納米技術是什麼 ?

1. 納米科技的定義

如果將人類所研究的物質世界對象用長度單位加以描述，我們可以得到人類智力所延伸到的物質世界的範圍。目前人類能夠加以研究的物質世界的最大尺度是10 m（約10億光年），這是我們已觀測到的宇宙大致範圍。人類所研究的物質世界的最小尺度為10m（0.1阿米）。納米科技中的"納米"為10 m , 是 1毫米的百萬分之一。 原子的直徑在0.1-0.3個納米之間。 研究小於10m以下的原子內部結構屬於原子核物理、粒子物理的範疇。納米科技是指在納米尺度（1nm到100nm之間）上研究物質（包括原子、分子的操 縱）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。當物質小到1至100納米（10一10米）時，由於其量子效應、物質的局域性及巨大的 表面及界面效應，使物質的很多性能發生質變, 呈現出許多既不同於宏觀物體，也不同於單個孤立原子的奇異現象。 納米科技的最終目標是直接以原子、分子及物質在納米尺度上表現出來的新穎的物理、化學和生物學特性製造出具有特定功能的產品。


納米科技不僅對信息和生物技術產業產生革命性的影響，而且也促使傳統產業的"舊貌換新顏"。這是納米概念在國內炒得沸沸揚揚的重要原因之一。目前納米技術 巳經滲透到某些傳統產業中，如染料、塗料、食品等。比如通過納米材料的研究，我們在化纖製品中加入納米微粒，可以除味、殺菌。通過納米技術的運用，使建築 物外牆塗料的耐洗刷性由原來的1000多次提高到一萬多次，老化時間也延長了兩倍多。這種對傳統材料進行納米改性的技術，企業應用的投入不大， 而且市場前景廣闊。
二. 納米科技的研究領域

由於納米科技的多學科交叉性質，因此，納米科技的研究對象涉及諸多領域，它的基礎研究問題又往往與應用密不可分。 我們可以根據納米科技與傳統學科領域的結合而細分為納材料學、納電子學、納生物學、納化學、納機械學與納加工等等；但這種與學科緊密聯繫的分類方式，無法 簡單便捷地勾勒納米科技的大致輪廓，各類之間而且又有交叉和重疊。因此；為使大家對納米科技有直觀的了解，我們將介紹納米科技中有代表性的納米材料、納米 器件、納米檢測與表征三類功用性很強的研究領域。

1. 納米材料

納米材料是納米科技發展的重要基礎。納米材料是指材料的幾何尺寸達到納米級尺度水平，並且具有特殊性能的材料。其主要類型為：納米顆粒與粉體、納米碳管和 一維納米材料、納米薄膜、納米塊材。納米材料由於其結構的特殊性；如大的比表面以及一系列新的效應（小尺寸效應、界面效應、量子效應和量子隧道效應）決定 了納米材料出現許多不同於傳統材料的獨特性能，進一步優化了材料的電學、熱學及光學性能。對於納米材料的研究包括兩個方面：一是系統地研究納米材料的性 能、微結構和譜學特征，通過和常規材料對比，找出納米材料特殊的規律，建立描述和表徵納米材料的新概念和新理論；二是發展新型納米材料。目前納米材料應用 的關鍵技術問題是在大規模制備的質量控制中，如何做到均勻化、分散化、穩定化。

2. 納米器件

納米科技的最終目的是以原子、分子為起點；去製造具有特殊功能的產品。 因此，納米器件的研製和應用水平是進入納米時代的重要標誌。

如前所述，納米技術發展的一個主要推動力來自於信息產業。

納電子學的目標是將集成電路的幾何結構進一步減小；超越目前發展中遇到的極限，因而使得功能密度和數據通過量率達到新的水平。在納米尺度下，現有的電子器 件把電子視為粒子的前提不復存在，因而會出現種種新的現象，產生新的效應，如量子效應。利用量子效應而工作的電子器件稱為量子器件，像共振隧道二級管、量 子阱激光器和量子干涉部件等。與電子器件相比，量子器件具有高速（速度可提高1000倍）、低耗（能耗降低1000倍）、高效、高集成度、經濟可靠等優 點。

