读《美国纳米技术创新进展》

读《美国纳米技术创新进展》

本书以 新世 纪 美国 纳 米 技术 领域 的 创新 活动 为 研究 对象， 从 媒体 报道 和 科技 成果 管理 部门 搜集 和 整理 资料， 博览 与之 相关 的 论著， 在 充分 研究 原始 资料 的 基础上， 抽绎 出典 型材 料， 细 加 考 辨， 取精 用 宏， 实现 同 中 求 异、 异 中 求同， 精心 设计 成 美国 纳 米 技术 创新 进展 的 分析 框架。

纳米技术表现为，采用单个原子或分子来制造物质产品的一种工艺方法。同时，它还研究产品结构大小，在 0. 1 至 100 纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术是现代科技的一项综合产物，它体现着混沌物理、介观物理、量子力学、分子生物学等现代科学思想，体现着计算机技术、微电子技术、光子扫描隧道显微镜技术、核分析技术等现代技术工艺。

又会

导致 一系列 新颖 科技 成果 的 诞生， 并 促使 科学技术 朝着 纵深 挺进， 形成 纳 米 物理学、 纳 米 化学、 纳 米 生物学、 纳 米 电子学、 纳 米 光子 学、 纳 米 计量学， 以及 纳 米制 造 技术、 纳 米 加工 技术、 纳 米 组装 技术 等 新 理论。

到 2003 年 12 月，布什总统签署《 21 世纪纳米研发法案》，掀起美国纳米技术发展的新高潮，使纳米话题在美国备受人们关注，成为基础科学研究和应用技术开发的新热点，纳米产业也成为风险投资的一道热门风景线。

在高投入的刺激下，美国纳米技术新成果大量涌现，成为世界上申请有关纳米技术专利最多的国家，到 2005 年年初，美国已拥有近 8000 个纳米技术专利。这些专利主要集中在半导体材料及芯片、癌症诊断与治疗、光学新材料和生物分子追踪技术等方面。

纳米产品，是指在生产加工过程中，应用了纳米技术或纳米级原材料的制成品。目前，在美国市场上随处可见纳米产品，如纳米刀具、纳米玻璃、纳米布料、纳米染料、纳米黏合剂等。美国有个专门统计纳米技术产品的机构， 2006 年 3 月，开始建立全球首个在线纳米技术产品目录时，产品总数只有 212 种。到 2008 年 4 月 28 日，它发布的已登记纳米消费产品目录，已上升到 609 种。

2010 年以后，美国纳米技术向着更加广阔的纵深拓展，其中表现之一，是纳米产品原料来源更加丰富。此间，美国除了继续开发纳米级银微粒、碳纳米管、纳米级氧化锌、纳米级二氧化钛、纳米级硅、纳米级金微粒等纳米原料外，又动用大量科研力量和资金，集中研制典型纳米材料石墨烯，以及用它为原料生产的产品，并取得长足进展。

2011 年开发出石墨烯晶体管、石墨烯集成电路， 2012 年研制成超强功能石墨烯电容器， 2013 年制造出全石墨烯无缝集成电路架构。

由于碳纳米管具有一些出众的特性，它已成为纳米技术领域最重要的材料之一，但科学界一直对其形成过程不甚了解。该研究小组表示，最常见的碳纳米管生产方法是碳电弧法，也就是用碳电弧将封闭在氦气舱中的石墨加热到 5000 ℃，在一个电极上获得碳纳米管。

用

碳 电弧 法 生产 碳 纳 米 管 的 时候， 电弧 把 石墨 加热 成了 液态 碳， 其 表层 的 液态 碳 因为 急剧 冷却 变成 了 玻璃 态， 而 内部 的 碳 因为 冷却 非常 缓慢， 而 变 成了 超 冷 液态 碳。 当 超 冷 液态 碳 冷却 到 某一 临界温度 时， 便 开始 结晶 成为 碳 纳 米 管， 而 碳 纳 米 管 结晶 会逐渐 伸长， 刺破 外面 包裹 的 玻璃 态 碳， 玻璃 态 碳 就 如同 针 上 的 水珠 一样， 黏 附在 碳 纳 米 管 纤维 的 表面。

纳

米 金刚石 导管 的 表面 由 高 纯度 的 金刚石 组成， 这就 使得 纳 米 金刚石 导管 及其 上级 电子元件 之间 产生 导电性， 它们 之间 可以 有 电流 通过。 加上 纳 米 金刚石 导管 具有 的 良好 光 散发 能力， 以及 它 极低 的 电压 要求， 使得 这种 新型 材料 可以 用来 制作 高科技 平面 节能 电视。

从理论上说，碳纳米管的强度要比钢硬 100 倍。但在实际应用中，科学家们正努力使纳米管达到这一标准。部分原因是因为，目前人们对纳米管到底是如何破裂，以及在什么情况下才会破裂等一系列问题，还不是很清楚。由于纳米管属于单分子结构，约为人类头发丝的八万分之一大小。

在科学家拍摄的并五苯分子照片中， 5 个六边形碳环结构清晰可见，甚至环绕碳环的氢原子也能看到。事实上，并五苯碳环之间的间隙非常狭小，只有 0. 14 纳米，是一粒沙子直径的百万分之一。

研究人员在最近完成的试验中采用直径为 8 纳米的硒化铅量子点取得迄今最好的成绩：在紫外线光波的照射下，每个光子能在硒化铅量子点中产生 7 个自由电子。

等离子体振子的传播能量随距离增加呈指数递减。在传输 4 微米后，所测的强度值仅为最初的 1/ 3。虽然这样的传输距离仍比传统的光波导短，但在微型电路内只需要覆盖较小的长度尺度。未来或可将放大器应用于系统之中，以增加传输距离。

