纳米技术的应用领域 纳米技术的前景和未来

难以想象一个没有纳米技术的未来。在原子和分子水平上操纵物质，为化学、生物以及医学领域的重大突破铺平了道路。然而，纳米技术的展开应用远比我们想象的要更加广泛和多样化。

10 电影制作

上世纪80年代，扫描隧道显微镜（STM）还未被发明，纳米技术领域或许还停留在科幻小说当中。具有原子精度的STM令物理学家以一种传统显微镜无法实现的方式来研究物质结构。

IBM的研究人员在铜片表面通过移动独立的原子，制作了世界上最小的动画电影《一个男孩和他的原子》，显示出了STM的惊人潜力。

这部90秒的电影描绘了一个由一氧化碳分子构成的男孩在玩球、跳舞、弹蹦蹦床。这部动画共有202帧，所占空间只有单根人类头发丝的1/1000。为了拍摄这部影片，研究人员利用了STM的一个特殊功能：由一个原子构成的带电且极尖锐的针尖。该针能够感测到碳分子在动画表面（即铜片）的精确位置。因此，可以用来创建分子图像，并将其移动到下一个位置。

9 石油开采

过去的十年间，全球石油勘探开支已成倍增长。然而，石油开采效率仍然是个大问题。当石油公司关闭油井时，通常只有不到一半的石油被提取。剩下的部分因被隐藏在岩石里，需要的花费太高而未被开采。幸运的是，得益于纳米技术，中国科学家已经发现了一种解决途径。

该方案是提高现有的钻井技术。原来的技术需要将水注入到石油所在的岩石孔隙中。水占据石油所在的位置，并将其逼出。然而，这种方法显示出了一定的局限性，那些能够轻易到达位置的石油已经被提取了。到那时，从油井里出来的就不是石油，而是水了。

为了防止这种情况发生，中国研究人员Peng和Ming Yuan Li想出了一个方法，注入含有纳米颗粒的水，其中纳米颗粒可以插入到岩石的孔隙之间。这种方法的目的在于使水以更窄的路径进入含油的孔隙当中，将其逼出。在中国进行的实地研究非常成功，这种方法证明了非常高效（50%）的黑金开采。

8 高分辨率显示

计算机屏幕上的图像是通过被称为像素的微小的点呈现出来的。不管其尺寸和形状，屏幕上像素的数目仍然是图像质量的决定因素。然而，对于传统显示器而言，像素越多意味着屏幕越大——这是一个明显的局限性。

当各家公司都忙于兜售巨大屏幕之时，牛津大学的科学家们发明了一种制备像素的方法，只有数百纳米大小。这种方法利用了一种叫做GST（热管理产品中发现的一种材料）的相变材料。实验过程中，科学家将7 nm厚的GST层夹在两片透明电极之间。每一层（只有300*300 nm）作为一个像素，可通过电开闭控制。利用电流，科学家能够产生具有良好质量和对比度的图像。

这种纳米像素将用于各种用途，这些用途是对常规像素来说不切实际的。例如，其微小的尺寸和厚度使其具有很好的选择，如智能眼镜、曲面屏幕、合成视网膜。纳米像素显示器的另一个优点在于能耗低。不同于当前不断刷新所有像素来形成图像的显示器，GST显示器只刷新那些有变化的部分，从而降低能耗。

7 变色涂料

加州大学科学家在做金纳米颗粒成串实验时发现了一个令人吃惊的现象。他们注意到当颗粒被拉伸或收缩时，金的颜色发生变化，按照科学家的描述就是由一个漂亮明亮的蓝色变成了紫色，又变成了红色。这一发现激发了科学家利用金纳米颗粒制作传感器的想法，对其施加压力，颜色也会随之改变。

要制得这样的传感器，金纳米颗粒必须被添加到柔性的聚合物薄膜当中。按下薄膜，薄膜被拉伸，使纳米颗粒分开，从而改变颜色。较轻的按压，传感器显示出紫色；而按压力度较大时传感器显示出红色。科学家们注意到这个有趣的特性不仅发生在金颗粒上，银颗粒被拉伸时也发生颜色的变化，会变成黄色。

这种传感器可以提供各种用途。比如说，可以将其置入家具（沙发或床）中，来评估坐或者睡觉的姿势。虽然这种传感器是有金制成的，但它足够小，成本不成问题。

6 手机充电

不论是iPhone、三星还是其他什么款式的手机，每个手机在出厂时都带着两个臭名昭著的缺点：电池寿命和充电时间。虽然第一个仍然是一个普遍的问题，但以色列拉马特甘市（Ramat Gan）的科学家已经解决了第二个问题，他们制得了一个充电只需30秒的电池。

这一突破得益于一个与阿尔茨海默氏症相关的项目，该项目由特拉维夫大学研究人员所进行。研究人员发现，缩短脑神经元和引起疾病的肽分子具有很高的电容（即，保护电荷的能力）。这一发现有助于StoreDot，这是一家专注于纳米技术的公司。在研究人员的帮助下，StoreDot开发纳米点——利用肽的特性提高智能手机电池寿命。该公司展示了微软ThinkNext事件中的电池原型。采用三星Galaxy S3手机，这款电池在不到1分钟的时间内就充满电了。

