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21世纪是“纳米时代”
纳米是一个长度单位，1纳米=10－9米。纳米技术是在01纳米～100纳米的尺度空间内研究电子、原子、分子的内在运行规律和特性的崭新技术。它的涵盖面十分广泛，包括纳米电子技术、纳米材料技术、纳米机械制造技术、纳米显微技术以及纳米物理学和纳米生物学等不同学科和领域。
纳米技术是世纪之交异军突起的新兴技术，它的出现，标志着人类在改造自然方面进入了一个新的层次，即从微米层次深入到原于、分子级的纳米层次，使人类最终能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子，以实现对微观世界的有效控制。专家们认为，正像产业革命、抗生素、核能和微电子技术的出现和应用所产生的巨大影响一样，纳米技术将创造人们想像不到的推动新世纪前进的奇迹。纳米技术的发展不但会开创一个科学技术的新时代，还将会对社会各领域引发重大变革。有人甚至断言，人类迎来的21世纪将是“纳米时代”。
纳米技术一出现，许多国家将其列为“关键技术”范围，投入巨资进行研究开发。纳米技术的研究与开发时间虽然很短，但已取得了令人瞩目的成果，向世人展示了其诱人的发展前景。近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地，日本和西欧1997年在这个领域的支出超过了美国。日本、德国、英国、瑞典、瑞士和欧盟都在具体的纳米技术领域创造了中心优势，日本在纳米设备和强化纳米结构领域具有优势，欧洲在分散、涂层和新仪器应用方面处于领先地位。美国目前虽在合成、化学品和生物方面处于领先地位，但是在纳米装置、纳米设备的生产、极精确工程、陶瓷和其他结构材料方面落后于其他国家。
纳米科技发展简史
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，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。20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。1974年，科学家唐尼古奇最早使用“纳米技术”一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示出一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极的促进作用。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的1/6，强度却是钢的l0倍，成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字和1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，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。l997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存储容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量。此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。
美国纳米技术的开发情况
美国科学家正试图利用精确控制形状和成分的纳米“砖块”合成出自然界中没有的材料，然后可以把这些材料组装成更轻更强的较大结构，这种结构还可能具有可设计性。美国国家科学和技术委员会发布的一份研究报告描述了这些预计会出现的特种新奇材料的特性。这些材料将具有多种功能，并能够感知环境变化以及做出相应的反应。研究人员预计，还会出现强度是钢铁的10倍的材料、重量只有纸张的1／10的材料、具有顺磁性或者超导电性的材料、透明材料和具有更高熔点的材料。把纳米技术用于存储器，可使整个国会图书馆的信息放入一个只有糖块大小的装置中。
西北大学开发的一种比色传感器，已经成功地探测出发疽和结核杆菌。科学家把探测对象的DNA附加在纳米大小的黄金微粒上，当互补的微粒在溶液中存在时，黄金微粒会紧紧地结合在一起，改变悬浮液的颜色。这种传感器更加简单，且成本只是现有技术的1／10。
美国半导体工业协会制定了一个处理器、传感器、存储器和传输设备的开发路线图，但是这个路线图只延伸到了2010年，并且只达到了大小为100纳米的结构，这比全部是纳米结构的装置要大。这个协会说，科学发现发展成商业上可行的技术需要时间。该协会预计，纳米技术还要再过10年～15年才能成熟。这个估计部分是基于磁阻效应从发现到产品上市所需的时间。1988年，科学家在经过特殊处理的纳米厚的有磁与无磁薄层中发现了巨大的磁阻效应。到1991年，IBM公司展示了简便制造小型样品的能力，到1997年12月就生产出了替代计算机磁头的商业产品。