但在

纳 米尺 度 理解 爆炸 将使 我们 更好 地 控制 合成 过程， 制 出 更好 的 爆炸 材料。 他说：“ 我们 想 控制 高能 材料 的 纳 米 属性， 从而 理解 其 小 尺度 的 物理 行为， 使 材料 更 安全。 也许 我们 可以 设计 泰 胺 等 材料 的 特性， 使它 对 特定 刺激 因素 敏感。 如果 缺乏 这个 刺激 因素， 这个 材料 就不 再 表现 为 爆炸物。”

目前计算机使用的硬盘记录头与硬盘表面，有 5 ～ 6 纳米的距离，“记录头”容易发热，而研究人员一直在寻找控制热力的方法。热力传导和控制是磁力储存领域十分重要的一环，此类应用也将因陈刚研究小组的发现而迅速发展。

从本质上看，量子点也能互相交流。量子点很小，直径不过 5 纳米。作为比较，生物细胞的平均直径约为 1000 纳米。研究人员相信量子点在开发纳米技术中的作用非常重要，因为它们具有通用性和一致性，这排除了材料可能的变化和瑕疵。

当

碳 纳 米 管 通电 时， 其 附近 物体 会 发热， 而 纳 米 管 本身 却 仍然是 冷的。 研究人员 指出， 理解 这种 现象 有望 带来 一种 全新 的 计算机 处理器 制造 方法， 它 能以 更快 速度 运行 却不 会 过热。

利用一种圆柱形的纳米颗粒将药物持续地输送到动物肺癌组织，而且持续时间是之前所用的球形颗粒的 10 倍。这些发现对药物输送有着重要意义，并且也能帮助科学家更好地了解柱形病毒，例如埃博拉，以及 H5N1 禽流感。

过去，二氧化钛纳米粒子被视为是无毒的，因为它们不会激起化学反应。但席斯特尔研究小组的研究表明，二氧化钛纳米粒子一旦进入体内会在不同器官中累积，导致单链和双链 DNA 断裂，并造成染色体损伤，以及炎症，从而增加患上癌症的风险。

纳米粒子系统克服了抗癌药物开发中的瓶颈问题。他说：“我们所做的是努力建设一条管线，在这里你可以测试所有的标靶，然后通过小鼠模型筛选出重要标靶。你可以用 RNA 介入的方法确定想要进入临床试验的标靶的优先顺序，或者开发抵抗它们的药物。”

发现可当医学传感器的纳米级蛋白分子开关。 2004 年 11 月，由约翰·霍普金斯大学马克·奥斯特梅耶教授领导的一研究小组，在《化学与生物学》杂志上发表论文称，他们通过对一种早期的模型进行改进，发现了一种用两个不相关的蛋白创造出一个分子开关的新途径。这种分子开关是纳米级的“设备”，其中的一种生化成分控制着另外一个的活性。实验证明，这种新开关是早前模型效率的 10 倍，

牙齿釉

原 蛋白 的 自行 组装 能力 在 指导 纳 米 粒子 点 连接 的 过程中 发挥 了 关键 作用， 纳 米 粒子 点 再 连成 复杂 的 高度 有序 化 的 结构。 研究 并 模拟 这一 过程 能 帮助 我们 用 生物 分子 构建 纳 米 级 的 矿物 材料， 为 牙科 领域 和 其他 应用 带来 新的 纳 米 技术 和 生物 纳 米 材料。

2006 年 6 月，美国环境保护局的一个研究小组发现，颗粒极其微细的纳米二氧化钛粒子有可能使脑细胞产生有害的自由基。这意味着，人们必须深入研究纳米材料对生物组织的影响，评估其对环境和健康的威胁。纳米二氧化钛有着抗菌、光催化、抗紫外线等特性，广泛用于制造抗菌材料和防晒化妆品等多种产品，

单个血红细胞可提供足够的膜材料，生产出超过 3000 个纳米海绵，每个直径大约为 85 纳米。因为血红细胞是造孔毒素的主要目标，纳米海绵一旦进入血液，将担任诱饵角色，吸收破坏性蛋白并中和其毒性。纳米海绵由于尺寸极小，它在系统中的数量将大大超过真正的血红细胞。这意味着，纳米海绵有更高的机会与毒素作用并吸收，从而将毒素带离其天然目标。

2004 年 12 月 9 日，由阿肯色大学物理学专家组成的一个研究小组，在《自然》杂志上发表论文称，他们发现微小的纳米盘和纳米棒存在一种新特性：具备增加 1000 多倍记忆存储能力的潜质。

目前的磁性存储设备，如大部分计算机中的硬盘，是通过翻转内部磁矩（对应于计算机二进制代码 1 或 0），将信息“写入”铁磁材料。而铁电存储是通过电场把材料的两种电极状态结合起来转化为代码，在计算机上写入和读出数据信息。而最终在效率上，铁电材料有望胜过铁磁材料。铁电材料把信息存储在更小的空间，几乎是从微米下降到纳米。在纳米级别每个粒子都是一个比特。

兰

德 曼 说：“ 大部分 合成 材料 在 制作 时 都 需要 使用 催化剂 来 加速 其反 应 过程。 制 造出 对 特定 化学反应 高效、 高 选择性 和 高 特异性 的 催化剂， 能 大幅度 削减 制造 成本。 理解 纳 米 催化剂 的 原理 是 开发 高效 催化剂 的 关键。”

