摘 要：該文對納米技術產業進行了科學預測，并對納米元器件，納米材料，納米顯示器，納米電腦，納米機器人等高新產品予以簡介。
　　關鍵詞：納米技術 納米材料 納米產品 納米元件 納米顯示技術

今年以來,世界納米技術研究領域熱氣騰騰,碩果累累,一系列新穎的納米元器件脫穎而出,十分引人注目。
　　所謂納米技術,就是研究納米尺度——0.1~100納米這種微觀范圍內物質所具有的特異現象和特異功能,并且在這個基礎上制造新材料,研究新工藝,生產新器件的方法和手段。納米技術作為一門新興的綜合性邊緣學科,將為21世紀的信息科學,生命科學,分子生物學,生態科學和材料科學的發展提供一個全新的技術界面。市場調查公司Dataquest 在一份新發布的預測報告中指出,未來世界科技發展的九大關鍵技術之一就是納米技術。納米技術的發展將引發一場產業革命,其深遠意義堪與18世紀的工業革命相媲美。歐盟委員會新發布的一份報告指出,到2005年,納米技術產業將成為僅次于芯片制造的世界第二大制造業,到2010年,世界納米技術市場規模將達到500億美元。
　　 一、納米字母和元件微乎其微
　　納米技術最早引起人們關注的是納米技術的杰作--納米字母。1989年,IBM公司的研究人員利用隧道掃描顯微鏡的探針移動氙原子,成功地將氙原子拼成了該公司的字母商標——“IBM”,緊接著,又成功地移動48個鐵原子,排列組成了兩個漢字--“原子”,1996年,IBM公司設在瑞士的蘇黎世研究所又研制成功世界上最小的納米算盤,它的算子僅有百萬分之一毫米大小,是由碳原子連接成的球狀分子碳60,他們發明的這種移動單個原子或者分子技術,為新一代電子元器件的研制開辟了無限美好的前景。
　　美國普林斯頓NEC研究所和賴斯大學的科學家成功地研制出納米管,這是一種把碳氣化之后用鈷和鎳進行處理而獲得的長分子串,有很強的導電性,其強度比銅高100多倍,重量僅是銅的1/6。這種納米管非常微小,5萬個納米管排列起來,也只有一根頭發絲那么粗,納米管是一種很理想的導體,是制造納米元件、超微導線和超微開關的首選材料。采用體積縮小了幾百倍的納米管元件代替硅芯片,將引發計算機領域的革命。美國國家航天和宇航局艾姆斯研究中心的迪帕克·斯里瓦斯塔瓦正在研制一種連接納米管的方法。用這種方法連接的納米管可以用作芯片元件,發揮電子開關、放大和晶體管的功能。
　　斯里瓦斯塔瓦博士指出：“我們利用一種超級計算機模擬技術復制這些碳絲元件。實驗表明,我們有望制造出這種全新的納米元件。我們曾經使用量子分子力學方法,也就是使用一種全程跟蹤變化的計算機模擬技術,成功地預測了分子結構。因此,納米元件的制造成功是大有希望的。”
　　目前,盡管斯里瓦斯塔瓦博士提出的解決方案可能只存在于超級計算機模擬實驗中,但是不能排除的可能性是,在傳統的計算機中運行的芯片尺寸,被納米元件取代后將會變得像頭發絲那樣細小。
　　二、納米涂層顯現管大顯身手
　　在普通顯現管或者顯示管上涂一層納米材料,可以有效地防止電視機和顯示器的靜電,眩光和輻射。我國以前使用的這種納米涂層材料全部依賴進口,山東煙臺佳隆實業有限公司研制了一種新型納米材料,打破了國外在該領域的壟斷。國產納米涂層材料將會大大降低彩電顯現管的生產成本,增強國際市場競爭力,近年來,在國際市場上新興的綠色環保型純平彩管,促進了防靜電,防眩光和防輻射的納米涂層材料的研制。我國目前已建和正在興建的彩管生產線,對納米涂層材料的年需求量近千噸,市場價值超過2億元。