美国康奈尔大学的一个科研小组最近制成了400架“纳米直升机”，现在正在实验室中对其进行性能实验。这是纳米技术的一个新成果。这些“纳米直升机”之所以被称为“纳米直升机”，是因为它有一个用金属镍制成的螺旋桨，并且利用它的生物分子部件将人体内产生的一种名叫ATP的物质转换成能量，利用这个能量它们可以在人的细胞内“飞翔”和着陆。科学家希望它们能帮助医生清除细胞的缺陷和释放药物。该生物分子部件坐落在一个也是由金属镍制成的柱体上。在实验中发现，该螺旋桨每秒钟可以转8周，而且，令人惊讶的是，只要将上述的镍螺旋桨、生物分子部件和镍柱体等3个部件放在一起，它们就可以在由ATP转换成的能量驱动下自行组装成“纳米直升机”。不过，科学家目前只是在实验室中对其进行性能实验，而且在400架“纳米直升机”中，目前只有五架工作正常。但是参与研制的科学家指出，他们的实验结果已经显示，在人体生物能量的驱动之下，这种三件式的“纳米直升机”能自行组装、维护和修理，这已经是一个大突破了。
尽管美国在纳米研究和开发上仍处于世界领先水平，但是美国的优势最近几年却在下降。1950年，美国的国内生产总值占发达国家总和的40％，开展的研究开发是世界其他国家总和的2倍～3倍。到1997年，美国的国内生产总值只占全世界国内生产总值的27％，开展的研究开发只占世界的40％。美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府将纳米科技基础研究方面的投资从l997年的116亿美元增加到2001年的497亿美元。
中国纳米科技成就卓越
近年来，中国科学家在纳米科技领域屡创佳绩，世界权威科学刊物或者相关国际会议上，中国人频频在纳米领域“露脸”，让世界为之瞩目。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，并居于国际科技前沿。l998年，清华大学范守善小组成功地制造出直径为3纳米～50纳米、长度达微米量级的氮化镓半导体一维纳米棒，使中国在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。1998年，美国《科学》杂志上刊登了中国科学家的论文。中国科学家用非水热合成法，制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为“稻草变黄金——从四氯化碳制成金刚石。”近年来，中国科学院物理研究所的解思深研究员率领的科研小组，不仅合成了世界上最长的“超级纤维”碳纳米管，创造了一项“3毫米的世界之最”，而且合成出世界上最细的碳纳米管。l999年上半年，北京大学纳米技术研究取得重大突破，电子学系教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。l999年，中科院金属研究所成会明博士合成出高质量的碳纳米材料，使中国新型储氢材料研究一举跃上世界先进水平。这种新材料能储存和凝聚大量的氢气，并可能做成燃料电池驱动汽车。不久前，中科院金属研究所卢柯博士率领的小组，在世界上首次直接发现纳米金属的“奇异”性能——超塑延展性，纳米铜在室温下竟可延伸50多倍而“不折不挠”，被誉为“本领域的一次突破”，它第一次向人们展示了无空隙纳米材料是如何变形的。
由中国科学家自行发明、研制的纳米生物医药产品已横空出世，并将大规模进入平民百姓家庭。也是在1999年9月16日在中国深圳召开的中国首届纳米生物医药学术研讨会上，深圳安信纳米科技控股有限公司宣布，利用纳米技术研制生产出“广谱速效纳米抗菌颗粒”，并以此为原料成功开发出纳米医药类产品。其中创伤贴、溃疡贴、烧烫伤敷料等3种纳米医用产品进入规模化生产阶段，并陆续投放市场。安信公司为实现这个项目的突破花了近7年的时间。他们把在中国购得的两项纳米发明专利在实验室里进行转化，经过数万次修改，终于在2000年研制出粒径为25纳米的“广谱速效纳米抗菌颗粒”。经临床应用和中国科学院、中国医学科学院等多家权威机构检测，证实是目前国际上最安全的抗菌、杀菌剂。它无毒、无味、无刺激，无过敏反应，遇水杀菌力更强，是世界上惟一“不产生耐药性的纯天然抗感染医药产品”。与会专家一致认为，这种纳米抗菌材料的诞生，开创了纳米技术在生物医药领域应用的先河。安信公司由此成为世界上首家将纳米速效抗菌材料运用于生物医药工程领域的企业。值得自豪的是，这是中国人自己发明的惟一纯天然的抗感染原料药。某些性能远远优于现有的抗感染药，它将广泛应用于人体皮肤和粘膜组织的抗菌。可治疗妇女阴道炎、阴道止痒、除臭，还可以治疗结膜炎、鼻炎、粉刺、口腔溃疡以及烧烫伤、创伤、感染化脓、褥疮、皮肤病等由细菌和真菌引起的疾病。特别是研制开发的溃疡贴，较好地解决了目前难以解决的糖尿病人创伤溃疡难以愈合的医学难题，实现了真正不含抗生素的长效广谱抗菌功效。它的成功研制和投产，标志着人类在同细菌和真菌的斗争中，在抗感染药物领域进行了一场革命。 成冠伦图
