)計(jì)并構(gòu)建物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，因而我們把這種研究工作叫做“納米科學(xué)”。納米科學(xué)是在納米的尺寸空間對物質(zhì)的一種主觀人為的設(shè)計(jì)和調(diào)控。因此，納米科學(xué)不單單是一個尺寸的概念和學(xué)科。納米科學(xué)即在幾個到幾百納米的范圍內(nèi)對物質(zhì)的多維設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)建造、表面處理、理陡表征、計(jì)算模擬、理論模型、器件組裝，等等。和費(fèi)曼想象的一樣，現(xiàn)在的科學(xué)家企圖在納米世界重新創(chuàng)造當(dāng)代工業(yè)的全部：納米汽車、納米電動機(jī)、納米發(fā)電機(jī)、納米泵、納米傳感器、納米計(jì)算機(jī)，等等。

編輯推薦

《納米藝術(shù)概論》由清華大學(xué)出版社出版。

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