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中国科学院创新工程(二)——打开更微小的世界(2002年12月10日)


  纳米其实是一种长度单位,1纳米是1米的十亿分之一,相当于十个氢原子一个挨一个排起来的长度。20纳米才相当于1根头发丝的三千分之一;遗传物质DNA的螺旋结构的半径是1纳米,而1个典型病毒的大小是100纳米。

  当物质加工到100纳米以下时,往往产生既不同于微观原子、分子,又不同于宏观物质的超常规特性,具有这种特性的材料称为纳米材料。人们想利用的就是纳米材料所具有的这种一般现有材料所不能实现的功能与用途。由于一个原子的大小约为十分之一纳米,所以纳米技术就是指在纳米尺寸范围内,通过直接操纵和安排原子、分子来创造新物质。用通俗的话来说就是一个原子一个原子地制造物品。

  2000年10月由中科院物理、化学、材料科学、微电子、生命科学等领域从事纳米科技研究的精英组成的中国最大的纳米技术研究和发展中心——中科院纳米科技中心成立。

  看得见原子的眼睛

  要与原子打交道可不是件容易的事。因为人类无法用自己的眼睛真正看到原子的模样。直到1982年科学家发明了研究纳米的重要工具——扫瞄隧道显微镜,才为我们揭开了一个可见的原子世界。

  这是中科院自行研制的扫描隧道显微镜。它的探头上有个针尖只有原子大小的探针,当探针接近所要探测的物体并进行扫描,根据量子隧道效应就能绘出物体表面原子排列的样子。

  这就是扫瞄隧道显微镜描画出的物质表面原子的排列模样。

  操纵原子的手

  纳米技术是通过控制、设计单个原子或分子来创造新物质,那么如何能抓住那些小得不能再小的原子呢?

  这还要靠扫瞄隧道显微镜。它的探针就像一只灵巧的手,能抓住原子并对原子进行搬移。人们终于可以按自己的意愿搬动原子,向重新组构物质创造新物质迈出了第一步。

  1993年中科院真空物理实验室用原字写出了“中国”两个汉字,我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。

  纳米材料中的明星

  这个像用铁丝网卷成的空心圆柱就是纳米碳管。它的质量是相同体积的钢的六分之一,而强度却是钢的10倍,抗拉强度和韧性也是目前材料中最强的。纳米碳管中空的结构可以存储高密度的氢气,为未来环保汽车提供源源不断的清洁能源。它已成为纳米家族中最耀眼的明星,并将是未来最佳纤维的首选材料。

  纳米材料和技术的大规模应用可望在10年内实现。现阶段纳米材料和纳米技术正向新材料、微电子、计算机、医学、航天航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透,并得到不同程度应用。在中科院创新工程的支持下,我国科学家将在“小”世界里创造出“大”成果。

  1993年,中科院北京真空物理实验室成功写出“中国”二字。

  1998年,我国科学家用非水热合成法制备出金刚石纳米粉。

  1999年,中科院物理所合成出世界上最细的碳纳米管。

  1999年,中科院金属研究所合成出高质量的碳纳米储氢材料。

  2000年,中科院金属所首次发现纳米金属的超塑延展性。

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