纳米世界，桃花流水，别有洞天。郭子政、云国宏所著的《那么小那么大(为什么我们需要纳米技术)》是关于纳米科学与技术的科普著作，试图从新的角度为读者展示纳米世界不同寻常的风景。全书共分为4章。第1章从具体例子出发，简单介绍纳米和纳米技术的概念。对于普通读者来说，纳米世界的第一印象就是“小”，但这种尺度上的减小究竟意味着什么，会带来哪些翻天覆地的变化则是这一章要重点阐述的。第2章说明纳米现象，即在纳米尺度上的材料到底发生了什么性质和规律上的变化。第3章是纳米技术的实际应用，包含了作者对纳米研究和应用本身的思考。第4章是对未来纳米技术发展的展望。

围绕着纳米尺度之“小”和纳米技术之“大”，郭子政、云国宏所著的《那么小那么大(为什么我们需要纳米技术)》介绍了什么是纳米，纳米技术可以改变什么，纳米技术已经做了些什么，纳米技术的未来是什么。本书通俗易懂，图文并茂，只要是对生活中的先进科学和技术感兴趣的普通读者都可以阅读。

小到脱胎换骨

 1.其实金子是黑色的，还会穿“墙”

 2.钻石不发光，还能用来治疗癌症

 3.纳米尺度下，物理规律彻底变了吗？

 4.穿越到底改变了什么？

 5.亲眼看见原子和电子之舞

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看见的和看不见的

 1.身高5纳米的分子人

 2.小中之最小

 3.越测不准，越测得准

 4.你想看看二向箔吗？

 5.拯救摩尔定律

 6.怎么旋转很重要

 7.有电子才有摩擦

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小，但是有用

 1.既可以防晒，又可以做污水处理

 2.U盘、硬盘还是全能纳米盘

 3.用纳米工具探测病毒

 4.GPS导航，一边送快递一边杀敌

 5.为了不被吞掉而乔装打扮

 6.纳米激光器，小且全能

 7.碎结石、查敌情的纳米机器人

 8.森林也有纳米的

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当谈未来的时候，你看到了什么？

 1.要有光，未来之光

 2.把现在的太阳用在将来

 3.边走路边发电

 4.自己生长的纳米材料

 5.BFO，不是UFO

 6.你是电，你是光，你是模仿的神话

 7.投资有风险

 8.安全第一

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后记

钻石不发光，还能用来治疗癌症

通过纳米金，我们看到了纳米材料的性质有多少不同。那么，坚硬而更加稳定的钻石呢？钻石也可以变威纳米级的材料吗？这种纳米技术又有什么样的难度呢？

钻石就是因为炫目的光芒，才得以成为永恒爱情的象征，但纳米材料小到一定尺度，就不反射可见光了，所以，你可以想见，纳米钻石可不会像你手上戴的钻石那么耀眼(图1-4)。

“纳米钻石”的概念最早起源于科学家在太空陨石中发现的钻石结晶体。这些钻石结晶体的平均直径只有3纳米，所以，只有用电子显微镜观察才能发现。科学家们猜测，这些钻石可能是在太阳系外的太空中由于超新星爆发而形成的。质量大的恒星在走到生命尽头的时候，会产生超新星爆发，并在飞散的气体中传导强烈的冲击波。就是在这样激烈的环境中，气体中的碳原子由于压力的作用，才结合成了纳米钻石。虽然这个猜想不容易证实，但形成纳米钻石需要高温高压的条件是确定无疑的，这就为人工合成纳米钻石提供了思路。

比如，根据这些条件人们发明了爆炸法(detonation method)。首先将石墨等碳材料包裹在TNT炸药外，然后利用废弃的矿坑实施爆炸。伴随着一声巨响，冲击波在高温高压的瞬间将松散的碳原子紧紧压缩成一团。再将没能成就为钻石的石墨、非晶相的碳清除掉，留给我们的就是坚硬但没有炫丽光芒如同尘埃一般的纳米钻石。

这时候，即便你在其中翻翻捡捡，也肯定认不出来哪些是钻石。所有东西都是黑乎乎的，跟灰尘一样，即使确认出钻石，又不能打造成爱情信物，它还有什么用处呢？实际上，纳米钻石具有优异的物理及化学特性，如高传热、高硬度、耐酸碱等特性，另外它的光谱特性也非比寻常。这些特性使得它在生物医学应用上大有用武之地。

美国科学家的研究证明，纳米钻石颗粒可以作为药物导弹被用来向癌细胞传输化疗药物。与当前使用的药物传输系统不同的是，这种新型的纳米钻石颗粒药物传输系统不会产生副作用。一系列的基因研究已经证实，首先，纳米钻石颗粒不会引起细胞炎症，因为一旦药物被释放出来，所留下的就仅仅是钻石微粒而已。同时，纳米钻石颗粒在水中的溶解度也赋予了它在临床应用方面的新优势，而且它还可以用来治疗结核病或者病毒感染。看，这么小又不发光的钻石，作用可比戒指大多了。

