纳米技术的产生和发展

纳米技术是21世纪科技发展的制高点。它是新工业革命的主导技术，已经成为世界上最大和最有竞争力的研究领域之一。现在纳米技术已经被广泛应用，并且已经渗透到人们的食物、衣服、住房和交通中，给人们的生活和工作方式带来了巨大的变化。尤其是一些纳米产品的出现，对人类体能的提高具有重要意义。

那么，什么是纳米技术？纳米技术是以纳米科学为基础，研究结构尺寸在0.1 ~ 100纳米范围内的材料的性质和应用，制造新材料、新器件和研究新工艺的方法和手段。纳米技术基于物理和化学的微观研究理论，并使用现代精密仪器和先进的分析技术作为手段。它是现代科学(混沌物理学、量子力学、介观物理学、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子学、扫描隧道显微镜技术、核分析技术)的结合。

纳米技术的概念可以追溯到20世纪60年代。1959年，一位著名的物理学家和诺贝尔奖获得者理查德·费曼出席了在加州理工学院举行的美国物理学会年会，并发表了一篇著名的演讲“底部还有很大的空间”。他预言人类可以用小机器制造更小的机器，最终他们会一个接一个地排列原子，并根据人类的意愿制造产品。这是纳米技术最早的梦想。然而，“纳米技术”一词最早是在1974年提出的。东京理工大学的科学家谷口教授在一篇题为《纳米技术的基本概念》的科学论文中首次使用“纳米技术”来描述精密加工。为研究纳米技术创造实验条件的人是德国物理学家格雷德·宾和瑞士物理学家海因里希·罗雷尔。1981年，他们在IBM苏黎世实验室共同发明了扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜使人类首次能够实时观察物质表面单个原子的排列状态以及与表面电子行为相关的物理和化学性质。

赫伯特·格雷特尔教授

世界上第一种纳米材料的诞生归功于德国物理学家赫伯特·格雷特尔教授(图4.4)。1980年的一天，格雷特尔教授独自驾驶一辆租来的汽车穿越澳大利亚沙漠。空虚、孤独、寂寞，使他的思维特别活跃。他是一位长期从事晶体物理的科学家。此时此刻，一个长期思考的问题在他脑海中跳动:如何开发出具有不同寻常特性的新材料？在晶体材料的长期研究中，人们将具有完整空间晶格结构的实体视为晶体，是晶体材料的主体。空间晶格中的空位、间隙原子、相界和晶界被认为是晶体材料中的缺陷。这时，他想，如果从反方向考虑问题，把“缺陷”作为主体，发展出一种晶界占很大体积比的物质，那么会有什么结果呢？格雷特尔教授在沙漠中的想法很快变成了现实。经过4年的不懈努力，他的研究团队终于在1984年开发出黑色金属粉末。实验表明，当任何金属颗粒的尺寸在纳米量级时，它都是黑色的。第一种纳米尺寸的材料就这样诞生了。

格雷特教授制备了铁、铜、铅、二氧化硅等纳米材料的纳米晶体，并开始了纳米材料领域的研究。此后，各种纳米材料相继出现，纳米产品不断产生，纳米技术逐渐渗透到人们的生产和生活中。

摘自清华出版社授权的《科学技术史与方法论》

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