為製造具有特定功能的納米產品，其技術路線可分為"自上而下"（Top Down）和"自下而上"( Bottom Up）兩種方式。"自上而下"是指通過微加工或固態技術， 不斷在尺寸上將人類創造的功能產品微型化；而"自下而上"是指以原子、分子為基本單元，根據人們的意願進行設計和組裝，從而構築成具有特定功能的產品。 這種技術路線將減少對原材料的需求，降低環境污染。

科學家希望通過納生物學的研究；進一步掌握在納米尺度上應用生物學原理製造生物分子器件，目前，在納米化工廠、生物傳感器、生物分子計算機、納米分子馬達等方面，科學家都做了重要的嘗試。

3. 納米結構的檢測與表徵

為在納米尺度上研究材料和器件的結構及性能，發現新現象，發展新方法，創造新技術，必須建立納米尺度的檢測與表征手段。這包括在納米尺度上原位研究各種納 米結構的電、力、磁、光學特性， 納米空間的化學反應過程，物理傳輸過程，以及研究原子、分子的排列、組裝與奇異物性的關係。

掃描探針顯微鏡（SPM）的出現，標誌人類在對微觀尺度的探索方面進入到一個全新的領域。作為納米科技重要研究手段的SPM也被形象地稱為納米科技的"眼"和"手"。

所謂"眼睛"，即可利用SPM直接觀察原子。 分子以及納米粒子的相互作用與特性。

所謂"手"， 是指SPM可用於移動原子、構造納米結構，同時為科學家提供在納米尺度下研究新現象、提出新理論的微小實驗室。

同時，與納米材料和結構制備過程相結合；以及與納米器件性能檢測相結合的多種新型納米檢測技術的研究和開發也受到廣泛重視。如激光鑷子技術可用於操縱單個生物大分子。

三. 納米科技前景的展望

1. 材料和制備

在納米尺度上；通過精確地控制尺寸和成份來合成材料單元，制備更輕、更強和可設計的材料，同時具有長壽命和低維修費用的特點；以新原理和新結構在納米層次上構築特定性質的材料或自然界不存在的材料，生物材料和仿生材料。 實現材料破壞過程中納米級損傷的診斷和修復。

2. 微電子和計算機技術

納米結構的微處理器的效率將提高一百萬倍，並實現兆兆比特的存儲器（提高1000倍）；研製集成納米傳感器系統。

3. 環境和能源

發展綠色能源和環境處理技術， 減少污染和恢復被破壞的環境； 制備孔徑1nm的納孔材料作為催化劑的載體，有序納孔材料和納米膜材料（孔徑 10－100nrn）用來消除水和空氣中的污染；成倍的提高太陽能電池的能量轉換效率。

4. 醫學與健康

納米技術將給醫學帶來變革：納米級粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便，用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體後，可主動搜索並攻擊癌細胞或修補損傷組 織；在人工器官外面塗上納米粒子可預防移植後的排斥反應；研究耐用的與人體友好的人工組織、器官復明和復聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統。

5. 生物技術

在納米尺度上按照預定的對稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質、核糖核酸等，在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能，生物仿生化學藥品和生物可降解材料；動植物的基因改善和治療，測定DNA的基因芯片等。

6. 航天和航空

納米器件在航空航天領域的應用，不僅是增加有效載荷，更重要的是使耗能指標成指數倍的降低。這方面的研究內容還包括：研製低能耗。 抗輻照、高性能計算機；微型航天器用納米集成的測試、控制儀器和電子設備；抗熱障、耐磨損的納米結構塗層材料。