根据

超导 理论， 超导体 中 自 旋 电子 配对 形成“ 库 伯 对” 是 超导 性的 来源。 所谓“ 库 伯 对”， 是指 美国 科学家 库 伯 发现， 在 晶体 中 众多 可以 自由 运动 的 电子 总会 有 一些 因 适当 的 晶格 形变 而 束缚 在一起， 形成 相对 稳定 的 一对 电子。 但 科学家 早就 发现， 当 超导体 放置 于 强 磁场 中 时， 电子“ 库 伯 对” 会被 磁场 破坏， 电子 的 自 旋 也 受 影响， 超导 性 会被 抑制 甚至 彻底 消失。

发现

有望 启发 人们 找到 更多 天然 无毒 的 新 导电 纳 米 材料， 它 比 人造 材料 更容易 制造， 而且 成本 更低。 未来， 人们 甚至 可以 制造 出在 水中 和 潮湿 环境 中 使用 的 电子 设备。

发现

有望 启发 人们 找到 更多 天然 无毒 的 新 导电 纳 米 材料， 它 比 人造 材料 更容易 制造， 而且 成本 更低。 未来， 人们 甚至 可以 制造 出在 水中 和 潮湿 环境 中 使用 的 电子 设备。

金

原子“ 笼子” 可以 用来 束缚 其他 原子， 这个 过程 称为 掺杂。 掺杂 后的“ 笼子” 可以 在 其他 表面 稳定 存在。 所以 这种 方法 可以 在 小于 纳 米 的 尺度 上 掺杂， 从而 影响材料 的 物理 或 化学性质。

成功

地 把 金 纳 米粒 子 附 着于 蛋白质， 形成 蛋白质 与 金 纳 米粒 子 均匀 排列 的 薄层 结构。 研究人员 认为， 这种 由 纳 米 粒子 和 蛋白质 组成 的 复合 结构 将 能 帮助 人们 了解 蛋白质 结构， 确定 蛋白质 功能 成分 和 组合 新的 蛋白质 复合 结构。

过去人们成功地实现了独立生成“树枝”状纳米结构，以及核- 壳状（内核和外壳）纳米结构的纳米晶体材料。现在利用生物分子表面活化剂，他们首次合成含有“枝杈”的复合纳米棒。

研究小组几乎为元素周期表中的每种金属都制造出一种结构，配合其他化学过程，孔洞的尺寸可达到 10 纳米至 500 纳米。他们同样制造了填充金属的硅纳米粒子，小到可被人类所摄入和吸收，这有望应用于生物医学领域。此外，威斯纳研究小组还以制造出“康奈尔点”而闻名，它可把染料封装在硅纳米粒子中。因此，溶胶- 凝胶工艺或许也可应用于构建包含光敏染料的太阳能电池中。

发现

氢 在 决定 氧化 石墨 烯 的 化学 特性 和 结构 组成 方面 发挥 着重 要 作用。 研究人员 表示， 了解 氧化 石墨 烯 的 特性， 以及 如何 控制 它们， 对 实现 这种 材料 在 纳 米 电子 设备、 纳 米 机电 系统、 传感、 复合材料、 光学、 催化 和 能量 储存 等 领域 的 潜在 应用 十分重要。

用 DNA“砖块”造出 100 多种三维纳米结构。 DNA“砖块”是指构成 DNA 双螺旋链的 4 种碱基：腺嘌呤（ A）、胸腺嘧啶（ T）、胞嘧啶（ C）、鸟嘌呤（ G）， A 只能和 T 配对， C 只能和 G 配对。它们就像“乐高”玩具，可以搭建出各种结构。这种纳米制造技术称为“ DNA- 砖块自组装”，用人造的 DNA 短链像乐高砖块那样搭扣拼装。它充分利用了 DNA 编程的能力，将 DNA 碱基对组合搭配成各式“菜谱”，来组成预先设计好的形状。

开发

出 一种 制作 纳 米 结构 的 新方法， 将“ 从上到下” 的 喷墨 打印 和“ 从下到上” 的 自 组装 技术 结合 在一起， 以 一种“ 电 喷” 打印 方式， 自动 形成 三维 的 超 精细 结构， 所 制备 的 纳 米 材料， 可用 在 半导体 和 磁 存储 工业 中。

大自然

使用 纳 米 级 结构设计 原理， 构造 出 高性能 的 力学 材料。 随着 纳 米 技术 的 深入研究， 制造 出 人工 珠 母 贝 材料 作为 高性能 装甲 材料 将 不会 是 梦想。

金

这种 抗氧化 的“ 惰性” 金属 便于 成型 制造 计算机 互 联 芯片， 而 硅 则是 大部分 半导体 设备 的 主要 组成 金属。

利用

一种 生物 连接器， 纳 米粒 子 可以 被 设计 得 只对 特定 的 目标 加热。 生物 连接器 是 用来 连接 特定 类型 的 细胞 的 特殊 的 黏性 分子。 在 生物 医学 的 应用 中， 少量 的 金 纳 米粒 子 就能 用来 加热， 影响 单个 的 大 尺尺度 物体， 如 癌细胞。

通过

金 纳 米粒 子层 的 相互 连接， 可以 大幅度 提高 光电 太阳能 电池 的 光电 转化 率。 金 纳 米粒 子 通过 等离子 效应 能够 在 薄薄 的 有机 光电 层 中产 生 强电 磁场， 其 结果是 聚集 光能， 使其 更多 地 被 电池 中的 光 吸收 区 捕获。

石墨烯只有一层碳原子的厚度，是目前世界上最薄的材料。科学家们发现，在石墨烯内，碳原子像一个细铁丝网围栏一样排列成一层，该层非常纤薄，使得其看起来就是透明的，而且，一盎司（ 28. 350 克）石墨烯足以覆盖 28 个足球场。

