纳米科技的内涵

纳米科技的内涵

目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是：在纳米尺度(1～100nm)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳米科技与众多学科密切相关,它是一门体现多学科交叉性质的前沿领域。现在已不能将纳米科技划归任何一个传统学科。如果将纳米科技与传统学科相结合,可产生众多的新的学科领域,并派生出许多新名词。这些新名词所体现的研究内容亦有交叉重叠。若以研究对象或工作性质来区分,纳米科技包括三个研究领域：纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征。其中纳米材料是纳米科技的基础;纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志;纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础。

纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点,去设计制造具有特殊功能的产品。在未来,人们将可以用纳米技术一个一个地将原子组装起来,制成各种纳米机器如纳米泵、纳米齿轮、纳米轴承和用于分子装配的精密运动控制器。纳米科技研究的技术路线可分为“自上而下”和“自下而上”两种方式。“自上而下”是指通过微加工或固态技术,不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化;而“自下而上”是指以原子、分子为基本单元,根据人们的意愿进行设计和组装,从而构筑成具有特定功能的产品,这主要是利用化学和生物学技术。“自下而上”的制作方式是纳米科技概念最早提出时的核心内涵。长期以来人们对任何希望得到的纳米结构材料(包括控制固态生成物的尺寸、形状、性质),还是习惯于从微电子的角度出发,通过“自上而下”的方式提高加工精度。预计到 2010年,通过目前微加工方式在硅集成电路上的线条宽度和 CMOS电路的设计原理将达到极限。要跨越量子效应障碍,必须考虑采用其他的方式使工业生产适应新的设计原理和纳米尺度的精度标准。因此,“自下而上”的制作方式伴随着纳米科技的迅猛发展将愈来愈受到重视。在这种制作方式中,最为重要的研究方向是实现分子器件自组装。分子自组装就是在平衡条件下,分子自发组合而成为一种稳定的、结构确定的、以共价键和非共价键联结的聚集体。分子自组装在生命系统中普遍存在,而且是各种复杂生物结构形成的基础。现在科学家借助计算机模拟,并利用化学和生物技术,已成功地设计和制造出一些具有特定形状和性质的分子装置。因此,纳米科技并不仅仅是传统微加工技术的扩展和延伸。在目前,我们应在鼓励两种技术路线结合的同时,注重“自下而上”方法的探索。

(来源：《微纳电子技术》2003年第 1期 白春礼/文 刘金婷/摘编)