7. 國家安全

由於納米技術對經濟社會的廣泛滲透性，擁有納米技術知識產權和廣泛應用這些技術的國家，將在國家經濟安全和國防安全方面處於有利地位。通過先進的納米電子 器件在信息控制方面的應用，將使軍隊在預警、導彈攔截等領域快速反應；通過納米機械學，微小機器人的應用，將提高部隊的靈活性和增加戰鬥的有效性；用納米 和微米機械設備控制，國家核防衛系統的性能將大幅度提高；通過納米材料技術的應用；可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性大大提高，可用於艦船、潛艇和戰 鬥機等。

1. 納米科技的定義

如果將人類所研究的物質世界對象用長度單位加以描述，我們可以得到人類智力所延伸到的物質世界的範圍。目前人類能夠加以研究的物質世界的最大尺度是10 m（約10億光年），這是我們已觀測到的宇宙大致範圍。人類所研究的物質世界的最小尺度為10m（0.1阿米）。納米科技中的"納米"為10 m , 是 1毫米的百萬分之一。 原子的直徑在0.1-0.3個納米之間。 研究小於10m以下的原子內部結構屬於原子核物理、粒子物理的範疇。納米科技是指在納米尺度（1nm到100nm之間）上研究物質（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。當物質小到1至100納米（10一10米）時，由於其量子效應、物質的局域性及巨大的表面及界面效應，使物質的很多性能發生質變, 呈現出許多既不同於宏觀物體，也不同於單個孤立原子的奇異現象。 納米科技的最終目標是直接以原子、分子及物質在納米尺度上表現出來的新穎的物理、化學和生物學特性製造出具有特定功能的產品。


納米科技不僅對信息和生物技術產業產生革命性的影響，而且也促使傳統產業的"舊貌換新顏"。這是納米概念在國內炒得沸沸揚揚的重要原因之一。目前納米技術巳經滲透到某些傳統產業中，如染料、塗料、食品等。比如通過納米材料的研究，我們在化纖製品中加入納米微粒，可以除味、殺菌。通過納米技術的運用，使建築物外牆塗料的耐洗刷性由原來的1000多次提高到一萬多次，老化時間也延長了兩倍多。這種對傳統材料進行納米改性的技術，企業應用的投入不大， 而且市場前景廣闊。
二. 納米科技的研究領域

由於納米科技的多學科交叉性質，因此，納米科技的研究對象涉及諸多領域，它的基礎研究問題又往往與應用密不可分。 我們可以根據納米科技與傳統學科領域的結合而細分為納材料學、納電子學、納生物學、納化學、納機械學與納加工等等；但這種與學科緊密聯繫的分類方式，無法簡單便捷地勾勒納米科技的大致輪廓，各類之間而且又有交叉和重疊。因此；為使大家對納米科技有直觀的了解，我們將介紹納米科技中有代表性的納米材料、納米器件、納米檢測與表征三類功用性很強的研究領域。

1. 納米材料

納米材料是納米科技發展的重要基礎。納米材料是指材料的幾何尺寸達到納米級尺度水平，並且具有特殊性能的材料。其主要類型為：納米顆粒與粉體、納米碳管和一維納米材料、納米薄膜、納米塊材。納米材料由於其結構的特殊性；如大的比表面以及一系列新的效應（小尺寸效應、界面效應、量子效應和量子隧道效應）決定了納米材料出現許多不同於傳統材料的獨特性能，進一步優化了材料的電學、熱學及光學性能。對於納米材料的研究包括兩個方面：一是系統地研究納米材料的性能、微結構和譜學特征，通過和常規材料對比，找出納米材料特殊的規律，建立描述和表徵納米材料的新概念和新理論；二是發展新型納米材料。目前納米材料應用的關鍵技術問題是在大規模制備的質量控制中，如何做到均勻化、分散化、穩定化。

2. 納米器件

納米科技的最終目的是以原子、分子為起點；去製造具有特殊功能的產品。 因此，納米器件的研製和應用水平是進入納米時代的重要標誌。

如前所述，納米技術發展的一個主要推動力來自於信息產業。

納電子學的目標是將集成電路的幾何結構進一步減小；超越目前發展中遇到的極限，因而使得功能密度和數據通過量率達到新的水平。在納米尺度下，現有的電子器件把電子視為粒子的前提不復存在，因而會出現種種新的現象，產生新的效應，如量子效應。利用量子效應而工作的電子器件稱為量子器件，像共振隧道二級管、量子阱激光器和量子干涉部件等。與電子器件相比，量子器件具有高速（速度可提高1000倍）、低耗（能耗降低1000倍）、高效、高集成度、經濟可靠等優點。