纳米是一个长度单位，1纳米=10－9米。纳米技术是在01纳米～100纳米的尺度空间内研究电子、原子、分子的内在运行规律和特性的崭新技术。它的涵盖面十分广泛，包括纳米电子技术、纳米材料技术、纳米机械制造技术、纳米显微技术以及纳米物理学和纳米生物学等不同学科和领域。
纳米技术是世纪之交异军突起的新兴技术，它的出现，标志着人类在改造自然方面进入了一个新的层次，即从微米层次深入到原于、分子级的纳米层次，使人类最终能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子，以实现对微观世界的有效控制。专家们认为，正像产业革命、抗生素、核能和微电子技术的出现和应用所产生的巨大影响一样，纳米技术将创造人们想像不到的推动新世纪前进的奇迹。纳米技术的发展不但会开创一个科学技术的新时代，还将会对社会各领域引发重大变革。有人甚至断言，人类迎来的21世纪将是“纳米时代”。
纳米技术一出现，许多国家将其列为“关键技术”范围，投入巨资进行研究开发。纳米技术的研究与开发时间虽然很短，但已取得了令人瞩目的成果，向世人展示了其诱人的发展前景。近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地，日本和西欧1997年在这个领域的支出超过了美国。日本、德国、英国、瑞典、瑞士和欧盟都在具体的纳米技术领域创造了中心优势，日本在纳米设备和强化纳米结构领域具有优势，欧洲在分散、涂层和新仪器应用方面处于领先地位。美国目前虽在合成、化学品和生物方面处于领先地位，但是在纳米装置、纳米设备的生产、极精确工程、陶瓷和其他结构材料方面落后于其他国家。
纳米科技发展简史
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，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。20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。1974年，科学家唐尼古奇最早使用“纳米技术”一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示出一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极的促进作用。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的1/6，强度却是钢的l0倍，成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字和1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，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。l997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存储容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量。此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。
美国纳米技术的开发情况
美国科学家正试图利用精确控制形状和成分的纳米“砖块”合成出自然界中没有的材料，然后可以把这些材料组装成更轻更强的较大结构，这种结构还可能具有可设计性。美国国家科学和技术委员会发布的一份研究报告描述了这些预计会出现的特种新奇材料的特性。这些材料将具有多种功能，并能够感知环境变化以及做出相应的反应。研究人员预计，还会出现强度是钢铁的10倍的材料、重量只有纸张的1／10的材料、具有顺磁性或者超导电性的材料、透明材料和具有更高熔点的材料。把纳米技术用于存储器，可使整个国会图书馆的信息放入一个只有糖块大小的装置中。
西北大学开发的一种比色传感器，已经成功地探测出发疽和结核杆菌。科学家把探测对象的DNA附加在纳米大小的黄金微粒上，当互补的微粒在溶液中存在时，黄金微粒会紧紧地结合在一起，改变悬浮液的颜色。这种传感器更加简单，且成本只是现有技术的1／10。
美国半导体工业协会制定了一个处理器、传感器、存储器和传输设备的开发路线图，但是这个路线图只延伸到了2010年，并且只达到了大小为100纳米的结构，这比全部是纳米结构的装置要大。这个协会说，科学发现发展成商业上可行的技术需要时间。该协会预计，纳米技术还要再过10年～15年才能成熟。这个估计部分是基于磁阻效应从发现到产品上市所需的时间。1988年，科学家在经过特殊处理的纳米厚的有磁与无磁薄层中发现了巨大的磁阻效应。到1991年，IBM公司展示了简便制造小型样品的能力，到1997年12月就生产出了替代计算机磁头的商业产品。