石墨

烯 涂层 可能 是 理想 的 抗 腐蚀 涂层， 可以 应用于 很多 方面， 尤其是 需要 纤 薄 涂层 的 领域， 例如， 用来 包裹 连接 设备 和 航空 航天 设备， 以及 用于 移植 设备 中的 微电子 元件 等。

在患者身上同时使用纳米粒子和基于 RNA 干扰的疗法是可行的。戴维斯表示，该方法为未来在基因水平上抗击癌症和其他疾病打开了大门。

使用靶向纳米粒子传递小干扰 RNA 在未来将有助于患者疾病的治疗，也使科学家开始考虑，可将似乎不太可能的目标作为新的靶标。临床试验得到的数据也证实把核糖核苷酸还原酶作为靶标的、基于基因的癌症新疗法是大有可为的。

世界各地

的 研究人员 都在 探索 利用 加热 的 纳 米粒 子 作为 潜在 的 癌症 治疗 手段。 此前 的 研究 也 证明， 将 磁性 氧化铁 纳 米 粒子 和 强劲 的 交变 电流 结合 可 产生 足以 杀死 肿瘤 细胞 的 高温。

尽管实验结果表明，纳米银微粒能够抑制 HIV- 1 细胞，但研究人员表示，还需要进一步实验来观察其长期效果，同时人体试验也在计划中。由于前期实验证实，纳米银微粒能够有效地附着在其他微生物有机体上，因此研究人员也将开展有关银微粒抗其他病毒的实验。

在《

纳 米 医学》 杂志 上 发表 研究成果 称， 他们 与 香港 大学 医学院 研究人员 在 合作 研究 中 发现 纳 米 肽 蛋白 纤维 液体 能够 迅速 止血。 有关 人士 认为， 这项 发现 不但 会 改变 外科 手术 的 过程， 同时 也会 对 人类 的 医学 发展 起到 至关重要 的 作用。

2005 年 12 月，由美国依利诺斯大学材料学系约翰·罗杰斯教授负责，黄勇教授等人参加的一个研究小组，用纳米刻蚀技术开发出一种可充分伸展的单晶硅，这种附着在橡胶基质上的单晶硅具有波状几何形状，是制造高性能电子元件的优质材料。

研制出

的 一种 新型 纳 米 晶体， 这种 晶体 使用 较少 能量 就可 增强 光线。 据称， 通过 这种 途径 可以 制造 廉价 的 彩色 激光器。

目前，研究小组仅使用一种组建模块，即金纳米粒子。然而，随着利用 DNA 链构建新晶体的技术不断发展，人们可以利用众多不同大小的组建模块，而这些组建模块可以具有不同的成分（如金、银及荧光粒子）及不同的形状（如球体、杆状体、立方体及四面体）。此外，控制每个纳米粒子之间距离的长短也是决定该结构功能的关键。米尔金表示：“人们一旦精于此道之后，便可构建任何想要的东西。”

用不同大小的纳米粒子与不同长度的 DNA 链组合，就能形成各种各样的晶体结构。经过混合和加热，组装的粒子从最初的无序状态转变为一种有序状态，每个粒子都按照晶格结构固定在各自的位置。

利用特定的纳米材料作为原子，特定的 DNA 作为黏合剂，经加热之后便可获得所需的晶体。

肾结石是钙物质在肾脏内沉积成块的结果。大约有 12% 的男性和 5% 的女性在 70 岁后会出现肾结石。美国每年用于治疗该病的费用为 50 亿美元。然而，人们至今并不完全清楚导致钙沉积成结石的原因。列斯科研究小组希望通过在分子水平上的研究认识肾结石，弄清产生肾结石现象的真实面目。

发热

金 纳 米粒 子 自古以来 就被 用于 制作 彩色 玻璃， 现代 则 被 开发 用于 运送 药物、 治疗 关节炎， 以及 使用 红外 光 进行 医学 成像。 金 纳 米粒 子 还可 对 红外 热 进行 再 辐射， 因此 也 被 用于 可 对 邻近 细胞 进行 加热 的 医学 治疗 中。

首次

实现 在 保留 各自 功能 的 情形 下， 把 半导体 和 金属 纳 米粒 子 结合 在一起。 研究人员 表示， 多功能 纳 米粒 子 目前 的 应用 重点 仍在 医疗 领域， 但 其 亦可 用于 能源 研究， 如 太阳能 电池 等。

美国《

国家 科学院 学报》 上 发表 论文 称， 他们 研制出 一种 纳 米粒 子， 被 称作“ 纳 米 机器人”， 可 经过 编程 关闭 基因 生产 线上 产出 的 疾病 相关 蛋白质， 将 细胞 水平 治疗 疾病 向前 推进 了 一步。

放

疗 和 化疗 已经 成为 癌症 治疗 的 常规 手段， 但这 两种 治疗 方法 都对 人体 损害 极大。 放 疗 破坏 皮肤、 口、 喉 及 肠 道 细胞， 能 引起 人 疲劳、恶心、 腹泻 和 永久性 脱发。 化疗 能 引起 听力 丧失， 并 破坏 心脏 和 肾 等 器官。

IBM 的研究人员表示，在制造分子级芯片上的高性能传感器时，精确控制纳米电线的排列十分关键。上述排列纳米微粒的方法有朝一日也许能用来追踪某一疾病的细微征兆。

到

目前 为止， 大多数 的 碳 纳 米 管 研究 还 仅 限于 小规模 的 应用。 但 现在， 他们 开发 出 如此 长的 碳 纳 米 管， 这 已 表明 碳 纳 米 管 的 长度 将不 再 受限制。 该 成 果为 碳 纳 米 管用 作 电力 传输 线 或是 作为 结构性 材料 的 基础 打开 了 大门。