纳米材料的特性，给了科学家更多、更宽广的空间来使用这些材料。当我们说到“纳米技术”的时候，要不就是使用了某种具体的纳米材料，要不就是在纳米尺度上发展出来的技术。不管是哪一种，都是具体而微的。如果你听到某些产品把纳米技术宣传得神乎其神，你可以多问一个问题：用了什么材料，什么特性？或者是什么技术？

举倒来说，用于生物体，特别是人体的材料一般要求比较苛刻，首先它要具有生物相容性，另外当然还要无毒。一般认为纳米钻石、碳簟这类碳组成的纳米材料具有比较好的生物兼容性。而且它们是无毒的，这就保证了临床医学的安全性。研究人员还发现，纳米钻石颗粒能够帮助大多数正常的细胞抵御化疗药物，使它们不致被杀死，因为这种纳米钻石颗粒集群只有在抵达目标细胞时才会缓慢释放药物，而它们所传输的药物，几乎是普通传输系统所能传输药物的5倍多。

除了在生物技术上的应用，现在和将来日常生活中用到纳米技术的时候也很多，而且可能超出你的想象。比如洗衣服，我们现在用的洗涤剂已经很先进了，经常可以听到“去除99％的污渍”，但有些污渍还是难以在较低温度下去除，为此我们有时候要把洗衣机的水温调到60～90摄氏度，这不仅烦琐而且格外耗能。

P9-12

纳米世界，桃花流水，别有洞天。本书是关于纳米科学与技术的科普著作，试图从新的角度为读者展示纳米世界不同寻常的风景。全书共分为4章。第1章从具体例子出发，简单介绍纳米和纳米技术的概念。对于普通读者来说，纳米世界的第一印象就是“小”，但这种尺度上的减小究竟意味着什么，会带来哪些翻天覆地的变化则是这一章要重点阐述的。第2章说明纳米现象，即在纳米尺度上的材料到底发生了什么性质和规律上的变化。第3章是纳米技术的实际应用，包含了作者对纳米研究和应用本身的思考。第4章是对未来纳米技术发展的展望。

纳米如今已经走进人们的生活，纳米的许多关键技术关乎国计民生。本书面向所有对纳米技术感兴趣的读者，特别是一些正在大学学习的朋友，希望能为他们尽早接触纳米并能迅速扫盲发挥作用。为此，本书各章最后都设有深度阅读的内容，以引领他们进一步了解纳米科技研究的现状。

作者2015年5月

因为新闻宣传和广告炒作的缘故，许多人对纳米的概念耳熟能详。尽管如此，如果让他们说清楚究竟什么是纳米？纳米技术能干什么？纳米技术干了什么？纳米技术想干什么？可能就比较困难了。因此，如何为大众解读、普及并引导他们建立正确的纳米概念，避免走进纳米误区，是一个纳米科技工作者义不容辞的责任。

实际上，所谓纳米，是度量单位nanometer(nm)的译名。就像毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，是1米的十亿分之一(即1nm=10-9m)，并没有特殊的物理内涵。1纳米是2～3个金属原子排列在一起的长度，或10个氢原子排列在一起的“宽度”。一般病毒的直径为60～250纳米，红细胞的直径约为2 000纳米，头发的直径则为30 000～50 000纳米。

人类早已认识到，我们命运的改变、生活的进步依赖于科技的发展。为了改变自己的命运，人类不断探索，并不断深入，其标志就是度量单位的不断减小。在空间尺度，我们关注纳米，在时间尺度则是飞秒(femtosecond)，也叫毫微微秒，简称fs，是标衡时间长短的一种计量单位。1飞秒只有1秒的一千万亿分之一，即10-15秒或0．001皮秒(1皮秒=10-12秒)。人类历史上第一个科技传奇应该算是力学的发现和应用：机械代替了人力，生产力得到大幅度提高，人类得以从繁重的劳动中解放。人类命运的第二次革命性的改变来源于电磁科技的发展。现在的人们很难想象，没有电，这个世界会是多么的黯淡。人类历史上的第三次科技传奇大概应是数字技术的普及应用。现在人们对计算机的依赖程度前所未有，既是工具，又是伴侣。那么，下一个科技传奇会是什么呢？许多人看好纳米技术。纳米技术(nanotechnology)就是研究结构尺寸在0．1～1 00纳米范围内材料的性质和应用的技术。目前，纳米科学和技术研究相当火热程度，全世界投入的人力物力空前。很多人对纳米科技满怀希望。

