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首页 > 学术中心 > 行业资讯 > 改变我们生活的纳米科学技术
 

改变我们生活的纳米科学技术

 
发布日期:2015-05-28
 

    变形、防污、隐身神奇的纳米世界,很多现象令人叹为观止。中科大纳米科技专家、首批国家青年千人计划入选者熊宇杰教授,为你揭开纳米世界的神秘面纱。纳米世界有何神奇之处?随着纳米科技的发展,人类的生活将会发生哪些改变? 

    纳米世界 神奇令人惊艳

    披上一件斗篷,可以瞬间实现隐身?是的你没有看错,以前经常在影视大片中出现的场景,现在在现实生活中也是见怪不怪了。这种采用纳米技术的隐身术已经问世了。让我们的隐身术迈上又一高楼。使用纳米材料是现在较常用的一种方式。军事上我们在战斗机的表面喷上纳米材料就可以实现隐身效果,让雷达扫不到。这些神奇的纳米超细粉末,不仅能吸收雷达波还能吸收红外线和可见光,可以逃避雷达侦察并有红外隐身作用。

    纳米到底是什么?纳米又称毫微米,如同厘米、分米和米一样是长度单位。具体地说,一纳米等于十亿分之一米,将10个世界上最小的原子——氢原子排列成一条线,就是一个纳米的长度。形象地讲,一纳米的物体放到乒乓球上,就像一个乒乓球放在地球上一般,一根发丝的直径就有8万纳米。1100纳米这个微小的特定区域,被科学家们称为纳米尺度,纳米尺度的超细材料则被称为纳米材料;纳米技术就是在纳米尺度的范围内,通过操纵或组装原子、分子、粒子来构筑新物质和器件的技术。

    “纳米世界,神奇令人惊艳。熊宇杰说,纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性,在极小的纳米尺度下,固态金属可以变得五颜六色,像面团一样柔软,甚至可以像液态那样任意变形。未来,随着纳米科技的发展,将煤炭中的原子重新排列,就能轻松得到钻石;而将土壤、水和空气的原子重新排列后,就能生产出马铃薯。

    技术创新 掀起产业革命

    近年来,中科大纳米科技研究取得一系列进展。孙方稳研究组利用光学超分辨成像技术,突破光学衍射极限,实现对单个自旋态的纳米量级空间分辨率测量和操控,成像精度达4.1纳米,为光学衍射极限的1/86,超越2014年诺贝尔化学奖获得者斯特凡·黑尔教授等人实现的光学衍射极限1/67的精度。曾杰研究组发明的多功能材料纳米之星,在近红外区有很强的光吸收和光热转化能力。研究人员在患有乳腺癌的小鼠体内注射此材料,并在肿瘤处用近红外激光进行照射发现,纳米晶体吸收近红外光并转化成热,产生局部高温,从而杀死癌细胞。

    生物医药、信息产业、新能源、节能环保、新材料等等,都彰显着纳米材料和纳米技术应用空间巨大。为抢占纳米科技和产业制高点,中科院、教育部2003年联合成立国家纳米科学中心,聚焦前瞻性、具有重要应用前景的纳米科学与技术基础研究,并推动纳米科技产业化。随着纳米科技的进步,未来人们或许可以用上几秒钟就能充满电的纳米手机;纳米机器人可以钻进人的血液,将药物直接送到病灶上,甚至可以直接切除心血管中的病变部分;“纳米医学能够在细胞老化时,一个分子一个分子地制造出新细胞,大大地延长人类寿命。

    走进生活 美妙超乎想像

    壁虎为何能飞檐走壁?荷叶为何能出淤泥而不染? 这些特异功能,与纳米结构有关。熊宇杰说,在地球漫长的演化过程中,纳米材料和它的形成过程早已存在于自然界的生物中。他告诉记者,荷叶不沾水,是因为荷叶拥有纳米细微结构,当荷叶上有水珠时,风吹动水珠在叶面上滚动,水珠可以粘起叶面上的灰尘,并从上面高速滑落,从而使得荷叶能够更好地进行光合作用;壁虎的每个脚趾生有数百万根细小刚毛,刚毛的末端又分叉形成数百根更细小的纳米级铲状绒毛,特殊的纳米结构让壁虎拥有超强的黏附能力。

    实际上,纳米尺度的物质并不稀有,我们甚至每天都与它们亲密接触。比如,在雾霾天气下,让人畏惧的PM2.5,其中就有许多纳米级的颗粒,凭借微小身躯可以侵入人类的肺部;高防晒指数的防晒霜,普遍含有纳米二氧化钛、氧化锌微粒,这些纳米微粒对紫外线有强吸收作用;人的牙齿之所以具有很高的强度,也是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成。

    针对PM2.5衍生的口罩,现在也大多采用静电纺丝纳米技术制备的纳米纤维薄膜,正是利用了他的孔隙率小的特点,能够阻隔空气中的纳米级尘埃颗粒。当然这仅仅只是他的冰山一角。像保暖衣、水过滤、电池隔膜等都是依靠静电纺丝纳米技术在不断发展。虽然现在大多纳米产品还在实验阶段,但是不就的未来肯定还有各式各样的纳米产品面世,让我们翘首以待。

    随着纳米科技发展,很多神奇的纳米产品已走进人们的生活。当前普遍使用的电脑和手机,中央处理器即是用纳米材料制造,一个集成电路可拥有几十亿个晶体管;有了纳米防水镀膜,消费者的手机、平板电脑、穿戴设备等电子产品,可以快速进入生活防水模式。国家大剧院的穹顶看起来总是干净光亮,就是因为它是由超亲水、光催化等性能的纳米自清洁玻璃和自清洁钛板组成,表面污垢很容易被雨水清洗掉。目前,北京部分地区已试用一种纳米银粉打印的地铁票和景区门票,这种票具有非感光、无污染等诸多优点。 和景区门票,这种票具有非感光、无污染等诸多优点。

 

 
 
 

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