纳米技术的未来

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1、纳米技术的未来RichardJones零火译自PhysicsWeb-PhysicsWorld,August2004　　关于自复制纳米机器会成为吞噬地球的“灰色粘质”的景象可能只会存在于幻想中，但是“基本纳米技术”将会给社会带来巨大的利益。问题是我们将如何最好地实现这个目标。　　　　纳米技术已经慢慢地进入通俗文化中，但是不是以科学家所喜欢的那种方式。有一个明显的例子在“Dorian”中——小说家WillSelf重新改写的奥斯卡·王尔德（OscarWilde）的“ThePictureofDorianGray”的现代版。在

2、其中的一个场景，洛杉矶市郊的一座阴暗的工业建筑内，DorianGray和他的朋友们看到一排排的杜瓦瓶，里面放着冷冻着的躯体，等待着医学科学的发展直到能够治疗这些人的疾病。虽然Dorian的一个朋友怀疑技术再怎么发展也不能修复解冻时引起的损坏，但是他的另一个朋友——Fergus——则更乐观一些。　　“当然他们可以”Fergus说，“Dorian说他们将用叫做什么nannywhatsit的，和小机器人什么的来干这事——是吧，Dorian?”　　“纳米技术，Fergus你说的很对，他们将使用具有超级智能的小机器人共同工作来

3、修复我们被损坏的身体。”图1：公众对纳米技术的看法常常被类似的这些插图误导——对一个物理学家来说，这是非常不可信的——在血管中运动的纳米机器人，它正在使用纳米切割机和真空吸尘器来清除血管中的沉积物。图片来源：JulianBaum/SciencePhotoLibrary　　这种纳米技术将导致能在我们血液中航行的微小的机器潜艇的观点是十分普遍的，象（图1）那样的图片经常能在介绍纳米技术的出版物中见到。然而现今的纳米技术产品却要普通的多——防污的裤子，更好的防晒霜以及用碳纳米管加强的网球球拍等。在技术的许诺和技术的现实之间

4、有一道几乎是超现实的鸿沟。　　这种不同的原因在于大部分纳米技术的定义都过于宽泛。他们假设任何在1-100纳米范围内控制与制造物质的技术分支都可被看作纳米技术。然而，许多被定义为纳米技术的成就却仅仅只是传统领域中的成果，如材料和胶体科学中的研究进展。这足以稍稍打破一些纳米技术的定义。　　我们所说的“增值纳米技术”包括通过控制纳米尺度上的结构来改善材料的特性等。例如塑料，可以用纳米粘土颗粒来加强。使得它们更结实，更硬和具有更好的化学抗性。化妆品可以配制成能更好地驱散油相，因此改善产品涂在皮肤上的感觉。这些是被我们称为基于

5、纳米技术的商业产品，在它们后面的科学技术是成熟的并且这些产品也确实比以前有了很大进步。然而它们并没有实现决定性的突破。　　“进化的纳米技术”则使我们不仅仅在纳米尺度上重新设计材料，而且能实现真正的能做些事的纳米装置。这种装置可以，例如，感知周围的环境，处理信息或者转换能量，象纳米尺度的传感器，可以使用碳纳米管的巨大表面和其他纳米结构材料来探测环境污染或者生化药剂。其他的进化纳米技术的产品则是半导体纳米结构——例如量子点和量子阱——可以用来制作更好的固体激光器。　　科学家也在开发更成熟的封装药物分子的方法并可以在合适的

6、时候释放它们。　　增值和进化纳米技术结合在一起正在推动当前的工业和学术兴奋点向着纳米尺度推进。进化纳米技术正在迈出巨大的步伐，越来越多的产品将在接下来的五年内出现在市场上。　　灰色粘质和基本纳米技术　　但是这些离EricDrexler描述的纳米技术的景象有多远？在1986年Drexler出版了一本有影响的书叫做“创造的发动机：即将到来的纳米技术时代”，书中他设想了可以以原子级精度动作的纳米机器。我们可以把这种目标称为“基本纳米技术”，Drexler设想了实现基本纳米技术的一种途径，采用坚硬的材料，例如钻石，通过移动反

7、应分子块到适当的位置来构成复杂的纳米尺度的结构。他的方法本质上来说是机械的，集成微小的齿轮，轴承和传动装置来制造微型机器人工厂，探针和车辆（图2）。图2：最初的“基本”纳米技术的版本可以追溯到EricDrexler——加州远景学院的创始人——他预见了可以精确操纵原子的纳米机器。他设想使用坚硬的材料，例如钻石，来制造复杂的纳米尺度结构，通过移动反应分子块来实现。图中这种运动控制器，可以成为用来组装分子的纳米机器的一个部件。来源：KEricDrexler/InstituteforMolecularManufacturin

8、g,http://www.imm.org/　　Drexler的最引人注目的论点是，基本纳米技术可行是因为细胞生物学给我们提供了无数成熟的纳米机器的例子，例如驱动我们肌肉的分子马达，它可以把化学能转化为机械能，并且拥有惊人的高效率，还有离子通道和离子泵（图3），它们可以控制通过膜的分子流。其他的例子还有核糖体——可以制造蛋白质分子的分子机构，它可