§§§第一节神奇的未来材料
进入21世纪，世界纳米技术迅速发展，给信息、医疗、自动化、能源等领域以及人类生活带来许多新的变化。
崔屹早在哈佛大学攻读博士学位时就从事纳米研究，并曾获得美国材料研究会博士金奖及纳米研究杰出博士奖。谈及纳米研究方面的情况，他滔滔不绝，如数家珍。为了使记者有感性认识，在实验室里，他打开电脑进行解说。显示屏上出现犹如米粒大小的颗粒，有三粒“米”组成的三脚型“米粒”（像电子三极管的腿），也有“米粒”串连在一起组成的线状或管状物体。崔博士说，这是硒化镉的纳米颗粒，它们是通过电子显微镜拍摄、放大许多倍才在电脑上显示出来，人的肉眼是根本看不见的。纳米是一种长度单位，1纳米是1米的十亿分之一。20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。而纳米技术则是指在纳米尺寸范围内，通过直接操纵和安排原子、分子来创造新物质。在众多的材料和物体中，纳米大小的颗粒可以通过化学合成呈现不同的型貌，有球型的，有三角型、六角型等多棱型。组合成棒状和线状的，我们称它为纳米棒或纳米线；成为带状的，我们称之为纳米带；成为空心的，我们称为纳米管。
世界各国都对纳米技术进行研究。目前科学家们对小于100个纳米尺寸的材料和物质，包括金属、半导体、陶瓷材料以及生物、DNA蛋白质等物质的分析、研发直至应用都非常感兴趣。涉及的范围包括电子、光学、力学、化学反应和热学等多种科学。
纳米材料的特殊结构决定了它的特殊性能，它可以产生四大效应：即小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应）、表面效应和界面效应，从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能。
比如，在力学方面，纳米材料具有奇特韧性，在180摄氏度经受弯曲不断裂，而且拉力非常强。如果我们把纳米管连接在一起，成为一根坚韧的线，其力度足以能牵着天上的卫星走。
在热学方面，纳米材料的熔化功能特别强，比如，一块金子，在1000摄氏度的高温下才能融化，但如果把它变成纳米颗粒粉末进行融化，500摄氏度就可以了。同样，利用纳米技术，可以使一些材料在80摄氏度至180摄氏度温度下，塑性大大提高，可以使陶瓷变得像金属一样柔韧、结实，而且容易加工。
目前，纳米技术在世界上的研究进展和主攻方向是什么？崔博士说，总体看来，很多国家都非常重视这一领域的研究，在进度上还是美国领先。从目前美国的研究情况来看，重点是在信息技术和生物工程两大领域。
在信息技术方面，纳米分子的结构在半导体和硅材料上有充分体现。纳米技术在这些材料上的优势在于它不仅体积小，而且电子传输速度快。因此，美国的纳米技术科研人员正在加紧研究，要把纳米尺寸的半导体材料做成晶体管，从而让一块芯片上容纳更多的晶体管，其结果是尺寸比原来的要小100倍，而运算速度比传统芯片提高100倍以上。
在光学方面，科学家们正在进行研究，用纳米技术改变某些半导体材料的尺寸和结构，从而大大提高显示器的清晰度和颜色逼真程度。
对于运用在生物工程方面的纳米技术研究，目前有两个方面进展比较快：一是利用纳米技术跟踪生物体内活动。比如，纳米颗粒比人体细胞颗粒要小得多，而且具有发光功能，科学家们把这种纳米颗粒送进人的肉体、器官内，然后从人体外部向内照射光，纳米颗粒在体内也会发光，这样就可以跟踪了解人体细胞的变化情况，从而达到追踪病毒等效果。目前科学家们对跟踪查找艾滋病病毒、癌细胞等在人体内活动的研究取得了不少新进展。在这项研究中，科学家们还有趣地发现，癌细胞还特别喜欢吃纳米颗粒。
另一方面是利用纳米颗粒极高的传感灵敏效应对疾病进行早期诊断。医学界主要是利用纳米技术对癌症的诊断进行研究，并取得了成果。
医科专家已经在实验室环境下实现了用纳米技术对前列腺癌、直肠癌等多种癌症类型的早期诊断。具体做法是，将人的血液，哪怕是很少的一小滴血，放在一块用纳米技术做成的检测板或仪器上，当仪器的传感器中预置的某种癌细胞抗体遇到相应的抗原时，传感器中的电流会发生变化，通过这种电流变化可以判断血液中癌细胞的种类和浓度。这种纳米技术检测器也可以用来在人的皮肤外表进行检测，检测器可以做成甚至比手表还要小的仪器，使用会非常方便。而且，今后还可能会将多种纳米传感器集成在一起，植入人体，用于检测各种早期疾病。
