来源：kaiyun 发布时间：2024-06-05 01:09:38
隐身、变形、防污，神奇的纳米世界，很多现象令人叹为观止。中科大纳米科技专家、首批国家“国家创新人才计划青年项目”入选者熊宇杰教授，为你揭开纳米世界的神秘面纱——
日前，全国首届“最美青年科技工作人员”名单出炉，共有30位科技工作人员获此殊荣，中科大纳米科技专家、首批国家“国家创新人才计划青年项目”入选者熊宇杰教授位列榜单。
纳米世界有何神奇之处？随着纳米科技的发展，人类的生活将会发生哪些改变？记者深入中科大校园，倾听熊宇杰教授的精彩讲述，与你一起在纳米世界畅游、探秘。
披上一件斗篷，可以瞬间实现隐身，这样的镜头时常出现在科幻大片中。如今，隐身手段虽然多样，但使用纳米材料是其中较常用的一种方式。隐形战机为什么能够躲避雷达追踪？“主要是因为飞机表面喷上了一层纳米吸波涂料。 ”熊宇杰透露，这些神奇的纳米超细粉末，不仅能吸收雷达波，也能吸收可见光、红外线，可以逃避雷达侦察，并有红外隐身作用。
纳米到底是什么？专业的人介绍，纳米又称毫微米，如同厘米、分米和米一样，是长度单位。具体地说，一纳米等于十亿分之一米，将10个世界上最小的原子——氢原子排列成一条线，就是一个纳米的长度。形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般，一根发丝的直径就有8万纳米。1到100纳米这个微小的特定区域，被科学家们称为纳米尺度，纳米尺度的超细材料则被称为纳米材料；纳米技术就是在纳米尺度的范围内，通过操纵或组装原子、分子、粒子来构筑新物质和器件的技术。
纳米级的金子还是金灿灿的么？当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在纳米尺度下都呈现出与宏观尺度不同的色彩，尺寸越小，颜色愈黑。在纳米世界，原本导电的铜加工到某个纳米尺度就不再导电，绝缘的二氧化硅在某个纳米尺度时则会变成导体；固体金属有其固定的熔点，超细微化变成纳米尺度时，熔点会明显降低，比如金的熔点是1064℃，2纳米尺度的金熔点则降为327℃；一些并不活泼的金属，在纳米尺度时会变得很活泼，容易燃烧并引起爆炸。
“纳米世界，神奇令人惊艳。 ”熊宇杰说，纳米材料具备传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，在极小的纳米尺度下，固态金属可以变得五颜六色，像面团一样柔软，还可以像液态那样任意变形。未来，随着纳米科技的发展，将煤炭中的原子重新排列，就能轻松得到钻石；而将土壤、水和空气的原子重新排列后，就能生产出马铃薯。
荷叶为何能出淤泥而不染？壁虎为何能飞檐走壁？ “这些特异功能，与纳米结构有关。 ”熊宇杰说，在地球漫长的演化过程中，纳米材料和它的形成过程早已存在于自然界的生物中。他和记者说，荷叶不沾水，是因为荷叶拥有纳米细微结构，当荷叶上有水珠时，风吹动水珠在叶面上滚动，水珠可以粘起叶面上的灰尘，并从上面高速滑落，从而使得荷叶能够更好地进行光合作用；壁虎的每个脚趾生有数百万根细小刚毛，刚毛的末端又分叉形成数百根更细小的纳米级铲状绒毛，特殊的纳米结构让壁虎拥有超强的黏附能力。
实际上，纳米尺度的物质并不稀有，我们甚至每天都与它们亲密接触。比如，在雾霾天气下，让人畏惧的PM2.5，其中就有许多纳米级的颗粒，凭借微小身躯可以侵入人类的肺部；高防晒指数的防晒霜，普遍含有纳米二氧化钛、氧化锌微粒，这些纳米微粒对紫外线有强吸收作用；人的牙齿之所以具备极高的强度，也是因它是由磷酸钙等纳米材料构成。
