纳米管收音机

接收

    纳米技术堪称“下一代科技领袖”最热门的候选者。最激进的倡导者宣称，纳米技术其实就是一套分子制造系统，可以通过机械方法让一个一个分子彼此相连，自动构架出各种各样的结构，最终制造出各种结构复杂的成品。

    然而，事实却并非如此。“纳米”这个术语已经被过度滥用，几乎任何微小物件都在用“纳米”这个名字为自己脸上贴金，甚至连机油、防晒霜、唇膏、滑雪蜡之类的商品都号称含有“纳米粒子”。即使如此，谁又能料想得到，第一批真正可以发挥作用、能够对宏世界产生明显影响的纳米器件当中，居然会有收音机呢？

    2007 年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的物理学家亚历克斯策特尔(Alex Zettl)及其同事发明了一种纳米管收音机，拥有一身令人称奇的好功夫：单单一根碳纳米管就可以接收广播信号，放大并转换成音频信号，发送到外接扩音器上，让人耳能够轻松识别不信？好吧，请登录www.sciam.com.cn，亲耳听听它播放的歌曲《Layla》。纳米收音机的发明者指出，这种收音机或许能催生一系列全新的应用，比如可以完全放进耳道(ear canal)的助听器、手机和iPod 等等。策特尔宣称，纳米收音机将“轻松嵌入一个活细胞。到时候，制造一个与大脑或肌肉功能接口的装置，或者能用无线电控制在血管中游动的器件将不再是梦想”。

    纳米管的魅力

    纳米器件体积极小，重力和惯性效应影响甚微，而一些微弱的电场却能在纳米世界里兴风作浪。

    策特尔率领30 多名研究人员，致力于分子尺度器件的研究工作。纳米管具有不同寻常的结构，成了他们的研究重点。尽管谁先发现纳米管仍具争议，但纳米管能在科学界大出风头，应归功于日本物理学家饭岛澄男(Sumio Iijima)。1991 年，饭岛教授宣布，他在发出电弧(即放电所形成的明亮弧状闪光)的石墨电极顶端发现了一些“针状碳管”。

    这些纳米管的特性令人称奇。它们大小相差悬殊，形状多种多样，包括单壁管、双壁管和多壁管等。其中有的直，有的弯，有的甚至首尾相接形成环，就像一个面包圈。但所有纳米管都具有一个共性，那就是拥有相当高的抗拉强度(tensile strength，材料被拉断前能承受的最大应力)。

    策特尔指出，纳米管之所以具有这种非凡特性，是因为“一种自然界中最牢固的化学键将碳纳米管内的碳原子结合在一起”。单壁纳米管还具有优异的导电性能，不但大大超过铜、银等金属，甚至还超过了超导体 (superconductor)。“这是因为电子在纳米管中移动时不会撞上任何东西，”他解释说，“纳米管的结构简直是太完美了。”

    策特尔决定要打造一种能够通过无线方式彼此联系，并能无线发送探测结果的微型传感器，纳米收音机的创意由此产生。他说：“这类器件将监测环境状况。”把这些传感器件安置在一座工厂或炼油厂周围，它们便会把探测结果发回到某个收集站。任何人只要登录谷歌，“差不多。它可以通过纳米操控技术(nanomanipulation)安置在电极上，或者通过所谓化学气相沉积法[chemical vapor deposition，从电离气体(ionized gas)中沉积出一层又一层碳原子]直接在电极上生长出来。

    电极头圆圆的， 就像半个巴基球(buckyball)，不远处有一个反电极(counterelectrode)。在这两个电极间施加一个很小的直流电压，便会产生一股从纳米管端头流向反电极的电子流。这个发明的想法就是，无线电广播中的电磁波会撞击纳米管，使纳米管随着电磁信号的振动而发生机械振动。既然纳米管能与入射的无线电波共振，它就能起到天线的作用，当然这种天线的工作原理与传统收音机天线不同。

    解剖最小收音机

    只用一根纳米管，便可实现部件众多的普通收音机的所有功能。由于纳米管极其微小，因而它一遇到无线电信号便会快速振动。把这根纳米天线与外围电路接通，我们便可以操纵它完成选台、放大，将音频成分同无线电波的其他成分分离开来（解调），最终使我们能听到“海滩男孩”或乔治弗雷德里克汉德尔的音乐