综述：纳米经济刮起新风暴
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2001年3月14日
继信息技术、基因组工程之后，纳米技术又成为一颗新的科技明星。据调查，到2010年，纳米技术将成为仅次于芯片制造的世界第二大产业，拥有14400亿美元的市场份额。纳米经济炙手可热，有专家认为：谁能在这场遍及全球的“纳米决战”中抢占一席之地，纳米技术就能为谁带来滚滚财源。目前，美、日、欧各国纷纷制定对策，争夺纳米科技制高点。美国把纳米技术置于国家最优先发展的地位，并将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的5亿美元；日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点；西欧对纳米技术的投入也已达数亿美元，还将纳米技术列入欧盟2002至2006年科研框架计划。我国在80年代就开始搞基础与应用研究，已将纳米技术研究列入国家“攀登计划”、“863”计划和“火炬计划”等，全国对纳米科技领域资助的总经费大约为700万美元，我国涉及纳米技术的企业已有100多家。据一份报告分析，目前在纳米研究中，美国在合成、化学品和生物方面处于领先地位，但是在纳米装置、纳米设备的生产、陶瓷和其它结构材料方面落后于其它国家。日本在纳米设备和强化纳米结构领域具有优势。欧洲在涂层和新仪器应用方面处于领先地位。
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广泛的应用前景
那么，纳米究竟是什么东西？纳米(nm)实际上是一种计量单位，1纳米是1米的十亿分之一，相当于十个氢原子一个挨一个排起来的长度，人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米。而纳米技术则是指在纳米尺寸范围内，通过直接操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就可被称为纳米材料。神奇的是同一种物质，因为构造上以纳米为单位的变化，其物理性能与化学性质便会产生意想不到的巨变。
也许你觉得纳米技术离你很远，实际上纳米技术在生活中的应用相当广泛。我们每个人在脱衣服时都曾有过被静电所扰的经历，而应用纳米技术，在化纤布料中加入少量的金属纳米微粒就可以使这一问题迎刃而解，而且将纳米颗粒放到织物纤维中去，做成的衣服不沾水又防污。在食物中添加纳米微粒，可以除味杀菌，聪明的厂家已利用这一技术生产出可以抗菌的冰箱。纳米陶瓷粉体作为涂料的添加剂也得到广泛的应用，这些特种涂料涂在塑料或木材上，具有防火、防尘和耐磨的性能。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层，可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，任何粘在表面上的脏物，包括油污、细菌，在光的照射下，由于纳米的催化作用，都可以变成气体或者容易被擦掉的物质。
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在生物医学领域，纳米技术更是潜力无限。纳米机器人是纳米生物学中最具诱惑力的内容。纳米机器人可注入人体血管内，可以进行全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪淀积物，吞噬病毒，杀死癌细胞。
纳米技术对信息技术、材料科学等也将产生深远的影响。运用纳米技术将来可以将存储器的存储能力提高1000倍，到那时巨型计算机小到可以放进口袋里，国家图书馆的全部资料的信息可以存储在一块水果糖大小的存储器中。科学家认为，纳米材料将会引发计算机革命，据预测，到2010年左右，以硅为材料的微米级集成电路技术将走到尽头，纳米材料将成为替代硅和其它半导体材料的最佳候选者。从技术上讲，碳纳米管很有可能成为硅的换代品，成为电子产品的主要材料。碳纳米管是一种长度和直径之比很高的纤维，单个碳纳米管的直径只有1.4纳米，50000个碳纳米管并排在一起相当于一根头发丝的直径。它韧性极高，兼具金属性和半导体性，强度比钢高100倍，而重量只有钢的1/6。科学家分别研究了金属性的碳纳米管和半导体性的碳纳米管，认为金属性碳纳米管可以用作电路中的连接件，而半导体性碳纳米管可以用作电路开关
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纳米材料的妙用
纳米材料具有许多奇异的特性，比如，原来是导体的铜等金属，在尺寸减小到几个纳米时就不导电了；而绝缘的二氧化硅等，当尺寸减小到几个纳米或十几个纳米时，电阻会大大下降，失去绝缘体特性，变得能够导电。通常性况下陶瓷是脆性材料，因而限制了它的应用范围，而纳米陶瓷却变成了韧性材料，在常温下能弯曲，不怕摔，坚固无比。正因为纳米材料具有独特的性质，因此它可能存在奇妙的应用前景。科学家和工程技术人员提出了异想天开的可能应用。
