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040213大师语录-白春礼解读纳米-第2章

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  如果这样的话,你就没有污染了,因为你需要什么我就拿什么放,对不对,而且非常高效率,而且你要是由上往下加工,太小了没法控制,你可以由下往上长,如果说,一个人,抚养一个小孩,比如从一个受精卵发育到一个孩子,或者从小动物培养,或者你植一棵树从小长到大,这个大家比较容易理解,都但知道这东西自己都能长出来的,但现在我们不了解这东西,那么我们如果了解了,我们就可以控制这个事情,是不是就更好。 

  那么真正提出纳米技术这个英文词的是1974年Taniguchi,他最早用纳米技术这个词,Nanotechnlogy,Nanotechnology这个词最早使用它完全是为了描述精细机械加工,他说微米,微米技术,微米加工精度不够,得用纳米技术来加工,他只是这么一个含义,那么70年代后期,美国麻省理工学院的德雷克斯勒,他提倡纳米科技的研究,就是指的刚才说的,通过原子分子组装来制备装置。 

  那么,1990年,第一届国际的纳米科技会议在美国的巴尔的磨,与第五届的国际扫描隧道显微学的会议同时举办,那么纳米技术这个专业的学术刊物,Nanotechnology(纳米技术),在1990年创刊,1991年创刊了Nanotechnology(纳米技术),这两个专业刊物,那么大家认为,说90年代是纳米科技诞生的时候,90年代初,但是也有人不同意见,像美国科学家,他们认为纳米科技诞生的时候就是1981年,或者1982年,是扫描隧道显微镜诞生的时候,就是纳米科技的诞生之日,有人有这么一个观点。 

  这是1990年在美国巴尔的磨召开的第一届的纳米科技的国际会议,接着1993年莫斯科,1994年在丹佛尔,1996年在北京,98年在伯明翰,去年在美国波斯顿,目前已经开了六界的纳米科技的国际会议,那么在纳米尺度上,这种多学科的交叉性,展现了巨大的生命力,迅速的形成了一个具有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。 

  我是把纳米科技的应用领域把它分为三个大的方面,第一个是纳米材料,第二个是纳米装置,第三个是纳米区域的探测和研究,表征分析。 

  下面我就分别介绍这三个大的领域,这个纳米材料是纳米科技的基础,它的主要类型分为这么四个大的方面,一个是纳米颗粒与纳米分体,就是纳米材料它这尺寸,颗粒或者粉体都在纳米的量级,都是粉状的东西,颗粒状的东西,那么这是第一类。 

  第二类是以组的纳米材料,就是它有一个方向在纳米量级,比如说碳纳米管,是一个直径再纳米量级,但是非常长的,这么一个管状的东西,或者以维的纳米材料,纳米线,纳米硅之类的,以维纳米材料,就是一个方向上,两个方向上,是纳米尺寸,还有一个方向上是纳米尺寸。 

  比如纳米薄膜,纳米薄膜分成几个方面,一个是纳米的颗粒膜,就是说,颗粒大小都在纳米量级,表面上构成一层膜,另外一种膜就是纳米的层状膜,就是涂层的厚度在纳米的量级,一层一层的,纳米薄膜。 

  第四种是纳米块材,就是把纳米的材料给压制成一个整体的,宏观上看着跟一块一块一样的东西,这是纳米块层,大概分成这么四个大的类。 

  纳米材料的性能,它是与传统的材料,有非常大的不同,有的是传统材料所没有的,有的是传统材料的特性有了很显著的提高,比如说纳米金属固体的硬度,一般要比传统的粗晶材料,就是不是纳米的,要硬3到5倍,纳米固体铁的断裂应力,它比常规的铁材料会提高近12倍,那么纳米的固体铜,它比一般的铜材料的热扩散增强近一倍,那么纳米的磁性金属的磁化率,是普通磁性金属的20倍。 

  你想想看,它同样东西,材料品质不变,把它做成一个纳米量级,它很多性能就发生了非常重要的显著的改变,比如说,我们知道,铜或者铝,宏观上铜和铝什么样子,我们都知道,铜线,铝材,铝线,铝材,但是如果你把铜和铝给加工成纳米颗粒时候,你把纳米铜,纳米铝你放到桌面上的时候,它自己会燃烧起来,会着起来,会爆炸,它跟铜和铝宏观就不一样,所以它可以作为火箭推行剂的燃料,你想想这同样是铜和铝。 

  陶瓷耐高温,很好的硬度,但是它易碎,掉地上会摔碎,但是如果把陶瓷的颗粒,做成纳米量级,或者这里面掺杂一些纳米量级,它具有很高的硬度和耐高温,它同时掉地也不会摔碎,那么这样,比如做陶瓷发动机,它可以耐高温,它就不必像现在的发动机,需要水的冷却,它的热效率会提高。 

  另外一个纳米材料,纳米氧化物,这个纳米氧化物它可以在电场作用下,可以改变颜色,不同光,不同电场,就改变不同颜色,那么可以丰富多彩,做广告板。 

  另外像纳米氧化物,在催化及环境保护方面,都有广泛的应用前景,比如说,用纳米的二氧化钛,可以广泛的应用于防晒霜,防晒,化妆品当中,用的纳米二氧化钛,它可以吸收紫外线,防晒,另外它可以做轿车金属色的面漆,可以做高压绝缘材料,做银光管等等。 