§§§第二节碳纳米管
我国科学家在一种功能材料上创造了一项世界纪录。这就是成功地制造出三毫米长的超长定向碳纳米管列车，长度列于世界之最。
碳纳米管是一种奇异分子，它是使用一种特殊的化学气相方法，使碳原子形成长链来生长出的超细管子，细到5万根并排起来才有一根头发丝宽。这种又长又细的分子，人们给它取个计量单位“纳米”（百万分之一毫米）的名字，叫“纳米管”。尽管碳纳米管的理论上可长到几公里而不断，但人们已用多种方法制备的碳纳米管，最长也只有一二百微米。我国科学家另辟蹊径，创造性的制出了3毫米长的碳纳米管，把长度增加了上万倍。
碳纳米管有着不可思议的强度与韧性，重量却极轻，导电性极强，兼有金属和半导体的性能；把纳米管组合起来，比同体积的钢强度高100倍，重量却只有1/6。
一次，莫斯科大学的研究人员为了弄清纳米管的受压强度，将少量纳米管置于29Kpa的水压下（相当于水下18000千米深的压力）做实验。不料，未加到预定压力的1/3，纳米管就被压扁了。他们马上卸去压力，它却像弹簧一样立即恢复了原来形状。于是，科学家得到启发，发明了用碳纳米管制成像纸一样薄的弹簧，用作汽车或火车的减震装置，可大大减轻车辆的重量。
更令人惊奇的是，最近美国、中国、法国和巴西科学家用精密的电子显微镜测量纳米管在电流中出现的摆动频率时，发现可以测出纳米管上极小微粒引起的变化，从而发明了能称量亿亿分之二百克的单个病毒的“纳米秤”。这种世界上最小的秤，为科学家区分病毒种类，发现新病毒作出贡献。
在航天事业中，利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐受很高的温度而不会烧毁。在电子工业上、用碳纳米管生产的晶体管，体积只有半导体的确良/10，用碳基分子电子装置取代电脑芯片，将引发计算机的新的革命。
§§§第三节未来的仿生材料和传感器
发掘数百万年以来生物的进化经验来发展下一代材料。仿生学研究的一个主要领域是开发替代人体器官的部件，另一些科学家则致力于推进仿生传感器、结构材料和功能器件的研究。仿生学研究是一项跨学科的研究，涉及物理、化学和生物等基础科学领域以及材料科学、电气工程计算机科学等具体学科。科研人员研究仿生结构材料，正在考察贝壳以及人体的某些部件，如骨头、牙齿和软骨。通过研究人体如何建造这些无机/有机的复合部件，研究人员久将制造出类似的重量轻、强度大和灵活性强非生物复合材料。生物结构的另一个关键特点是生理系统缺乏类似螺钉或铰接的接头。从一种材料向另一种材料的变化（如从骨头到软骨）通常是在一个渐变的界面中发生。模仿这种技术连接两种不同的材料可避免界面点出现高就在力，降低连接处的易损性。在非人体结构范畴内，科研人员研究蜘蛛网的放射状丝的特别坚韧性。未来有可能利用细菌大量克隆蜘蛛丝。美国国防高级研究计划局在研究材料的动态弹性，如海参中纤维状物质的交叉连接。这些海洋无脊椎动物可迅速地伸长4倍，科学家计划研究这个过程，并把它应用于材料中。生物结构的功能是综合性的，科研人员研究仿生传感器，仿生综合系统的表面将装备大量的传感器，用感知周围的环境。科研人员研究一种名为Melanophila的甲虫，它能遥感50千米以外森林火灾引起的红外辐射。这种甲虫会群聚在森林火灾附近，在树皮内侧产卵。研究人员现，这种甲虫具有一种独特的结构，帮助它们探测红外辐射。这种甲虫翅膀下的碟式结构包含70个很小的洋葱状结构，能起到红外传感器的作用。科研人员复制和改进这种天然的压电晶体传感器结构，以便制造出一种无需专门冷却、却可室温下工作的红外探测器。科研人器在研究变色传感器，化学和生物战可能是这种传感器的主要应用领域，它在出现生物攻击时可瞬时识别可疑病原体，食品工业也可利用它来监视变质和污染的食品。此外，还可在食品包装袋上附上这样的传感器，顾客可根据颜色的变化判断食品否变质将仿生结构材料和仿生传感器方面的研究进展同仿生功能相结合，将研制出可模拟动物行为的新器件。研究动物的运动使研制像蟑螂那样行走的机器人成可能。这些机器蟑螂有很广泛的应用，从商用、战场到探索地球以外的天体。尽管科研人员已取得许多可喜的进展，但就仿生学整体而言，人类才刚刚起步。
§§§第四节未来包装材料——生物钢
