音頻科普:備受矚目的納米材料
發布時間:2020-11-27
瀏覽次數:1319
音頻科普:備受矚目的納米材料

在古代,人們(men) 常用“芥子之微”、“秋毫之末”來形容東(dong) 西很小。古文《核舟記》裏也曾描述了一艘用橄欖核雕刻的舟,窗子可以開合,上麵居然還寫(xie) 著“山高月小,水落石出”八個(ge) 字,令人歎為(wei) 觀止。這艘船的最小部件隻有0.1毫米。再比如,人們(men) 往往用“細如發絲(si) ”來形容東(dong) 西纖細。其實,人的頭發直徑一般為(wei) 20~50微米,可見並不細小。單個(ge) 細菌雖然用肉眼看不見,但用顯微鏡測出它的直徑約為(wei) 5微米,也不算是最小的。 

  就拿世界上最先進的集成電路來說,線寬已經減小到0.13微米。但據科學家們(men) 預測,隨著科技的發展,半導體(ti) 器件的大小還將繼續減小至0.1微米,也就是100納米以下。而且,在這種納米尺度上製造出的計算機性能將比微米技術下的計算機性能呈指數倍提高,這就是由納米材料為(wei) 當今世界帶來的巨大變革。 

  回顧曆史,我們(men) 就會(hui) 發現納米材料其實並不神秘和稀奇,它的使用在古代或許就已經存在了。比如,中國古代字畫曆經千年而不褪色,就有可能是因為(wei) 所用的墨是由納米級的碳黑組成的;再如中國古代銅鏡表麵的防鏽層也被證明是由納米氧化錫顆粒構成的薄膜,隻是當時的人們(men) 沒有清楚的了解而已。 

  其實,自然界中同樣廣泛存在著很多天然形成的納米材料,像動物的牙齒、海洋沉澱物等都是由納米微粒構成的。而科學家們(men) 對納米材料的探索,最初是在19世紀60年代對膠體(ti) 微粒的研究。到了20世紀60年代後,科學家開始有意識得通過對金屬納米微粒的製備和研究來探索納米體(ti) 係的奧秘。到了1984年,德國薩爾布呂肯的格萊特教授把粒徑為(wei) 6納米的金屬鐵粉原位,加壓製成世界上第一塊納米材料,首次提出“納米材料”這一概念,從(cong) 此開創了納米材料學的先河。 

  目前,納米材料已經成為(wei) 了世界各國納米科技發展的熱點,納米科技也得到廣泛應用,滲透到人們(men) 的衣食住行中,尤其是一些納米材料的問世,使人們(men) 的生活方式和工作方式發生了巨大變化。 

  在最近幾年裏,我們(men) 在生活中會(hui) 經常聽到各種納米材料的應用,比如什麽(me) 納米水、納米洗衣機、納米衣服等等。而在中國科學院王恩哥院士看來,納米材料雖然已經進入到了我們(men) 的生活,但還是有很多問題需要研究探索:納米它是一個(ge) 概念,它實際上標的名是當一個(ge) 物體(ti) 或者是某種材料他在尺寸上小到隻有幾十個(ge) 納米這樣一個(ge) 範圍內(nei) 。這個(ge) 有這麽(me) 一個(ge) 範圍吧。尺度上的範圍。在這樣一個(ge) 範圍說我們(men) 可以研究很多不同的對象,包括生命體(ti) ,包括物理上的一些新的現象。實際上納米是一個(ge) 新的世界,在這個(ge) 世界裏頭,起到主導作用的理論是叫做量子力學,納米科學實際上已經進入到了我們(men) 現在的生活中,隻是有一些地方我們(men) 並不太了解。需要提醒的事情就是這個(ge) 概念仍然是處於(yu) 一種科學研究向技術轉化的過程,很多的問題,還有待解決(jue) 。 

  經過最近二三十年的快速發展,一些具有新奇特性的納米材料,如導電性能類似金屬銅的石墨烯;通過改變尺寸就可以控製發射光譜的量子點等不斷被發現,繼而在能源、醫學、服裝及信息等領域得到了廣泛的應用。 