细微

中 空的 碳 纤 丝 纳 米 管道 虽然 直径 只有 人类 一 根 头发 的 万分 之十， 却 已经 是 目前 世界上 公认 的 最有 用的 材料 物质。 碳 纤 纳 米 管道 密度 为 钢铁 的 六分之一， 强度 却是 它的 上 百倍， 导电性 能 比 铜 更好， 并且 可以 取代 硅 作为 半导体 芯片。 科学家 预测， 未来 应用 从 可以 举起 有效 负荷 的 电梯 缆绳， 到 比 人类 细胞 更 微小 的 电脑， 这种 碳 纤 纳 米 管道 的 用途 将 更加 广泛。

骨

组织 是 骨胶 原 纤 维和 羟 磷灰石 结晶 的 天然 化合物。 哈 顿 研究 小组 首次 演示 纳 米 管， 可以 仿制 骨胶 原 纤维， 作为 骨骼 中 羟 磷灰石 结晶 生长 的 骨架。

目前

正在 利用 碳 纳 米 管 技术 研发 一种 新型 的 人造 皮肤， 它不 仅能 够 防水， 而且 还可以 像 真实 皮肤 一样 感知 冷、 热， 以及 外界 施加 的 压力。

目前，

由 美国 宇航 局 科学家 研制 的 一种 新型 人造 皮肤， 采用 垂直 碳 纳 米 管 层 排列 在 整容 手术 所 使用 的 橡胶 聚合物 上， 就 像是 植入 一块 皮肤 一样。 碳 纳 米 管 通过 金丝 的 串 接 固定 在一起， 这些 碳 纳 米 管 分布 在 橡 胶状 的 聚合物 上。 这种 结合 橡胶 聚合物 和 碳 纳 米 管 的 人造 皮肤 能够 把 接触 表面 的 热量 传递 至 传感器 网络， 就 如同 皮肤 能够 及时 获取 该 信息 一样， 碳 纳 米 管 提高提高 聚合物 上 的 压电 感应 后， 传感器 能够 向 机器人 大脑 产生 一种 信号。

开发

出 一种 碳 纳 米 管 传感器， 植入 皮肤 下 后 可 全年 实时 监测 活体 动物 体内 的 分子 活动， 如 炎症 反应 即 产生 一氧 化氮 的 过程， 或 监测 血糖 或 胰岛素 水平， 而 无需 再 像 传统 方式 那样 采取 血 样。

纳

米 管 晶体管 能以 极高 频率 工作， 但是 当时 晶体管 之间 的 接口 却 采用 运行 速度 较慢 的 铜器 件， 结果 导致 速度 瓶颈。 他们的 研究 表明， 纳 米 管 突破 了 铜 器件 的 限制， 能够 将 电信号 从 一个 晶体管 传送 到 另一个 晶体管， 从而 消除 了 瓶颈。

迄今，最小的晶体管尺寸大约为 100 纳米，而“ Y”状碳纳米晶体管的尺寸仅为几十纳米。研究人员说，经过改进，该碳纳米晶体管能够缩小到几纳米。这样，用它制造微处理器，将会形成体积更小的计算机部件。

奈特罗公司已经研制出 13 厘米圆形芯片，能储存 10 千兆比特信息。目前，该存储器发明者正在完善生产工艺规程细节，以便今后将新型芯片推向市场。

2004 年 10 月，美国英特尔几名工程师在展示会上表示，芯片制造商们将会继续按照摩尔定律继续发展几年，但是工程师将会大规模改进其设计和产品的部件。其中最重大的改进，便是最终取代芯片的硅导体。目前，硅导体是构造整个电子信息领域的基本部件。预计在 2014 年之前，碳纳米管或硅纳米线会取代硅成为芯片的主要构成。到 2020 年之前，还会有更多更前沿的技术改进。对于英特尔来说，淘汰硅只是迟早的问题。

阿

扎 尔等 人 发现， 只 要在 碳 纳 米 管中 放置 一颗“ 种子”， 碳 纳 米 管 就能 自我 组装、 自我 焊接， 随后 便 制成 超 大型 集成电路。

碳

纳 米 管 具有 非凡 的 特性： 它们 的 导电性 比 金属 好， 而且 比 钢铁 硬， 还能 够 发光。 许多人 相信， 它们 有朝一日 将 应用于 很多 器件 上， 从 电脑 到 轻型 飞机 等。

研究人员利用该设计方法建成的碳纳米管计算机芯片，包含 178 个晶体管，其中每个晶体管由 10 至 200 个碳纳米管构成。不过，这一设备只是未来碳纳米管电子设备的基本原型，目前只能运行支持计数和排列等简单功能的操作系统。

一个

研究 小组， 用 碳 纳 米 管 开发 出 一种 过滤 网， 能够 把 水 和 油 这 两种 物质 快速、 利落 地 分离 开来。

2004 年 8 月，美国俄克拉何马州立大学的一个研究小组在《自然·材料学》杂志上报告称，他们发现用一层碳纳米管、一层聚合物层层交叠出的“夹心饼干式碳纳米管”具有超强硬度，可与工程中使用的超硬陶瓷材料媲美。

