亲爱的小读者，科学的美丽就是：充满力量，又在迅速变化；好像离你很远，却又在你身边。为了帮助你了解科学发展的最新动态，编辑了《少年科学大讲堂》这套书。本书是其中一册，讲述了纳米的有关知识。如果你对纳米这个小精灵深感好奇的话，快快翻开这本小册子，走进纳米世界，去探个究竟吧！

纳米水、纳米股、纳米家电、纳米武器……纳米究竟是什么东西?它到底有些什么奥妙?为什么科学家单单对纳米那么在意?物质在纳米范围内会出现什么特别的性质?纳米时代真的快要到来了吗?纳米科技是否也存在某种隐患呢?

如果你对纳米这个小精灵深感好奇的话，快快翻开这本小册子，走进纳米世界，去探个究竟吧。

前言

一、小纳米掀动大世界

乒乓球和地球的比喻

能“看”到原子的利器

纳米技术王冠上的明珠

什么是纳米技术

世界关注纳米技术

二、精灵古怪小纳米

灵感在沙漠中闪现

贵比黄金的碳纳米管

“真金”为何也怕火炼

为什么一定要0.1至10纳米

又一场材料革命即将爆发

三、小纳米与我们息息相关

衣食住行也与纳米有缘

千奇百怪的纳米武器

请“纳米”进入生命领域

信息也离不开小小纳米

四、纳米的明天会更好

“纳米时代”是否真的来临

“纳米热”席卷全球

写一笔纳米的“中国”

纳米世界存隐患

附录：

“纳米”大事记

什么是纳米技术

现在，我们已经知道了什么是纳米，但是，什么是纳米技术呢?对于这个问题，世界各国的科学家仍然是众说纷纭，莫衷一是。

概括地说，纳米技术主要包含以下四个方面：

第一是纳米材料。在纳米尺度下，物质的性质会发生很大的变化，如果我们能得到纳米尺度的结构，那么就可能控制材料的基本}生质，例如物质的熔点、磁性、电容甚至颜色等，而并不改变物质的化学成分。纳米材料具有与传统材料明显不同的一些特征。例如，纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍；气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度快几千倍；纳米材料的铜比普通的铜坚固5倍，而且硬度随着颗粒尺寸的减小而增大。

第二是纳米动力学。主要指微机械和微电机，总称为“微型电动机械系统”，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通信系统、特种电子设备、医疗和诊断仪器等。可以说，纳米技术的核心就是纳米机电技术，而纳米机电技术并不只是把东西做做小那么简单。新的物理特性使纳米器件非常坚固耐用，同时也非常可靠。一般的纳米器件振动2000万次，丝毫不会被损坏。近十多年以来，科学家成功地制造出了纳米齿轮、纳米弹簧、纳米喷嘴、纳米轴承等微型零件，并且发明了纳米发动机，它的直径只有200微米，一滴油可以灌满四五十个这种发动机。而且，纳米级传感器、纳米级执行器也相继问世。如果加上电路和出口，就能组成完整的纳米机电系统了。

第三是纳米生物学和纳米药物学。例如，在云母表面用纳米微粒胶体固定DNA的粒子，在二氧化硅表面进行生物分子间相互作用的试验等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内部放入零件或者组件，使其构成新的材料、新的药物。即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水，但是，如果粒子达到了纳米尺度，就可溶于水了。

第四是纳米电子学。当前，电子技术的趋势要求器件和系统更小、更陕、更冷。“更小”是指体积要小，“更快”是指响应速度要快，“更冷”则是指单个器件的功耗要小。当然，“更小”并不是没有限度的，小到一定程度它便小不下去了。

也有人认为，纳米技术的三大关键是纳米材料、超精度纳米加工方法和纳米机电系统。

纳米技术为什么如此重要呢?这是因为当金属或非金属被制成相当于100纳米的物质时，其物理性能和化学性质会发生出乎意料的变化，主要表现在强度、韧性、比热、导电率、扩散率、磁化率以及对电磁吸收性发生巨大变化等。当科学家力图在纳米尺度来理解和控制物质的时候，就会发现许多新的现象，发明许多新的技术。例如，纳米催化剂因大的比表面积(指球形颗粒的表面积与体积之比)使其催化作用大幅度提高。同样道理，纳米炸药也显示出更大的威力。用纳米颗粒粉体制成的纳米材料或具有纳米尺度晶粒的材料会显示出比一般材料更优异的性能。光刻技术的不断进步，已经使电脑芯片的制造技术正在接近或达到100纳米，使计算机的速度越来越快，而体积越来越小。不言而喻，这些科技进步对工业技术发展和社会进步都具有重要的意义。然而，这并不是科学家正在探索研究的纳米技术的核心和本质。正如德雷克斯勒所说的：这一切不过都是传统显微加工技术的扩展和延伸而已。它们都是通过采用类似于车床、铣床、钻床等加工设备，通过“切削”材料加工成所需的产品。这种技术统称为“由上到下”或者“由大到小”的加工技术。