為製造具有特定功能的納米產品，其技術路線可分為"自上而下"（Top Down）和"自下而上"( Bottom Up）兩種方式。"自上而下"是指通過微加工或固態技術， 不斷在尺寸上將人類創造的功能產品微型化；而"自下而上"是指以原子、分子為基本單元，根據人們的意願進行設計和組裝，從而構築成具有特定功能的產品。 這種技術路線將減少對原材料的需求，降低環境污染。

科學家希望通過納生物學的研究；進一步掌握在納米尺度上應用生物學原理製造生物分子器件，目前，在納米化工廠、生物傳感器、生物分子計算機、納米分子馬達等方面，科學家都做了重要的嘗試。

3. 納米結構的檢測與表徵

為在納米尺度上研究材料和器件的結構及性能，發現新現象，發展新方法，創造新技術，必須建立納米尺度的檢測與表征手段。這包括在納米尺度上原位研究各種納米結構的電、力、磁、光學特性， 納米空間的化學反應過程，物理傳輸過程，以及研究原子、分子的排列、組裝與奇異物性的關係。

掃描探針顯微鏡（SPM）的出現，標誌人類在對微觀尺度的探索方面進入到一個全新的領域。作為納米科技重要研究手段的SPM也被形象地稱為納米科技的"眼"和"手"。

所謂"眼睛"，即可利用SPM直接觀察原子。 分子以及納米粒子的相互作用與特性。

所謂"手"， 是指SPM可用於移動原子、構造納米結構，同時為科學家提供在納米尺度下研究新現象、提出新理論的微小實驗室。

同時，與納米材料和結構制備過程相結合；以及與納米器件性能檢測相結合的多種新型納米檢測技術的研究和開發也受到廣泛重視。如激光鑷子技術可用於操縱單個生物大分子。

三. 納米科技前景的展望

1. 材料和制備

在納米尺度上；通過精確地控制尺寸和成份來合成材料單元，制備更輕、更強和可設計的材料，同時具有長壽命和低維修費用的特點；以新原理和新結構在納米層次上構築特定性質的材料或自然界不存在的材料，生物材料和仿生材料。 實現材料破壞過程中納米級損傷的診斷和修復。

2. 微電子和計算機技術

納米結構的微處理器的效率將提高一百萬倍，並實現兆兆比特的存儲器（提高1000倍）；研製集成納米傳感器系統。

3. 環境和能源

發展綠色能源和環境處理技術， 減少污染和恢復被破壞的環境； 制備孔徑1nm的納孔材料作為催化劑的載體，有序納孔材料和納米膜材料（孔徑 10－100nrn）用來消除水和空氣中的污染；成倍的提高太陽能電池的能量轉換效率。

4. 醫學與健康

納米技術將給醫學帶來變革：納米級粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便，用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體後，可主動搜索並攻擊癌細胞或修補損傷組織；在人工器官外面塗上納米粒子可預防移植後的排斥反應；研究耐用的與人體友好的人工組織、器官復明和復聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統。

5. 生物技術

在納米尺度上按照預定的對稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質、核糖核酸等，在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能，生物仿生化學藥品和生物可降解材料；動植物的基因改善和治療，測定DNA的基因芯片等。

6. 航天和航空

納米器件在航空航天領域的應用，不僅是增加有效載荷，更重要的是使耗能指標成指數倍的降低。這方面的研究內容還包括：研製低能耗。 抗輻照、高性能計算機；微型航天器用納米集成的測試、控制儀器和電子設備；抗熱障、耐磨損的納米結構塗層材料。