壁虎

能在 光滑 的 墙面 行走 自如， 这是 因为 壁虎 的 脚底 有数 十万 根 极其 微小 的 细毛。 壁虎“ 飞檐走壁” 时， 就是 靠 这些 细毛 与 物体 表面 分子 产 生的 黏 合作 用， 在 停下 时 可 强劲 黏 合， 抬 腿 欲 走时 可 轻松 分开。 因此 制 造出 像 壁虎 脚底 一样， 具有 神奇 黏 合力 的 材料， 一直是 某些 专家 的 夙愿。 现在， 美国 研究人员 利用 碳 纳 米 管 研制出 的 这种 黏 合 材料， 终于 比 壁虎 脚底 还要“ 黏”。

在《科学》杂志上发表研究成果称，他们用碳纳米管制造出新型螺旋纱纤维，其扭曲能力比过去已知的材料高 1000 倍，可利用其制造出比头发丝还细小的微电机。

在过去，生物学家们一直使用传统的金刚石或玻璃刀，用这种刀对冰冻的细胞样品进行切割，但是由于其切割角度很大，所以会造成细胞样品弯曲，甚至在切割后破裂。而碳纳米管强度非常高，并且比金刚石细，所以是对细胞样品进行精细切割工具的理想材料。更好的是，研究人员还可以使用这些纳米小刀对细胞和组织进行三维成像，用于电子断层扫描。这要求样品薄于 300 纳米。

热力学

第二 定律 称， 熵 随着 时间 而 增加， 但是， 在 量子力学 中， 时间 并不是 单向 的， 无论 你 前后 移动 都不 会 增加 熵。

2005 年 1 月，有关媒体报道，由美国南加利福尼亚大学迈克尔·麦瑞克教授及其同事组成的一个研究小组成功地在多孔氧化铝聚合物表面制造出纳米金网络，借此定义出纳米图案，把测量机械张力的精度推展到次微米等级。

为

纳 米 汽车 装上 发动机， 使它 能以 光 为 燃料 开动。 于是， 产生了 世界上 第一 款 装有 内部 发动机 的 纳 米 级 汽车。

研究人员说，这辆汽车宽 3 纳米、长 4 纳米，和 DNA 链的宽度相同，但比 DNA 短。两万辆这样的纳米汽车首尾相连，相当于人头发丝的直径。研究人员预测，有了这种发动机，汽车每分钟能跑 2 纳米远。

飞索半导体公司表示，他们将采用这个技术在 2006 年年底之前，用 90 纳米工艺制造 512M、 1G、 2G 的闪存芯片， 2007 年将采用 65 纳米的工艺生产 1G、 2G、 4G、 8G 和 16G 芯片。

在《

自然· 纳 米 技术》 杂志 上 发表 论文 称， 他们 发明 了 一种 分子 传感器， 这种 基于 纳 米 颗粒 的 探测器 能 找到 特定 蛋白。 它们 能 探测 出 多种 病态 细胞 产生 的 蛋白质， 在 未来 将 可望 被用 于 医疗 诊断。

这一

染料 技术 是 目前“ 纳 米 技术” 的 最新 应用 之一。 而 纳 米 技术 是 当今 科学 应用 的 热门 话题， 从 抗 污染、 抗 褶皱 的 衣料， 到 增加 电脑 的 内存 等 领域， 都有 该 技术 的 应用。

2005 年 8 月 30 日，美国麻省理工学院一个研究小组在《自然》杂志网站发布消息称，他们发明了一种纳米涂料，能使各种玻璃不起雾，同时又能大幅度降低反光率。

2005 年 7 月，由加利福尼亚大学洛杉矶分校教授杰弗里·青克领导的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》上发表论文称，他们制造出世界第一个纳米阀门。这个阀门可以控制分子的进出，研究人员设想将来用它向细胞内输送单个药物分子。

利用

纳 米 和 生物 技术 开发 一种 能够 检测 细菌、 病毒 和 其他 有害物质 的 试纸。 一旦 开发 工作 全部 结束， 今后， 人们 只 需用 该 试纸 擦 一下 被 检测 的 物品， 就能 知道 其上 是否 带有 细菌 等 有害物， 并将 它们 识别 出来。

2006 年 3 月，由美国伊利诺斯州大学材料科学系史蒂夫·格冉尼克教授领导，他的研究生张亮方为主要成员的一个研究小组，在刊物上发表研究成果称，他们创造性地利用油脂和纳米粒子混合，以新方法研制出纳米级胶囊。纳米级胶囊可用于制造新药和农业方面需要的新材料。

为推广纳米印刷技术，周郁 5 年前在普林斯顿市成立奈诺尼斯公司，专门生产纳米印刷设备。目前该公司客户来自日本、中国台湾、韩国、美国及欧洲等世界各地，其中不乏知名的跨国企业。

DNA 微阵列是一种用于诊断和了解遗传疾病、病毒性疾病和某些癌症的纳米器件。通常用硅或玻璃芯片制成，上面印有近 50 万个微型点。每个点都是由多个具有已知序列的 DNA 分子组成。也就是说，每张芯片上包含一个人的遗传密码。科学家利用 DNA 微阵列就可以发现和分析一个人的 DNA 或信使 RNA 的遗传密码。这样，就可以及早诊断出肝癌，或预测出一对夫妇生出患有遗传疾病的孩子的概率。

DNA 是纳米技术中最常使用的建筑模块，通常被用来控制建造有序的纳米结构。人们认为，在很大程度上 DNA 有望成为自下而上制造微型电子线路的基本模块。

目前，

使用 的 大多数 纳 米 材料 合成 方法 都 非常 复杂， 需要 特殊 的 设备， 而且 生成 的 纳 米 材料 也 很少。 微波 照射 法 使 用的 是 传统 的 微波 技术， 此外 它 还需 要在 实验室 环境 中用 一些 特殊 的 化学 药品 和 溶剂 才能 制 出纳 米 材料。

