纳米资料能带来哪些颠覆性技能（瞰前沿）
来历：人民日报
图①：“太空电梯”创目的。资料图片图②：碳纳米管示目的。形象我国
“完成原子级特征标准与可重构光频相控阵的纳米激光器”当选2024年度“我国科学十大开展”，我国科研团队研制的纳米机器人可为患者铲除血栓……小小纳米，潜力无限，在微观国际爆发推进科技开展的动能。
从咱们身边使用荷叶原理制作的防水涂层服饰，到纳米药物、纳米传感器等，纳米科技正在各个范畴里“以小广博”、改动日子。未来，纳米功用资料还将助力“太空电梯”等科幻场景变为实际。本期“瞰前沿”，让咱们走进纳米小国际，看见愈加宽广的科技未来。
——编者
微观“精灵”
展示惊人功用
在刘慈欣的科幻小说《三体》中，名为“纳米飞刃”的奇特资料令人形象深化——一种极点纤细的通明丝线，能够轻松将一艘巨轮切开成很多薄片。这看似科幻的情节，其实离咱们并不悠远。纳米功用资料——这一微观标准上的“精灵”不只活泼在科技前沿，也在改动咱们的日子。
纳米是一个长度单位，1纳米等于十亿分之一米。物质被“切开”到纳米等级时，会议示出与微观标准时天壤之别的特性。本来导电的金属深化到纳米标准后，会逐步变成半导体从而变成绝缘体；当标准进一步减小时，表现出量子效应，又变成了导体。在微观国际里，纳米功用资料会出现微观量子地道效应、外表效应、小标准效应等奇特性质。
科幻源自实际，《三体》中的“纳米飞刃”，有自己的原型——碳纳米管。这种由碳原子组成的管状结构，强度是钢的100倍，却比碳纤维还细。现在的碳纳米管，尽管无法像小说里描绘的那样成为削铁如泥的利器，但在试验室里，我国科学家研制的单根结构完美的碳纳米管纤维，能够吊起一头成年亚洲象；在工业使用方面，使用流化床技能，工厂里现已生产出用于新动力车的万吨级多壁碳纳米管导电浆料；未来，使用碳纳米管，还能够制作碳基芯片、工业催化剂、显示屏、X射线管等。
其实，纳米功用资料也并非满是人工合成，在大自然中也有这些微观“精灵”的身影——荷叶外表的纳米级乳突结构，能够让水珠滚落时不留痕迹；蝴蝶翅膀能随光线改变出现不同颜色，也是由于翅膀上的纳米结构；咱们牙齿外表的牙釉质，也是由纳米级的羟基磷灰石晶体构成，这使得牙釉质具有极高的巩固度和耐磨性……这些天然纳米功用资料，在绵长的前史进化中展示出惊人功用。
特性“变身”
在纳米标准发挥“魔法”
当物质维度缩小至纳米量级，似乎被施加了某种“魔法”，其固有特点会发生颠覆性改变，这种由标准剧变引发的奇特现象，既为科研探究翻开新维度，也为技能使用拓荒新途径。
物质本征特性的改变在声、电、光、磁、力等方面都很明显。例如，在微观标准下，金需求1064摄氏度高温方能熔化，在其粒径缩减至2纳米时，其熔点竟骤降至约327摄氏度，这为冶金工艺节能增效供给了全新思路。光学性质的重构更具视觉冲击力——微观标准下，铜出现典型的紫红色金属光泽，在纳米标准下居然变为深邃的黑色。除了变色，本来化学性质安稳的金属铜，在纳米化后具有自燃特性，出现史无前例的反响活性。
特性“变身”，正改写多个范畴的技能范式。经特别处理的纳米活性炭，其比外表积较传统资料完成数量级跃升，吸附容量增加10倍以上，成为清水体系中重金属与有机污染物的“捕手”；根据纳米隐身涂层，可在特定频段完成雷达波的隐身，在国防安全范畴有重要作用。