7. 國家安全

由於納米技術對經濟社會的廣泛滲透性，擁有納米技術知識產權和廣泛應用這些技術的國家，將在國家經濟安全和國防安全方面處於有利地位。通過先進的納米電子器件在信息控制方面的應用，將使軍隊在預警、導彈攔截等領域快速反應；通過納米機械學，微小機器人的應用，將提高部隊的靈活性和增加戰鬥的有效性；用納米和微米機械設備控制，國家核防衛系統的性能將大幅度提高；通過納米材料技術的應用；可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性大大提高，可用於艦船、潛艇和戰鬥機等。

納米的簡介
一、有机（生化）納米材料最重要的應用就是醫藥材料
几乎包括所有生化藥品，如抗癌藥、抗心血管病藥、抗艾滋病和糖尿病藥，特別是改變遺傳因子 基因藥DNA的研究。
無論作為靶向藥或控釋劑的高分子微粒，粒徑大小及分布對施藥方式及療效都有很大的影響。對 于治療栓塞性微粒藥，一般要求粒徑較大，大約30－80微米之間，根据毛細血管的管徑來選擇栓塞微粒藥有大小，從而決定到達腫瘤的位置。例如作為靶向藥的高分子微粒，其粒徑大小不同，靶向作用的部位也不同。直徑大于12微米的微粒用于動脈栓塞注射后，產生一級靶向至肝和腎，發揮了藥的作用；粒徑在0．1－2微米微粒，注射后很快被肝內网狀內皮細胞系統所吞噬，之后到達肝內壁的星形細胞，達到三級靶向；粒徑在3－12微米的微粒，可被肺攝取濃集于肺部；呼吸器官疾病施藥，必須以小于3微米的微粒（气溶膠）吸入；粒徑小于0．05微米的微粒，能穿過肝臟內皮或通過淋巴傳遞到達脾和骨髓，也可能到達腫瘤組織；聚乳酸及其一些共聚物（PELA，PLA－CL，PLGA等）作為可生物降解的 高分子材料具有良好的生物相容性，其降解物在体內被代謝不殘留。
作為控釋劑的聚乳酸的藥效時間，藥學家經過實驗最長已經達到200天，一般也可以到1～2個月。
納米生化材料是最有前景的應用是基因藥的開發。由于超臨界高壓狀態的細胞有"變軟"的特性，以及納米生化材料微小易滲透特征。從而能使醫藥家有能免改變細胞基因的可能性。
英國理論物理學家斯蒂芬‧霍金是繼愛因斯坦之后最杰出的物理學家。他預測：未來一千年人類有可對DNA基因重新設計。為了設計DNA基因，生化納米材料是必須具備的醫藥材料基礎。
納米生化材料在醫藥領域中其他應用還有如人造皮膚和血管、以及實現人工移植動物器官的可能。
二、納米聚合物
用于制造高強度重量比的泡沫材料、透明絕緣材料（＜0．05微米空隙）、激光摻雜的透明泡沫材料、高強纖維、高表面吸附劑、离子交換樹脂、過濾器、凝膠和多孔電极等。
三、納米催化劑
納米催化劑使催化劑的性能大大提高，有机合成的產品產率將大為提高；納米炸藥、高能燃料硝基胍、TNT…），將使炸藥威力提高千百倍；納米色譜載体（PS等）將使分析精度大為改善。
四、納米日用化工
納米日用化工和化妝品、納米色素、納米涂料、納米感光膠片、納米精細化工材料（PMMA）等將把我們帶到五彩繽紛的世界。
五、超導材料（鈹、銅、釔）
高溫超導是現代高科技，而高溫超導鈹、銅、釔材料有"123"相和"211"相
前驅体統一計划和粒度是鈹、銅、釔超導材料的關鍵。
六、推廣前景和效益
由于高科技產品的開發，超臨界納米材料產品很受歡迎，外商更感興趣。因該產品開發市場范圍廣，技術含量高，銷路較好，利潤顯蓍，市場前景好。成果擴大以后，能創造更好的經濟效益和社會效益。