随着纳米科技发展，很多神奇的纳米产品已走进人们的生活。熊宇杰介绍，当前广泛使用的电脑和手机，中央处理器即是用纳米材料制造，一个集成电路可拥有几十亿个晶体管；有了纳米防水镀膜，消费者的手机、平板电脑、穿戴设备等电子科技类产品，能够迅速进入“生活防水”模式。国家大剧院的穹顶看起来总是干净光亮，主要是因为它是由超亲水、光催化等性能的纳米自清洁玻璃和自清洁钛板组成，表面污垢非常容易被雨水清洗掉。目前，北京部分地区已试用一种纳米银粉打印的地铁票和景区门票，这种票具有非感光、无污染等诸多优点。
纳米冰箱、纳米衣服、纳米陶瓷、纳米药品和化妆品……由于纳米涂料具有防水（墨水、酱油等）、防油、防辐射、防病菌、防霉、防化学品的污染等功能，纳米冰箱抑菌、保鲜效果好，纳米服装防污不沾油；用上了纳米陶瓷的厨房，卫生将或非常容易打理。纳米疾病检测指示剂对环境中的指标变化极为敏感，当肿瘤只有几个细胞大小时，指示剂就可以将其检出。科学家于1991年发现的碳纳米管，细度仅为头发丝的五万分之一，密度只有钢的六分之一，强度却是钢的一百倍，已被大范围的应用于制造防弹衣。在航天航空领域，将一些纳米粉末添加到火箭的固体燃料推进剂中，可大幅度提高燃料的燃烧效率，改善燃烧稳定性。研究表明，向火箭固体燃料中加入 0.5%的纳米铝粉或镍粉，可使燃烧效率提高10%至25%，燃烧速度加快数十倍。
日前，中科大熊宇杰课题组发明一种金属钯纳米结构催化剂，这种催化剂具有高催化活性和太阳能利用特性，可以在室温光谱辐照下达到热反应70℃下的催化转化效率，这一进展为有效利用太阳能提供了技术支撑。今年1月，该课题组还发现纳米硅材料作为催化剂，可用于“光解水制氢”，为寻找和开发自然界丰富、高效的光催化剂打下坚实的基础。
纳米世界的技术创新，是当前世界各国竞争的热点。早在1991年，日本就正式实施为期10年、耗资2.25亿美元的纳米技术探讨研究计划；2005年，美国重点研究的10项战略技术中，有4项属于纳米技术。著名科学家钱学森曾预言：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。 ”2014年，美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔，因开创性的成就使光学显微镜能够窥探纳米世界，而获得年度诺贝尔化学奖。
近年来，中科大纳米科学技术研究取得一系列进展。孙方稳研究组利用光学超分辨成像技术，突破光学衍射极限，实现对单个自旋态的纳米量级空间分辨率测量和操控，成像精度达4.1纳米，为光学衍射极限的1/86，超越2014年诺贝尔化学奖获得者斯特凡·黑尔教授等人实现的光学衍射极限1/67的精度。曾杰研究组发明的多功能材料“纳米之星”，在近红外区有很强的光吸收和光热转化能力。研究人员在患有乳腺癌的小鼠体内注射此材料，并在肿瘤处用近红外激光进行照射发现，纳米晶体吸收近红外光并转化成热，产生局部高温，从而杀死癌细胞。
新能源、节能环保、生物医药、信息产业、新材料……纳米材料和纳米技术应用空间巨大。为抢占纳米科技和产业制高点，中科院、教育部2003年联合成立国家纳米科学中心，聚焦前瞻性、具备极其重大应用前景的纳米科学与技术基础研究，并推动纳米科技产业化。随着纳米科技的进步，未来人们或许可以用上几秒钟就能充满电的纳米手机；纳米机器人能钻进人的血液，将药物直接送到病灶上，还可以直接切除心血管中的病变部分；“纳米医学”能够在细胞老化时，一个分子一个分子地制造出新细胞，大大地延长人类寿命。
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