  在能源領域,納米技術為(wei) 鋰電池的發展帶來了新機遇。目前針對鋰電池的納米材料的研究已經完善並實現了產(chan) 業(ye) 化,鋰電池動力汽車的續航裏程可達470公裏左右,隨著納米材料的進一步發展,鋰電池性能將會(hui) 繼續優(you) 化,有望實現800公裏的續航目標。 

  另外,由於(yu) 超級電容器具有充電速度快,功率密度高等優(you) 勢,逐漸成為(wei) 了新能源汽車的“新寵”,而納米材料的應用可以幫助超級電容器減重,同時進一步提升充電速度。 

  有研究者預測,用碳納米管製備的超級電容器,充放電速度是傳(chuan) 統電池的1000倍,能夠在短短數秒中完成汽車充電,甚至比傳(chuan) 統汽車加油要快3倍,充電周期可以高達100萬(wan) 次。 

  在醫學領域,納米科技為(wei) 藥物的傳(chuan) 輸和疾病的治療提供了新的方式和途徑。目前部分針對癌症的納米藥物已經麵市。比如,借助納米載體(ti) ,藥物可以克服人體(ti) 的生物屏障,通過人為(wei) 操控直接到達病灶區,在提高局部藥物濃度,增強治療效果的同時減少了對其他組織的損害,這在癌症治療中會(hui) 有比較明顯的效果。 

  此外,各種具有特定癌症治療功能的納米機器人也相繼被成功研發出來。例如能夠在60秒內(nei) 殺死癌細胞的納米機器人;或者可以鎖定癌細胞並投遞藥物的納米機器人等等,這些納米科技的使用,為(wei) 非侵入性癌症治療提供了一個(ge) 良好的發展契機,提高了患者的生存率。 

  在化纖紡織領域,曾有研究人員開發出一種據說可以預防感冒的“神奇外套”。這款衣服看上去是由普通的棉料製成的,但在它的布料裏添加了一種納米微粒,能夠偵(zhen) 測並且“抓住”漂浮在空氣中的病毒和病菌。衣服的兜帽、衣袖和口袋裏還添加有獨特的鈀微粒,它的功能與(yu) 微型的排氣淨化器類似,能夠分解有害的空氣汙染成分。因此在一定程度上可以達到隔絕病毒、預防感冒的神奇效果。 

  另外,納米材料還可用來製造防水衣服。這是研究人員從(cong) 自然界中荷葉的疏水表麵得到靈感,在織物表麵附著一層納米材料,這個(ge) 納米材料表麵形成一層永久性的空氣層,從(cong) 而達到疏水效果。這種疏水衣物與(yu) 傳(chuan) 統衣服相比,不沾水、易於(yu) 清洗,但是如果表麵納米層受到磨損,會(hui) 導致防水功能下降。 

  除了這些領域之外,納米材料還被廣泛運用在信息、生物、能源、環境、宇航等方麵,因此掌握納米科技和研發納米材料非常重要。對此,中國科學院王恩哥院士告訴我們(men) :我一直認為(wei) ,誰掌握了材料誰就掌握了未來,我國納米材料的研究起步很早,整體(ti) 水平處於(yu) 國際的前列,比如我們(men) 發表的論文和專(zhuan) 利已經都在世界上排在第一了,我們(men) 一定要把握住機會(hui) ,既要大膽創新,又要腳踏實地,一步一個(ge) 腳印的去做。 

  總的來說,隨著科研工作者的不斷探索,我國納米科技方麵的研究正在向工業(ye) 產(chan) 業(ye) 化轉變,相信在不久的將來,生活中衣食住行各個(ge) 方麵都會(hui) 有納米材料的參與(yu) ,我們(men) 也將充分享受納米科技給人類帶來的便捷、智能和健康。 



關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號,在對話框:
回複【最新活動】,了解近期科普活動
回複【科普行】,了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】,了解最新科普研學營
回複【科普課堂】,了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】,了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】,了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】,了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】,學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站

聽說,打賞我的人最後都找到了真愛。
做科普,我們是認真的!
掃描關注深i科普公眾號
加入科普活動群
  • 參加最新科普活動
  • 認識科普小朋友
  • 成為科學小記者