在纳米标准构筑功用结构，研究人员需依靠原子力显微镜、聚集离子束刻蚀体系等顶级设备，在埃米级精度下完成资料拼装。当物质进入纳米王国，其展示的奇特特性正在催生一批颠覆性技能，驱动人类认知与工程实践向更微观标准的纵深前进。
日常使用
多个范畴大有可为
纳米功用资料并非摆在试验室里的“花瓶”，它们正在各个范畴大显身手。
当纳米科技与医疗范畴深度交融，人类对立疾病就有了新“兵器”。纳米药物好像准确制导导弹，经过外表润饰的靶向分子精准辨认癌细胞特有的生物符号物，将药物直接输送至病灶中心。在临床中，淋巴示踪剂以纳米活性炭为基底，能在术前明晰勾勒出肿瘤鸿沟，为外科医生供给三维导航；而纳米脂质体包裹的化疗药物，则能打破肿瘤血管屏障，在靶区将药物浓度提高数十倍，明显增强效果的一起下降全身毒副反响。试验室里的纳米机器人更具未来感，能够用于血液循环体系巡航，实时铲除血管沉积物，乃至对受损细胞进行纳米级手术修正，为癌症医治拓荒全新范式。
动力范畴，锂离子电池中碳纳米管构建的三维导电网络，为电极资料取得电子带来一条“高速公路”，充电速度以指数级提高。不只如此，纳米改性电池还能够经过石墨烯散热涂层在冬季完成热量二次使用，打破续航瓶颈。在安全防护方面，纳米隔热涂层具有热屏障功用，即使电池遭受极点热失控，也能保持15分钟左右的结构完好，为事故逃生争夺宝贵时间。
纳米标准上的信息工业也大放光荣：当光刻机打破2纳米工艺节点，指甲巨细的芯片内晶体管数量打破百亿大关，算力激流驱动着人工智能、物联网等前沿范畴跨越式开展，与之并行的纳米传感器技能，正将环境监测与健康办理面向实时精准的新阶段。
未来使用
重塑人类探究的鸿沟
纳米功用资料具有宽广的使用远景，纳米技能正在重塑人类感知与探究的鸿沟。
在AR（增强实际）范畴，纳米光波导技能正将科幻场景变为实际。AR眼镜选用纳米级光波导镜片，分量仅几十克却具有超越80度的视场角，透过镜片，用户可体会信息获取、导航、翻译等功用。镜架上集成的纳米天线阵列，在厘米级空间内构建起高速通讯通道，使设备脱节线缆捆绑，真实融入智能日子场景。
智能穿戴设备在纳米技能加持下正打破形状与动力约束。纳米柔性屏选用可拉伸的银纳米线电极，使智能手表能像皮肤般贴合腕部；纳米发电机技能使用氧化锌纳米线在机械形变中发生的压电效应，能够将人体运动能转化为电能。
当人类将目光投向星斗大海，纳米资料展示出史无前例的使用潜力。碳纳米管构成的太空电梯缆绳，理论强度可达钢材的百倍，使未来低成本六合运送成为可能。而纳米防护层技能则为航天器披上了“盔甲”：纳米气凝胶的多孔结构既能隔绝太空极低温，又能耐受返回舱再入大气层时的超高温；纳米复合涂层经过多层界面反射机制，将国际辐射剂量下降3个数量级，为深空勘探生命保障体系供给要害解决方案。
从日常穿戴到探究太空，从《三体》中的“纳米飞刃”到实际中的纳米机器人、纳米电池等，纳米功用资料正在以惊人的速度改动着咱们的国际。让咱们等待，这些微观国际里的“魔法道具”，能带来更多惊喜！（任红轩）
（作者为国家纳米科学中心效果转化处处长、正高级工程师）
学术支撑：我国科学技能协会、国家纳米科学中心
《 人民日报 》（ 2025年04月19日 06 版）
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