我們的古人常用“芥子之微”、“秋毫之末”來(lái)形容東西很小。古文《核舟記》里描述了一艘用橄欖核雕刻的舟,窗子可以開合,上面居然還寫著“山高月小,水落石出”八個(gè)字,令人嘆為觀止。這艘船的最小部件只有0.1mm(毫米),即100μm(微米)。又如,人們往往用“細(xì)如發(fā)絲”來(lái)形容東西纖細(xì)。其實(shí),人的頭發(fā)直徑一般為20—50μm,可見并不細(xì)小。單個(gè)細(xì)菌雖然用肉眼看不見,但用顯微鏡測(cè)出其直徑約為5μm,也不算是最小的。就拿目前世界上最小的硅集成電路來(lái)說(shuō),線寬已經(jīng)減小至0.13μm。據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì),到2010年半導(dǎo)體器件的大小還將繼續(xù)減小至0.1μm即100nm(納米)以下,到時(shí)候就會(huì)呈現(xiàn)出量子效應(yīng),所有的芯片必須按照新的原理來(lái)設(shè)計(jì)。在這種納米尺度上制造出的計(jì)算機(jī)性能將比目前微米技術(shù)下的計(jì)算機(jī)性能呈指數(shù)倍提高,從而在信息產(chǎn)業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)中將引發(fā)一場(chǎng)深刻的革命。
納米技術(shù)——21世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之一
納米(nanometer)是長(zhǎng)度單位,原稱“毫微米”,用nm表示。正如米是長(zhǎng)度單位,用m表示一樣。1nm等于10億分之一米。通常所說(shuō)的納米是指尺度在1—100nm之間。納米微粒度用肉眼和一般的光學(xué)顯微鏡仍然是看不見的,而必須用電子顯微鏡放大幾萬(wàn)倍甚至十幾萬(wàn)倍才能看得見單個(gè)納米微粒的大小和形貌。當(dāng)物質(zhì)被“粉碎”到納米級(jí)并制成“納米材料”后,原本相同的物質(zhì)在物理性能和化學(xué)性質(zhì)上便會(huì)發(fā)生意想不到的巨變。如原本導(dǎo)電的銅,到了納米級(jí)就不導(dǎo)電了。陶瓷通常是很脆的,但納米陶瓷不怕摔,還可以彎曲。納米材料在光、電、熱、磁性等方面發(fā)生的變化及具有的吸收、催化、吸附等許多新特性,使其可能徹底改變目前的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
從1959年美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)曼提出納米技術(shù)的基礎(chǔ)理論至今,這一新興技術(shù)已經(jīng)被許多國(guó)家列為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。美國(guó)自1991年開始,把納米技術(shù)列為“政府關(guān)鍵技術(shù)”、“2005年戰(zhàn)略技術(shù)”,2001年度聯(lián)邦預(yù)算中安排5億美元用于國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃,將“納米技術(shù)戰(zhàn)略”與“21世紀(jì)信息技術(shù)戰(zhàn)略”并列作為最優(yōu)先的研究開發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域。日本1991年開始實(shí)施為期10年,耗資2.25億美元的納米技術(shù)研究開發(fā)計(jì)劃,通產(chǎn)省決定從2001年起實(shí)施為期7年的“材料納米技術(shù)計(jì)劃”,每年投資額為50億日元。德國(guó)在1993年提出了今后10年重點(diǎn)發(fā)展的9個(gè)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù),其中4個(gè)領(lǐng)域涉及納米技術(shù)。
我國(guó)對(duì)納米技術(shù)的研究也非常重視,將“納米材料”列為國(guó)家“八五”期間重大基礎(chǔ)研究“攀登計(jì)劃”項(xiàng)目。1997年9月27日,北京大學(xué)成立了納米科技研究中心。2000年6月,一批國(guó)家級(jí)的納米專家聯(lián)名向黨中央、國(guó)務(wù)院提出加快制定國(guó)家納米技術(shù)發(fā)展計(jì)劃,盡快搶占這一世界前沿科技領(lǐng)域的提議。同年底,中國(guó)科學(xué)院納米科學(xué)技術(shù)中心宣告成立,科技部正式批準(zhǔn)在天津開發(fā)區(qū)建立“國(guó)家納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地”。2001年,國(guó)家計(jì)委決定繼續(xù)組織實(shí)施新材料專項(xiàng)工作,納米材料成為重中之重,主要包括:納米材料技術(shù)及應(yīng)用,重點(diǎn)是納米粉體及納米添加改性的新材料。
