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如何打开神奇的纳米世界?

常驻编辑 科普中国 2022-07-12 纳米   表面积   纳米技术   中国   颗粒   药物   神奇   领域   材料   世界   技术   科技

赵宇亮,中国科学院院士,国家纳米科学中心主任,中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主任,科技部纳米重大研究计划总体专家组副组长,多次担任国家973计划项目首席科学家,中国科学院先导专项首席科学家。上世纪末本世纪初,赵宇亮参与发现了元素周期表第113号元素:鉨。2001年,他成为国际上最早提出纳米毒理学并开展纳米生物安全研究的几位学者之一,他的开创性工作揭示了纳米结构与效应之间的关系,被国际上誉为“引领科学家”。他曾两次获国家自然科学奖二等奖(2012年、2018年),中国科学院杰出科技成就奖(2019年),TWAS化学奖,中国毒理学杰出贡献奖,全国优秀科技工作者等。Ajk拜客生活常识网

20世纪80年代,人类通过扫描隧道显微镜,第一次发现纳米世界。短短几十年,纳米世界独有的神奇特性,已经催生出大量前沿科技,悄然改变了我们的生活。纳米科技是在原子、分子尺度上,研究物质的特性和相互作用,进行知识和技术创新,并对物质进行精确加工和原子制造的科学技术。纳米技术和信息技术、生物技术一起,正在成为21世纪科技领域,推动经济和社会发展最重要的三驾马车。Ajk拜客生活常识网

纳米有何神奇之处Ajk拜客生活常识网

什么是纳米?纳米本身只是一个尺度的单位,就是10的负9次方米,相当于10亿分之一米。纳米技术真正进入科学界的视野,或者说被科学界高度重视,开始于1981年扫描隧道显微镜被发明以后。Ajk拜客生活常识网

可能迄今为止,还没有任何一个学科像纳米技术这样,引起了全世界如此高度的关注。大概全世界有60多个国家专门成立了国家层面的纳米研究计划,我们国家也不例外。中国纳米技术、纳米科技的研究大概起源于20世纪80年代后期。在纳米尺度下我们所看到的事情,跟我们在宏观世界理解的东西完全不同。在纳米这个尺度下,这些功能来自它的一些特殊的效应,比如一克的颗粒直径为5个纳米的氧化铝,它的比表面积有多大?相当于一个篮球场这么大。比表面积是什么?小小的一克氧化铝怎么会有这么大的比表面积?简单说来,比表面积可以这样理解:无论什么物质,它都是由大量的微粒组成的,所有这些微粒的表面积加起来就是这种物质的比表面积。显然,一克氧化铝的比表面积肯定要比它的表面积大很多,完全展开之后,有一个篮球场那么大也就容易理解了。同样是一克氧化铝,如果组成它的微粒尺寸不同,那比表面积就会不一样,最终会导致出现不同的特性。Ajk拜客生活常识网

纳米科技如何颠覆材料研发Ajk拜客生活常识网

纳米科技问世不久,曾经风靡一时,那时人们最早接触到的,可能就是形形色色的“纳米材料”了。一些不良商家打着纳米科技的招牌夸夸其谈,推出了诸多类似“纳米内裤”“纳米鞋垫”之类令人哭笑不得的所谓高科技产品,宣称具有各种神奇的效果,许多不明所以的消费者上当受骗之后,甚至误认为纳米科技就是个骗局。其实,真正的纳米材料确实具备许多神奇的特性和功能,它们是使用纳米技术,在纳米级别上,对某些材料从微观结构上进行设计的改造,从而脱胎换骨,获得新生。这些需要科学家们坚持不懈地反复试验,经过漫长而严谨的研发之路,最终才可能走向市场,进入生活。Ajk拜客生活常识网

以纳米医药技术为例。现在的药物叫作分子药物,到目前为止,人类所有的诊断和治疗都是建立在这些分子和分子之间的反应基础上的。纳米药物则是单一分子聚集到一起形成了一个颗粒,所以纳米药物也可以叫作颗粒药物。这个颗粒,因为有一个表面,就可以在表面装上很多不同的药物在里面,然后通过控制它的释放,可以一层一层地往外放。纳米药物,我们有时也叫它智能药物。它更适合于复杂的疾病,像肿瘤、心脑血管疾病的治疗。Ajk拜客生活常识网

另外还有化妆品。现在化妆品里面用的材料几乎100%都是纳米材料。20世纪80年代在国外的时候,只要有一个女性从走廊的那一头走过来,你就看出她是化了妆的,因为那时妆上得很浓。但是现在大家化了妆以后,一般看不出来了,原因是化妆品所使用的是纳米材料,很细,用量比原来少了很多。现在的化妆品,尽管它不叫纳米化妆品,但是实际上使用的都是纳米材料。Ajk拜客生活常识网

再有就是智慧城市。无传感就无智能,智能技术最大的一个核心的部件就是传感器。传感器里面有两个核心的东西:一个是微纳器件,一个是敏感材料。传感器表面的敏感材料大部分都属于纳米材料。获取周围的温度信息、物体的位置信息、压力信息、时间信息,以及空气中间的有毒气体等,都是靠敏感材料。承载这些敏感材料的器件,都是通过微纳加工技术加工出来的,这是靠纳米技术发展起来的一些加工技术。

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