納米技術研究“靜悄悄”

　　人類社會進入20世紀80年代以來，科學技術更加突飛猛進、日新月異，納米技術在被視為“發(fā)明之母”和“產(chǎn)業(yè)糧食”的新材料領域異軍突起、異�；钴S，并在90年代出現(xiàn)了遍及全球的納米技術研究熱潮。從此，科學家開始了材料的微觀結構設計，在顯微構造層次、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”進入一個新時期。

　　21世紀初年，世界納米技術研究方興未艾，某些成熟的技術開始在航空航天、微電子、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域得到局部應用。2002年，世界納米技術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，其應用開發(fā)受到局限。但是，中國清華大學和美國倫塞勒理工學院的合作研究取得了突破性進展。科學家用簡單的方法，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年碳納米管研究領域帶給人們的一個可喜的信息。

　　中美科學家制造的碳納米管束最長達到了20厘米，狀如人的發(fā)絲。此前，科學家曾利用一些復雜方法制造出了碳納米管束，但它們的長度都很有限。中美科學家在研究中對合成碳納米管常用的化學氣相淀積方法進行了改進，在化學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。

　　美國賴斯大學教授、諾貝爾化學獎得主理查德？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”。

　　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的研究實現(xiàn)了科學家的上述宿愿。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，并進一步提高了硬度。這是2002年科學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、可開關的納米馬達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年納米技術研究與開發(fā)取得的進步。

　　關注日本關注歐盟

　　作為科技大國的日本，自20世紀80年代就一直重視納米技術研究，并且在這一領域具有一定的優(yōu)勢。在政府引導下，日本產(chǎn)業(yè)界也鐘情于納米技術，認識到要開發(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，納米技術不可或缺。

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

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

　　日本還利用自己的資金和設備優(yōu)勢，廣泛開展納米技術研究的國際合作，就重點研究課題進行共同攻關。最近，日本納米專家信州大學教授遠藤守信等人與來自美國12家科研機構的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、DNA為元件的計算機能夠誕生。專家預測，到2010年，納米產(chǎn)品在日本國內(nèi)市場的產(chǎn)值將達到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。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年建立納米技術工業(yè)平臺，推動納米技術在歐盟成員國的應用。

　　歐盟委員會指出，建立納米技術工業(yè)平臺的目的是使工程師、材料科學家、醫(yī)療研究人員、生物學家、物理學家和化學家能夠協(xié)同作戰(zhàn)，把納米技術應用到信息技術、化妝品、化學物質和運輸領域，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工業(yè)平臺和增加納米技術研究投資使其在納米技術方面盡快趕上美國的水平。

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