據(jù)報(bào)道,全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到500億美元,到2010年,全球納米技術(shù)創(chuàng)造的年產(chǎn)值將達(dá)到14400億美元。我國(guó)目前以納米技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)已有100多家,7條納米材料的生產(chǎn)線已正在開發(fā)中。
從以上的數(shù)字可以看出各國(guó)對(duì)納米技術(shù)的重視程度以及納米材料市場(chǎng)的巨大潛力。納米材料作為一種具有明顯性能優(yōu)勢(shì)的新材料,廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域是一種必然的趨勢(shì),問(wèn)題只是時(shí)間的早晚。可以預(yù)見,納米材料在未來(lái)的世界市場(chǎng)上將扮演十分重要的角色。
納米纖維材料應(yīng)用前景廣闊
由于納米材料在化學(xué)方面的特有性質(zhì),使其對(duì)精細(xì)化工這一行業(yè)的發(fā)展必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。這種影響會(huì)隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而日益顯現(xiàn)出來(lái),它不僅會(huì)滲透到精細(xì)化工生產(chǎn)的方方面面,而且有可能改變整個(gè)行業(yè)的現(xiàn)有格局。納米技術(shù)在精細(xì)化工行業(yè)的應(yīng)用前景十分廣闊。用納米材料作為纖維的添加劑制成的功能纖維,已經(jīng)應(yīng)用于健康、國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域。
我國(guó)已設(shè)計(jì)和制備出納米復(fù)合氧化物新體系,其中紅外波段吸心率可達(dá)92%,已在遠(yuǎn)紅外“生命光線”纖維中得到了應(yīng)用。江蘇泰興市河海納米科技股份有限公司投資5147萬(wàn)元,已建成年產(chǎn)500T納米二氧化鈦(TiO2)粉末的生產(chǎn)線。納米TiO2廣泛應(yīng)用于電子、紡織、化纖、建材、塑料、橡膠、日用化工、空氣凈化、廢水廢物降解處理等領(lǐng)域。
江蘇河海納米科技股份有限公司,由中科院固體所、復(fù)旦大學(xué)、華東師范大學(xué)、江蘇省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)投資公司、上海江浦企業(yè)發(fā)展有限公司、江蘇河?萍脊こ碳瘓F(tuán)有限公司等六家聯(lián)合投資興辦,主要從事納米材料的制備和應(yīng)用開發(fā)。
該公司前身為中科院泰興納米材料廠,創(chuàng)辦于1995年,在國(guó)內(nèi)率先建立了年產(chǎn)500T納米氧化物粉體中試生產(chǎn)線,并相繼構(gòu)成了以納米二氧化鈦(nm—TiO2)及其應(yīng)用為主體的納米氧化物粉體、復(fù)合功能性粉體、功能性母粒、功能性涂料四大產(chǎn)品系列,為提高國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量,改進(jìn)性能做出了新的貢獻(xiàn)。先后與俄羅斯、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)的研究機(jī)構(gòu),與中科院、清華、北大、復(fù)旦、南大、南理工等20多家科研院所,與國(guó)內(nèi)外納米材料界30多位專家教授建立了技術(shù)伙伴合作關(guān)系。1999年,經(jīng)國(guó)家人事部批準(zhǔn)設(shè)立了國(guó)內(nèi)第一家納米材料制備與應(yīng)用企業(yè)博士后科研工作站。以關(guān)愛老年健康為主旨的“夕陽(yáng)美”品牌,新近推出的高品質(zhì)、高科技的“夕陽(yáng)美"健康睡眠組合,許多納米級(jí)的功能材料,都是采用河海的納米材料。
納米技術(shù)對(duì)人類的健康、財(cái)富和生活的影響至少等同于在20世紀(jì)開發(fā)的微電子學(xué)、醫(yī)學(xué)成像、計(jì)算機(jī)輔助工程以及合成聚合物影響的總和。工業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者們認(rèn)為,納米科學(xué)和納米材料在21世紀(jì)將改變幾乎每一件人造物體的特性,材料性能的重大改善和制造模式的改變將引發(fā)一場(chǎng)工業(yè)革命。