納米技術(shù)研究“靜悄悄”

　　人類社會進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，科學(xué)技術(shù)更加突飛猛進(jìn)、日新月異，納米技術(shù)在被視為“發(fā)明之母”和“產(chǎn)業(yè)糧食”的新材料領(lǐng)域異軍突起、異�；钴S，并在90年代出現(xiàn)了遍及全球的納米技術(shù)研究熱潮。從此，科學(xué)家開始了材料的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計，在顯微構(gòu)造層次、原子分子層次及電子層次開展新材料的研究與開發(fā)，“材料革命”進(jìn)入一個新時期。

　　21世紀(jì)初年，世界納米技術(shù)研究方興未艾，某些成熟的技術(shù)開始在航空航天、微電子、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域得到局部應(yīng)用。2002年，世界納米技術(shù)研究在平靜中扎實地向前發(fā)展，取得了令人振奮的成果。

　　碳納米管仍是個大課題

　　縱觀2002年世界納米技術(shù)研究的狀況，可以看出，碳納米管仍是研究的熱點。擁有眾多奇特性能的碳納米管，近年來受到科學(xué)界的普遍青睞。但利用傳統(tǒng)方法制造的碳納米管束長度通常只有幾十微米，其應(yīng)用開發(fā)受到局限。但是，中國清華大學(xué)和美國倫塞勒理工學(xué)院的合作研究取得了突破性進(jìn)展。科學(xué)家用簡單的方法，合成出厘米級的由單層碳納米管組成的碳納米管束。這是2002年碳納米管研究領(lǐng)域帶給人們的一個可喜的信息。

　　中美科學(xué)家制造的碳納米管束最長達(dá)到了20厘米，狀如人的發(fā)絲。此前，科學(xué)家曾利用一些復(fù)雜方法制造出了碳納米管束，但它們的長度都很有限。中美科學(xué)家在研究中對合成碳納米管常用的化學(xué)氣相淀積方法進(jìn)行了改進(jìn)，在化學(xué)氣相淀積過程中加入氫和另外一種含硫化合物后，不僅制造出更長的碳納米管束，而且這些碳納米管束可由單層碳納米管通過自我組裝而有規(guī)律地排列形成�？茖W(xué)家評論說，新方法作為一種更為簡便的替代工藝，還可以用來生產(chǎn)高純度的單層碳納米管材料。

　　美國賴斯大學(xué)教授、諾貝爾化學(xué)獎得主理查德？斯莫利發(fā)現(xiàn)，碳納米管具有在特定條件下發(fā)熒光的性能。這也是碳納米管告訴人們的它所具有的一項新“本領(lǐng)”。

　　斯莫利和他的同事在研究中，用高頻聲波轟擊成塊的大批碳納米管，使之分離為單個的碳納米管。隨后進(jìn)行的實驗顯示，這些單個碳納米管能夠在近紅外波段吸收并發(fā)出熒光�？茖W(xué)家僅在獨立的單層碳納米管中觀察到發(fā)熒光現(xiàn)象，這在世界上尚屬首次。

　　清華大學(xué)博士生姜開利等人成功地從幾百微米長的碳納米管陣列中，“拉出”了一根30厘米長的碳納米管線。這個過程非常像從蠶繭中抽絲一樣，而“蠶繭”就是碳納米管陣列。據(jù)估計，在一平方厘米的碳納米管陣列上，可以抽出10米長的納米管線。

　　姜開利等人研制的碳納米管線是良好的導(dǎo)電體。將這樣的碳納米管線繞在2根金屬電極之間，做成碳納米管燈絲，在兩電極之間施加直流電壓，則碳納米管線發(fā)出白熾光；如果將碳納米管線平行排列，則構(gòu)成一個偏振片，可產(chǎn)生偏振光。這種偏振片可以工作在紫外光區(qū)域，甚至工作在波長在幾十納米的真空紫外區(qū)。這是中國研究人員在2002年世界碳納米管研究方面的另一個經(jīng)典之作。

　　科學(xué)家一直希望能用碳納米管制造更好的碳纖維材料，對單個碳納米管的測試也表明，它比一般用于制造賽車、網(wǎng)球拍的碳纖維更堅固。但是，用大量碳納米管制造超硬材料的嘗試一直不太成功，因為如果把它們像普通碳纖維那樣與聚合物混合，碳納米管很容易聚集成無用的團塊，無法發(fā)揮其優(yōu)越性能。

