纳米技术有哪些用途（纳米技术的10大非常规用途）

纳米技术有哪些用途（纳米技术的10大非常规用途）

引言

纳米，只是一个长度单位，1微米为千分之一毫米，1纳米又等于千分之一微米，相当于头发丝的十万分之一，没有任何技术属性。因此，单纯的某一纳米材料若没有特殊的结构和性能表现，还不能称为纳米技术。




纳米技术，是指通过特定的技术设计，在纳米粒子的表面实现原子/分子的排列组成，使其产生某种特殊结构，并表现特异的技术性能或功能，这样的纳米材料才可称为是纳米技术。




难以想象一个没有纳米技术的未来。在原子和分子水平上操纵物质，为化学、生物以及医学领域的重大突破铺平了道路。然而，纳米技术的展开应用远比我们想象的要更加广泛和多样化。







10 电影制作







上世纪80年代，扫描隧道显微镜（STM）还未被发明，纳米技术领域或许还停留在科幻小说当中。具有原子精度的STM令物理学家以一种传统显微镜无法实现的方式来研究物质结构。




IBM的研究人员在铜片表面通过移动独立的原子，制作了世界上最小的动画电影《一个男孩和他的原子》，显示出了STM的惊人潜力。










那么，这部世界最小影片是怎样制作出来的呢?IBM科学家的”幕布”是铜制的衬底，而”演员”竟是一个一个的一氧化碳分子。科学家们通过对铜衬底表面上一氧化碳分子的移动和摆放，形成单帧静态的原子尺度的图像。令人感兴趣的是，他们是如何”摆放”大小不足一个纳米的一氧化碳分子呢?又是怎样”拍摄”出这样微小的影像呢?




IBM的科学家使用扫描隧道显微镜(STM)进行原子尺度的成像。STM控制一根尖尖的探针，沿铜衬底表面进行逐行扫描，当探针尖端靠近样品时，加在探针和样品上的电压会在两者之间产生隧道电流，其大小与两者的间距有关。当扫描探针遇到一个一氧化碳分子时，仪器感受到电流的变化，并通过反馈机制抬高探针来维持隧道电流的恒定，抬起的高度就反映了原子的形貌。逐行扫描完成时就”看到”了原子尺度的画面。




9 石油开采













“油田非常复杂，有很多层岩石，你不能跳进一个魔法太空船，飞下来看它在哪里，你需要工具来帮助估计它在哪里，”伯纳姆说。




过去的十年间，全球石油勘探开支已成倍增长。然而，石油开采效率仍然是个大问题。当石油公司关闭油井时，通常只有不到一半的石油被提取。剩下的部分因被隐藏在岩石里，需要的花费太高而未被开采。

幸运的是，得益于纳米技术，中国科学家已经发现了一种解决途径。






该方案是提高现有的钻井技术。原来的技术需要将水注入到石油所在的岩石孔隙中。水占据石油所在的位置，并将其逼出。然而，这种方法显示出了一定的局限性，那些能够轻易到达位置的石油已经被提取了。到那时，从油井里出来的就不是石油，而是水了。




为了防止这种情况发生，中国研究人员Peng和Ming Yuan Li想出了一个方法，注入含有纳米颗粒的水，其中纳米颗粒可以插入到岩石的孔隙之间。这种方法的目的在于使水以更窄的路径进入含油的孔隙当中，将其逼出。在中国进行的实地研究非常成功，这种方法证明了非常高效（50%）的黑金开采。




8 高分辨率显示













计算机屏幕上的图像是通过被称为像素的微小的点呈现出来的。不管其尺寸和形状，屏幕上像素的数目仍然是图像质量的决定因素。然而，对于传统显示器而言，像素越多意味着屏幕越大——这是一个明显的局限性。






当各家公司都忙于兜售巨大屏幕之时，牛津大学的科学家们发明了一种制备像素的方法，只有数百纳米大小。这种方法利用了一种叫做GST（热管理产品中发现的一种材料）的相变材料。实验过程中，科学家将7 nm厚的GST层夹在两片透明电极之间。每一层（只有300*300 nm）作为一个像素，可通过电开闭控制。利用电流，科学家能够产生具有良好质量和对比度的图像。




这种纳米像素将用于各种用途，这些用途是对常规像素来说不切实际的。例如，其微小的尺寸和厚度使其具有很好的选择，如智能眼镜、曲面屏幕、合成视网膜。纳米像素显示器的另一个优点在于能耗低。不同于当前不断刷新所有像素来形成图像的显示器，GST显示器只刷新那些有变化的部分，从而降低能耗。




7 变色汽车涂料













当你在公路上远远地看到一辆“野马”汽车驶来时，它先是紫色的；慢慢靠近时，它会变成红色；从你面前驶过时，它是黑色；然后又变成绿色，较后，当它远远离去时，又成了琥珀色。这就是所谓的变色汽车。何谓变色汽车？变色汽车是不是颜色真的在变化？带着以上的疑问，我们一起来揭秘神奇的变色汽车涂料。




