一根頭發(fā)可容納兩萬輛納米車行駛，仍需漫長時(shí)間解決分子制造技術(shù)難題
人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后將逐個(gè)地排列原子，制造產(chǎn)品。這是著名物理學(xué)家諾貝爾獲得者理查德·費(fèi)曼1959年對納米技術(shù)的最早夢想。從此，人類就開始了對納米世界的探求。美國賴斯大學(xué)的科學(xué)家近期利用納
米技術(shù)制造出了世界上最小汽車。和真正的汽車一樣，這種納米車擁有能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子。只是它們的體積如此之小，甚至即使有兩萬輛納米車并列行駛在一根頭發(fā)上也不會(huì)發(fā)生交通擁堵。
圖片來源：美國賴斯大學(xué)網(wǎng)站
這就是在微粒子顯微鏡鏡頭下的納米筆真面目。
車身雖小，部件齊全
整輛納米車對角線的長度僅為3至4納米，比單股的DNA稍寬，而一根頭發(fā)的直徑大約是8萬納米。
不過納米車雖小，也擁有底盤、車軸等基本部件。其輪子是用60個(gè)碳原子組成足球狀單一分子。這使得納米車在外觀上，看起來像啞鈴。它利用一種三合體作軸，連接每個(gè)輪子的軸都能獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，使得這種車能夠在凹凸不平的原子表面行進(jìn)。
據(jù)專家介紹，以前也曾有人制造出過納米級的超微型“汽車”。但新問世的這輛“汽車”卻與其前輩們有著很大不同：這輛納米車是世界上首個(gè)利用滾動(dòng)前進(jìn)的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)，此前的所謂納米車只是通過滑動(dòng)來前進(jìn)。這項(xiàng)技術(shù)是在賴斯大學(xué)詹姆斯·托爾教授的領(lǐng)導(dǎo)下，經(jīng)過8年研發(fā)而成。托爾說：“就是它了，你不能再建造更小的原子運(yùn)輸工具了�！彼耐聞P文·凱利說：“建造一個(gè)可以在平面上滑動(dòng)的納米工具已經(jīng)不是什么難題了。證明納米物體是旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)，而不是滑行或者滑動(dòng)，才是這個(gè)工程中最困難的一部分。因此，這項(xiàng)突破是近來在微型領(lǐng)域中最重要的一項(xiàng)成果”。
納米是指一米的十億分之一，納米物質(zhì)則是由幾十到上千個(gè)分子組成。由于體積十分小，這給它們一些特性，如納米車不受摩擦力的影響，它的輪子是個(gè)結(jié)構(gòu)緊密的單一分子、很難分散成單獨(dú)的碳原子。
高溫下車輪滾動(dòng)前行
納米車95%的重量都是碳元素，此外還有一些氫和氧原子。整個(gè)制造過程大致與分子合成藥物的步驟相似，分成20步。制造完成后，再被置于甲苯氣體中，放置于金片表面。
在常溫下，納米車的輪子會(huì)和金片表面緊密結(jié)合，當(dāng)把金質(zhì)金屬表面加熱到200℃的高溫后，放置在上面的納米車由于變性就能開始運(yùn)動(dòng)�，F(xiàn)在還不知道在沒有外力作用時(shí)它們會(huì)向前還是向后運(yùn)動(dòng)，但是一旦開始，就不會(huì)停頓或改變方向，直到停止加熱。
不過研究人員發(fā)現(xiàn)，通過施加磁場，他們能夠改變納米車的運(yùn)動(dòng)方向。此外，科學(xué)家還可以通過精微尖端抓住納米車，拖動(dòng)其前進(jìn)�？茖W(xué)家還為納米車制造了一臺(tái)世界上最小的馬達(dá)，它是由30個(gè)碳原子和一些硫磺原子組成，利用光來驅(qū)動(dòng)。但是當(dāng)被放置在金質(zhì)表面時(shí)，由于金屬分子吸收了大部分光，納米馬達(dá)無法得到足夠的動(dòng)力。
實(shí)際應(yīng)用尚需時(shí)日