什么才是纳米技术的核心和本质呢?纳米技术的核心和本质在于人们创造物质的生产方式，将元全不同于自石器时代以来人类用工具创造物质世界的方式。事实上，纳米技术决不意味着制造纳米尺度的产品，纳米技术产品可以小到分子尺度，大到?气车、飞机，只是制造的方式完全不同罢了。

我们已经提到过，从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。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，以达到我们的要求呢?实际上，这一灵感来自于大自然从单个分子，甚。至单个原子创造物质的启示。如果把人体分解成组成它的基本单元，我们获得的将是一小桶的氧、氢和氮，一小堆碳、钙和盐，微量的硫、磷、铁和镁，以及微不足道的20种或更多的其他化学元素。这些东西的总价值可以说是微不足道的，然而，大自然就是采用它们自己的方式。把这些廉价的、丰富的、无生命单元转换成具有自生成、自维持、自修复、自意识能力的生灵，可以行走、扭动、游泳，具有嗅觉和视觉，甚至可以思想和做梦，其价值无与伦比。这就是大自然的“纳米工程”。因此，纳米技术就是向大自然学习，力图在纳米尺度精确地操纵原子或分子来制造产品的技术，也就是科学家所说的“由底向上”、“由小到大”的加工技术。

其实，当物体尺寸达到纳米级时，常规的加工技术就没有了用武之地。怎么办呢?科学家就采用了盖房子的方法，将扫描隧道显微镜的极其尖锐的金属探针，向材料表面不断逼近，当间距达到1纳米时，施加适当电压产生电流，这时探针尖端便吸引材料的一个原子过来，然后将探针移至预定的位置，去除电压。原子就会从探针上脱落。如此反复进行，最后便按设计要求堆砌出各种微型构件，整个过程就像是用砖头盖房子一样。利用纳米技术选定原子构成分子。制造出各种各样具有“特异功能”的新材料，将这些功能特异的新材料添加到产品中去，从而使产品表现出意想不到的新}生能，这就是纳米技术最引入入胜的地方。

有人这样预言：“正像20世纪70年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米技术将成为下一个信息时代的核心。”在今后很长一段时间里，最新鲜、最轰动的概念将是“纳米”，它可以治疗疾病、延缓衰老、消除有毒废料，它可以杀菌、抑菌、增加世界食品供应，它还可以修路、造汽车、改善环境、建造摩天大楼……

纳米技术是建设者的最后疆域，它的影响将是巨大的。

P24-31

在一个落后时代的人看来，现代科学和魔法是没什么区别的。实际上，现代科学的发展早已远远超越了哈利·波特的想像。在魔法和神话里，从来没有出现过2000万吨级的聚变核弹，无论是宙斯的闪电还是孙悟空的金箍棒，在能量上和核弹根本不是一个级别；另外，神话和魔法的空间也显得过于狭窄，当魔幻故事还在月球轨道内进行的时候，人类的探测器快要飞出太阳系了。

科学的发展常常会超出人类的想像。19世纪时，有科学家通过流体力学原理得出结论：火车速度不可能超过每小时150千米，否则车内的空气就会被抽空；20世纪初，大多数物理学家都认为人类对于物质规律的认识已经完成，没有什么更多的事情要做了；20世纪60年代的大师冯·诺依曼说，全世界有一台巨型计算机就足够了，因为我们根本没那么多东西要算……

亲爱的小读者，科学的美丽就是：充满力量，又在迅速变化；好像离你很远，却又在你身边。为了帮助你了解科学发展的最新动态，我们编辑了《少年科学大讲堂》这套书。从作者到编辑，都努力用最浅显的语言，尽量让科学变得易读易懂。但是。这毕竟不是一套校园小说，你需要一点点耐心，才能享受到阅读和思考带来的乐趣。在阅读完成以后，你可以试着回答这样一个问题：科学能给我们带来什么呢?更强大的动力，更方便的沟通，更接近神话的世界，还是更惨重的灾难，更恐怖的损失?

这个问题没有标准答案，你可以在漫长的时间里，验证自己的回答。