变色汽车涂料并不是颜色真的在变化，而是从不同角度看上去车身颜色不一样。其核心技术在于新型的纳米车漆。将纳米级二氧化钛与铝粉混合颜料或纳米二氧化钛包覆的云母珠光颜料添加于涂料中，其涂层能产生神秘而富有变幻的随角异色效应，主要是因为当入射光射到纳米二氧化钛粒子时，由于粒径小，蓝色光会发生较强散射，结果除掉蓝色光的绿色光和红色光(呈黄相)被铝片反射成为正反射光，即散射光为蓝相强的光，反射光为黄相强的光(金色)，随观察角度的不同可见不同色相。粒径为几十纳米二氧化钛微晶还赋予了涂膜金属光泽效应、珠光效应、闪光效应和增色效应，使得我们看到的汽车表面好像是珍珠片在闪闪发光，给人以深度感与层次感。




6 手机充电













不论是iPhone、三星还是其他什么款式的手机，每个手机在出厂时都带着两个臭名昭著的缺点：电池寿命和充电时间。虽然第一个仍然是一个普遍的问题，但以色列拉马特甘市（Ramat Gan）的科学家已经解决了第二个问题，他们制得了一个充电只需30秒的电池。




这一突破得益于一个与阿尔茨海默氏症相关的项目，该项目由特拉维夫大学研究人员所进行。研究人员发现，缩短脑神经元和引起疾病的肽分子具有很高的电容（即，保护电荷的能力）。这一发现有助于StoreDot，这是一家专注于纳米技术的公司。在研究人员的帮助下，StoreDot开发纳米点——利用肽的特性提高智能手机电池寿命。该公司展示了微软ThinkNext事件中的电池原型。采用三星Galaxy S3手机，这款电池在不到1分钟的时间内就充满电了。




5 药物输送













纳米药物传递体系它是用来政变药物的药代动力学及体内分解，或者作为药物载体，使具有靶向性，并可缓释药物改变透膜能力、提高药物生物利用度和稳定性等。

其优势有：

1）改进低水溶性药品的传递；

2）采用细胞或组织方式靶向传递；

3）跨过紧密的上皮和内膜屏障实现药物胞转作用；

4）大量高分子药物传递到作用细胞内；

5）共同传递两种或更多药物或治疗方法进行联合治疗；

6）采用治疗剂与显像模式相结合的方法实现药物传递部位的可视化；

7）实时读取治疗剂在体内的效力。




4 分子通信













在通信领域，建立在微米/纳米技术基础上的微电子机械系统（MEMS）技术目前正在得到普遍重视，在无线终端领域，对微型化、高性能和低成本的追求使大家普遍期待能将各种功能单元集成在一个单一芯片上，即实现SOC(System On a Chip)，而通信工程中大量射频技术的采用使诸如谐振器，滤波器、耦合器等片外分离单元大量存在，MEMS技术不仅可以克服这些障碍，而且表现出比传统的通信元件具有更优越的内在性能。MEMS技术仅仅是纳米技术应用的一部分和初级阶段，真正的纳米技术远比MEMS更令人激动，包括Intel、Motorola、台积电、联电等一些芯片厂商都在积极研发纳米技术，可以预料在未来十年，纳米技术对于通信行业必将带来极其深远的影响。




3 计算机存储













过去的几十年时间里，计算机处理能力和存储容量都有了成倍的增长。这个现象在大约50年前 James Moore就已准确的预测到了，后来被称作摩尔定律。然而，许多科学家，包括物理学家MichioKaku在内，都认为摩尔定律正在失效。这是因为计算机电源无法跟上现有的以指数形式上升的制造技术。




虽然Kaku强调处理能力，但同样的概念也适用于存储容量。幸运的是，这并不是尽头。墨尔本RMIT大学的研究人员现在正在探索替代方案。该小组由SharathSriram博士领衔，模仿人类大脑储存信息的方式开发存储设备。研究人员迈出了第一步，制得了一种保护开关状态下保护电荷的纳米薄膜。这种薄膜比人类头发丝还要薄上10000倍，有望发展成记忆装置，复制大脑神经网络。




2 纳米艺术













纳米技术的潜在发展已经赢得了科学界的极大赞誉。然而，纳米技术的突破已经不再局限于医学、生物学以及工程学了。纳米艺术是一个新兴的领域，可以让我们从一个全新的视角来看这个小小的世界。




顾名思义，纳米艺术是艺术和纳米科学的结合体，已被少数科学家和艺术家所实践。其中之一就是纳米大脑。图中展示的是被渗碳纳米线覆盖的表面。渗碳过程在高温和高压条件下进行，硅原子参与反应变成碳化硅。不过一个小小的灰尘就可以打扰这个过程——就像图片中那幅景象。“纳米世界则有纳米大脑掌控”这颗大脑一样的灰尘实际上大概有2微米宽。




1 打破纪录













人类一直追求更强、更快、更高。但，涉及到最小时，纳米技术出现在舞台上。采用纳米技术制得的最微小的是一本叫做《萝卜城的小特德》（Teeny Ted From Turnip）的书，这是目前世界上最小的印刷书。这本书由加拿大温哥华西蒙·弗雷泽大学纳米成像实验室制作而成，这本书只有70 微米*70 微米，由30个晶硅页雕刻而成。







纳米材料技术服务者风采










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新型纳米材料将会极大改善3D打印、电子行业、生物医药、航空航天等上千个行业的现有产品性能，目前产品已经应用于诸多领域，成倍增强了现有产品性能。

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