第一章 高新科技（三）

七、纳米科学技术

所谓纳米科学，是人们研究纳米尺度——即100纳米至0、1纳米范围之内的物质所具有的特异现象和特异功能的科学，而纳米技术则是在此基础之上制造新材料、研究新工艺的方法和手段。纳米科学技术不是某一学科的延伸，也不是某一工艺革新的产物，而是基础理论学科与当代高新技术的结晶。它以物理、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，是一个内容广阔的学科群。按照目前的研究领域，大致可以分为纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米制造、纳米光学等等。而其中的每一门又都是跨学科的边缘科学。

纳米材料，是指由纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100纳米，在通常情况下，应不超过10纳米。大家都知道，原子的半径在10-10米这一量级，而1纳米等于10-9米，因此在纳米量级内，物质颗粒的尺度已经很接近原子的大小。这时候，量子效应就已经开始影响到物质的性能和结构。由纳米颗粒最后制成的材料与普通材料相比，在机械强度、磁、光、声、热等方面都有很大的不同。由于这些不同，我们便有可能制造出性能优良的各种特殊材料。

纳米材料是由众多尺度很小的微粒构成的，因此表面积大大增加，表面结构也发生较大的变化。纳米材料与宏观材料也有显著的区别。纳米材料的表面积大，表面活性强，在催化领域中前景良好，在火箭燃料中添加少量的镍粉便能成功地提高燃烧的效率。

纳米电子学是微电子技术向纵深发展的直接结果。现代集成电路的生产使用的是一种叫作平面处理的工艺过程。由于这种方法需要用可见光光波先在抹有光刻胶的基片上进行曝光，所以，这种方法的分辨率受到可见光波长的限制。分辨率越高，集成器件的密度越大，集成电路的功能也就越强。

纳米电子学的主题有两个：一是开发具有纳米量级分辨率的工艺以取代现有集成电路生产工艺；二是研究纳米器件的运行规律，因为在纳米尺度上，经典电子器件运行的理论基础已不再适用，必须考虑量子效应的影响，建立新的理论，为新一代计算机的出现打下基础。

纳米生物学研究纳米尺度上的生命现象，并根据生物学的原理发展分子工程，包括纳米机器人和纳米信息处理系统。生物学在20世纪的发展趋势是在分子水平上了解生命现象，原有方法已经无法有效地对其进行精细结构分析和加工。一旦纳米传感器成为现实，这个难题就能迎刃而解。通过纳米传感器，甚至可以在不干扰活细胞正常生理过程的情况下，获取有关分子的动态信息，深化人们对它的认识，从而解开众多生命之谜。

纳米科学技术的范围远远超出上述三个领域，由于正在形成之中，一些新的学科很难叫出名字，有待于全面的发展定型之后才能作出决断。同时，又不断有新的发现和新的突破，将纳米科学技术的范围不断拓展。