　　 三、納米級新型電路設計
　　在現代電子設計中,由于電子電路變得越來越緊湊,許多導線緊密地纏繞在一起,彼此之間的信號相互干擾,導致整個電路的運行速度減慢,嚴重時甚至會發生短路。為了解決這個問題,美國珀杜大學電氣與計算機工程系副教授考希克·羅發明了一種新穎的納米級電路,能夠顯著減少導線之間的干擾,大大提高電路運行效率,并且降低電路制作成本。
　　與傳統的電路設計不同的是這種新的設計巧妙地避免了產生干擾的兩種主要因素：一種是纖細的金屬導線經常重疊；另一種是兩根緊緊相鄰的平行導線內的電流方向相反。正是這兩種因素使得線間電容量,也就是存儲在導線絕緣材料之間的無用電量增加了,從而影響了整個電路的運行,降低電路的運行速度,甚至會在某個條件下導致電路故障。在新一代電路設計中,電容問題已經成為瓶頸之一,因為這些電路的功率比常規電路更低,為此,設計中采用了輕型電池,一次充電可以運行較長時間,由于導線之間的互相干擾而引發的故障率比常規電路更高。
　　考希克·羅在設計電路時,將線圈的緊密度降低,并且將平行導線內的電流運動方向改為同一方向,從而使導線之間的電容量大為降低。考希克·羅將這種技術用來設計納米級電路,大獲成功。他還設計出一種計算機模塊來預測電路設計效果,引起了同行們的矚目,認為這種納米級新型電路設計是一種極具應用前景的新設計方法。
　　四、DNA連接納米電子器件
　　在實驗室制造納米電子器件時,遇到最困難的問題是如何制造細小的納米金屬導線,以便用這種極其細小的金屬導線把納米元件連接起來。
　　在制造納米金屬導線時遇到困難之后,科學家們另辟蹊徑,找到了用DNA分子連接納米電子器件的新方法。
　　以色列技術研究所的科學家們最近發現,DNA鏈可用作生長微型電線的模板,科學家們使用一個DNA分子就能夠成功地將一根銀導線吊裝在兩個金電極之間的微小間隙上,這種新技術可用于生產納米級電子器件。
　　DNA模板可解決生產納米電子器件中最大的難題,這是因為納米電子器件的一個重要特性是能夠實現自裝配,即這種DNA橋可以自動粘附到電極的粘端。特定的粘端可用于在特定電極間吊裝導線,使納米工程師可完全控制元件的連線,正確連線往往是工程師們遇到的最棘手問題之一。
　　目前科學家們面臨的挑戰是如何采用最有效,最廉價的方法制造出納米器件。科學家們認為最好的方法是自組裝,即原子和分子按照一定的方式自行排列,形成某種功能。如果原子和分子能夠自行組合排列,就不必動用巨大而又復雜的機器設備對原子逐個進行排列,以使它們形成這種結構,從而達到“討好而又不費力”的效果。
　　DNA金屬來導電,但銀導線的導電性能尚不能盡如人意,可能是由于沉淀顆粒太大的緣故。這個研究小組的科學家們正在實驗用各種不同的金屬,不同的生長條件和各種后生長處理來改善金屬的導電性,以便能夠順利地制造出更多的納米電子器件。
　　五、納米技術芯片控制元件
　　德國埃森大學兩名科學家通過通過控制金原子團的二維有序結構,日前研制成功一款世界上最小的微電子芯片控制元件,這項成果可以大大提高芯片的集成度,降低芯片能耗,這是納米技術在微電子應用領域的重大突破。
　　微電子技術發展至今,其芯片控制元件最小的尺寸是180納米,是目前微電子材料技術工藝可以達到的極限。為了研制出未來結構所需要的更小的控制元件,科學家們開始將注意力轉移到金屬原子團所呈現的量子效應的電子特性,制造出更小的納米級控制元件。