目前，

有些 纳 米 学家 正 专注 于 制造 由 金属 纳 米 线 组成 的 导电 网格， 这样 的 网格 具有 卓越 的 输电 性能、 成本 低廉 且 非常 容易 处理， 可 广泛 应用于 下一代 触摸 屏、 视频 显示器、 发光 二极管 及 薄膜 太阳能 电池 等 领域。

据了解，

目前 的 癌症 检测 技术 需 把 血液 样本 送到 大型 专业 实验室， 确认 结果 约需 一天 时间。 王 善 祥 研究 小组 的 磁 纳 米 检测 速度 更快、 检测 器件 更小， 方便 携带。

研究人员

表示， 纳 米 技术 可以 让 药物 直接 作用于 发病 的 细胞。 这些 小 仪器 将 在 身体 内 移动， 为 身体 内 发病 的 细胞 自动 提供 药物， 有效地 进行 诊断 和 治疗 工作， 有时 还可以 免除 手术。

据报道，

这种 含有 纳 米 技术 的 电池 板 是 硅 谷 纳 米 太阳能 公司 研制 生产 的。 这种 新式 电池 与 越来越多 欧洲 消费者 安装 在 自家 屋顶 上 发电 的 太阳能 电池 不同， 它可 像 印刷 报纸 一样，“ 印” 在 铝箔 上， 弹性 好， 重量 轻。 纳 米 太阳能 公司 预计， 用 这种 电池 板 发电 能 像用 煤 发电 一样 便宜。

晶体管是一种设置电流开关状态的装置，就像花园水管上用来控制水流开关的阀门一样。亚利桑那州大学的物理学家正计划制造出尺寸在 1 纳米，即十亿分之一米的微型晶体管。

信，

纳 米 发电机 在 生物 医学、 军事、 无线通信 和 无线 传感 等 方面 都将 有 广泛 的 重要 应用。 他说：“ 这一 发明 可以 整合 纳 米 器件， 实现 真正 意义上 的 纳 米 系统。 它可 以 收集 机械能， 比如 人体 运动、 肌肉 收缩、 血液 流动 等 所 产生 的 能量； 震动 能， 比如 声波 和 超声波 产生 的 能量； 流体 能量， 比如 体液 流动、 血液 流动 和 动脉 收缩 产生 的 能量， 并将 这些 能量 转化转化 为 电能 提 供给 纳 米 器件。 这一 纳 米 发电机 所 产生 的 电能 足够 供给 纳 米 器件 或 系统 所需， 从而 让 纳 米 器件 或 纳 米 机器人 实现 能量 自供。”

目前，芯片越小，设备越贵。拉亚恩表示，如果人工 DNA 纳米架构能够批量生产，那么，芯片制造商完全可以摒弃上亿美元的复杂制造工具，转而使用不足 100 万美元的、基于 DNA 的溶解和加热设备。

纳

米 计算机 依 靠的 是 量子 规律 支配 的 部件， 因此 需要 新的 构架。 纳 米 逻辑 器件 必须 能够 处理 单个 电子， 并且 具有 三维 架构。 超 立方体 的 独特 结构， 使其 能 适合 平行 计算 的 需要。

推出可保存数据 10 亿年的存储芯片。 2009 年 6 月 10 日，美国加利福尼亚大学、劳伦斯伯克利国家实验室组成的一研究小组，在《纳米通信》杂志上发表研究报告说，他们研制出一种新的计算机内存芯片，其数据存储量要比常规硅芯片高数千倍，且预估寿命将超过 10 亿年。

研究人员

表示， 无论是 古老 的 彩色 玻璃 制作 工艺， 还是 如今 先进 的 等离子体 光学 领域， 它们 都 需要 依靠 纳 米 级 大小 的 金属 离子 共振。 当 光线 照射 到 这样 的 粒子 时， 会在 金属 的 表面 激发 出 一种 被称为“ 表面 等离子体 波” 的 电磁场， 并且 会 引起 电子 呈 波状 振动， 最终 产生 彩色 玻璃 上 鲜艳 的 色调。

用碳纳米管开发出光吸收率最高的材料。 2008 年 1 月，美国《纳米通信》杂志网站报道，由美国莱斯大学的阿贾扬等组成的一个研究小组，开发出一种纳米材料，它对可见光的吸收率超过 99. 9%，是目前已知的颜色最黑的材料。

研究人员

表示， 已用 纳 米 技术 制造 出 数个 基于 激 子 的 晶体管， 这些 晶体管 有望 成为 新型 计算机 的 基本 模块， 他们 所 装配 出 的 电路， 也 成为 世界上 第一个 使用 激 子 的 运算 装置。

研究人员

表示， 这是 到 目前 为止 所能 实现 的 最好 的 超级 镜头， 是 高 解析 光学 成像 领域 取得 的 重大 进展。 该 技术， 可用 以 提高 生物 医学 成像 和 光 刻 技术 的 能力。 目前 研究人员 已 掌握 了 量 产 此种 超 材料 纳 米 镜头 的 能力。

在《

纳 米 快报》 杂志 上 发表 论文 称， 他们 研制出 迄今 最 薄的 有效 可见光 捕 光 器。 这种 纳 米 器 的 厚度 仅为 普通 纸 的 千分之一， 最新 设备 有望 降低 太阳能 电池 的 成本 并 提高 其 光电 转化 效率。

 一个研究小组，开发出世界上迄今最精密的纳米级时钟。这台时钟可始终如一地产生紫外光脉冲，其持续时间为几毫沙秒。这一成果可望在化学、物理学和天文学领域的超精密测量中，成为重要的测试工具。

