納米科技是指在1—100nm尺度空內(nèi)．研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、特性的高新技術(shù)學(xué)科。納米材料是納米科技發(fā)展的重要基礎(chǔ)，納米材料因其具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)從而導(dǎo)致納米微粒的熱、磁、光、敏感特性和表面穩(wěn)定性等不同于正常粒子。^[1]

　　最早提出納米尺度上科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題的是美國(guó)著名物理學(xué)家、兩度諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Richard P Feynnmn。1959年12月Feynman在加利福尼亞理工學(xué)院(Callfomia Institute of Technology，Caltech)召開(kāi)的美國(guó)物理學(xué)學(xué)會(huì)(AmericarlPhys—icalSociety，APS)年會(huì)上做了一次題為“底部到底有多大空間”的著名演講。在演講中他曾預(yù)言，如果有一天人類(lèi)能夠?qū)ξ矬w微小規(guī)模上的排列加以某種控制，按自己的意志安排一個(gè)個(gè)原子份子，那將會(huì)產(chǎn)生許多激動(dòng)人心的新發(fā)現(xiàn)，將從此打開(kāi)一個(gè)嶄新的世界。他的這一預(yù)言被科學(xué)界視為納米科技萌芽的標(biāo)志。

　　1.納米材料

　　納米材料是指由納米顆粒構(gòu)成的并且具有特殊性能的固體材料。納米材料在機(jī)械強(qiáng)度、磁、光、聲、熱等方面都與普通材料有很大的不同。例如：納米鐵材料強(qiáng)度提高l2倍，硬度提高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)；納米金屬塊在低溫下甚至?xí)?dǎo)體的能力；隨著納米顆粒尺寸的減小，納米材料的熔點(diǎn)會(huì)隨著降低，表面積也會(huì)增大，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表面活性增強(qiáng)等。納米材料的研究包括兩方面：一是系統(tǒng)的研究納米材料的性能、微結(jié)構(gòu)和譜學(xué)特征，找出其特殊的規(guī)律，建立描述和表征納米材料的新概念和新理論；二是發(fā)展新型納米材料。既要在大規(guī)模制備的質(zhì)量控制中，做到均勻化、分散化、穩(wěn)定化，還要提高制備的速度和效率，降低成本。

　　2.納米器件

　　在納米尺度下，會(huì)出現(xiàn)種種新的現(xiàn)象，產(chǎn)生新的效應(yīng)，如量子效應(yīng)。利用量子效應(yīng)工作的電子器件稱(chēng)為量子器件。與電子器件相比，量子器件具有高速(速度可提高l000倍)、低耗(能耗降低1000倍)、高效、高集成度、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)點(diǎn)。制造具有特定功能的納米產(chǎn)品的研究路線(xiàn)有兩種：一是通過(guò)微加工或固態(tài)技術(shù)，在尺寸上將產(chǎn)品微型化；二是以原子、分子為基本單元，根據(jù)人們的意愿進(jìn)行設(shè)計(jì)和組裝，構(gòu)成具有特定功能的產(chǎn)品。

　　科學(xué)家還應(yīng)用生物學(xué)原理制造生物分子器件。目前，在納米化工廠、生物傳感器、生物分子計(jì)算機(jī)、納米分子馬達(dá)等方面，都做了重要的嘗試。已經(jīng)研制出的碳原子納米管，它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，硬度約是鋼的100倍；還研制出了能在室溫條件下工作的單分子晶體管，其直徑只有4至5個(gè)原子長(zhǎng)度的電路，為制造原子大小的電子元件提供了具體的可行性依據(jù)。

　　3.納米結(jié)構(gòu)的檢測(cè)和表征

　　包括在納米尺度上原位研究各種納米結(jié)構(gòu)的電、力、磁、光等特性，納米空間的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，物理傳輸過(guò)程，以及研究原子、分子的排列、組裝與奇異物性的關(guān)系。

　　20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)了納米科技研究的重要手段——掃描隧道顯微鏡(SaM)、原子力顯微鏡(AFM)等微觀表征和操縱技術(shù)。STM、AFM等掃描探針顯微鏡(SPM)被形象地稱(chēng)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，表征納米器件。所謂“手”，是指SPM可用于移動(dòng)原子、分子，構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)。其他實(shí)時(shí)、在線(xiàn)檢測(cè)和表征技術(shù)，也為納米科技的研究提供了必不可少的手段，如激光鑷子技術(shù)可用于單個(gè)生物大分子。

　　1.材料制備

　　材料制備包括：在納米尺度上，通過(guò)精確地控制尺寸和成分來(lái)合成材料單元，制備更輕、更強(qiáng)和可設(shè)計(jì)的材料，同時(shí)具有長(zhǎng)壽命和低維修費(fèi)用的特點(diǎn)；以新原理和新結(jié)構(gòu)在納米層次上構(gòu)筑特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料、生物材料和仿生材料；實(shí)現(xiàn)材料破壞過(guò)程中納米級(jí)損傷的診斷和修復(fù)。

　　2.微電子領(lǐng)域

　　納米電子學(xué)是納米技術(shù)的重要組成部分，其主要思想是基于納米粒子的量子效應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)并制備納米量子器件，它包括納米有序(無(wú)序)陣列體系、納米微粒與微孔固體組裝體系、納米超結(jié)構(gòu)組裝體系。納米電子學(xué)的發(fā)展將使集成電路進(jìn)一步減小，研制出由單原子或單分子構(gòu)成的在室溫能使用的各種器件。

　　3.生物醫(yī)學(xué)