　　用金屬原子團制成的一個晶體管元件僅有10納米大小,在它里面的金原子團微乎其微,只有1.4納米大小。目前市場上計算機芯片最小的晶體管尺寸是180納米,每個元件控制過程通過的電子數量約為10萬個以上,而現在采用金屬原子團制造的晶體管元件,其控制過程僅通過1個電子,因而能夠極大地降低能耗,具有廣闊的應用前景。
　　六、納米粒子顯示器呼之欲出
　　高清晰度平面屏彩電擁有極佳的圖像質量,但是其高昂的價格卻令人望而卻步。不過這種情況很快就會改觀,這是因為基于納米粒子（粒徑50nm）的幾款新型納米顯示器即將走向成熟。納米粒子顯示器不僅價格低廉,而且顯示屏很薄,所現實的圖像比現有的PDF,LCD的清晰度和亮度更高。
　　美國正在開發的納米粒子顯示器,采用氧化釓或氧化釔制成柵網屏,這些氧化物中所含的稀土元素在電場作用下會發出亮光,如果含銪會發出紅光,含鋱會發出綠光,含銩會發出藍光。另一種顯示技術則是用納米粒子制成發光二極管薄模顯示器,擬用于軍用飛機。在這種情況下,研究人員發現,納米粒子的長度尺寸則可影響發光的顏色,由鎘和碲組成的2nm粒子會發出綠光,而其5nm的粒子則會發出紅光。
　　為了使納米粒子顯示器實用化,可以一種尺寸比頭發絲的十萬分之一還要細小的納米管來傳送電子,以取代傳統平板顯示器中所用的笨重的電子槍。密執根州立大學的科學家在每個像素上裝上了大量的納米管,每個納米管都可以向該像素發射一個電子。
　　無論采用哪一種方法,納米粒子發光體都可以收到節能的效果。納米粒子發光體的能量利用率高達90%,而傳統的平板顯示器僅為17%。DVD機如果采用納米粒子顯示器,由于節能效果很高,它每充電一次就可連續放映兩三部電影。
　　七、納米電腦不是夢
　　據美國邁特公司（Mitre）的納米技術權威詹姆斯·埃倫博根最近所作的預測語驚四座：“在不久的將來,可以通過重新排列磁盤上的分子制造出分子芯片,并且在這個基礎上進一步研制出體積只有針頭大小的納米計算機,這種納米計算機的各個部件比我們現今用于在磁盤驅動器上裝載信息的物理結構小得多。因此,在不久的某一天,我們將能夠像今天下載軟件一樣從網絡上下載硬件。”
　　納米技術的一個分支是分子電子學。由洛杉磯加利福尼亞大學和惠普實驗室組成的研究小組找到了一種自行組裝的所謂的邏輯門。惠普實驗室研究人員菲利普·庫克斯說,“這個研究小組下一步的目標是縮小芯片上的線路。旨在生產出“單邊為100納米的芯片”。他還說：“目前的生產成本之所以非常昂貴,是因為生產機械需要有極高的精確度。但是采用化學方法制造,我們可以生產出長卷,然后只需切成小塊就行了”。
　　邁特公司埃倫博根領導的研究人員在8月中旬取得的最新成果是設計出一種用于組裝納米制造系統的微型機器人。其長度約為5毫米,但是,假設能利用納米制造技術使這種機器人的體積不斷縮小,它最終的體積可能不會超過灰塵的微粒。
　　體積如此微小的機器人可以用于操縱單個原子,并啟發人們作出如下的種種假設：成群的肉眼看不見的微型機器人在地毯上或書架上爬行,把灰塵分解成原子,使原子復原成餐巾,肥皂或納米計算機等諸如此類的東西。
　　按照科學家們目前掌握的技術來看,雖然用原子制造計算機仍然是一個相當遙遠的夢想,但是埃倫博根認為很快就能取得一定的進展,在幾年內會獲得重大突破。那么,是否埃倫博根所言不虛,人們將拭目以待。