研究人员

又为 石墨 找到了 一个 大 用场： 他们 把 石墨 制成 新的 电子元件， 使它 可能 成为 新一代 纳 米 级 电子元件 基础 材料。

据

研究人员 介绍， 这种 超级 纸 中最 主要 的 成分 是 纳 米 级 的 氧化 钛 纤维。 它的 性质 稳定， 可 耐受 高温 和 酸碱 的 腐蚀。 这种 纳 米 纤维 不仅 物理 和 化学 特性 出类拔萃， 而且 用来 制造 纸张 不需要 特别 的 条件， 其 晾晒 过程 与 制造 普通 纸 时 没有 任何 差异。

这种

纳 米 铟 材料 还 具有 导电 性能。 这一 特性 也 使得 它 能够 成为 未来 光 伏 电池（ 太阳能 电池）、 医疗 器械， 以及 生物 科技 成像 产品 的 绝佳 原材料。

报道

称， 用“ 巴 克 纸” 这种 复合 纳 米 材料 可生产 更轻、 更 节能 的 飞机 和 汽车、 效能 更 强大 的 计算机、 清晰度 更好 的 电视 等 多种 产品， 从而 有可能 引发 材料 学 和 制造业 的 一场 革命。

量子点的概念是在 20 世纪 80 年代提出的，是一种半导体纳米结构，带隙取决于大小和形状，可用于研制计算机、发光二极管、太阳能电池、激光器，以及医疗成像设备。

石墨

烯 的 导电、 导热 性能 极强， 远 超 硅 和 其他 传统 的 半导体 材料， 而由 硅 制成 的 晶体管 的 大小 正 接近 极限， 科学家 们 认为， 纳 米 尺度 的 碳 材料， 可能 是 硅 的 最佳 替代品， 石墨 烯 未来 有望 取代 硅 成为 电子元件 材料。

石墨

烯 是 从 石墨 材料 中 剥离 出来、 由 碳 原子 组成 的 二维 晶体， 只有 一层 碳 原子 的 厚度， 是 迄今 最 薄 也 最 坚硬 的 材料， 其 导电、 导热 性能 超强， 远远 超过 硅 和 其他 传统 的 半导体 材料。 很多人 认为， 石墨 烯 可能 取代 硅 成为 未来 的 电子元件 材料， 在 超级 计算机、 触摸 屏 和 光子 传感器 等 多个 领域“ 大显身手”。

研究小组表示，迄今他们只进行制造新型太阳能电池的第一步，即用纳米蚀刻技术在硅片上生产了具有图案的表面，并借助俘获的光线证实了它的效能提升，下一步则需要增加组件以生产真实的光伏电池，并证明它的能效可与传统太阳能电池相媲美。现今最佳的商用硅基太阳能电池的转化效率为 24%，而研究小组期望新途径能够实现约为 20% 的能量转换效率，但这仍需进一步的实验进行检验。

纳

米粒 子 可作 为 诊断、 监控、 治疗 疾病 的 应用 基础 工具 而 出现， 如 基因 测试 设备、 基因 标记 等。 开发 出 一种 具有 精确 选择性 的 纳 米粒 子 载体， 令其 只 进入 疾病 细胞， 瞄准 其中 特定 的 疾病 进行 攻击 而 不 伤害 健康 细胞， 是 细胞 疗法 领域 的 最大 特色。

研究人员

表示， 拥有 在 纳 米尺 度 观察 植物 细胞 表面 的 能力 并 结合 化学 成分 分析， 可以 大大 提高 人们 对 细胞壁 分子结构 的 理解。 同时， 高分辨率 的 结构 模型 对 将 生物 质 转化 为 液体 燃料 至关重要， 可以 加快 人类 利用 木质 纤维素 生产 生物 燃料 的 进程。

传统

治疗 癌症 肿瘤 的 疗法， 如 化学 疗法， 在 杀死 变异 细胞 的 同时， 也会 杀死 健康 细胞。 接受 治疗 的 患者 也会 变得 虚弱， 感到 恶心、 出现 头发 脱落 现象， 并且 容易 被 感染。 而这 种 包含 在 药物 中的 纳 米 细胞， 是一 种 更 有效 的 癌症 治疗 方法。 它 能 寻找 并 消灭 癌变 细胞， 而 不 伤害 正常、 健康 细胞。

研究人员

说， 我们 已经 开发 出 一台 机器人， 可以 把 治 癌 药物 送入 肿瘤 细胞 和 不正常 的 细胞 中， 而且 这种 被称为 纳 米 推进器 的 机器人， 是 第一 种 根据 感光 运动 的“ 纳 米 机器人”， 可在 细胞内 杀死 癌症 细胞。 该 装置 由 二氧化硅 纳 米粒 子 制成， 其内 部 导管 是由 特殊 的 化学物 质 偶 氮 苯 构成， 抗癌 药物 可以 装载 在这 种 导管 中 到达 病灶。 而 化学物 质 偶 氮 苯 具有 非常 奇特 的 感光 性能。

研究人员

指出， 这些 纳 米 电缆 不但 可以 用来 接收 神经细胞 的 讯号， 还 可以向 这些 细胞 发出 信号。 所以 这项 技术， 将来 还可以 被用 来 治疗 帕 金 森 病 等 疾病。

美国

空军 在 纳 米 技术 领域 研究所 覆盖 的 范围 主要 包括： 多 谱 段 探测器 阵列、 芯片 级 光 网络、 空间 紧凑 型 能源、 纳 米 动力学、 纳 米 材料 学 等 方面。 目前， 美国 空军 科学研究 局 正在 接受 对 纳 米 技术 未来 研发 方向 的 白皮书 及 初步 建议。