美国康奈尔大学的一个科研小组最近制成了400架“纳米直升机”，现在正在实验室中对其进行性能实验。这是纳米技术的一个新成果。这些“纳米直升机”之所以被称为“纳米直升机”，是因为它有一个用金属镍制成的螺旋桨，并且利用它的生物分子部件将人体内产生的一种名叫ATP的物质转换成能量，利用这个能量它们可以在人的细胞内“飞翔”和着陆。科学家希望它们能帮助医生清除细胞的缺陷和释放药物。该生物分子部件坐落在一个也是由金属镍制成的柱体上。在实验中发现，该螺旋桨每秒钟可以转8周，而且，令人惊讶的是，只要将上述的镍螺旋桨、生物分子部件和镍柱体等3个部件放在一起，它们就可以在由ATP转换成的能量驱动下自行组装成“纳米直升机”。不过，科学家目前只是在实验室中对其进行性能实验，而且在400架“纳米直升机”中，目前只有五架工作正常。但是参与研制的科学家指出，他们的实验结果已经显示，在人体生物能量的驱动之下，这种三件式的“纳米直升机”能自行组装、维护和修理，这已经是一个大突破了。
尽管美国在纳米研究和开发上仍处于世界领先水平，但是美国的优势最近几年却在下降。1950年，美国的国内生产总值占发达国家总和的40％，开展的研究开发是世界其他国家总和的2倍～3倍。到1997年，美国的国内生产总值只占全世界国内生产总值的27％，开展的研究开发只占世界的40％。美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府将纳米科技基础研究方面的投资从l997年的116亿美元增加到2001年的497亿美元。
中国纳米科技成就卓越
近年来，中国科学家在纳米科技领域屡创佳绩，世界权威科学刊物或者相关国际会议上，中国人频频在纳米领域“露脸”，让世界为之瞩目。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，并居于国际科技前沿。l998年，清华大学范守善小组成功地制造出直径为3纳米～50纳米、长度达微米量级的氮化镓半导体一维纳米棒，使中国在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。1998年，美国《科学》杂志上刊登了中国科学家的论文。中国科学家用非水热合成法，制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为“稻草变黄金——从四氯化碳制成金刚石。”近年来，中国科学院物理研究所的解思深研究员率领的科研小组，不仅合成了世界上最长的“超级纤维”碳纳米管，创造了一项“3毫米的世界之最”，而且合成出世界上最细的碳纳米管。l999年上半年，北京大学纳米技术研究取得重大突破，电子学系教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。l999年，中科院金属研究所成会明博士合成出高质量的碳纳米材料，使中国新型储氢材料研究一举跃上世界先进水平。这种新材料能储存和凝聚大量的氢气，并可能做成燃料电池驱动汽车。不久前，中科院金属研究所卢柯博士率领的小组，在世界上首次直接发现纳米金属的“奇异”性能——超塑延展性，纳米铜在室温下竟可延伸50多倍而“不折不挠”，被誉为“本领域的一次突破”，它第一次向人们展示了无空隙纳米材料是如何变形的。
由中国科学家自行发明、研制的纳米生物医药产品已横空出世，并将大规模进入平民百姓家庭。也是在1999年9月16日在中国深圳召开的中国首届纳米生物医药学术研讨会上，深圳安信纳米科技控股有限公司宣布，利用纳米技术研制生产出“广谱速效纳米抗菌颗粒”，并以此为原料成功开发出纳米医药类产品。其中创伤贴、溃疡贴、烧烫伤敷料等3种纳米医用产品进入规模化生产阶段，并陆续投放市场。安信公司为实现这个项目的突破花了近7年的时间。他们把在中国购得的两项纳米发明专利在实验室里进行转化，经过数万次修改，终于在2000年研制出粒径为25纳米的“广谱速效纳米抗菌颗粒”。经临床应用和中国科学院、中国医学科学院等多家权威机构检测，证实是目前国际上最安全的抗菌、杀菌剂。它无毒、无味、无刺激，无过敏反应，遇水杀菌力更强，是世界上惟一“不产生耐药性的纯天然抗感染医药产品”。与会专家一致认为，这种纳米抗菌材料的诞生，开创了纳米技术在生物医药领域应用的先河。安信公司由此成为世界上首家将纳米速效抗菌材料运用于生物医药工程领域的企业。值得自豪的是，这是中国人自己发明的惟一纯天然的抗感染原料药。某些性能远远优于现有的抗感染药，它将广泛应用于人体皮肤和粘膜组织的抗菌。可治疗妇女阴道炎、阴道止痒、除臭，还可以治疗结膜炎、鼻炎、粉刺、口腔溃疡以及烧烫伤、创伤、感染化脓、褥疮、皮肤病等由细菌和真菌引起的疾病。特别是研制开发的溃疡贴，较好地解决了目前难以解决的糖尿病人创伤溃疡难以愈合的医学难题，实现了真正不含抗生素的长效广谱抗菌功效。它的成功研制和投产，标志着人类在同细菌和真菌的斗争中，在抗感染药物领域进行了一场革命。 成冠伦图