納米技術(shù)

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在中世紀(jì)，哲學(xué)家試圖用煉金術(shù)將基礎(chǔ)材料變成金子。雖然他們的努力都是徒勞的，但是偽科學(xué)煉金術(shù)卻為真正的科學(xué)化學(xué)鋪平了道路。通過化學(xué)，我們更清楚的了解了周圍的世界，包括所有物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的事實(shí)。原子的類型和它們組合在一起的方式?jīng)Q定了它所構(gòu)成物質(zhì)的性質(zhì)。

納米技術(shù)（nanotechnology）是一門多學(xué)科的綜合性科學(xué)，它著眼于使我們可以在分子和原子水平處理物質(zhì)。要做到這一點(diǎn)，工作要在納米尺度（nanoscale）內(nèi)進(jìn)行——這個(gè)尺度如此之小，以至于用光學(xué)顯微鏡也無法觀測到。事實(shí)上，一納米只有十億分之一米那么小。原子比這還要小。想要定量原子的大小很難——它們不易保持特定狀態(tài)。但是一般來說，典型的原子直徑大約為十分之一納米。

但是納米尺度是問題的關(guān)鍵所在。因?yàn)樗欠肿拥臏y量尺度。通過操作分子，我們可以制造出各種各樣有意思的材料。但是就像古時(shí)候的煉金術(shù)師一樣，我們在制造黃金方面也沒有多大的進(jìn)展。因?yàn)辄S金是一種基本元素（basic element）——不可能將其分解成更簡單的構(gòu)成形式。

不過我們還可以制造出其他有意思的物質(zhì)。通過把分子排列組合成特定形狀，我們可以制造出有著驚人性能的材料。一個(gè)例子就是碳納米管。想要制成碳納米管，首先需要一張由石墨分子構(gòu)成的薄板，然后把它卷成管狀。分子排列的方向決定了納米管的性能。例如，納米管最終可能是導(dǎo)體也可能是半導(dǎo)體。當(dāng)用正確的方法卷成碳納米管時(shí)，它的強(qiáng)度可以達(dá)到鋼材的數(shù)百倍，而重量卻只有鋼材的六分之一[來源: NASA]。

這只是納米技術(shù)的一個(gè)方面。另一個(gè)方面就是材料在納米尺度和在更大尺度上是不一樣的。研究人員和美國能源部在2005年研究發(fā)現(xiàn)，黃金在納米尺度與在宏觀尺度相比，發(fā)光的情況是不同的。他們還注意到，材料在納米尺度內(nèi)有不同的磁性和溫度[來源: U.S. Department of Energy]。

因?yàn)檫@門科學(xué)是研究物質(zhì)的基本組成形式的，因此具有無數(shù)種用途。有的用途似乎很貼近生活——防曬霜里的納米氧化鋅粒子可以在皮膚表面形成一層透明的膜，保護(hù)皮膚。另外一些用途聽起來就像科幻小說——醫(yī)生們試圖用微小而大量的蛋白質(zhì)包裹住針對病毒的藥物來治療癌癥。當(dāng)我們進(jìn)一步了解分子是如何運(yùn)作和如何操控他們時(shí)，世界無疑將被改變。最大的啟示將會(huì)來自于最小的物質(zhì)。