　　美國俄克拉荷馬州立大學(xué)的研究實現(xiàn)了科學(xué)家的上述宿愿。他們發(fā)現(xiàn)，用一層碳納米管、一層聚合物層層交疊出的“夾心餅干式碳納米管”具有超強硬度，可與超硬陶瓷材料媲美�？茖W(xué)家把材料交替浸在碳納米管水“溶液”和聚合物溶液里，使材料表面交替生成單分子層的碳納米管和聚合物。這樣就避免了碳納米管聚集成團的問題，并進(jìn)一步提高了硬度。這是2002年科學(xué)家在碳納米管研究方面給人們帶來的另一次喜悅。

　　此外，俄羅斯研制的由兩種原子組成的氧化鋁納米管、納米銀殺菌涂料、納米顆粒炸藥，日本研制的碳納米管溫度計、超細(xì)硅絲，美國研制的原子級納米晶體管、原子級硅記憶材料、可開關(guān)的納米馬達(dá)以及精確測出多種碳納米管的光譜等等，都從不同方面展現(xiàn)了2002年納米技術(shù)研究與開發(fā)取得的進(jìn)步。

　　關(guān)注日本關(guān)注歐盟

　　作為科技大國的日本，自20世紀(jì)80年代就一直重視納米技術(shù)研究，并且在這一領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢。在政府引導(dǎo)下，日本產(chǎn)業(yè)界也鐘情于納米技術(shù)，認(rèn)識到要開發(fā)小型化、高性能的產(chǎn)品，在未來的國際競爭中立于不敗之地，納米技術(shù)不可或缺。

　　調(diào)查顯示，日本已經(jīng)有271家主要企業(yè)著手納米技術(shù)研究。日本企業(yè)目前用于納米技術(shù)研究的資金數(shù)額巨大，這271家企業(yè)中的99家在2002年的納米技術(shù)研究經(jīng)費就高達(dá)327億日元，明年這99家企業(yè)的投入將在今年的基礎(chǔ)上再增加24%。

　　日本企業(yè)發(fā)展納米技術(shù)有一個共同的特點，那就是根據(jù)各自的實力制定發(fā)展戰(zhàn)略，有的希望與大學(xué)和研究機構(gòu)聯(lián)合，有的希望搞技術(shù)引進(jìn)，還有的希望政府資助，把納米研究列為產(chǎn)學(xué)官聯(lián)合的共同項目。

　　日本還利用自己的資金和設(shè)備優(yōu)勢，廣泛開展納米技術(shù)研究的國際合作，就重點研究課題進(jìn)行共同攻關(guān)。最近，日本納米專家信州大學(xué)教授遠(yuǎn)藤守信等人與來自美國12家科研機構(gòu)的13名專家一起組成研究會，利用性能最好的超級計算機解析最有希望實用化的納米管性能，以盡快用納米管開發(fā)超高速、低電耗的半導(dǎo)體元件。

　　目前，日本已經(jīng)能夠制造出多種納米管，有的納米管已達(dá)到可批量生產(chǎn)的水平。據(jù)專家估計，到2010年比現(xiàn)在大30倍的大容量光傳輸系統(tǒng)可以達(dá)到實用化，2012年沒有一點痛感的注射器能夠問世，2014年，造價只有現(xiàn)在十分之一的燃料電池可以普及，2022年以蛋白質(zhì)、DNA為元件的計算機能夠誕生。專家預(yù)測，到2010年，納米產(chǎn)品在日本國內(nèi)市場的產(chǎn)值將達(dá)到10萬億日元。

　　來自歐盟的一個重要信號，就是歐盟各國將共同發(fā)展納米技術(shù)。歐盟委員會10月7日在布魯塞爾發(fā)表新聞公報說，歐盟將于2003年建立納米技術(shù)工業(yè)平臺，推動納米技術(shù)在歐盟成員國的應(yīng)用。

　　歐盟委員會指出，建立納米技術(shù)工業(yè)平臺的目的是使工程師、材料科學(xué)家、醫(yī)療研究人員、生物學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家能夠協(xié)同作戰(zhàn)，把納米技術(shù)應(yīng)用到信息技術(shù)、化妝品、化學(xué)物質(zhì)和運輸領(lǐng)域，生產(chǎn)出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產(chǎn)品，同時降低能源消耗，減少垃圾。

　　據(jù)歐盟委員會科學(xué)研究委員菲利普？比斯坎透露，歐盟計劃在2003年至2006年期間投資7億歐元用于納米技術(shù)的研究與開發(fā)。目前歐盟的研究項目比較分散，沒有形成規(guī)模。歐盟希望通過建立納米技術(shù)工業(yè)平臺和增加納米技術(shù)研究投資使其在納米技術(shù)方面盡快趕上美國的水平。

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