令人驚異的納米技術(shù)
眾所周知，“納米”是個(gè)極其微小的單位，但是通過(guò)人工操縱這種比分子還小的微觀組成，就能增強(qiáng)乃至改變物質(zhì)的特性，從而戲劇性地衍生出大量新的原材料、方法和產(chǎn)品甲醛檢測(cè)儀| 可燃?xì)怏w檢測(cè)儀| 毒性氣體| 氨檢測(cè)儀|。
今天，有關(guān)納米技術(shù)的信息無(wú)處不在。如果在google上搜索“納米技術(shù)”這個(gè)詞，你將會(huì)發(fā)現(xiàn)百萬(wàn)多個(gè)相關(guān)鏈接。顯而易見地，人們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域投入了大量的關(guān)注目光，關(guān)于納米技術(shù)的可行性和潛能正日益增強(qiáng)的宣傳也被媒體的大肆渲染和科幻小說(shuō)，比如Michael Crichton的小說(shuō)Prey，炒得如火如荼、。但是，納米技術(shù)到底是什么呢？更重要的是，它對(duì)于自動(dòng)控制又意味著什么？
納米技術(shù)并不是個(gè)新事物。大英博物館中有一件名為L(zhǎng)ycurgus Cup（萊格拉斯酒杯）的藝術(shù)品，它是一個(gè)可追溯到四世紀(jì)的古羅馬雕花玻璃酒杯。由于玻璃內(nèi)含有金和銀的納米粒子（直徑大約70nm），所以當(dāng)它反射光線的時(shí)候，酒杯的顏色會(huì)隨之改變。羅馬人知道他們使用了納米技術(shù)嗎？大概不知道，但是這一事實(shí)已經(jīng)成為了納米材料影響世界幾個(gè)世紀(jì)的最佳例證。
這些工具有：（a）Titan 80-300kv掃描/透射電子顯微鏡(S/TEM) ；（b）用于半導(dǎo)體通孔（金屬層與層之間的電導(dǎo)路徑）的專用3D透射電子顯微鏡；
（c）用于趨磁細(xì)菌(水生微生物)的專用3D透射電子顯微鏡；（d）一張搭建在兩個(gè)金晶之間110位置的納米橋的高分辨率透射電子顯微鏡影像(拍攝者C. Kisielowski，NCEM，USA) ；和（e）一張用FEI雙電子束（聚焦離子束/掃描電子顯微鏡）制作和即時(shí)拍攝的“通過(guò)鏈”掃描/透射電子顯微鏡(S/TEM)影像。
“‘納米’從物質(zhì)誕生伊始就一直存在至今�！盇RC顧問(wèn)集團(tuán)的制造業(yè)咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)副總裁Asish Ghosh說(shuō)，“技術(shù)的更新使得我們能夠重新認(rèn)識(shí)、理解納米技術(shù)，這才是納米技術(shù)的“新”的由來(lái)。我相信，大約十年以前IBM的掃描隧道顯微鏡的誕生，使得納米技術(shù)真正開始走向前沿�！�
“利用這種裝置，研究人員將硅原子擺成字母‘IBM’形狀，拍下照片向全世界展示，并宣稱，‘這就是納米技術(shù)，一種能夠操控個(gè)體原子的技術(shù)�！S后的研究及其技術(shù)的公開，宣告了人類進(jìn)入了納米時(shí)代，具有了納米級(jí)操控物質(zhì)的能力。”Ghosh說(shuō)道。
不僅是小
納米技術(shù)通常被認(rèn)為是研究100納米以下的微觀技術(shù)。Nano源自于希臘語(yǔ)中的“侏儒”，指10-9或者一米的十億分之一。一埃是一納米的1/10th，原子的直徑通常為2到10納米。而人類頭發(fā)的直徑大約是200,000納米。
“很多人常將納米技術(shù)認(rèn)為是一種使小型化的技術(shù)�！盙hosh說(shuō)，“但其實(shí)這是一種誤解。納米并不僅僅意味著更小。納米是將原子和分子以一定規(guī)則組合以達(dá)到某種目的。納米技術(shù)是一種操作物質(zhì)原子和分子的科學(xué)，或者說(shuō)藝術(shù)。”
操作分子的排列能改變物質(zhì)的根本屬性，從而產(chǎn)生出完全不同的效果。Ghosh舉例說(shuō)，“如果將碳原子以某一特定的順序排列，它們將比原來(lái)更加堅(jiān)固，這樣就能制造出比傳統(tǒng)球棍更輕更堅(jiān)固的高爾夫球棍了�！�
Rockwell Automation也對(duì)納米技術(shù)有相似的定義。Sujeet Chand博士，高級(jí)副總裁、高級(jí)技術(shù)員兼首席技術(shù)官和Ram Pai博士，高級(jí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主管，共同定義納米技術(shù)為操作、精密定位、度量、建模和創(chuàng)造100納米以下尺度物質(zhì)的技術(shù)。然而，Pai說(shuō)：“我想再對(duì)這個(gè)定義進(jìn)行一下修改，得加上‘至少在一維空間內(nèi)’這個(gè)限定詞�！比绱艘舱Q生了一個(gè)新的問(wèn)題：在哪一維的空間內(nèi)？打個(gè)比方說(shuō)，碳納米管既可以很長(zhǎng)也可以很細(xì)，我們?cè)撨x擇哪一種特性呢？這是一個(gè)非常重要也值得細(xì)細(xì)考量的問(wèn)題。
