登陆注册
45108400000013

第13章 纳米技术的研究与开发(6)

研究者先利用六角形的碳原子单片,然后将其卷曲制成微米级长和纳米级宽的碳纳米管。接着,在末端覆盖上布基球(由60个碳原子组成)层。“就负重强度而言,碳纳米管至少是钢丝的50倍”,法国PaulPascal——CNRS研究中心的化学家Poudin这样评价道。当碳纳米管干燥时,就相互连接在一起形成了薄片,称为“布基纸”。

只是布基纸并不具有单个碳纳米管的超强性质。因此,科学家们得出结论,不能将其制成纸状物,制成线状物才有用。

在这种结论下,Poulin和他的同事将精心制成的碳纳米管溶液注入旋转的聚乙烯乙醇溶液。如果碳纳米管的起始浓度配置得正为合适的话,它们就会形成一条网状带,当从旋转容器中分离时,它就会自然形成线状物。Poulin说,虽然这些利用碳纳米管制成的“绳子”的延伸性不如碳纳米管原来的特性,但其延展性会超过高强度尼龙纤维的3倍。随着加工工艺的改进,这些绳子的功能将会提高。

同样,由材料学家.Baughman领导的研究小组对Poulin小组的工艺进行改进后,现在能生产出一些更为耐用的碳纳米绳子。当然,还有其他一些小组也开始进行碳纳米绳子的研制工作。

纳米平板显示器。利用碳纳米管制作平板显示器的研究作也在进行中。目前,电视机的显像管和计算机的显视器,都依靠电子枪向荧光屏顺序发射电子获得各种图像。如果在荧光屏表面涂敷上百万个碳纳米管,分别控制每个像素,就可代替电子枪。1999年圣诞节,韩国成功地制成一台9英寸平板显示器,原型机所需功率仅为液晶显示器的一半;碳纳米管的寿命为一万小时,符合电子界的要求。

和传统显示器比,这种显示器不仅体积小,重量轻,大大省电,显示质量好,而且响应时间仅为几微秒,从零下45℃到零上85℃都能正常工作,因此拥有极广阔的潜在市场前景。

在国家自然科学基金委、教育部等部门的支持下,我国科学家正在继续攻关,更多的成果有望在近期内取得。“我们的目标是在碳纳米管场发射平板显示器市场占有一席之地。”

制成高强度树胶。由于碳纳米管强度高,科学家希望将其作为树胶添加剂,以增强树胶的强度,但在技术上尚有难度。超细纳米管的出现为解决上述问题提供了可能。日本研制的这一新纳米管已经达到了超细的程度。如果掺入树胶,这种纳米管可在分子等级上与树胶混合形成高强度树胶,用于制作小型精密机械用树胶齿轮,也可用于制作不易破损的轻型透明树胶基片。

为了能使这一技术实用化,研究人员计划在二三年时间内开发出能够批量生产超细纳米管的技术。

在电子领域的应用。IBM公司纳米科技小组的主管Avouris曾经说过,大约10年之后,硅器件的进一步发展可能会遇到巨大的障碍。因此电子行业已经开始寻找实用的替代材料。

一个可能的替代方案是寻找一种完全不同的元素来作为电子技术的基础,碳就是最有把握取得成功的一种元素。

1998年,Avouris和荷兰Deifit工科大学的Dekker证明,单根碳纳米管可以构成一个晶体管。

1999年,他们与朗讯技术公司共同声明,单根碳纳米管确实可以起到整流二极管的作用,流过半导体碳纳米管的电流强度的改变可以跨越5个数量级。因此,碳纳米管是一种优良的开关。

最好的导热材料。碳纳米管目前是世界上最好的导热材料。碳纳米管依靠超声波传递热能,传递速度为1万米/秒。即使将纳米管捆到一起,热量也不会从一个纳米管传到另一个纳米管。这些特点可使碳纳米管成为今后计算机芯片的导热板,也可用于发动机、火箭等高温部件的防护材料。

虽然碳纳米管优异的性能使其有着美好的前景,但普及化尚需走过漫长的道路。另外,碳纳米管的价格过于昂贵,约为黄金的10倍,如果不加快研究进展,降低成本,会大大影响碳纳米管的实际应用。