5 药物输送

疾病（如癌症）的治疗时非常昂贵的，在某些情况下时间也不允许。幸运的是，世界上有几家医疗公司正在研发廉价有效治疗疾病的方法。其中Immusoft旨在彻底改变药物传递到我们身体的方式。

不同于在药物和治疗方案上花费数十亿美元，Immusoft认为可以设计我们的身体来自身产生药物。在免疫系统的帮助下，一个病人的细胞可以被改变，从而获得新的遗传信息，使其成为自己的药。遗传信息可以通过纳米胶囊注射到体内。

这种新方法还未进行临床检测。然而，Immusoft和其他机构已经在老鼠身上获得了成功。一旦被证明对人类有效，该方法将显著降低心血管疾病及其他各种疾病的治疗费用。

4 分子通信

全球电信业的灵魂电磁波在某些情况下将完全无用。设想一下一个可以渲染通信卫星的电磁脉冲，以及每一种依赖于其的技术无法使用。我们非常熟悉的末日电影中可怕场景。此外，英国华威大学和加拿大约克大学研究人员思考这个问题已经很多年了，最终提出了一个意想不到的解决方案。

研究人员观察了某些动物，尤其是昆虫利用信息素进行跨距离交流的方式。收集到数据后，他们能够开发出一种通信方法，这种方法中信息以蒸发乙醇分子的形式编码。研究人员成功的展示了这一新技术，采用摩擦乙醇作为信号化学剂，“O Canada”是第一条信息内容。

这种方法需要两个装置，一个用以编码和发送信息的发射机、一个解码和显示的接收器。这种方法采用带有LCD显示器和按钮的Arduino Uno（开源的微控制器）输入要发送的文本信息。然后控制器将输入的文本转化成二进制序列，通过含有乙醇的电子喷雾器读取。一旦二进制信息被读取，喷雾器将其转换金成一个喷雾控制组，其中“1”代表喷雾，“0”代表没有喷雾。然后含有化学传感器和微控制器的接收器检测空气中的乙醇。接收器读取并将二进制数据转换为文本，然后再屏幕上显示出来。

研究人员能够在数英尺的开阔地上发送和接收“OCanada”信息。所以一些科学家对这种方法表示出了信心。他们认为在地下隧道或管道等环境中，电磁波变得没什么用，这种方法或许会有帮助。

3 计算机存储

过去的几十年时间里，计算机处理能力和存储容量都有了成倍的增长。这个现象在大约50年前 James Moore就已准确的预测到了，后来被称作摩尔定律。然而，许多科学家，包括物理学家MichioKaku在内，都认为摩尔定律正在失效。这是因为计算机电源无法跟上现有的以指数形式上升的制造技术。

虽然Kaku强调处理能力，但同样的概念也适用于存储容量。幸运的是，这并不是尽头。墨尔本RMIT大学的研究人员现在正在探索替代方案。该小组由SharathSriram博士领衔，模仿人类大脑储存信息的方式开发存储设备。研究人员迈出了第一步，制得了一种保护开关状态下保护电荷的纳米薄膜。这种薄膜比人类头发丝还要薄上10000倍，有望发展成记忆装置，复制大脑神经网络。

2 纳米艺术

纳米技术的潜在发展已经赢得了科学界的极大赞誉。然而，纳米技术的突破已经不再局限于医学、生物学以及工程学了。纳米艺术是一个新兴的领域，可以让我们从一个全新的视角来看这个小小的世界。

顾名思义，纳米艺术是艺术和纳米科学的结合体，已被少数科学家和艺术家所实践。其中之一就是密歇根大学机械工程师John Hart，他绘制了一张奥巴马总统的纳米肖像。这张肖像命名为Nanobama（纳米Nano+奥巴马obama），纪念奥巴马在2008年总统大选中获胜。Nanobama的每一面只有半毫米，完全由150根纳米管雕刻而成。为了绘制这张肖像，他首先绘制了一条标记“希望”海报的直线。接着他在涂有纳米颗粒的玻璃板上印了一个图样，纳米颗粒的区域需要生长纳米管。利用高温炉，花费一定时间完成了这张肖像。

1 打破纪录

人类一直追求更强、更快、更高。但，涉及到最小时，纳米技术出现在舞台上。采用纳米技术制得的最微小的是一本叫做《萝卜城的小特德》（Teeny Ted From Turnip）的书，这是目前世界上最小的印刷书。这本书由加拿大温哥华西蒙·弗雷泽大学纳米成像实验室制作而成，这本书只有70 微米*70 微米，由30个晶硅页雕刻而成。

该书的作者是Malcolm DouglasChaplin，讲述了小特德和他的萝卜在年度乡村比赛中获得胜利。但购买其中的一本都需要你有够厚的钱包——每本书售价15000美元。还需要用电子显微镜来阅读，这也增加了成本。