神奇的納米科技

前言

　　納米科技是20世紀80年代末至90年代初誕生的一門新興的科學技術，它的迅猛發(fā)展將促使幾乎所有工業(yè)領域在21世紀發(fā)生一場革命性的變化?？茖W家預言，納米科技將是21世紀高新技術產(chǎn)生和發(fā)展的源頭，它將給人類創(chuàng)造許多新物質、新材料和新儀器，從而徹底改變?nèi)祟悗讉€世紀以來形成的生產(chǎn)方式和生活習慣，為創(chuàng)造一個全新的世界奠定基礎，使人類社會產(chǎn)生巨大而深刻的變化。2010年的諾貝爾物理學獎授予了研制新型納米材料的科學家，這預示著科學界對納米科技的重視。　　我們未來的生活，包括衣、食、住、行，各行各業(yè)都將與納米科技息息相關。我們將穿上免洗的、并可殺菌防病的納米服裝和服飾，吃上適合個人口味的、營養(yǎng)全面、易于吸收的納米食品，住在用納米綠色環(huán)保材料建造的住宅中，使用納米電器和納米材料制成的家具，乘坐用輕型納米材料制造和用納米陶瓷發(fā)動機開動的汽車和飛機；醫(yī)生將會在病人的血管中注入納米機器人清掃體內(nèi)垃圾，搜索和消滅病菌、病毒和癌細胞，并直接把藥物準確地輸送到患病部位的癌細胞內(nèi)，以便盡快使患者恢復健康。具有超級功能的納米計算機，可以放在口袋里隨身攜帶；一個微型原子存儲器，將能存人人類有史以來的全部知識；一次火箭發(fā)射，可以把幾百上千顆納米衛(wèi)星送入太空；納米材料建造的太空天梯，將讓人類遨游太空也成為輕而易舉的時尚；人類將能夠按照自己的意愿直接用原子、分子來制造所需要的各類物品，整個工業(yè)，特別是制造業(yè)的生產(chǎn)方式將發(fā)生革命性的變革。納米技術將對物理學、化學、生物學及醫(yī)學等基礎科學產(chǎn)生巨大的影響。同時，在這些科學的反作用下，納米科學將成為一門綜合性的交叉學科。　　這是在講天方夜譚式的科幻小說吧？并非如此，科學家們的這些預想的實現(xiàn)，離我們已經(jīng)不遠了，正在大、中、小學上學的人將會去參與或直接完成這項奇妙的科技任務。21世紀初，嶄新的納米科技所取得的成果，已經(jīng)為人類展現(xiàn)了無比廣闊的美好前景?！　”緯且槐究破兆x物而非科幻小說。我們不講有關納米科技的深奧理論和復雜的工藝原理，而是把重點放在知識的普及上，使之具有科學性、知識性、趣味性。納米科技前加上“神奇”二字，是因為納米科技對于我們來說確實是神秘而奇特的，納米現(xiàn)象和成果是奇妙的、令人驚喜的，所以冠以“神奇”二字是很恰當?shù)摹?/pre>


內(nèi)容概要
　　本書是在講天方夜譚式的科幻小說吧？并非如此，科學家們的這些預想的實現(xiàn)，離我們已經(jīng)不遠了，正在大、中、小學上學的人將會去參與或直接完成這項奇妙的科技任務?！渡衿娴募{米科技》講述21世紀初，嶄新的納米科技所取得的成果，已經(jīng)為人類展現(xiàn)了無比廣闊的美好前景。



書籍目錄
序
納米科技將引發(fā)新的技術革命
  什么是納米和納米科技？
  掃描探針顯微鏡與納米科技
納米科技的重要工具——掃描探針顯微鏡
  顯微鏡的發(fā)明歷程
  用掃描探針顯微鏡觀測最高分辨率的STM圖像——看到原子的真實圖像
  酞菁鐵（FePc）磁性分子在金表面的吸附位置——深入原子內(nèi)部的探測
結構完美功能非凡的納米碳家族——富勒烯
  巴基球發(fā)現(xiàn)的趣聞
  巴基管和巴基蔥的發(fā)現(xiàn)
  巴基球和碳納米管的關系
納米科技與人類生活
  自然界中的納米現(xiàn)象與納米仿生技術
  納米科技已悄然走進我們的生活
納米生物學與納米醫(yī)學
  納米醫(yī)學的機理和作用
  對血液進行病毒檢測的納米芯片
  納米診斷的新技術
神奇納米科技的飛躍與暢想
  用納米技術制成的各種超小型儀器設備
  未來神奇的納米武器
  未來納米科技邀游太空的夢想


