纳米技术将怎样改变我们的生活?

特纯奶人

原子团簇是由几十个乃至上千个原子或者分子通过物理或者化学结合力组成的相对稳定的聚合体,其尺度就在纳米量级。纳米材料相比宏观材料而言,它的尺寸要小得多,相比微观粒子而言,它又是具有多个粒子的庞大体系,因此纳米材料往往具有许多不同于宏观物质和微观粒子的行为,它们的结构形态也是千变万化。例如:石墨是由许多六角结构的碳原子层组成,每个原子层靠范德瓦尔斯力相互作用。如果把石墨不断剥离,直到剩下仅有一个碳原子层,就是石墨烯。石墨烯具有许多奇特的电磁特性,可以实现尺度更小功能更强的微纳尺度电子器件。如果把石墨烯“剪开”并卷起来并加以“粘连”,那么就构成了碳的另一种同素异形体——碳纳米管。除了单壁碳纳米管外,当然也可以有多层石墨“卷曲”成的多壁碳纳米管。寻找新型的纳米结构和构造原型器件,也是纳米科学的重要研究方向之一。

  下面我简单举例一个纳米科技的应用:科学家们在不断尝试用纳米技术操控分子或者原子。如设计一个“分子马达”,它由生物大分子构成,利用化学能进行机械做功,用以驱动生物分子在磁场或者电场下的运动(分子电动机)或者通过生物分子旋转来发电(分子发电机)。科学家们把金属镍制成的螺旋桨嫁接到三磷酸腺苷酶分子中轴上,当它们被浸于ATP溶液后,分子马达转速达到了每秒钟8转。通过化学、光和电驱动分子马达就可以达到控制分子马达运动的目的,这自然就让人们联想到科幻电影中的纳米机器人——一个个比细胞还小的纳米机器人,可以自由地出入人体,对人体内的病灶如癌细胞等进行切除或清理有害物质,实现了无任何外创的纳米手术。

如果实现了纳米机器人,那么就意味着人们可以按照自己的想法来组装分子,设计新材料,比如把孤立的碳原子有序排列成精美的钻石、把蛋白质和脂肪进行组装成高营养食物、设计制造具有逻辑运算功能的纳米计算机等等。纳米机器人并非仅仅存在于科幻故事之中,目前科学家已经发现把功能性碳纳米管和某些药物混合能够增加药物在病灶上的浓度和延长停留时间,并且一些基于碳纳米管的逻辑电路已经制作成功,而游荡于血管之中的小型机器人也正在研究之中,这些都是将来纳米机器人的雏形。


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