但是，纳米技术最近也颇受争议。有人说它就是个“大忽悠”，有人说它是个“远视”的技术，等等。“纳米冰箱”、“纳米洗衣机”被证明是一种广告宣传，而各种各样的“纳米水”有的只不过往水中加了点添加剂，有的纯粹是骗局。许多国家曾经投巨资资助的碳纳米管储氢技术后来却让人／大失所望。纳米技术是否失败了？纳米技术有哪些成功的范例？如何恢复人们对纳米技术的信心？对这些问题的研究都是十分紧迫的。

其实，纳米研究日新月异。十年前的纳米不再是现在的纳米。我们只有经常更新知识和不断从新的视角去认识原有的知识，才能跟上纳米科学技术发展的脚步。如何跟踪纳米技术的最新进展并把它们介绍给大众需要更加扎实的工作。

网络开辟了知识学习和交流的新时代。目前网上关于纳米的资源也非常丰富，但如何指导学生对网络知识进行归纳整理，去粗取精，去伪存真，也是摆在我们面前的重要任务。

近年国内关于纳米的科普和宣传工作呈现出欣欣向荣的局面，涌现出一大批作品。但跟国外相比还有很大差距。比如，我们还缺乏像网上流传的科普短片“Nano You”这群的作品。纳米方面的学术著作很多，但科普著作很少，而学术著作专业性强、深度较高，但趣味性不强。仅有的几部科普著作，像百花出版社出版的《神奇的纳米》，也是针对中学生以下的读者群体设计的，面向广大大学生和研究生群体的科普著作几乎没有。实际上，长期以来，我国的科普创作，存在一个误区。这个误区就是：科普书只是给孩子们看的。实际上，科普书不只是为孩子们写的，也是为孩子的父母写的。吸引孩子，首先要吸引孩子的父母。美国动画片《猫和老鼠》，日本动画片《蜡笔小新》等都是老少皆宜、雅俗共赏的典型代表。金庸的武侠小说被称作“成年人的童话”，说明他之所以取得成功，抓住的也不只是年轻人的心。除了孩子的父母，科普作品也不应忽视大学生、研究生这个群体。长期以来，国内科普著作和学术著作之间存在断档。大学生要么去看孩子们的书，要么就去看学术专著。这个现象反映出国人对科普创作与学术研究的关系处理上存在问题。很多人认为“做科研不做科普，做科普不做科研”、“二者不可得兼”。其实科研和科普是不能截然分开的。原因很简单。我们听学术报告时都有这样的体会：越是大师的报告越容易听懂。这是因为，大师对讲述的问题理解深刻，自己明白才能让别人明白。所谓科普就是将高深的科学问题或理论以通俗易懂的方式普及给大众，普及者自身水平提高了则更易于高屋建瓴。

国外在科普创作和学术研究的结合方面有很多地方值得我们学习。众所周知，科普创作和学术研究的前沿都应是人们最关心、最急于了解的领域和问题。最新的科研成果必须在第一时间为公众所了解。《时间简史》的作者、英国物理学家霍金认为：“如果我们确实发现了一套完整的理论，它应该在一般的原理上及时让所有人(而不仅仅是少数科学家)所理解。”实际上，中国人最钟爱的两本科学杂志即美国的《科学》杂志和英国的《自然》杂志，其重要职责之一就是科普。其实，《科学》和《自然》杂志一样都属于综合性科学杂志，它的科学新闻报道、综述、分析、书评等部分，都是权威的科普资料。《科学》杂志也供一般读者阅读，他们基本上也就是阅读科普方面的内容。科普作品除了趣味性要强外，也需要有一定的学术性和深度。这样，其读者群体才会广泛。比如，霍金的著名科普著作《时间简史》，其读者群涵盖了从中学生一直到该领域的高级专业人员的广大范畴。可以说，我们国内还缺乏《时间简史》这样深刻、对科学普及起到巨大推动作用的高级科普著作。

随着教育改革的不断深入，大学生教育越来越重视实践环节。大学生参加各类科技创新活动的机会越来越多，其中纳米是很多人青睐的领域之一。纳米科技的特点是多学科、多领域的交叉，许多想接触纳米的大学生可能缺乏相应的学术背景。他们迫切需要一本能迅速带领他们入门、能迅速带领他们扫盲的科普作品，而这又是过于专业的学术著作不能代替的。目前国内还缺少这样通俗易懂，又具有学术价值的科普著作。所以，从新的理念出发，研究、探索并创作一部既有科普性又有学术性、主要面向广大大学生和研究生的高级科普著作是有意义的。本书就是在这样的指导思想下完成写作的，希望作者的努力能得到读者的认同。

作者

2015年6月