纳米技术的产生和发展

来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-11-30

什么是纳米技术?

纳米技术是21世纪科技发展的制高点,是新工业革命的主导技术,目前已经成为全球范围内最大和最具竞争力的研究领域之一。现在纳米技术已经得到广泛应用,渗透到人们的衣食住行中,使人们的生活方式和工作方式发生了巨大变化。尤其是一些纳米产品的问世,对于人类体质能力的增强具有十分重大的意义。

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那么,什么是纳米技术呢?纳米技术是以纳米科学为基础,研究结构尺度在0.1~100nm范围内材料的性质及其应用,制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手段。纳米技术以物理、化学的微观研究理论为基础,以当代精密仪器和先进的分析技术为手段,是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)相结合的产物。

关于纳米技术的构想可以追溯到20世纪60年代。1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼(Richard Feynman)在加州理工学院出席美国物理学会年会,做了著名演讲《底部还有巨大空间》(There’s Plenty of Room at the Bottom),并且预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想。而“纳米技术”一词的最早提出是在1974年,东京理工大学的科学家谷口纪男(Norio Taniguchi)教授在一篇题为《论纳米技术的基本概念》(On the Basic Concept of Nanotechnology)的科技论文中首次使用“纳米技术”来描述精密机械加工。为研究纳米技术创造实验条件的人是德国物理学家格尔德·宾宁(Gred Bing)和瑞士物理学家海因里希·罗雷尔(Heinrich Rohrer),1981年,两人在IBM公司位于瑞士苏黎世的实验室共同发明了扫描隧道显微镜(STM)。扫描隧道显微镜使得人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质。

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赫伯特·格莱特教授

世界上第一块纳米材料的诞生则归功于德国物理学家赫伯特·格莱特(Herbert Gleiter)教授(图4.4)。1980年的一天,在澳大利亚的茫茫沙漠中,格莱特教授正驾驶租用的汽车独自横穿澳大利亚大沙漠。空旷、寂寞、孤独,使他的思维特别活跃。他是一位长期从事晶体物理研究的科学家。此时此刻,一个长期思考的问题在他的脑海中跳动: 如何研制具有异乎寻常特性的新型材料?在长期的晶体材料研究中,人们把具有完整空间点阵结构的实体视为晶体,是晶体材料的主体;而把空间点阵中的空位、间隙原子、相界和晶界等看作晶体材料中的缺陷。此时,他想到,如果从逆方向思考问题,把“缺陷”作为主体,研制出一种晶界占较大体积比的材料,那么结果会是怎样? 格莱特教授在沙漠中的构想很快变成了现实,经过4年的不懈努力,他领导的研究组终于在1984年研制成功了黑色金属粉末。实验表明,任何金属颗粒,当其尺寸在纳米量级时都呈黑色。第一块纳米固体材料(nanometer sized materials)就这样诞生了。

格莱特教授制备了铁、铜、铅、二氧化硅等纳米晶,开创了纳米材料领域的研究,从此,各种纳米材料层出不穷,纳米产品不断产生,纳米技术逐渐向人们的生产生活中渗透。

摘自《科技史与方法论》清华出版社授权登载

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