(十五)用DNA制造出纳米镊子

如果有一种超微型镊子,能够钳起分子或原子并对它们随意组合,制造纳米机械就容易多了。英国《自然》杂志上曾报告说,科学家用DNA(脱氧核糖核酸)制造出了一种纳米级的镊子。他们称DNA纳米镊子是利用DNA自我组合原理进行设计的,以自然发生的化学反应为基础,具有自行组装能力。

研究人员设计出三条DNA链A、B和C,利用DNA基本元件碱基配对机制,使A的一半与B的一半结合,A的另一半与C的一半结合。在A连接B与C的地方有一个活动“枢钮”,这样就构成了一个可以开合的镊子,开与合相当于计算机中最基本的“0”与“1”状态,而其大小只有针头的十万分之一,每条臂只有7纳米长。

一般情况下,镊子保持“开”的状态。利用另一条设计好的DNA链D,使它分别与B和c上碱基未配对的部分结合,就把B和C两臂拉到一起,使镊子合上。同时,D仍留出一部分未配对的碱基。再添加一条DNA链E,使它与链D上碱基未配对的部分结合,把D拉离镊子,就能使镊子重新张开。重复添加链D和链E的过程,就能使镊子反复开合。由于这个镊子的开合需要在DNA链D和链E的作用下才能进行,所以科学家将DNA称为这种镊子的“燃料”。

科学家依靠荧光现象来观察“镊子”开合,他们在DNA发动机的末端设置了一对经过染色的分子,当激光激发了这对染色分子后,通过荧光的数量来显示“镊子”网臂间的距离。

DNA纳米镊子使未来计算机有望超微化。10至20年后,利用硅电路开发微型计算机将非常困难,科学家们一直在努力寻找使计算机体积变小的方法,试图突破目前以硅芯片为基础的计算机技术。有关专家认为,DNA纳米镊子预示着不久将可以制造出分子大小的电子电路,这种电路有可能取代现有的硅芯片电路,从而使未来的计算机体积更小、运算速度更快。

这种镊子尚不能真正用于制造纳米机械,因为目前还有许多问题需要研究,例如怎样用它钳住所需的分子或原子。

(十六)纳米火车

物理学家理查德·费曼说,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。

1986年,技术预言学家埃里克·德雷克斯勒在《创造的引擎》一书中描述了一个分子机器取代工厂的世界。这些微小的“装配者”将利用一桶一桶的原料,一个分子一个分子地制造出各种各样的东西。那么谁将承担运输原料的重任,是纳米火车。

美国科学家维奥拉·福格尔正在制造这种只有在显微镜下才能看见的火车。它以神经细胞中的微管片段为车厢,以牛脑中的驱动蛋白为牵引机车,可以在特氟隆轨道上运行,但是目前还不能装卸货物,也不能倒车,不过随着研究的不断深入与完善,一辆比汽车还灵活的火车会出现在科学家的眼里的。

将来,它们会和盒子工厂一同被出售,为人们制造出各种各样的产品而忙碌。不管这种火车能不能把我们带进埃里克德雷克斯勒的世界,但它有可能成为我们通向那个神奇世界最重要的环节之一。

同类推荐
  • 新课标课外快乐阅读丛书——快乐心灵的人格故事

    新课标课外快乐阅读丛书——快乐心灵的人格故事

    为了全面提高广大中小学生的知识基础,培养阅读的兴趣和爱好,这套课外读物主要包括有关成长、生命、神童、亲情、爱心、感恩、母爱、父爱、心态、美德、人格、幽默、思维、习惯、励志、真情、名人、英雄、语文、数学、名著、唐诗、地理、历史、美术、音乐、文学、电影、谜语、哲学、哲理、信仰、智慧、文明、发现、科幻、推理、侦探、战争、探险、惊险、财富、时尚、神话、民间、公主、医学、天文、寓言、建筑、名胜、海洋、奥秘、奇趣、植物、动物的故事,既有一般的故事,也有知识故事,这样,把阅读故事与掌握知识结合起来,就能扩大阅读的深度和范围,这正是设计本套新课标课外读物的最大特色。
  • 艾青诗选

    艾青诗选

    这是艾青诗歌的精选本,选编了艾青不同时期许多著名的诗篇和代表作。书前附有“导读”和“知识链接”,以帮助学生更好地理解本书。本书以我社出版的《艾青诗全编》为底本进行选编。
  • 学习与迁移