太空升降机碳纳米管的最异想天开的用途，是用于太空升降机。一根碳纳米管缆绳从地球同步轨道上垂到地球表面，与钢或其它任何物质不同的关键是它能支持住自身的重量，这就提供了一种把人或物品提升到外层空间的可能方法，也许将成为人类移居外星球的理想方法。
电子隧道众所周知，光导纤维是光子的隧道，光在隧道中可以迅速通过。碳纳米管可以充当电子快速通过的隧道。一根纳米管的直径只有计算机芯片上最细电路直径的1/100。预计它将成为理想导体，导电性能大大超过铜。纳米管最终可以用于纳米级电子线路。
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纳米隐身术近年来关于纳米材料具有高的电磁波吸收系数的报道，引起军界研究人员的极大兴趣，他们提出以纳米材料作为新一代隐身材料的设想和探索。
纳米卫星与微型飞船在小卫星系列中，可以分为小型卫星、微型卫星和纳米卫星。它们的重量分别在10—500公斤、0.1—10公斤和0.1公斤以下。以硅为衬底的专用集成微型仪器(ASIM)，可以应用于制导、导航、姿态控制、推进、能源和通信等航天器系统。美国科学家提出在非常小的航天器上建造性能优越的计算机，最终设计出能够飞到其它星球上去从事生产的微型飞船。
间谍草外形看似小草，可以散布在敌方阵地，实际上是一种分布式战场微型传感器网络，装有各种灵敏的传感器和照相机，可以对敌方的阵地布置情况、坦克和装甲车等重武器行进时产生的震动和声音等进行监测，并把得到的情报传回指挥部。
微型遥控飞机这种微型飞机比一张扑克牌还小，飞机上装有纳米级传感器，可以在夜间拍摄红外照片，并传送到数百米外的指挥所，或把敌军的位置坐标传送到导弹发射地，作为指挥员的命令依据。
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引发新的工业革命
纳米技术的科学家们坚信，“小”不仅是美丽的，而且是未来科学技术发展的趋势。日本已用极微小的部件组装成一辆只有米粒大小、能够运转的汽车；工程师们制成了直径只有1—2毫米的静电发动机、体积只有常规机器万分之一并能运转的车床以及直径仅5.5毫米的“尺蠖”———有朝一日它也许会钻进核工厂的管道系统检查管道是否有裂缝；德国工程师还制成了一架只有黄蜂大小并能升空的直升机以及肉眼几乎看不见的发动机。
更加引人注目的是，科学家已开始在硅片上造出微机电系统(MEMS)。这种装置把电路和运转着的机器合装在一个硅片上，它最终将像目前的硅芯片一样普遍。几种基本的微机电系统已经在美国、日本和德国使用，包括在上百万辆汽车里安装的一种细如发丝的传感制动器，当它“感觉”到撞击时，就会立即打开保险气袋，防止撞伤。
只有削尖了的铅笔尖大小、每分钟转速高达10万转的1伏特发电机最终将推动电子显示器、手表、摄录机和激光扫描仪的发展。正如一些科学家所预言的那样，纳米技术可能将引发一场新的工业革命。
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广泛的应用前景
那么，纳米究竟是什么东西？纳米(nm)实际上是一种计量单位，1纳米是1米的十亿分之一，相当于十个氢原子一个挨一个排起来的长度，人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米。而纳米技术则是指在纳米尺寸范围内，通过直接操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就可被称为纳米材料。神奇的是同一种物质，因为构造上以纳米为单位的变化，其物理性能与化学性质便会产生意想不到的巨变。
也许你觉得纳米技术离你很远，实际上纳米技术在生活中的应用相当广泛。我们每个人在脱衣服时都曾有过被静电所扰的经历，而应用纳米技术，在化纤布料中加入少量的金属纳米微粒就可以使这一问题迎刃而解，而且将纳米颗粒放到织物纤维中去，做成的衣服不沾水又防污。在食物中添加纳米微粒，可以除味杀菌，聪明的厂家已利用这一技术生产出可以抗菌的冰箱。纳米陶瓷粉体作为涂料的添加剂也得到广泛的应用，这些特种涂料涂在塑料或木材上，具有防火、防尘和耐磨的性能。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层，可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，任何粘在表面上的脏物，包括油污、细菌，在光的照射下，由于纳米的催化作用，都可以变成气体或者容易被擦掉的物质。