章節(jié)摘錄
　　1．納米科技的誕生和發(fā)展歷程　　最早提出納米尺度上科學和技術問題的是美國著名物理學家、1965年諾貝爾物理學獎獲得者理查德·費因曼（Richard Feynman）。他在1959年做了一個題為《在底部還有很大的空間》的著名演講。這位當時在美國加州理工大學任教的教授，在演講中向與會的同事們提出了一個新的想法：從石器時代開始到現(xiàn)在，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計的原子，以便把物質做成有用的形態(tài)有關。為什么我們不可以從另一個角度出發(fā)，從單個的分子甚至原子開始進行組裝，以達到我們的要求呢？他說：“至少依我看來，物理學的規(guī)律不排除一個原子接著一個原子地制造物品的可能性。”他預言：“如果我們按自己的意愿一個接一個地排列原子，將會出現(xiàn)什么呢？這些物質將有什么性質？這是十分有趣的問題。雖然我現(xiàn)在不能準確地回答它，但我絕不懷疑當我們能在如此小的尺度上進行操縱時，將得到具有大量獨特性質的物質?！彼€說：“如果人類能夠在原子、分子的尺度上來加工材料、制備裝置，我們將會有許多激動人心的發(fā)現(xiàn)。我們需要新型的微型化儀器來操縱微小結構并測定其性質。那時，化學將變成根據(jù)人們的意愿逐個準確地放置原子的問題?！边@實際上費因曼已經(jīng)提出了納米科技的基本概念?，F(xiàn)在很多人認為，費因曼的演講預言了納米科技的誕生?！　?974年，日本谷口紀南教授最早用“納米技術”一詞來描述精細的機械加工。但納米科技的真正倡導者卻是一位名不見經(jīng)傳的、由工程師轉變成為未來學家的埃里克·德雷克斯勒。　　在20世紀70年代中期，德雷克斯勒還只是美國麻省理工學院的一名大學生，他在科技圖書館里讀到遺傳工程內(nèi)容時產(chǎn)生了靈感。他設想，為什么不能用原子制造有自我復制能力的機器呢？當時，他還不知道費因曼早巳提出的類似看法。這種想法讓德雷克斯勒著迷。到1 977年畢業(yè)時，他積極提倡把納米技術作為一門專門的科學技術來研究，并于1979年在美國斯坦福大學建立了世界上第一個納米科技的研究小組。當時，他認為被他稱為“裝配工”的納米機器人會給饑餓的人生產(chǎn)出大批食物，可為無家可歸的人建造一望無際的樓群，還可以在人的血管里游弋并修復細胞，從而防止疾病和衰老。有朝一日人類可以徹底消遣放松，而納米機器大則可以像科幻小說作家描寫的那樣承擔世界上所有的工作。他的這些夢想，實際上就是納米科技所要達到的目標。但當時多數(shù)主流科學家對此持懷疑態(tài)度，甚至認為這是一派胡言！因為在20世紀80年代前，人們雖然知道一切物質都是由原子和分子組成的，但沒有人真正看到過原子和分子，連原子和分子是什么樣子都不知道，更別提什么操縱原子、分子來制造機器了。但德雷克斯勒當時看似野心勃勃的奇思妙想，現(xiàn)在已變成了具有廣泛共識的目標。美國人將德雷克斯勒譽為“納米技術之父”?！　〖{米科技的迅速發(fā)展，是在20世紀80年代末至90年代初。80年代初中期先后出現(xiàn)的納米科技研究的重要手段——掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）等微觀表征和操縱技術對納米科技的發(fā)展起到了促進作用?！　?984年，德國薩爾布呂肯的格萊特教授把粒子直徑為6納米的金屬鐵粉顆粒加壓制成世界上第一塊納米材料，開創(chuàng)了納米材料的先河，并由此引發(fā)了一場材料學的革命?！　±?，中國臺灣的鉆石科技中心以類鉆碳（類似碳的金剛鉆）材料的膜取代印刷電路板上環(huán)氧樹脂的絕緣層，可使現(xiàn)行LED（發(fā)光二極管）的照明產(chǎn)品（如路燈）的壽命大幅延長?！　?985年，美國賴斯大學教授柯爾、斯莫利及英國波譜學家克羅干發(fā)現(xiàn)了碳元素球籠狀的新結構——稱為“巴基球”的納米碳結構。由此，他們3人獲得1996年諾貝爾化學獎。　　1986年，建立世界上第一個納米科技研究小組的德雷克斯勒博士，在他的《創(chuàng)造的機器》一書中提出了分子納米技術概念。根據(jù)這一概念，分子納米技術可以使組合分子的機器實用化，從而可以任意組合所有種類的分子，制造出任何種類的分子結構?！　】茖W家已經(jīng)研制成功了微型機器，他們找到了特殊方法來制造只有幾個原子大小并可運動的機器部件。這些微小的裝置有著巨大的能力，有些可以組裝成工廠；有些可以用來作為機器人，在人體的血管里游泳，清掃并保護血管?！　?988年，法國科學家發(fā)現(xiàn)了納米材料的巨磁電阻效應。20世紀80年代末，中國也相繼研制成功掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡，為中國納米科技的發(fā)展起了重大的推動作用?！　?990年7月，在美國巴爾的摩，第一屆國際納米科學技術會議與第五屆國際掃描隧道顯微學會同時舉辦，這標志著納米科技的正式誕生?！都{米技術》與《納米生物學》兩種國際性納米專業(yè)期刊也相繼問世。從此，納米科技——一門嶄新的科學受到科學界和各國政府、企業(yè)的廣泛關注。20世紀90年代，指甲蓋上的微型機器人研制成功，這些機器人盡管面積只有不到4平方毫米，卻裝有移動、通訊、收集數(shù)據(jù)所需的所有設備，它們能通過太陽能電池板來產(chǎn)生自身活動所需的能量。　　……




編輯推薦
　　《神奇的納米技術》是一本科普讀物而非科幻小說。我們不講有關納米科技的深奧理論和復雜的工藝原理，而是把重點放在知識的普及上，使之具有科學性、知識性、趣味性。納米科技前加上“神奇”二字，是因為納米科技對于我們來說確實是神秘而奇特的，納米現(xiàn)象和成果是奇妙的、令人驚喜的，所以冠以“神奇”二字是很恰當?shù)摹?/pre>





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