  还有纳米二氧化钛具有催化性质,它可以降解汽车尾气,所以像日本已经在高速公路的两侧,在公路的隧道之内,设置了涂有二氧化钛的这种光催化板来防止汽车尾气,汽车尾气到催化板上,二氧化钛就把汽车尾气可以给它催化,变成性另外一种无毒的东西。 

  那么自清洁材料,那么这也是一个纳米材料很重要的应用,科学院化学所的江雷,他们做的这个纳米的自清洁材料,通过自己建立一套理论,进行超 的界面材料,这个设计可以设计成,比如说粉色的是输水,绿色的是输油,那么做成这样的材料,表明输水,这样表明输油,但是可以通这样,就是说,这块东西是输水,但是里面这块输油,或者这块输水,这里面这个输油,就使它具有既输水又输油的特性,界面的材料。 

  那么用这种方法,可以制备一些东西,比如说,这种超的双氢的材料,涂在玻璃上,那么,这面涂了,这面没有涂了,浴室里洗完澡以后,这面没有沾水珠,这面雾气就涂上了,这个不光是说家里镜子上,只是为了洗澡的时候不沾这个雾气,但是还有一种,比如汽车的玻璃,后视镜,你保持清洁,还有窗户,比如窗户玻璃经常脏,北京土也很大,你擦窗户很难,涂上这个东西以后,它有土落上去,那么一下雨,或者拿水一冲它马上下来了,冲完以后玻璃上不留下一圈一圈水印,就不用你再去擦去了,因为我是到他实验室(他实验室)安了这么一块玻璃,玻璃上涂了这么块涂料,我看了看这个确实不错,他拿矿泉水一冲,就不脏,其它地方还有很多水珠,脏东西留在那儿,尤其北京沙尘暴一来擦洗工作量比较(大)。 

  现在他们正在做瓷砖,表面瓷砖,也是一样,就是说能够有自清洁效果,当然衣服上也可以做,具有自清洁的这种功能,那么这个它仿照,比如说荷叶,荷叶它为什么出污泥而不染,它表面上水不沾,它有很微小的纳米结构,另外纳米塑料也是这样,比如说之我们这个塑料瓶可以装可乐,装雪碧,装矿泉水,但是塑料瓶不能装啤酒,但是啤酒玻璃瓶装,很容易爆炸伤人,玻璃瓶一炸了,把谁眼睛给炸伤了,要索赔,或者很重,运输也很不方便。 

  那为什么不能拿塑料瓶装呢,就是塑料瓶氧气透过率比较高,一般塑料瓶装啤酒以后,当天变质,马上就坏掉了,但是纳米的塑料瓶它可以有效隔绝氧气的透过率,它可以装啤酒,那么现在据说美国已经有这种纳米的塑料瓶装啤酒,我们国家,化学所已经做出了这种材料,也出口到日本去,现在在合作在考虑能不能把它也作为我们国家的装啤酒的塑料瓶。 

  但是吹这个瓶的技术,美国人有专利,所以说,这个可能还得看如何突破美国人的专利,所以这里做报告,我就希望我们今天还有很多年轻的科学家,工程师,希望你们特别注重专利的保护,要不然最后你有技术出来以后,专利覆盖了,也没办法。 

  那么也可以做纳米的尼龙材料,做帘子线,做薄膜等等,还有利用它做一些纳米的管材,具有自阻燃的特性,有些纳米的材料它自己烧不起来,不能燃烧,这样火灾的发生,很多由于它是有毒气体熏死了,而不是真正烧死的,那么塑料的东西,燃烧以后,产生有毒的气体,那么如果这个塑料东西它不着,你做室内装饰材料它就不会产生火灾,造成那么大的危害。 

  所以在材料的发展上,要想做材料的目标,还是要做更轻,更强可设计的材料,使材料提高它的使用寿命,从而降低维修的费用,那么再一个就是以新的原理和新的结构,在纳米的层次上,来构筑特定性质的材料,或者自然界不存在的材料。 

  那么做生物材料和仿生材料,还有对材料破坏过程当中,做纳米级的损伤的诊断和修复等等。第二个大的领域,讲纳米器件,刚才讲的是纳米材料,刚才我前面说了,我说纳米科技会带来一场产业革命,很重要一个因素是来源于信息产业对它的需求,器件的发展,是非常重要的,所以说,我们说,如果说将来纳米科技,我们到了纳米时代,纳米技术产生像微米技术这样,对于我们人类的生活和生产方式,产生这样深刻而广泛的影响,那么这才叫纳米时代时候到来了,那么这个到来的标志,就是纳米器件的研制水平,和应用程度。 

  比如有科学幻想,预期说将来做纳米的材料,纳米器件,说可以做成微小机器人,到你血管里头爬行,说里面血管内壁有胆固醇,给你清除,或者给你进行微小的治疗,那个时候就是说分子马达是非常重要的,因为
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