“當(dāng)你進(jìn)入納米的世界，”Pai補(bǔ)充說(shuō)，“表面積/體積比會(huì)大幅增加。因此適用于通常微觀或宏觀世界的物質(zhì)行為支配法則在納米世界里是完全行不通的�！�
從實(shí)驗(yàn)室到加工廠
納米技術(shù)剛剛處于胚胎萌芽階段，還未能廣泛地商業(yè)化，但已有所發(fā)展，一些應(yīng)用技術(shù)已開始逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，邁開商業(yè)加工的腳步了。尖端科技咨詢公司Roger Grace Associates的總裁Roger Grace稱納米技術(shù)為‘新前沿’。
“就納米技術(shù)而言我們還處于一個(gè)發(fā)現(xiàn)和進(jìn)步的階段�！盙race說(shuō)，“我們今天看到的大部分納米產(chǎn)品都包含有碳納米管。碳納米管是目前市場(chǎng)上納米產(chǎn)品的基本組成元件。”羅克韋爾的Chand和Pai把納米技術(shù)分為三個(gè)相對(duì)平行的發(fā)展方向：
■納米-材料和涂層：“納米材料目前主要使用在商業(yè)產(chǎn)品上，”Chand說(shuō)，“例如網(wǎng)球、高爾夫球桿和衣服等。在工業(yè)領(lǐng)域，納米材料已被使用在SUV的車側(cè)踏板中來(lái)增加其強(qiáng)度�！奔{米涂層同樣也已經(jīng)應(yīng)用在一系列制造工業(yè)上，例如用于吸收機(jī)電輻射的電氣外殼涂層。
■納米傳感器：納米傳感器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎谄涓叩木_性和精密度，它將被用于探測(cè)毒品、有害物質(zhì)、有害氣體，以及微量的有關(guān)物質(zhì)。一些正在開發(fā)的另類傳感器將致力于探測(cè)癌細(xì)胞和腫瘤，甚至可以捕捉到空氣中任何對(duì)人體或人群有潛在危害的氣息。相當(dāng)數(shù)量采用納米技術(shù)的新產(chǎn)品已經(jīng)在市面上推出。
■納米電子學(xué)：據(jù)說(shuō)納米技術(shù)具有加倍處理器處理速度的能力。Chand說(shuō)：“納米技術(shù)，不僅僅能讓我們做得更小，更能做的更好。它將幫助我們更深層
次地發(fā)展電子學(xué)。
用于操作分子和原子的納米級(jí)操作設(shè)備正與納米技術(shù)同步發(fā)展著。這些設(shè)備使工程師和科學(xué)家們對(duì)結(jié)構(gòu)、隊(duì)列、界面，這些物質(zhì)內(nèi)部的構(gòu)造特性的研究成為可行。FEI公司的電子顯微鏡、聚焦離子束系統(tǒng)和混合設(shè)備就是這些操作設(shè)備的代表之一，它們幫助納米技術(shù)和納米產(chǎn)品的生產(chǎn)研究人員進(jìn)行納米級(jí)觀察和操作，從而創(chuàng)造出新的納米產(chǎn)品和技術(shù)。
FEI公司全球市場(chǎng)副總裁Matt Harris詳細(xì)介紹了一些例子：“半導(dǎo)體行業(yè)近年來(lái)一直使用納米設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)過(guò)程控制和過(guò)程診斷，在這些設(shè)備的幫助下，人們進(jìn)行了一系列關(guān)鍵性的實(shí)驗(yàn)研究，并最終將這種研究手段發(fā)展成為了一種成熟的處理工藝。比如，透射電子顯微鏡能夠幫助人們觀察和研究材料及其特性和結(jié)構(gòu)，以選擇最適用于生產(chǎn)工藝的原材料、涂層和原材料的壓層。它們具有適于某特種硅的晶體結(jié)構(gòu)嗎？硅-氧化層的厚度對(duì)于某一特定工藝來(lái)說(shuō)，是否足夠厚了？
生產(chǎn)線中采用納米技術(shù)的內(nèi)嵌設(shè)備扮演著質(zhì)量控制的角色。晶片通過(guò)這一系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量某特定層的厚度。如果該厚度處于誤差范圍內(nèi)，晶片發(fā)往下一道工序；否則，晶片會(huì)隨著它的生產(chǎn)參數(shù)一起，被送返到相應(yīng)加工工序進(jìn)行再次加工。”
類似應(yīng)用也同樣存在于制藥和化學(xué)工業(yè)。Harris說(shuō)，研究人員正在調(diào)查研究納米粒子是否能更有效地進(jìn)行藥物傳輸，同時(shí)，一些粒子已被用于開發(fā)一種檢測(cè)產(chǎn)品符合給定藥物的某種應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量管理設(shè)備。他還補(bǔ)充說(shuō)，在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，研究人員正在尋求能更有效地催化反應(yīng)和獲得更好處理效果的納米粒子。
業(yè)務(wù)：