　　納米技術(shù)將給生物醫(yī)學(xué)帶來(lái)變革。在納米尺度上按照預(yù)定的對(duì)稱(chēng)性和排列可制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖核酸等，在納米材料和器件中植入生物材料可使其兼具生物功能和其他功能。同時(shí)，納米級(jí)粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；在人工器官外面涂上納米粒子可預(yù)防移植后的排斥反應(yīng)。

　　4.航天和航空

　　納米器件在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用不僅是增加有效載荷，更重要的是使耗能指標(biāo)呈指數(shù)地降低。這方面的研究?jī)?nèi)容還包括：研制低能耗、抗輻照、高性能計(jì)算機(jī)；微型航天器用納米集成的測(cè)試、控制儀器和電子設(shè)備；抗熱障、耐磨損的納米結(jié)構(gòu)涂層材料。

　　隨著納米科技的出現(xiàn)，一個(gè)嶄新的時(shí)代迎面而來(lái)。納米科技成為當(dāng)今發(fā)展最迅速、研究最廣泛、投入也最多的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一，和信息技術(shù)、生物技術(shù)一起被譽(yù)為21世紀(jì)的三大新興技術(shù)。一時(shí)間，納米科技炙手可熱，納米科技因其廣闊的發(fā)展前景而備受人們的重視。

　　1.材料和制備

　　在納米尺度上，可以通過(guò)精確的控制尺寸和成分來(lái)合成材料單元，制備更輕、更強(qiáng)和可設(shè)計(jì)的材料，同時(shí)具有長(zhǎng)壽命和低維修費(fèi)用的特點(diǎn)；以新原理和新結(jié)構(gòu)在納米層次上制備特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料、生物材料和仿生材料，實(shí)現(xiàn)材料破壞過(guò)程中納米級(jí)損傷的診斷和修復(fù)。

　　2.微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)

　　納米結(jié)構(gòu)下微處理器的效率將提高一百萬(wàn)倍，蔫實(shí)現(xiàn)兆兆比特的存儲(chǔ)器(提高1000倍)；研制集成納米傳感器系統(tǒng)。美國(guó)前總統(tǒng)克林頓宣布為納米技術(shù)研究撥款50億美元時(shí)曾預(yù)言：“請(qǐng)大家想象，整個(gè)國(guó)會(huì)圖書(shū)館的圖書(shū)都能存儲(chǔ)在一個(gè)糖塊大小的芯片中?！被蛟S有一天，電子計(jì)算機(jī)會(huì)進(jìn)人分子計(jì)算機(jī)的時(shí)代，而隨著電腦體積不斷減小的同時(shí)，其威力卻不斷增加。

　　3.環(huán)境和能源

　　利用納米材料獨(dú)特的物理化學(xué)性能——獨(dú)特的大比表面積，可以制造出具有高靈敏度、高選擇性和高重復(fù)性的應(yīng)用于化學(xué)和生物化學(xué)領(lǐng)域的納米傳感器。這些傳感器可以監(jiān)視和檢測(cè)環(huán)境，例如水的質(zhì)量，毒氣的擴(kuò)散，血液的成分變化等。用納米工程設(shè)計(jì)制備孔徑lnm的多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10-100nm)可以有效地消除水和空氣中的污染，進(jìn)行廢物處理和回收，以及凈化水資源，發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù)，減少污染和恢復(fù)被破壞的環(huán)境；制備的納孔材料還可以成倍的提高太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

　　4.醫(yī)學(xué)和健康

　　納米技術(shù)將給醫(yī)學(xué)帶來(lái)變革，納米級(jí)粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修復(fù)損傷組織；在人工器官外面涂上納米粒子可預(yù)防移植后的排斥反應(yīng)；還可以利用納米技術(shù)研究耐用的與人體友好的人工組織、器官?gòu)?fù)明和復(fù)聰器件以及疾病早期診斷的納米傳感器系統(tǒng)等。

　　5.生物技術(shù)

　　在納米尺度上按照預(yù)定的對(duì)稱(chēng)性和排練制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖核酸等，在納米材料和器件中植人生物材料使其兼具有生物功能和其他功能，生物仿塵化學(xué)藥品和生物可降解材料；動(dòng)植物的基因改善和治療，測(cè)定DNA的基因芯片等。

　　6.航天和航空

　　納米器件在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅是增加有效載荷，更重要的是使耗能指標(biāo)呈指數(shù)倍的降低。這方面的研究?jī)?nèi)容還包括：研制低能耗、抗輻照、高性能計(jì)算機(jī)、微型航天器用納米集成的測(cè)試、控制儀器和電子設(shè)備；抗熱脹、耐磨損的納米結(jié)構(gòu)涂層材料。

　　7.國(guó)家安全

　　由于納米技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的廣泛滲透性，使擁有納米技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和廣泛應(yīng)用這些技術(shù)的國(guó)家，將在國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全和國(guó)防安全方面處于有利地位。通過(guò)先進(jìn)的納米電子器件在信息控制方面的應(yīng)用，將使軍隊(duì)在預(yù)警、導(dǎo)彈攔截等領(lǐng)域快速反應(yīng)；通過(guò)納米機(jī)械學(xué)、微小機(jī)器人的應(yīng)用，將提高部隊(duì)的靈活性和增加戰(zhàn)斗的有效性；用納米和微米機(jī)械設(shè)備控制，國(guó)家核防衛(wèi)系統(tǒng)的性能將大幅度提高；通過(guò)納米材料技術(shù)的應(yīng)用，可使武器裝備的耐腐蝕性、吸波性和隱蔽性大大提高，適用于艦船、潛艇和戰(zhàn)斗機(jī)等。