這種納米車1克的材料就可以裝載約1000毫克的藥物分子，因?yàn)轶w積小，所以能在器官和血管中自由通行。它外形好似布滿規(guī)則小孔的“空心球”，里邊裹挾著藥物，當(dāng)納米送藥車在體外磁場的作用下抵達(dá)患處，然后經(jīng)過調(diào)節(jié)患處酸堿度或離子強(qiáng)度，納米車的“外衣”就會(huì)脫去，小車上裝載的藥物就被釋放出來。研究人員希望這種特殊的交通工具能夠被用于分子構(gòu)造領(lǐng)域。改進(jìn)后的納米車能夠承載一個(gè)分子的“貨物”，在納米工廠之間運(yùn)送原子和分子。未來人們能利用大批量這樣的微型機(jī)器來建造新材料。
但有人質(zhì)疑分子制造業(yè)是不切實(shí)際的，它還可能給環(huán)境帶來無法預(yù)測的風(fēng)險(xiǎn)，如大量納米機(jī)器通過自我復(fù)制導(dǎo)致泛濫成災(zāi)。但是科學(xué)家普遍認(rèn)為，那樣的情形只可能在科幻小說中出現(xiàn)。托爾教授表示，目前他并不打算為納米車技術(shù)申請專利權(quán)，因?yàn)樗J(rèn)為至少需要一代人的時(shí)間才能解決分子制造中的多個(gè)技術(shù)難題。他說：“等你利用該項(xiàng)技術(shù)開發(fā)出實(shí)用產(chǎn)業(yè)時(shí)，專利權(quán)早就過期了�！�
這項(xiàng)研究的資助方是美國得克薩斯州一家名叫Zyvex的納米技術(shù)公司、美國國家科學(xué)基金會(huì)以及日本本田公司。
�。ㄖx來）
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納米技術(shù)之納米筆
本報(bào)綜合報(bào)道美國納米科學(xué)與工程研究中心的科研人員10月初宣布，他們制造出世界上最小的鋼筆———納米筆。
這種新型納米筆能畫出40納米寬度的線條，這是紅血球直徑的1/100.它是利用毛細(xì)作用來保持筆管中的液體流動(dòng)，筆管連接著一個(gè)很小的“墨水庫”。它還是支多用途的筆，能夠儲(chǔ)存多種不同的墨水，從繪畫顏料到生物原料。雖然首批納米筆早已誕生，但它們不能儲(chǔ)存墨水，而且必須蘸進(jìn)墨水中才能使用。
這種筆的筆尖是由鉆石材料制成，或者是外表覆蓋有鉆石層的硅，它被粘貼在一個(gè)筆桿上。因此筆尖將非常耐用。由于新型納米筆是用標(biāo)準(zhǔn)的微制造技術(shù)制成，因此能夠大批量生產(chǎn)。納米筆能夠與微粒子顯微鏡結(jié)合，讓科學(xué)家在觀察納米微觀世界的同時(shí)，在上面“作畫”。科學(xué)家希望，它最終能夠被用于制造蛋白質(zhì)排列和復(fù)雜的半導(dǎo)體。（謝來）
納米技術(shù)之發(fā)動(dòng)機(jī)
本報(bào)綜合報(bào)道今年4月，美國物理學(xué)家阿利克斯·澤爾德領(lǐng)導(dǎo)的小組公布了世界上首臺(tái)納米發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生。
這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)由置于納米碳管基座上的兩滴液體物質(zhì)構(gòu)成，利用液體的表面張力工作。發(fā)動(dòng)機(jī)長度有200納米。它由固定在多層納米碳管基座上的一大一小兩滴滴液態(tài)銦構(gòu)成，直徑分別為90納米和30納米。其工作原理是液體的張力特性：由于物體體積越小表面張力的作用越明顯，在微米尺度以下表面張力則占統(tǒng)治地位。
在外加電場的作用下大液滴向小滴沿基座傳送原子，小液滴變大而大滴變小，直到兩滴相觸完成收縮過程。接觸后在表面張力的作用下，大滴迅速吞噬小滴，完成舒張過程。在這一過程中，能量轉(zhuǎn)變會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力。在外加電場的作用下這個(gè)裝置可以持續(xù)工作。這一裝置產(chǎn)生的能量雖然只有20微瓦，但是這和它的個(gè)頭比起來已經(jīng)相當(dāng)高效。（謝來）
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