“世界正为之而改变”——专家谈纳米科学与技术
杨健　2001-03-14 15:46:54

　　
　　编者按

　　 信息技术、生物技术、纳米技术作为21世纪三大新兴技术，正在深刻地改变着经济结构、生产组织和经营模式，推动生产力发展出现质的飞跃。为了及时向读者介绍国内外最新科技动态，本报从今天起推出《科技前沿》栏目。本栏目每月一期，文字力求生动活泼，体现权威性、新颖性、准确性。本栏目一般由本报记者采写，也欢迎专家学者投稿。

　　 “未来的技术将属于那些明智地接受纳米作为新标准，并首先学习和使用它的国家。”从北京参加完第七届扫描隧道显微学会议回国后，诺贝尔奖得主罗雷尔博士在给江泽民主席的信中这样写道。

　　 那是1993年的秋天。纳米科技作为一个新的学科领域刚刚诞生。中国科学院的纳米科技青年实验室还叫“扫描隧道显微学实验室”，白春礼是这个实验室的主任。

　　 虽然都是纳米科技的积极鼓吹和推动者，但无论是罗雷尔还是白春礼恐怕都没有想到，仅仅数年时间，纳米科技就如此快速地走进了社会公众的视野。

　　 公司和科研机构几乎每个星期都会报告在纳米技术上取得的新进展：用纳米管制造的世界上第一个单分子晶体管已经可以在室温下工作；“纳米火车”以神经细胞中的微管片段为车厢，以牛脑中的驱动蛋白为牵引机车，正在实验室的轨道上疾速前行；一个分子大小的马达以每秒钟3到4圈的转速运转了40分钟。在中国，用纳米技术制造的涂料刷上了立交桥；股市上，“纳米概念”甚至成为吸引投资的一大卖点……

　　 “纳米科技正在改变整个世界。”中国科学院副院长白春礼这样评价。

　　 “纳米”不是“大米”

　　 然而并非所有人都知道纳米只是一个长度单位，代表1米的10亿分之一。

　　 “在很多人眼里，纳米是一种物质，也许是一种粮食。”白春礼院士说起这些，表情有些复杂。

　　 那么什么是纳米科技呢？作为国家纳米科技指导协调委员会的首席科学家，白春礼的回答简洁而严谨：“就是在0.1纳米到100纳米的尺度上研究物质的特性和相互作用，并利用它制造具有特定功能产品的科学与技术。”

　　 纳米科技的萌芽，可以追溯到物理学家理查德·费因曼1955年和1959年的两次著名演讲。在演讲中，这位加州理工大学的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始，无论是磨尖箭头还是铸造发动机的缸体，为了把物质做成有用的形态，人们总要一次性地削去或者融合数亿计的原子。费因曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？

　　 20年后，麻省理工学院的毕业生德雷克斯勒将这些设想向前推进了一大步。既然细胞可以按照遗传编码不断“拷贝”自己，科学家也就有可能在原子水平上设计特殊的分子，然后仿照生物界的流程大量地复制这些分子。

　　 在1986年出版的《有创造力的发动机》一书中，德雷克斯勒描述了这样一幅动人的场景：成群的有自我复制能力的微型机器人在地毯上或书架上爬行，把灰尘分解成原子，再将原子复原成餐巾、肥皂或纳米计算机等诸如此类的东西。

　　 纳米科技带来什么

　　 白春礼承认，要使这些想象中的微型机器人爬进血管，清除壁上沉积的胆固醇，要将碳分子逐个排列制成钻石，把剪下的草屑改造成面包，还有一段很长的路要走。

　　 但这并不是纳米科技的全部。作为一个全新的学科领域，纳米科技正与材料学、电子学、机械学、化学、生物学等交叉融合，形成无数崭新的研究方向。

　　 “除了构造纳米器件，合成具有特定功能的纳米材料、实现纳米尺度上的表征检测，是纳米科技的另两大重要方向。”白春礼说。

　　 在显微镜下，常规材料中基本颗粒的直径小到几微米，大到几毫米，包含几十亿个原子。而纳米材料的基本结构是纳米级原子团或分子团，直径不到100纳米，包含的原子不到几万个。这种结构使得纳米材料在强度、断裂韧性、导电、导热等性质方面与常规材料大相径庭。纳米相铜的强度比普通铜高5倍，而纳米相陶瓷是摔不破的。从这种意义上说，只要控制结构颗粒的大小，就能制造出强度、颜色和可塑性都能满足用户要求的纳米材料。


　　 要研究纳米材料的这些特殊性质，总结其本质规律，必须借助实验工具对其微观表征进行检测。扫描隧道显微镜就是这样一种新型表面分析工具，它能直接观察到物质表面的原子结构。借助这一工具，科学家花了22个小时，搬动35个氙原子组成了“IBM”这3个字母；而中国科技大学的研究人员则直接拍摄到了世界上第一张分子化学键的图像。

　　 “按人类意愿操纵某些分子、原子，费因曼的这一预言今天已经部分实现。”白春礼说，“这是一件非常有意义的事。它必将像电子学的出现一样，改变人类的经济、生活和生产方式。”

　　 要集中力量实现突破

　　 “随着纳米科技的飞速发展，美、日、欧等发达国家和地区正在这一领域展开激烈竞争。”白春礼介绍说，美国政府把新的国家纳米技术战略作为最优先考虑的战略，在2001财政年度对纳米技术的研究和发展投入4.97亿美元。日本、德国、英国、瑞典、瑞士和欧盟也都在建立纳米技术专门领域的先进中心。

　　 “八五”、“九五”期间，我国科技部、自然科学基金委、科学院等部门在纳米材料、纳米尺度表征等领域做了一些布局，“但相对来说，立项比较分散，没有统一布局。从现在开始，应该在国家层面上制定有限目标，合理布局，组织各方面力量实现突破。”

　　 据德国科技部1995年的预期，我国的纳米材料学研究居世界第五。白春礼认为，我国在纳米金属材料、粉体材料、结构功能材料等方面的研究处于国际上比较先进的水平。但纳米科技的整体水平，尤其在纳米器件上与国际先进水平差距非常大。“纳米器件的研制水平和应用程度，是人类是否进入纳米时代的主要标志。从现在起，在这方面就一定要有前瞻性的布局，牢牢掌握知识产权。至于近中期，则应该尽快解决纳米材料方面的技术问题，积极推动产业化，以新材料促进传统产业的升级换代。”

　　 谈到企业和股民对纳米科技的青睐，白春礼表示“有喜有忧”：“一方面，作为科学家，我很高兴地看到企业界关注和重视纳米科技，愿意向它投资，参与其发展。另一方面，国内有上百家企业声称在做纳米研究，个别商家推销产品动辄称‘纳米’，这可能会误导消费者。”“我希望更多的企业投身到纳米技术的开发和应用中来，也希望普通百姓对纳米科技有更多的了解和支持，多一份理性的热情。”

　　 《人民日报》 (2001年02月19日第六版)