What is 納米?

納米（英文：nanometer），又稱奈米，符號nm，是一種長度單位，1奈米等於1米的十億分之一，約為分子或DNA的大小，或是人類頭髮絲直徑的十萬分之一。

另外，有關奈米科技及其相關的奈米材料，詳見有關條目。



換算關係

1 000 000 000 奈米 = 1 米(m)
1 000 000 奈米 = 1 毫米(mm)
1 000 奈米 = 1 微米(μm)
1 奈米 = 10 埃 (Å)
0.00 1 奈米 = 1 皮米(pm)

圖片參考：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/37/Sciences_exactes.svg/30px-Sciences_exactes.svg.png
奈米是一個與物理學相關的小作品。你可以通過編輯或修訂擴充其內容。
http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E7%BA%B3%E7%B1%B3&variant=zh-hk

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。
http://www.bhkaec.or g.hk/na_f.htm

奈米科技是一門應用科學，其目的在於研究於奈米尺寸時，物質和設備的設計方法、組成、特性以及應用。奈米科技是許多如生物、物理、化學…等科學領域在技術上的次級分類，美國的國家奈米科技啟動計劃.將其定義為「1至100奈米尺寸間的物體，其中能有重大應用的獨特現象的了解與操縱。」

奈米科技是學習奈米尺度下的現象以及物質的掌控，尤其是現存科技在奈米時的延伸。奈米科技的世界為原子、分子、高分子、量子點和高分子集合，並且被表面效應所掌控，如凡得瓦耳力、氫鍵、電荷、離子鍵、共價鍵、疏水性、親水性和量子隧穿等，而慣性和湍流等巨觀效應則小得可以被忽略掉。舉個例子，當表面積對體積的比例劇烈地增大時，開起瞭如催化學等以表面為主的科學新的可能性。

微小性的持續探究以使得新的工具誕生，如原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡等。結合如電子束微影之類的精確程序，這些設備將使我們可以精密地運作並生成奈米結構。奈米材質，不論是由上至下製成(將塊材縮至奈米尺度，主要方法是從塊材開始通過切割、蝕刻、研磨等辦法得到儘可能小的形狀（比如超精度加工，難度在於得到的微小結構必須精確）。)，或由下至上製成(由一顆顆原子或分子來組成較大的結構，主要辦法有化學合成，自組裝(self assembly)和定點組裝positional assembly。難度在於宏觀上要達到高效穩定的質量)，都不只是進一步的微小化而已。物體內電子的能量量子化也開始對材質的性質有影響，稱為量子尺度效應，描述物質內電子在尺度劇減後的物理性質。這一效應不是因為尺度由巨觀變成微觀而產生的，但它確實在奈米尺度時佔了很重要的地位。物質在奈米尺度時，會和它們在巨觀時有很大的不同，例如：不透明的物質會變成透明的(銅)、惰性的物質變成可以當催化劑(白金)、穩定的物質變得易燃(鋁)、固體在室溫下變成了液體(金)、絕緣體變成了導體(矽)。

奈米時代之前，而不是專為了奈米技術而設計，也不是奈米技術研究的結果。

特性描述
隨著尺寸的減小，一系列的物理現象顯現出來。這其中包括統計力學效應和量子力學效應。並且，同宏觀系統相比，許多物理性質會改變。一個典型的例子是材料的表面體積比。奈米技術可以視作在傳統學科上對這些性質詳盡描述的發展。進一步講，傳統的學科可以被從新理解為奈米技術的具體應用。這種想法和概念上的互動對這個領域的發展起到了推動作用。廣義上講，奈米技術是科學和技術在理解和製造新材料新器械方向上的推演和應用。這些新材料和技術大體上就是物理性質在微尺度上的應用。

和這些系統的定性研究相關的領域是物理、化學和生物，以及機械工程和電子工程。但是,由於奈米科技的多學科和學科交叉的特性，物理化學、材料科學和生物醫學工程的學科也被視作奈米技術重要和不可缺少的組成部分。奈米工程師們住眼觀新材料的設計，合成，定性描述和應用。例如在分子結構上的聚合物製造，在表面科學基礎上的電腦晶片分佈設計，都是奈米科技在當代的應用例子。在奈米科技中，膠狀懸浮也有很重要的地位。

材料在奈米尺度下會突然顯現出與它們在宏觀情況下很不相同的特性，這樣可以使一些獨特的應用成為可能。例如，不透明的物質變為透明（銅）；惰性材料變成催化劑（鉑）；穩定的材料變得易燃（鋁）；在室溫下的固體變成液體（金）；絕緣體變成導體（矽）。物質在奈米尺度的獨特量子和表面現象造就了奈米科技的許多分支。


工具與技術
當代電子和中子的發現讓人類知道還有比我們能想象到的最小的東西還要小的物質時，對奈米世界的好奇心已經萌發。當然，十九世紀10年代，可以研究奈米結構的早期工具的發展才真的使奈米科學和奈米技術成為可能。

原子力顯微鏡（AFM）和掃描隧道顯微鏡（STM）的這兩種早期的掃描探針促成了奈米時代的到來。同時，基於STM的許多其它類型的掃描探針顯微鏡，使得觀測奈米結構成為可能。

