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纳米的由来

发布时间:2019-10-12 20:53:15

随着科技的发展,人类对于世界的认识也不断随之扩展,向更微观或是更宏观的未知“进军”。

以蒸汽机等机械发明为主要标志的第一次工业革命,将人类认知推向毫米。而第二次工业革命席卷全世界之后,人类从机械时代进入微电子时代,当时最小长度计量单位——毫米——不再能满足人们的需要。于是,毫米的千分之一——微米诞生了。但是,很快,微米的局限越来越明显,当材料即将突破微米的物理极限,只有进入另一个层次才能有更大的突破。纳米的概念出现了。

1959年,诺贝尔奖获得者、被认为继爱因斯坦之后最为厉害的理论物理学家理查得·费曼教授在加州理工大学发表了题为《在底部还有很大空间》的演讲。在费曼看来,人类社会目前的生产方式,总是“从上而下”(bottomup)的,他提出:“为什么我们不可以从单个分子,甚至原子开始出发,进行组装,达到我们的要求?物理学的规律不排除一个原子一个原子制造物品的可能。”这被视为纳米最早的灵感来源,可惜的是,在当时并没有引起人们足够的注意。

直到20世纪70年代,科学家们才开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。1974年,东京理科大学的谷口纪男第一次提出纳米的概念。不过,有了概念,人们却一直没有办法观测到原子、分子的世界。

1982年,德国科学家GerdBinnig和HeinrichRohrer在瑞士苏黎世的IBM实验室发明了研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜。那一年,被称为纳米元年。从此,人类可以直观地观察到单个原子,这对纳米科技发展产生了积极的促进作用。

接下来,人们需要突破的就是如何操纵原子。在1989年,DonEigler博士发现利用了他的扫描穿隧显微镜做了一件“不可思议”的事,他使用了35个氙原子写出了“IBM”三个字母。虽然,这三个英文字母只占了几个平方纳米的面积,但却是人类第一次实现了操纵单个原子。之后,DonEigler的研究团队发明了“量子收集盘”。它让科学家可以用来观看和研究被局限在极小空间中的电子的量子力学上的特性,也提供了未来可能的纳米电子元件的操作空间。

1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生。第二年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。

1993年,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。后来,人们利用纳米技术研制出高速的量子计算机,也发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤,打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。

1999年开始,纳米技术才逐步走向市场。如今,纳米已经成为一些国家的战略计划,新一轮研究从未停止。

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