纳米技术在应用级发展前景

张潇

摘 要：纳米技术作为科技创新的产物，因其研究内容的新颖性和研究范围的广泛性而倍受世人关注。纳米技术是基础学科与先进工程技术的结晶，它的发展为各门基础学科的发展提供了一个崭新的技术界面，并将引起材料、信息、生物等领域的革命性变化。本文试从纳米技术的相关理论介绍、纳米技术的应用以及发展前景三方面论述了纳米技术。

关键词：纳米技术;纳米技术的应用;发展前景

引言

纳米科技是20世纪80年代末、90年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，其基本概念是由已故美国著名物理学家——被认为是爱因斯坦之后最睿智的理论物理学家理查德·费因曼，在1959年发表了一个题为《底部有很大空间》的演讲中提出的。此后，其之发展迅猛令世人震惊。它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。

1 纳米技术的相关理论概述

1.1 纳米技术与纳米材料

纳米技术是研究尺寸在1一100纳米（nm）之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及在應用中实现特有功能和智能作用的技术问题的科学技术。纳米材料是指三维空间尺度中至少有一维处于纳米量级（1一100nrn）的材料，是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子组成的新一代材料。

1.2 纳米材料的制作方法

纳米材料制备方法很多，大致分三类：气相法、液相法、固相法。国内已在纳米材料制备方面取得突破，而影响纳米材料应用的瓶颈是纳米材料的分散和稳定。纳米材料分散稳定性是十分重要的问题，尤其是对粒径小、比表面积大、表面能高的纳米粉末而言。利用纳米粉体对表面活性剂或聚合物的吸附特性而使纳米粉体表面改性，如改变粉体表面润湿性质、电性质及空间稳定作用等，这是提高其分散稳定性的有效手段。

2 纳米技术的应用

2.1 纳米技术在军事电子领域中的应用

我国第一架卫星就是利用纳米技术研发的，纳米侦察卫星是使用纳米元器件、按纳米加工方法组装而成的、质量小于10 kg的卫星。纳米卫星一般比麻雀略大，拥有十分强大的运算能力，数十颗甚至数百颗纳米卫星相连接可以织成“天网”，即纳米卫星侦察系统，从而实现全球地毯式覆盖侦察，在军事上则能实现高空侦察无“死区”。纳米飞行侦察系统是一种微型化的飞行器，它可携带各种探测设备，具有信息处理、导航（带有小型GPS接收机）和通信能力。其主要功能是秘密部署，到敌方信息和武器系统的内部或附近监视敌方情况，同时也可对敌方雷达、通信等电子设备实施有效干扰。它可以附着在建筑物或设备上起监听作用，也可以直接将敌方目标的位置坐标传送到我方的导弹或炮兵发射基地，并引导精确制导武器实施攻击。

2.2 纳米技术在遗传育种中的应用

纳米技术结合转基因技术在培育新品种方面取得了突破性的进展。通过纳米技术先将DNA染色体全部分解为单个基因，然后根据需要进行组装，转基因整合成功率几乎可达100%。研究成果表明，科研人员可以让单个DNA分子链展现出其内部的精细结构，并可以操纵它实现分子结构性能改进，进而形成纳米结构或图形，使人类得以在更小的世界范围内、更深的层次上探索生命的奥秘。

2.3 纳米技术在发动机尾气排放环保方面的应用

新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，是普通净水剂的10～20倍。通过纳米孔径的过滤装置，还能除去水中的细菌，使水分子、矿物质以及微量元素被保留下来，处理后即可以饮用。用光催化剂处理有机污染物的废水是最有前途的、最有效的处理手段，也是国内外研究的热点。纳米技术的出现为大气净化提供了新的途径。其中，纳米技术对空气中20nm和水中20nm的污染物的清除能力是其它技术不可替代的。在燃煤中加入纳米级助燃催化剂，可帮助煤充分燃烧，提高能源利用率，防止有害气体产生。研究表明，纳米钛酸钴还可在发动机汽缸内发挥催化作用，使汽油燃烧时不再产生及排放一氧化硫和氮氧化物，使汽车尾气无需处理。此技术对我国船舶发动机有很好的应用前景。

3 纳米技术的前景展望

3.1 材料和制备

在纳米尺度上，通过精确地控制尺寸和成分来合成材料单元，制备更轻、更强和可设计的材料，同时具有长寿命和低维修费用的特点;以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料、生物材料和仿生材料。实现材料破坏过程中纳米级损伤的诊断和修复。

3.2 微电子和计算机技术

纳米结构的微处理器的效率将提高100万倍，并实现兆兆比特的存储器（提高1000倍）;研制集成纳米传感器系统。

3.3 环境和能源

发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境;制备孔径1nm的纳孔材料作为催化剂的载体，有序纳孔材料和纳米膜材料（孔径10一100nm）用来消除水和空气中的污染;成倍地提高太阳能电池的能量转换效率。

3.4 医学与健康

纳米技术将给医学带来变革。纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进人人体后，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织;在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排斥反应;研究耐用的与人体友好的人工组织、器官复明和复聪器件;以及研究疾病早期诊断的纳米传感器系统。

3.5 生物技术

在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等，在纳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，生物仿生化学药品和生物可降解材料的研制;动植物的基因改善和治疗，测定DNA的基因芯片等。

3.6 航天和航空

纳米器件在航空航天领域的应用，不仅是增加有效载荷，更重要的是使耗能指标成指数的降低。这方面的研究内容还包括：研制低能耗、抗辐照、高性能计算机;微型航天器用纳米集成的测试、控制仪器和电子设备;抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料。

3.7 国家安全

由于纳米技术对经济社会的广泛渗透性，拥有纳米技术知识产权和广泛应用这些技术的国家，将在国家经济安全和国防安全方面处于有利地位。通过先进的纳米电子器件在信息控制方面的应用，将使军队在预警、导弹拦截等领域快速反应;通过纳米机械学，微小机器人的应用，将提高部队的灵活性和增加战斗的有效性;用纳米和微米机械设备控制，国家核防卫系统的性能将大幅度提高;通过纳米材料技术的应用，可使武器装备的耐腐蚀、吸波性和隐蔽性大大提高，可用于舰船、潜艇和战斗机等。

4 结论

综上所述，纳米技术的应用领域非常广泛，其发展前景十分广阔。正如钱学森院士所预言的：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”加强纳米科技的研发工作，把纳米技术应用到各个领域，不仅能给我国带来巨大的经济效益，更能加强我国的国防安全工作。