【科学强国】纳米技能的世界有什么别致?

2023-03-11 12:46:00
作者: 米乐下载

  自从纳米技能的概念提出以来,人们就对它产生了无限遥想,不少科学家、科幻小说作家都曾在著作中描绘过它的巨大才能。

  不止如此,现如今,越来越多的日子产品都标示运用先进纳米资料强化产品功用,乃至开宣布史无前例的新功用。

  那么,这些运用了纳米资料的产品真的好像宣扬说的那样吗?纳米资料真的有那么神吗?

  纳米科学和纳米技能背面的思维和概念始于1959年12月29日,物理学家理查德·费曼在加州理工学院(CalTech)举办的美国物理学会会议上宣布了一篇震动世人的讲演,那就是《微观世界有无垠的空间》(Theres Plenty of Room at the Bottom)。在讲演中,费曼描绘了一个科学家能够操作和操控单个原子和分子的进程,他所说的“无垠的空间”能够把许多的信息和操作都会集在一个极微小的空间里。十多年后,在对超精细加工的探究中,Norio Taniguchi教授发明了纳米技能一词。直到1981年,跟着能够“看到”单个原子的扫描隧道显微镜的开展,现代纳米技能才开端。

  你很难幻想纳米技能有多小。一纳米就是十亿分之一米,大致相当于10个氢原子摆放在一起的长度。以下是一些阐明性示例:

  事实上,用高中科学课上一般运用的显微镜是不或许看到的。一旦科学家们具有了适宜的东西,例如扫描隧道显微镜(STM) 和原子力显微镜(AFM),纳米技能年代就诞生了。

  数百年前,替换巨细的金银颗粒在中世纪教堂的五颜六色玻璃窗中发明了颜色。其时的艺术家们并不知道,他们用来发明这些精巧艺术品的进程实际上导致了他们所运用的资料的成分产生了改动。

  许多物质在纳米标准规模会呈现许多别致的物理、化学、生物学特性或医学功用等。比方,金的熔点约为1064摄氏度,但在1到2纳米标准下,它在室温下就会熔化。别的,一些金属氧化物一般情况下没有磁性,但在20纳米标准以下就会表现出磁性。

  “这就叫纳米标准效应。跟着标准的改动,物质的特点也会产生改动。”北京理工大学化学与化工学院院长、教授张加涛张加涛表明,一般以为,三维空间内标准小于100纳米的资料,就可被称为纳米资料。而纳米资料制备、加工和运用等相关的工艺及办法,则被统称为纳米技能。

  在橡胶中增加一定量纳米二氧化硅能改进橡胶的物理机械功用,提高其耐磨性、拉伸强度和、撕裂强度以及硬度,起到补强作用。在塑料、橡胶中增加少数层状水滑石纳米资料则能提高阻燃、抗紫外线氧化等功用。

  因为某些纳米资料透明性好和具有优异的紫外线屏蔽作用,在产品和资猜中增加少数(一般不超越含量的2%)的纳米资料,就会大大削弱紫外线对这些产品和资料的损害作用,使之愈加具有耐久性和透明性,因此被广泛用于护肤产品、装修资料、外用面漆、木器维护、天然和人造纤维以及农用塑料薄膜等方面。

  比方纳米银资料,早在2002年,韩国成功地将纳米银嫁接到化妆品中,填补了纳米银化妆品职业的空白。

  许多缓释胶囊也运用到了纳米技能。这些胶囊里的药物被包裹在纳米资猜中,其进入人体后能够缓慢开释,以到达更好的医治作用。

  一些衬衣、领带、洗衣机等也运用到了纳米技能,如通过在其外表涂上纳米涂层就能够到达抗菌、自清洁的作用。

  除此之外,纳米技能还被广泛运用于军事、科技范畴。比方,现在智能手机在分量不变、乃至减轻的情况下,完成了存储容量、电池续航才能的提高,这里边就有纳米技能的劳绩。还有,根据荷叶外表仿生结构设计的超疏水资料,具有防水、防油、防尘的特性,在精细设备和外表保洁方面具有重要意义。

  现在,纳米资料在电子产品、家用电器、医药、纺织品等许多范畴得到广泛运用。不过,许多运用了纳米资料的产品并不以此为卖点,却是不少跟纳米技能无关的产品喜爱吹得天花乱坠。

  拿水杯来说,有品牌宣称,其间的“纳米资料”能够将一般水活化为小分子团活性水,有利健康长寿。事实上,水分子团并不安稳,其巨细原本就是动态改动的,纳米资料并没有这样的“活化”功用。

  还有枕头,有品牌宣扬其产品中的“纳米资料”能调理生物波,对高血压、神经衰弱等疾病有辅佐医治成效。纳米资料的确早已运用于医药职业,但现在从未被当作药物来看病。

  例如,具有灭菌、吸汗等多种功用的石墨烯内裤。石墨烯制备工艺要求高,难以量产,每克石墨烯产品价值约1000元。要彻底运用石墨烯制作一条内裤,保存估量本钱需求上万元。而咱们买到的产品,也就百来块,阐明产品中的纳米资料含量必定不会很高。

  当然,市面上的确有不少日常用品运用了纳米资料,并发挥了相应成效。比方,涂有纳米涂层的不粘锅、加入了纳米资料的防污衬衣,以及遍及运用了纳米资料的化妆品等,也不能“一棍子打死”。

  跟着技能进一步开展,纳米资料将会进入越来越多范畴,这是能够必定的。假如你在市面上发现一般日用品带有“纳米”字样,不要过于崇拜,按正常产品对待就好。

  在热播电视剧《三体》中,我国科学家研发的纳米资料能够制作削铁如泥的“飞刃”,还可用于制作太空电梯灵通世界。而在实际中,纳米技能在我国的开展已领先世界。

  1993年,我国科学院北京真空物理实验室自若地操作原子成功写出“我国”二字,标志着我国开端在世界纳米科技范畴占有一席之地。

  2000年,我国建立了国家纳米科技辅导协调委员会,后又在2003年景立了国家纳米科学中心,并在国家中长期开展规划中布置了纳米科技研讨方案。20多年间,我国纳米科技完成了从“无人区”到世界领先的“弯道超车”。

  从2010年开端,我国纳米范畴的科技论文和纳米技能专利数量已位居世界榜首。2013年中科院发动战略性先导科技专项(A类)“革新性纳米工业制作技能聚集”,简称“纳米先导专项”,通过5年攻关已获得多项亮点效果。

  2019年12月18日,广东粤港澳大湾区国家纳米科技立异研讨院(以下简称“广纳院”)建立。广纳院旨在创立完好的1-9级科技立异链,推进我国根底研讨效果的工业化。“即科研院所完成了科技立异链1-3级的作业,企业界担任7-9级的作业,广纳院的主要任务就是补齐我国科技立异链单薄的4-6级环节,担任桥梁人物。”我国科学院院士、国家纳米科学中心主任赵宇亮表明,咱们要让科研作业者们几十年的堆集,真实变成国家科技立异的源泉、技能的源头,以此去发明更多、更高水平的技能与产品。

  “当它大规模运用的时分,人们或许就不再拿它做噱头”,赵宇亮信任,纳米技能一定会改进,也正在改动咱们的日子,尤其是当人类跨入智能社会,纳米技能应该是无处不在的。