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在生物医学领域，纳米技术更是潜力无限。纳米机器人是纳米生物学中最具诱惑力的内容。纳米机器人可注入人体血管内，可以进行全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪淀积物，吞噬病毒，杀死癌细胞。
纳米技术对信息技术、材料科学等也将产生深远的影响。运用纳米技术将来可以将存储器的存储能力提高1000倍，到那时巨型计算机小到可以放进口袋里，国家图书馆的全部资料的信息可以存储在一块水果糖大小的存储器中。科学家认为，纳米材料将会引发计算机革命，据预测，到2010年左右，以硅为材料的微米级集成电路技术将走到尽头，纳米材料将成为替代硅和其它半导体材料的最佳候选者。从技术上讲，碳纳米管很有可能成为硅的换代品，成为电子产品的主要材料。碳纳米管是一种长度和直径之比很高的纤维，单个碳纳米管的直径只有1.4纳米，50000个碳纳米管并排在一起相当于一根头发丝的直径。它韧性极高，兼具金属性和半导体性，强度比钢高100倍，而重量只有钢的1/6。科学家分别研究了金属性的碳纳米管和半导体性的碳纳米管，认为金属性碳纳米管可以用作电路中的连接件，而半导体性碳纳米管可以用作电路开关
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纳米材料的妙用
纳米材料具有许多奇异的特性，比如，原来是导体的铜等金属，在尺寸减小到几个纳米时就不导电了；而绝缘的二氧化硅等，当尺寸减小到几个纳米或十几个纳米时，电阻会大大下降，失去绝缘体特性，变得能够导电。通常性况下陶瓷是脆性材料，因而限制了它的应用范围，而纳米陶瓷却变成了韧性材料，在常温下能弯曲，不怕摔，坚固无比。正因为纳米材料具有独特的性质，因此它可能存在奇妙的应用前景。科学家和工程技术人员提出了异想天开的可能应用。
太空升降机碳纳米管的最异想天开的用途，是用于太空升降机。一根碳纳米管缆绳从地球同步轨道上垂到地球表面，与钢或其它任何物质不同的关键是它能支持住自身的重量，这就提供了一种把人或物品提升到外层空间的可能方法，也许将成为人类移居外星球的理想方法。
电子隧道众所周知，光导纤维是光子的隧道，光在隧道中可以迅速通过。碳纳米管可以充当电子快速通过的隧道。一根纳米管的直径只有计算机芯片上最细电路直径的1/100。预计它将成为理想导体，导电性能大大超过铜。纳米管最终可以用于纳米级电子线路。
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纳米隐身术近年来关于纳米材料具有高的电磁波吸收系数的报道，引起军界研究人员的极大兴趣，他们提出以纳米材料作为新一代隐身材料的设想和探索。
纳米卫星与微型飞船在小卫星系列中，可以分为小型卫星、微型卫星和纳米卫星。它们的重量分别在10—500公斤、0.1—10公斤和0.1公斤以下。以硅为衬底的专用集成微型仪器(ASIM)，可以应用于制导、导航、姿态控制、推进、能源和通信等航天器系统。美国科学家提出在非常小的航天器上建造性能优越的计算机，最终设计出能够飞到其它星球上去从事生产的微型飞船。
间谍草外形看似小草，可以散布在敌方阵地，实际上是一种分布式战场微型传感器网络，装有各种灵敏的传感器和照相机，可以对敌方的阵地布置情况、坦克和装甲车等重武器行进时产生的震动和声音等进行监测，并把得到的情报传回指挥部。
微型遥控飞机这种微型飞机比一张扑克牌还小，飞机上装有纳米级传感器，可以在夜间拍摄红外照片，并传送到数百米外的指挥所，或把敌军的位置坐标传送到导弹发射地，作为指挥员的命令依据。
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引发新的工业革命
纳米技术的科学家们坚信，“小”不仅是美丽的，而且是未来科学技术发展的趋势。日本已用极微小的部件组装成一辆只有米粒大小、能够运转的汽车；工程师们制成了直径只有1—2毫米的静电发动机、体积只有常规机器万分之一并能运转的车床以及直径仅5.5毫米的“尺蠖”———有朝一日它也许会钻进核工厂的管道系统检查管道是否有裂缝；德国工程师还制成了一架只有黄蜂大小并能升空的直升机以及肉眼几乎看不见的发动机。
更加引人注目的是，科学家已开始在硅片上造出微机电系统(MEMS)。这种装置把电路和运转着的机器合装在一个硅片上，它最终将像目前的硅芯片一样普遍。几种基本的微机电系统已经在美国、日本和德国使用，包括在上百万辆汽车里安装的一种细如发丝的传感制动器，当它“感觉”到撞击时，就会立即打开保险气袋，防止撞伤。
只有削尖了的铅笔尖大小、每分钟转速高达10万转的1伏特发电机最终将推动电子显示器、手表、摄录机和激光扫描仪的发展。正如一些科学家所预言的那样，纳米技术可能将引发一场新的工业革命。
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