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纳米生物技术网
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中国纳米生物技术网 www.nanobio.com.cn 本网站是由中国农业科学院纳米生物技术研究中心创办的信息交流平台。旨在宣传报道国内外纳米生物科学领域研究动态与学术信息等，促进学术交流与横向合作，加速我国纳米生物科学技术的发展。欢迎大家交流 [ Last edited by zhangwj on 2009-3-24 at 22:54 ] |
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dengyuankai
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- 专业: 凝聚态物性I:结构、力学和
纳米技术
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1、纳米技术研究与开发的背景 前面已经谈到，纳米科学技术是介于微观与宏观之间的介观物理，关于纳米科学技术的定义很多，具有代表性的说法有：如英国科学家阿尔培特.佛朗克斯教授把纳米技术定义为"在0.1-100纳米尺度范围起关键作用的科学技术领域。"美国"国家纳米技术倡议"（NNI）即推荐采用科普作家伊凡.阿莫托在一本小册子中的提法："纳米科学和纳米技术一般是指，在纳米尺度上，则从一纳米到几百纳米介观范围内，所从事的工作范畴"。上述两种说法，总的意思是，把它限定在纳米尺度范围内的物质组成体系的运动规律和研究开发工作。我国科学家，即主张把它的内涵再延伸扩张到由它所引发出的可能的实际应用领域的研究开发工作。我国纳米科学家，国家重点基础研究计划（973计划）纳米材料和纳米结构项目首席科学家，中国科学院固体物理研究所张立德研究员作了总结性的定义："纳米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用，以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。"这个定义既反应了纳米科学技术的内涵，又体现了科学技术发展规律的要求，也比较符合中国的实际情况。 1.1 从理论层面上看，纳米科技是量子力学在实践上的必然延伸。我们知道用原子模型和量子力学的能级概念合理的解释金属、半导体、绝缘体的电、光、热、机械等性能，并进行广泛的工业化开发，形成新兴的产业，同时改造各种传统产业。其中最为突出的是上个世纪四十年代末发明的半导体，它的发展轨迹是半导体-集成电路-大规模集成电路-超大规模集成电路，它的成就很大地推动了信息产业的发展。这是量子力学在微米空间尺度上的辉煌实践和发展。微米技术把量子力学在微米空间上的应用，同微电子学、电磁学、光学、经典牛顿力学有机地结合起来，极大地推动了社会生产力的发展。量子力学的本质特征是微细粒子的波粒二像性，而在微米技术上所用的主要是量子力学的粒子性电子流（大量的、宏观的粒子流）。它与传统的经典理论的工程应用相匹配，才形成现在的半导体、计算机、软件、网络通信等信息产业。也就是说，这样庞大的产业，仅仅应用了量子力学波粒二像性的一半，即它的粒子性。另外的更奇妙的波动性还未加考虑。理论来源于实践，更在于指导实践，以证明其正确性，并通过实践考验进一步修正充实发展理论，量子力学的自身发展，也必然如此。我国著名的纳米材料学家，中国科学院物理研究所的解思深研究员就说："纳米材料本身是将量子力学效应工程化或技术化的最好场合之一，可能会产生全新的物理、化学现象。" 1.2 从技术创新的发展趋势来看，需要更精致、环境友好、更具有智能化的技术创新。 在牛顿力学体系的理论指导下，大大地促进了技术创新活动，促成了十八世纪下半叶开始的第一次工业革命，其创新发明的代表作就是瓦特发明的蒸汽机，这是人类器官的一次飞跃性延伸，它力大无比，显得庞大粗壮，还有一定的自动控制能力，对当时的人来说，是非常不错的玩意儿，但对现代人来说是一个傻大黑粗又愚笨的家伙。人们一直在不断的追求轻、小、简、廉，现在即更追求更快、更省、智能化、环境友好、可持续发展。 人类自古以来，创新思路和方法基本上都是由大到小，由粗到精，从石器时代-青铜器时代-铁器时代-大机器生产时代-现在，概莫能外。我们祖先为了得到石器，需要一块大石头把它打小，然后再磨砺成可用的石器，这是由大到小的过程。我们现在用的机器制造也这样，开矿山-冶炼-金属材料-机器另部件-机器，也是由大到小的过程。在这个过程中存在着大量的人类劳动和资源的浪费，造成了环境危机。单纯由大到小（top down）的创新思维和方法已经面临挑战，纳米科学技术的研究方法（approaches），即提出了全新的创新思维和方法，这里有两种方法： 第一是继续沿着古已有之的"由大到小"（top down）思路和方法干下去，不过这里的"小"可不是原有意义上的毫米、微米的小，而是在纳米尺度（0.1-100nm）上的小，在这么"小"的地方出现的景观同传统意义上的毫米、微米尺度上的出现的景象根本不同，在这里真正的发生了量子力学上的波粒二像性。 现在用这种方法（top down），可以在宏观块体材料（如半导体）上利用机械和蚀刻技术制造纳米尺度结构。纳米材料的制备的种种方法，还是这一方法。估计二十一世纪的前半叶，甚至更长时间，这种方法还起到支柱作用。但是它创造的文明会是非常辉煌的。 第二种方法，就是实现量子物理学界的奇才费曼所预言的那样"物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性"。即"由小到大"（bottom up）的方法，人们按需要用一个个原子或一个个分子组装创造出有机和无机物品。这方面的创新工作已取得一些成果，见诸报端的不少，但离真正的实用还要走很长的路。 |
2楼2007-06-14 22:43:31
