1納米科技

納米科技(英文:Nanotechnology)是一門應用科學,其目的在於研究於納米尺寸時,物質和設備的設計方法、組成、特性以及應用。納米科技是許多如生物、物理、化學等科學領域在技術上的次級分類,美國的國家納米科技啟動計劃(National Nanotechnology Initiative)將其定義為「1至100納米尺寸間的物體,其中能有重大應用的獨特現象的了解與操縱。」
納米科技是尖端科技,卻早就存在身旁。舉例來說,就是蓮花表面的出污泥而不染的特性。蓮花表面的細緻結構和粗糙度大小都在納米尺度的範圍內,所以不易吸附污泥灰塵。蓮花的出污泥而不染是自然天成,這比人類的任何清潔技術還高明。這種蓮花表面納米化結構,自我清潔的物理現象,就被稱作蓮花效應(lotus effect)。
納米科技是學習納米尺度下的現象以及物質的掌控,尤其是現存科技在納米時的延伸。納米科技的世界為原子、分子、高分子、量子點和高分子集合,並且被表面效應所掌控,如范德瓦耳斯力、氫鍵、電荷、離子鍵、共價鍵、疏水性、親水性和量子穿隧效應等,而慣性和湍流等巨觀效應則小得可以被忽略掉。舉個例子,當表面積對體積的比例劇烈地增大時,開起了如催化學等以表面為主的科學新的可能性。
微小性的持續探究以使得新的工具誕生,如原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡等。結合如電子束微影之類的精確程序,這些設備將使我們可以精密地運作並生成納米結構。納米材質,不論是由上至下製成(將塊材縮至納米尺度,主要方法是從塊材開始通過切割、蝕刻、研磨等辦法得到儘可能小的形狀(比如超精度加工,難度在於得到的微小結構必須精確)。或由下至上製成(由一顆顆原子或分子來組成較大的結構,主要辦法有化學合成,自組裝(self assembly)和定點組裝(positional assembly)。難度在於宏觀上要達到高效穩定的質量,都不只是進一步的微小化而已。物體內電子的能量量子化也開始對材質的性質有影響,稱為量子尺度效應,描述物質內電子在尺度劇減后的物理性質。這一效應不是因為尺度由巨觀變成微觀而產生的,但它確實在納米尺度時佔了很重要的地位。物質在納米尺度時,會和它們在巨觀時有很大的不同,例如:不透明的物質會變成透明的(銅)、惰性的物質變成可以當催化劑(鉑)、穩定的物質變得易燃(鋁)、固體在室溫下變成了液體(金)、絕緣體變成了導體(硅)。
納米科技的神奇來自於其在納米尺度下所擁有的量子和表面現象,並因此可能可以有許多重要的應用和製造許多有趣的材質。

2納米技術的應用

日常生活
在紡織和化纖製品中添納米微粒,可以除味殺菌。化纖布挺括結實,但有煩人的靜電現象,加入少量金屬納米微粒就可消除靜電現象。
利用納米材料,冰箱可以抗菌。納米材料做的無菌餐具、無菌食品包裝用品已經面世。利用納米粉末,可以使廢水徹底變清水,完全達到飲用標準,納米食品色香味俱全,還有益健康。
納米技術的運用,使牆面塗料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷磚表面塗上納米薄層,可以製成自潔玻璃和自潔瓷磚,根本不用擦洗。含有納米微粒的建築材料,還可以吸收對人體有害的紫外線。
納米材料可以提高和改進交通工具的性能指標。納米陶瓷有望成為汽車、輪船、飛機等發動機部件的理想材料,能大大提高發動機效率、工作壽命和可靠性。納米球潤滑添加劑可以在機車發動機加入,起到節省燃油、修復磨損表面、增強機車動力、降低噪音、減少污染物排放、保護環境的作用。納米衛星可以隨時向駕駛人員提供交通信息,幫助其安全駕駛。
利用納米技術製成的微型藥物輸送器,可攜帶一定劑量的藥物,在體外電磁信號的引導下準確到達病灶部位,有效地起到治療作用,並減輕藥物的不良的反映。用納米製造成的微型機器人,其體積小於紅細胞,通過向病人血管中注射,能疏通腦血管的血栓。清除心臟動脈的脂肪和沉澱物,還可「嚼碎」泌尿系統的結石等。納米技術將是健康生活的好幫手。
納米科學技術
納米科學與技術主要包括:納米體系物理學、納米化學、納米材料學、納米生物學、納米電子學、納米加工學、納米力學等 。
納米加工技術
為了納米科學研究及其成果的應用,首先要能按照人們的意願在納米尺度上對材料進行自由地剪裁和安排,這一技術被稱為納米加工技術。實際上,一方面納米加工技術是納米材料應用的重要基礎,另一方面納米加工技術中也包含了許多人們尚未認識清楚的納米科學問題。比如說,在一個粗細為幾納米的孔或線里,原子的擴散就與宏觀世界里的擴散大不一樣。一般而言,原子運動的自由程為幾個微米。在這個長度上,原子發生碰撞、進行熱擴散的作用可忽略不計。可是在納米孔或線內,原子的擴散主要是靠與孔壁的碰撞來完成的。再舉一個例子,一般認為物體之間相互運動時的摩擦力主要來源於物體表面的不平整性,即物體表面越光滑,它們之間的摩擦力越小。在納米世界里,材料表面很小,相互之間距離很近,以至於兩塊材料表面上的原子會發生化學鍵合而產生對相互運動的阻力。因此,在納米世界內,所有的加工技術都必須在原子尺寸的層面上考慮。
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