【科学强国】纳米技术的世界有什么新奇？

【科学强国】纳米技术的世界有什么新奇？

自从纳米技术的概念提出以来，人们就对它产生了无限遐想，不少科学家、科幻小说作家都曾在作品中描述过它的巨大能力。

不止如此，现如今，越来越多的生活产品都标注使用先进纳米材料强化产品性能，甚至开发出前所未有的新功能。

那么，这些使用了纳米材料的产品真的如同宣传说的那样吗？纳米材料真的有那么神吗？

看不见的纳米世界

纳米科学和纳米技术背后的思想和概念始于1959年12月29日，物理学家理查德·费曼在加州理工学院（CalTech）举行的美国物理学会会议上发表了一篇震惊世人的演讲，那就是《微观世界有无垠的空间》（There's Plenty of Room at the Bottom）。在演讲中，费曼描述了一个科学家能够操纵和控制单个原子和分子的过程，他所说的“无垠的空间”可以把大量的信息和操作都集中在一个极微小的空间里。十多年后，在对超精密加工的探索中，Norio Taniguchi教授创造了纳米技术一词。直到1981年，随着可以“看到”单个原子的扫描隧道显微镜的发展，现代纳米技术才开始。

你很难想象纳米技术有多小。一纳米就是十亿分之一米，大致相当于10个氢原子排列在一起的长度。以下是一些说明性示例：

一英寸有25,400,000纳米

一张报纸的厚度约为 100,000纳米

在比较尺度上，如果大理石是纳米，那么一米就是地球的大小

图源：央广网

事实上，用高中科学课上通常使用的显微镜是不可能看到的。一旦科学家们拥有了合适的工具，例如扫描隧道显微镜（STM） 和原子力显微镜（AFM），纳米技术时代就诞生了。

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数百年前，交替大小的金银颗粒在中世纪教堂的彩色玻璃窗中创造了色彩。当时的艺术家们并不知道，他们用来创作这些精美艺术品的过程实际上导致了他们所使用的材料的成分发生了变化。

许多物质在纳米尺度范围会出现很多新奇的物理、化学、生物学特性或医学功能等。比如，金的熔点约为1064摄氏度，但在1到2纳米尺度下，它在室温下就会熔化。另外，一些金属氧化物通常情况下没有磁性，但在20纳米尺度以下就会表现出磁性。

“这就叫纳米尺寸效应。随着尺度的变化，物质的属性也会发生改变。”北京理工大学化学与化工学院院长、教授张加涛张加涛表示，一般认为，三维空间内尺寸小于100纳米的材料，就可被称为纳米材料。而纳米材料制备、加工和应用等相关的工艺及方法，则被统称为纳米技术。

生活中，纳米应用无处不在

日常生活中的很多物品、商品早就带上了“纳米”二字。

在橡胶中添加一定量纳米二氧化硅能改善橡胶的物理机械性能，提升其耐磨性、拉伸强度和、撕裂强度以及硬度，起到补强作用。在塑料、橡胶中添加少量层状水滑石纳米材料则能提升阻燃、抗紫外线氧化等性能。

由于某些纳米材料透明性好和具有优异的紫外线屏蔽作用，在产品和材料中添加少量（一般不超过含量的2%）的纳米材料，就会大大减弱紫外线对这些产品和材料的损伤作用，使之更加具有耐久性和透明性，因而被广泛用于护肤产品、装饰材料、外用面漆、木器保护、天然和人造纤维以及农用塑料薄膜等方面。

比如纳米银材料，早在2002年，韩国成功地将纳米银嫁接到化妆品中，填补了纳米银化妆品行业的空白。

很多缓释胶囊也运用到了纳米技术。这些胶囊里的药物被包裹在纳米材料中，其进入人体后可以缓慢释放，以达到更好的治疗效果。

一些衬衣、领带、洗衣机等也运用到了纳米技术，如通过在其表面涂上纳米涂层就可以达到抗菌、自清洁的效果。

除此之外，纳米技术还被广泛应用于军事、科技领域。比如，现在智能手机在重量不变、甚至减轻的情况下，实现了存储容量、电池续航能力的提升，这里面就有纳米技术的功劳。还有，依据荷叶表面仿生结构设计的超疏水材料，具有防水、防油、防尘的特性，在精密设备和表面保洁方面具有重要意义。

“纳米”产品是不是智商税

目前，纳米材料在电子产品、家用电器、医药、纺织品等诸多领域得到广泛应用。不过，很多应用了纳米材料的产品并不以此为卖点，倒是不少跟纳米技术无关的产品喜欢吹得天花乱坠。

拿水杯来说，有品牌声称，其中的“纳米材料”可以将普通水活化为小分子团活性水，有益健康长寿。事实上，水分子团并不稳定，其大小本来就是动态变化的，纳米材料并没有这样的“活化”功能。

还有枕头，有品牌宣传其产品中的“纳米材料”能调节生物波，对高血压、神经衰弱等疾病有辅助治疗功效。纳米材料确实早已应用于医药行业，但目前从未被当作药物来治病。

同时，纳米材料制造成本高，完全使用纳米材料制备功能产品，亦难以实现。

例如，具有杀菌、吸汗等多种功能的石墨烯内裤。石墨烯制备工艺要求高，难以量产，每克石墨烯产品价值约1000元。要完全使用石墨烯制造一条内裤，保守估计成本需要上万元。而我们买到的产品，也就百来块，说明产品中的纳米材料含量肯定不会很高。

当然，市面上的确有不少日常用品使用了纳米材料，并发挥了相应功效。比如，涂有纳米涂层的不粘锅、加入了纳米材料的防污衬衣，以及普遍应用了纳米材料的化妆品等，也不能“一棍子打死”。

随着技术进一步发展，纳米材料将会进入越来越多领域，这是可以肯定的。如果你在市面上发现普通日用品带有“纳米”字样，不要过于崇拜，按正常商品对待就好。

我国纳米技术实力如何

在热播电视剧《三体》中，中国科学家研制的纳米材料可以制作削铁如泥的“飞刃”，还可用于制造太空电梯通达宇宙。而在现实中，纳米技术在中国的发展已领先世界。

1993年，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。

2000年，中国成立了国家纳米科技指导协调委员会，后又在2003年成立了国家纳米科学中心，并在国家中长期发展规划中部署了纳米科技研究计划。20多年间，我国纳米科技实现了从“无人区”到世界领先的“弯道超车”。

从2010年开始，我国纳米领域的科技论文和纳米技术专利数量已位居国际第一。2013年中科院启动战略性先导科技专项（A类）“变革性纳米产业制造技术聚焦”，简称“纳米先导专项”，经过5年攻关已取得多项亮点成果。

图源：央视新闻

2019年12月18日，广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院（以下简称“广纳院”）成立。广纳院旨在创建完整的1-9级科技创新链，推动中国基础研究成果的产业化。“即科研院所完成了科技创新链1-3级的工作，企业界负责7-9级的工作，广纳院的主要任务便是补齐中国科技创新链薄弱的4-6级环节，担任桥梁角色。”中国科学院院士、国家纳米科学中心主任赵宇亮表示，我们要让科研工作者们几十年的积累，真正变成国家科技创新的源泉、技术的源头，以此去创造更多、更高水平的技术与产品。

“当它大规模使用的时候，人们可能就不再拿它做噱头”，赵宇亮相信，纳米技术一定会改善，也正在改变我们的生活，尤其是当人类跨入智能社会，纳米技术应该是无处不在的。

（中国小康网综合科技日报、经济日报、央广网、央视新闻、人民政协报等）

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来源：中国小康网

作者：风华

审核：龚紫陌

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