探針的探頭可以用來操縱奈米結構（這種工藝叫做位置組裝）。但是這種過程太慢了，從而到導致了各種奈米光刻技術的發展，例如蘸筆奈米光刻術，電子束曝光和奈米壓印術。

潛在危害
和生物技術一樣，奈米科技也有很多環境和安全問題（比如尺寸小是否會避開生物的自然防禦系統，還有是否能生物降解等等）。

奈米技術的潛在危害可以廣義的劃分為下面幾個方面:

奈米顆粒和奈米材料對健康和環境的潛在危害
分子製造(或高級奈米技術)的危害
社會危害

奈米顆粒的危害
奈米材料（包含有奈米顆粒的材料）本身的存在並不是一種危害。只有它的一些方面具有危害性，特別是他們的移動性和增強的反應性。只有某些奈米粒子的某些方面對生物或環境有害，我們才面臨一個真的危害。

要討論奈米材料對健康和環境的影響，我們必須區分兩類奈米結構：

奈米尺寸的粒子被組裝在一個基體、材料或器件上的奈米合成物、奈米表面結構或奈米組份（電子，光學感測器等），又稱為固定奈米粒子。
「自由」奈米粒子，不管在生產的某些步驟中存還是直接使用單獨的奈米粒子。
這些自由奈米粒子可能是奈米尺寸的單元素，化合物，或是複雜的混合物，比如在一種元素上鍍上另外一張物質的「鍍膜」奈米粒子或叫做「核殼」奈米粒子。

奈米粒子同它們日常的對應物實在是區別太大了，它們的有害效應不能從已知毒性推演而來。這樣討論自由奈米粒子的健康和環境影響具有很重要的意義。

更加複雜的是，當我們討論奈米粒子的時候，我們必須知道含有的奈米粒子的粉末或液體幾乎從來不會單分散化，而是具有一定範圍內許多不同尺寸。 這會使實驗分析更加複雜，因為大的奈米粒子可能和小的有不同的性質。而且，奈米粒子具有聚合的趨勢，而聚合的奈米粒子具有同單個奈米粒子不同的行為。

健康問題
奈米顆粒進入人體有四種途徑：吸入，吞咽，從皮膚吸收或在醫療過程中被有意的注入（或由植入體釋放）。一旦進入人體，它們具有高度的可移動性。在一些個例中，它們甚至能穿越血腦屏障。

奈米粒子在器官中的行為仍然是需要研究的一個大課題。基本上，奈米顆粒的行為取決於它們的大小，形狀和同周圍組織的相互作用活動性。它們可能引起噬菌細胞（吞咽並消滅外來物質的細胞）的「過載」，從而引發防禦性的發燒和降低機體免疫力。它們可能因為無法降解或降解緩慢，而在器官里集聚。還有一個顧慮是它們同人體中一些生物過程發生反應的潛在危險。由於極大的表面積，暴露在組織和液體中的奈米粒子會立即吸附他們遇到的大分子。這樣會影響到例如酶和其他蛋白的調整機制。

社會風險
奈米技術的使用也存在社會學風險。在儀器的層面，也包括在軍事領域使用奈米技術的可能性。（例如，在MIT士兵奈米技術研究所[1]研究的裝備士兵的植入體或其他手段，同時還有通過奈米探測器增強的監視手段。

在結構層面，奈米技術的批評家們指出奈米技術打開了一個由產權和公司控制的新世界。他們指出，就象生物技術的操控基因的能力伴隨著生命的專利化一樣，奈米技術操控分子的技術帶來的是物質的專利化。過去的幾年裡，獲得奈米尺度的專利像一股淘金熱。2003年，超過800奈米相關的專利權獲得批准，這個數字每年都在增長。大公司已經壟斷了奈米尺度發明與發現的廣泛的專利。例如，NEC和IBM這兩家大公司持有碳奈米管這一奈米科技基石之一的基礎專利。碳奈米管具有廣泛的運用，並被看好對從電子和電腦、到強化材料、到藥物釋放和診斷的許多工業領域都有關鍵的作用。碳奈米管很可能成為取代傳統原材料的主要工業交易材料。但是，當它們的用途擴張時，任何想要製造或出售碳奈米管的人，不管應用是什麼，都要先向NEC或者IBM購買許可證。


高級奈米技術
高級奈米技術，有時被稱為分子製造，用於描述分子尺度上的奈米工程系統（奈米機器）。無數例子證明，億萬年的進化能夠產生複雜的、隨機優化的生物機器。在奈米領域中，我們希望使用仿生學的方法找到製造奈米機器的捷徑。然而，K Eric Drexler和其他研究者提出：高級奈米技術雖然最初會使用仿生學輔助手段，最終可能會建立在機械工程的原理上。（另見機械合成。）

在2005年8月，50名來自不同領域的國際專家被奈米技術責任中心組織起來研究分子奈米技術的社會內涵。

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。

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。




納米是毫米的1/1000000

2007-04-16 20:13:09 補充：
　　納米是毫米的1/1000000。原子的直徑在0.1-0.3個納米之間。研究小於10-10米以下的原子內部結構屬於原子核子物理、粒子物理的範疇。 納米科技是指在納米尺度（1納米到100納米之間）上研究物質的特性和相互作用，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（10-9-10-7米）時，由於其量子效應、物質的局域性及巨大的表面及介面效應，使物質的很多性能發生質變，呈現出許多既不同於巨集觀物體，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。

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。
參考資料:
http://www.bhkaec.org.hk/na_f.htm