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肉眼所看不到的纳米世界

2017-12-01 11:49:31   来源： 人学研究网   评论：0

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  • 1959年，物理学家理查德·费曼在一个新兴的研究领域发表了他著名的演讲《大房间》(Plenty of Room at the Bottom)。提出原子可以被一个接一个地排列，而仅仅10到100个原子的排序就能得到人们想要的数据。费曼的这惊人的成果打开了量子科学的另一扇大门——纳米技术，21世纪纳米技术更是突飞猛进，可是也因为媒体本来一知半解而又肆意乱传，弄得乌烟瘴气。那么纳米技术怎么回事呢，纳米技术必须用专门的显微镜和制造技术才能捕捉的画面到底怎样呢，下面就看看这些连普通显微镜都看不到的美妙世界吧。上图是华盛顿大学圣路易斯分校电气与系统工程学系制造出来的一个微型激光器捕捉的纳米颗粒画面。
  • 悬浮二氧化硅的热传递，由密歇根大学研究人员定制的扫描热显微镜探针，尖端直径约450纳米，用来测量二氧化硅两个表面之间的热流动。在这种情况下，热量在两个表面之间传输的速度比在更大的维度上快1万倍。了解在超小间隙的热量如何运动对于推进下一代数据存储和将热量直接转化为电能等至关重要。
  • 梦幻塔，像一个绝妙的婚礼蛋糕，这个看起来很好看的螺丝是“婚礼蛋糕生长机制”（研究者的对其成果的戏称）的结果。“了解这一过程，可以使平板纳米线的开发人员能够改进这些结构的设计，从而使他们能够从传感器到电池的一系列设备中得到改进。”威斯康星大学麦迪逊分校研究人员说道。
  • 虽然这图有人会认为是植物叶子，但实际上它们是像人类红细胞一样微小的纳米线。这张照片被扫描电子显微镜捕捉到，在室温下，纳米线在硅上生长。完善这种制造技术将使研究人员能够提高硅基电子产品的速度和稳健性。它将为研究者用其作为传感器来监测血糖和压力，并检测DNA提供突破。
  • 这是聚合物溶液喷到高电场时的纤维，它们比商业纤维的强度要高10倍。这种稳健性的关键是因为它们的直径小于250纳米。这种纤维可以改善军事装备，以及航空航天装置结构等。
  • 稍微对艾滋病知识有所了解的人都会听说过“鸡尾酒疗法”，上图就是“药物鸡尾酒”——多种药物的混合物，它们具有很强的治疗功效。当纳米粒子与红色、蓝色和绿色发光蛋白结合在一起时，就像是附在传感器中一样，可以在细胞表面辨别病变位置，并引起的物理和化学变化。
  • 上图是加州大学圣地亚哥分校雅各布斯商学院研究员捕捉的“抽汲甲板”，在血红细胞鞘中，超过3000个这种“饥饿”的纳米海绵可以通过血液循环进入有毒物质。当全部装入时，海绵就会到肝脏去处理有毒物质。海绵可以帮助缓解日益增长的抗生素耐药性的挑战。最近的研究表明，海绵也可以攻击神经毒素，并可能在癌症治疗中应用。
  • 纳米技术在电路中的应用，通过激光嵌入直径只有几纳米硅，开发人员可以将其使用在芯片制造行业中制造更出色的电路。利用纳米超小型设备，例如上图这些（画面由罗切斯特理工学院研究人员捕捉），提供了传输数据的可能性，并实现现在的电子设备无法实现的速度和能力，使其能操纵非常大的数据。
  • 第一个“自由漫游”软体机器人，不受呆板的材料机器人那样受外形控制和电源的束缚。其由于一种硅纳米颗粒的基质组成，外表柔韧，由气体和液体驱动。
  • “扁平镜片”由直径约600纳米的钛白粉组成，这些镜片可以聚焦光产生与传统镜片10万倍大或直径约6厘米的相同分辨率的图像。它们的“轻”重量使其适合于从可穿戴光学镜片到太空望远镜的广泛领域的应用。
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