從古至今，人類一直都在不斷地探索鉆研自身所處的世界。為了離開地面，人類發(fā)明了飛機(jī)在藍(lán)天下翱翔；為探索宇宙的奧秘，人類發(fā)射了宇宙飛船在星際中穿行。?

　　但很少有人注意到，在探索浩瀚宇宙的同時，人類也在悄悄地進(jìn)行著另外一場“奇妙旅行”，這是一次深入物質(zhì)內(nèi)部的探險。在這個旅行中，人類希望通過控制分子與原子，在微小的空間內(nèi)營造出一個嶄新的“王國”——納米技術(shù)的王國。?

　　今天，就讓我們共同走進(jìn)這個“王國”，去探尋納米技術(shù)背后的故事。?

　　納米，也可以被叫作毫微米，和我們?nèi)粘Ｊ褂玫降睦迕?、分米、米一樣，都是長度的度量單位。而我們節(jié)目開始所提到的納米技術(shù)則是指用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，研究結(jié)構(gòu)尺寸在1納米到100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。?

　　關(guān)于納米技術(shù)的構(gòu)想，可以追溯到20世紀(jì)60年代。在1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者理查德·費(fèi)曼做了一場著名演講。他以“由下而上”的方法出發(fā)，從單個分子甚至原子開始進(jìn)行組裝，以達(dá)到設(shè)計要求。在費(fèi)曼的設(shè)想中，他認(rèn)為物理學(xué)的規(guī)律不排除一個原子、一個原子地制造物品的可能性。當(dāng)人們對細(xì)微尺寸的物體加以控制的話，就會極大地擴(kuò)充人類獲得物性的范圍。?

　　費(fèi)曼是第一位提出納米概念的人，也正是從那個時期，人們慢慢開始了對納米相關(guān)的研究。到了20世紀(jì)80年代初，科學(xué)家們發(fā)明了納米科技研究的重要儀器——掃描隧道顯微鏡，這對納米科技的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用，使得世界各國在納米方面的研究又向前邁了一大步。?

　　掃描隧道顯微鏡，也被稱為掃描穿隧式顯微鏡，是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)探測物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它作為一種掃描探針顯微術(shù)工具，掃描隧道顯微鏡可以讓科學(xué)家觀察和定位單個原子，具有非常高的分辨率。此外，這臺設(shè)備還可以在低溫下利用探針尖端精確操縱原子，因此它在納米研究方面是重要的測量工具和加工工具。?

　　掃描隧道顯微鏡的工作原理，其實并不難理解。就如同以前黑膠唱片機(jī)的唱針掃過唱片一樣，掃描隧道顯微鏡的一根探針也會慢慢地通過要被分析的材料，當(dāng)遇到單個的原子時，流過探針的電流量便會有所不同，同時這些變化會被記錄下來。電流在流過一個原子的時候有漲有落，如此便可以細(xì)致地探測出它的輪廓。在多次試驗后，通過繪出電流量的波動，人們就可以得到組成一個網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的單個原子的美麗圖片了。?

　　前面我們說過，納米技術(shù)是通過控制單個原子或分子來創(chuàng)造新物質(zhì)，那么如何能抓住那些小得不能再小的原子呢？這同樣需要依靠掃瞄隧道顯微鏡的幫助。它的探針就像一只靈巧的手，能抓住原子并對原子進(jìn)行搬移。?

　　隨著掃描隧道顯微鏡的應(yīng)用，人們終于可以按自己的意愿“搬動”原子，向重新構(gòu)建物質(zhì)、創(chuàng)造新物質(zhì)邁出了第一步。同樣，我國在這一方面取得了實驗性的成功。在1993年，中國科學(xué)院北京真空物理實驗室里的研究人員操縱原子成功寫出“中國”兩個字，這標(biāo)志著我國開始在國際納米科技領(lǐng)域占有一席之地。而且，在隨后的幾年里，我國納米技術(shù)的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)。?

　　1996年，中國科技大學(xué)謝毅博士利用苯熱合成法制備出出產(chǎn)率很高、平均粒度為30納米的氮化鎵粉體；一年后，清華大學(xué)范守善教授制備出直徑為3納米到50納米、長度達(dá)到微米量級的氮化鎵納米棒，首次把氮化鎵制備成一維納米晶體，提出碳納米管限制反應(yīng)的概念。?

　　到了1999年，北京大學(xué)電子系薛增泉教授研究組在將單壁碳納米管組裝豎立在金屬表面，組裝出性能良好的掃描隧道顯微鏡用探針。同年，中科院金屬所成會明博士合成出高質(zhì)量的碳納米材料，使中國新型儲氫材料研究躍上世界先進(jìn)水平。?