    学习与迁移

    本书是在作者的博士论文基础上修改而成。主要内容是阐述迁移的理论和迁移研究成果、迁移量的测量方法;学习理论和促进学习的方法;知识的本质认识和知识的测量方法。同时结合博士论文的研究成果介绍迁移研究的案例。本书适合于目前课程改革过程中的中小学教师培训、大专院校的本科生和研究生学习。
  • 新课程师资培训教程-高一化学优秀课例

    新课程师资培训教程-高一化学优秀课例

    为新课程实施和提高教师专业化水平而精心编写,选取了大量教案,内容上充分体现了知识性和趣味性。接受课改新理念,感受课改新思维,使用课改新教材,至始至终课改给人一种焕然一新的感觉。它是一次革命,一场对话,一座平台,一把迈向成功教育的钥匙。
  • 东线序曲

    东线序曲

    《东线序曲》选编了作者曾良才44篇文章和1篇作者的专访。这45篇文章中,有参加集团重大活动时有感而发的札记,有出席相关会议的讲话和演讲,有对国有企业文化的探讨和感悟,有亲身参与调研考察的思考。虽然文体不同、胚材各异、文章各自独立,但又一脉相承,从一个侧面反映了航空工业科研、管理、宣传、文化建设的辉煌,展示了一代航空人的思想火花和感人故事。《东线序曲》对于今天从事和关注中国航空工业发展的人来说,无疑具有深刻的启迪意义。
热门推荐
  • 网游之巅峰净土

    网游之巅峰净土

    要权势,他有!要金钱,他有!那么来到这个虚拟的世界,他为了什么?仅仅是抱着玩的目的?!
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 二哈子的搞笑日常

    二哈子的搞笑日常

    二哈子是从村来的,啥也不知道,望大家多多指点。
  • 莲步生花

    莲步生花

    她是魔族的长公主,却亲眼看见母后死在自己的怀里。她师从幻境,浴火重生,手执神器,杀弟弑父。那身后开出的朵朵红莲像极了地狱之火。本以为这辈子也就为复仇而活,却没料到遇到了那些想惺惺相惜的朋友和埋在心底里触摸不到的那个人。繁华落尽,在最后的最后,十里红妆。她看着他,挑眉问道“你凭什么要我魔族归顺你神界?”他轻笑:“本君许你,六界归一,一世长安。”
  • 天荒城主

    天荒城主

    十八年前,卫天临父母被杀,他侥幸未死,身负血海深仇的他,远走大炎皇朝的西北边荒。历经十数载,当初的少年早已成长,天荒王的名字,在大炎皇朝如雷贯耳,威震八方,世人有谁不知天荒王!这一年,天荒王重返故乡,一切就从这里开始……
  • 给作者的信

    给作者的信

    现在小说都是一个套路,跟风抄袭。没有一点新意,主角永远是穷废种。男配角永远是胖子,女配角永远跟主角产生爱慕。
  • 契约者无限可能

    契约者无限可能

    被称为地狱门的不可侵入领域突然出现在东京。真正的星空消失,取而代之的是虚假的星空。世界各地开始出现被称为“契约者”的超能力者。这些本是普通人类的能力者丧失冲动的情感,只遵循“合理性”而行动。围绕“门”的谜团,各国势力和契约者们展开了殊死的利益争夺。
  • 极品奶奶的自我逆袭

    极品奶奶的自我逆袭

    一觉醒来,成为了小说文里的极品奶奶恶毒婆婆。且看王凤英如何造成恶毒婆婆的自我逆袭。
  • 神瞳主宰

    神瞳主宰

    少年萧晨穿越异界,双眼异变,拥有神灵之眼,携神秘小鼎,如同彗星崛起!
  • 冷总猎爱:亿万新娘不好惹

    冷总猎爱:亿万新娘不好惹

    某男笑问,刷卡还是付现?打破了一只亿元的花瓶,她赔不起。无计可施,只好答应做他的女人。可她却不知不觉地爱上了这个无情又霸道的男人。而他却桃花频频,当旧爱和新欢相聚一堂,共处一屋,她要何去何从?当她离去,多年之后她带着儿子,挽着另一个男人出现在他面前,冷漠一笑,鄙视地说道。“冷总,你已经被我OUT了。”