　　回想世界各國的科研突破，我們會發(fā)現(xiàn)每當(dāng)在科學(xué)技術(shù)上取得重大突破之后總會引發(fā)新的產(chǎn)業(yè)革命，迎來一個經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時期。就像蒸汽機(jī)的出現(xiàn)、電的應(yīng)用、微電子技術(shù)的突破以及互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)橫空出世一樣，如今納米技術(shù)也成為了各個國家關(guān)注的熱點，世界上許多國家把納米科技當(dāng)作最有可能取得突破的科學(xué)和工程領(lǐng)域。?

　　2004年，德國發(fā)布了納米技術(shù)創(chuàng)新計劃，促進(jìn)納米技術(shù)應(yīng)用潛力的開發(fā)；隨后還頒布了一系列“納米技術(shù)行動計劃”，希望利用納米技術(shù)解決其制定的高新技術(shù)計劃中能源、交通、健康等領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，提高德國企業(yè)的競爭力，擴(kuò)大自己在歐洲的領(lǐng)先地位。?

　　事實上，不只是德國制定了納米研究計劃，中國其實也早早實施了納米技術(shù)發(fā)展的相關(guān)計劃。為了避免重蹈我國在半導(dǎo)體、激光、計算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域起步早，轉(zhuǎn)化難的覆轍，我國對納米技術(shù)的研究非常重視。于是早在1997年9月27號，北京大學(xué)就成立了納米科技研究中心；到了2000年底，中國科學(xué)院納米科學(xué)技術(shù)中心宣告成立，科技部正式批準(zhǔn)在天津開發(fā)區(qū)建立“國家納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地”，由此拉開了我國納米技術(shù)快速發(fā)展的序幕。?

　　伴隨著國家政策對納米技術(shù)的大力支持，中國科學(xué)院在2013年啟動了“納米先導(dǎo)專項”計劃，希望利用納米技術(shù)促進(jìn)長續(xù)航動力鋰電池和納米綠色印刷等產(chǎn)業(yè)技術(shù)的變革性創(chuàng)新，同時培育和推動一批納米核心技術(shù)在特定能源、環(huán)境與健康領(lǐng)域中的應(yīng)用，解決制約國家行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)問題，帶動新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。?

　　正是在各類項目和計劃的支持下，我國納米技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢良好，已經(jīng)成為了世界納米技術(shù)研發(fā)大國，貢獻(xiàn)的納米科技論文超過了全球的三分之一，納米專利申請也大約占了全球的一半。而且，我國科學(xué)家在國際上取得了一系列令人矚目的成果，各個領(lǐng)域都有所收獲。?

　　首先，在電子科技方面，中國第一次化學(xué)合成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型納米材料石墨炔，這種納米材料不僅在能源、光電子器件等領(lǐng)域展示出了巨大的應(yīng)用潛力，在國際上也產(chǎn)生了重要影響，并且正在全球范圍內(nèi)形成新的研究方向；其次是在生物醫(yī)學(xué)方面，研究者們成功研發(fā)出新型的“腫瘤捕手”——多肽納米材料，實現(xiàn)了對循環(huán)腫瘤細(xì)胞的高效富集和檢測，性能也顯著高于國內(nèi)外同類型材料；還有是在化纖紡織方面，我國首次合成了接近單根碳納米管理論強(qiáng)度的超長碳納米管管束，它的拉伸強(qiáng)度超越了目前全世界范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的所有其他纖維材料。?

　　從越來越多的研究中可以發(fā)現(xiàn)，我國在納米技術(shù)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域正在逐步提升，甚至在某些領(lǐng)域還處于國際領(lǐng)先地位。實際上，除了在納米技術(shù)研發(fā)方面取得突破，我國在納米技術(shù)的應(yīng)用和成果轉(zhuǎn)化也初具規(guī)模，已經(jīng)建成了世界上第一條真正實現(xiàn)規(guī)?；?、低成本制備高品質(zhì)石墨烯的生產(chǎn)線，同時還啟動了首條全自動量產(chǎn)石墨烯有機(jī)太陽能光電子器件的生產(chǎn)線。?

　　在科技迅速發(fā)展的今天，納米技術(shù)對人類的健康、財富和生活的影響至少等同于在20世紀(jì)開發(fā)的微電子學(xué)、醫(yī)學(xué)成像、計算機(jī)輔助工程以及合成聚合物影響的總和。?

　　因此，在納米技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)家們看來，納米器件的研制和集成是納米技術(shù)的核心，納米材料的制備和研究是納米技術(shù)的重點工作，用自主創(chuàng)新推動技術(shù)創(chuàng)新，使納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化得到健康發(fā)展。相信通過中國科技人員敢于創(chuàng)新、刻苦鉆研的科學(xué)精神，我國一定會在未來的納米科技全球競爭中，贏得令人矚目的領(lǐng)先地位。?



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