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納米是一個神乎其神的詞，凡在書籍、文章、廣告中出現(xiàn)，其周圍內(nèi)容迅速被提升到讀者想象力在微觀概念上的極限。

總之，納米很極致，代表前沿，非?？?。雖然多數(shù)時候我們不知道它在表示什么，卻有一股莫名的服膺和認(rèn)同。

納米，符號nm，又稱奈米，為微米的千分之一倍，是一個長度單位，指1米的十億分之一?？芍^微乎其微，屬肉眼不可見、不可勝窮的單位。

一納米與一米的相對大小，就相當(dāng)于一粒大理石與地球的相對大小。

02

一般人不敢拿納米玩。

但中國人很多不一般。尤其是廣告公司的文創(chuàng)人員，對納米情有獨(dú)鐘。納米雖小，作用很大，正符合尺有所短、寸有所長的道理：

關(guān)于護(hù)膚化妝品，有「納米級滲透技術(shù)」、「納米保濕粒子」。

牙膏成分富含「納米鈣」、「納米牙釉質(zhì)修復(fù)因子」。

凈水器采用「納米過濾膜」、「納米活化水」技術(shù)。

日常家電更是廣泛與納米發(fā)生關(guān)聯(lián)，「納米蒸汽熨斗」、「納米加濕器」，不一而足。

就連給墻刷粉也出現(xiàn)了「納米墻漆」，鋪個地板得用「納米抗污地板」。

這些到底有沒有科學(xué)依據(jù)、消費(fèi)者無從考證的納米技術(shù)堂而皇之、鋪天蓋地地出現(xiàn)在視聽傳媒中。其實(shí)它不在乎你信不信，即便是濫用科學(xué)概念，胡亂包裝，只要抓住受眾眼球即告成功。

中國人并不喜歡追究自己不了解的事物的真相，凡是流行起來的概念，大家一致認(rèn)同其有效性。風(fēng)乍起，趨之若鶩，我輩蜂擁而上。

03

那么納米技術(shù)是什么呢？

它是對至少一維尺寸在1至100納米之間的物質(zhì)進(jìn)行操控的技術(shù)。在這個通常被稱為納米尺度的尺度上，表面積和量子力學(xué)效應(yīng)在描述物質(zhì)特性方面變得非常重要。納米技術(shù)的這一定義涵蓋了所有處理這些特殊性質(zhì)的研究和技術(shù)。

說白了就是，人類在這么微小的尺寸上針對客體材料能干什么的技術(shù)。

甲可以制作一個50納米直徑的圓盤，乙只能制作一個兩分錢鋼镚，那前者就具備納米技術(shù)，后者不具備。

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納米技術(shù)為什么很難呢？

人類在古代就可以制造巴別塔、金字塔、長城這樣的巨型建筑，想要做大是能夠?qū)崿F(xiàn)的，無非需要時間和功夫；但想要做小卻很難。一個普通人可以制作一個直徑5厘米的圓球，但很難制作直徑一毫米的。以此類推。

納米材質(zhì)，不論是由上至下制成：將塊材縮至納米尺度，主要方法是從塊材開始通過切割、蝕刻、研磨等辦法得到盡可能小的形狀（比如超精度加工，難度在于得到的微小結(jié)構(gòu)必須精確）；或由下至上制成：由一顆顆原子或分子來組成較大的結(jié)構(gòu)，主要辦法有化學(xué)合成，自組裝和定點(diǎn)組裝。

關(guān)鍵是難度在于宏觀上要達(dá)到高效穩(wěn)定的質(zhì)量，都不只是進(jìn)一步的微小化而已。物體內(nèi)電子的能量量子化也開始對材質(zhì)的性質(zhì)有影響，稱為量子尺度效應(yīng)，描述物質(zhì)內(nèi)電子在尺度劇減后的物理性質(zhì)。這一效應(yīng)不是因?yàn)槌叨扔删抻^變成微觀而產(chǎn)生的，但它確實(shí)在納米尺度時占了很重要的地位。

就是說你可以搞出那么小的東西來，但是很難讓它穩(wěn)定存在。隨時會破滅。

正因此，納米科技的神奇之處就在于物質(zhì)在納米尺度下所擁有的量子和表面現(xiàn)象，可以在許多領(lǐng)域里有重要的應(yīng)用，也可以制造許多有趣的材質(zhì)。

現(xiàn)在很多材料的微觀尺度都是以納米為單位，尤其是半導(dǎo)體的尺度標(biāo)準(zhǔn)在2000年代以后大多是以納米表示。

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納米技術(shù)的發(fā)展是一個跨越物理、化學(xué)、材料、電子學(xué)和生命科學(xué)等多個學(xué)科的過程，其歷史過程也曲折玩轉(zhuǎn)，非常值得我們簡單梳理。

萌芽

1．早在16世紀(jì)，瑞士醫(yī)生、煉金術(shù)士、世俗神學(xué)家和德國文藝復(fù)興時期的哲學(xué)家帕拉塞爾蘇斯（Paracelsus）進(jìn)行了廣泛的科學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素鋅、氫，此人狂熱地?zé)嶂杂卺t(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，制備出含有金納米顆粒的藥物，用于治療精神疾病，這被后來人認(rèn)為也是一種早期對納米級物質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)性應(yīng)用。

2．18世紀(jì)：阿拉伯人制作的大馬士革軍刀舉世聞名，很久以后被德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)刀內(nèi)不但含有極小的碳化鐵纖維，并且還含有納米碳管。這些微小、但是非常堅(jiān)韌的纖維不但使得大馬士革軍刀呈現(xiàn)出美觀的波紋圖案，并且使它們鋒利無比。雖然當(dāng)時沒有納米技術(shù)的概念，但這可以看作是納米材料應(yīng)用的早期無意識實(shí)踐。

早期

1．1917年，美國化學(xué)家、物理學(xué)家和冶金工程師歐文·朗繆爾（Irving Langmuir）首次提出并證實(shí)單分子薄膜的可行性，并與凱瑟琳·布洛杰特（Katharine Blodgett）發(fā)明了制備單層分子薄膜的技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了脂肪酸單分子層從水面向固體基底上的轉(zhuǎn)移。朗繆爾因此在1932年獲得諾貝爾化學(xué)獎。

2．1931年，德國物理學(xué)家恩斯特·魯斯卡（Ernst Ruska）和馬克斯·克諾爾（Max Knoll）發(fā)明了第一臺電子顯微鏡，使得人類能夠觀察到微觀世界的細(xì)節(jié)，為后來的納米研究提供了重要的工具。魯斯卡因此在1986年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

3．1959年，非常重要的一年！美國物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）在題為《底部還有足夠的空間》（"There's Plenty of Room at the Bottom"）的演講中，首次提出了在原子和分子尺度上操縱物質(zhì)的可能性，他說：「我們?yōu)楹尾荒馨丛觼碓O(shè)計物質(zhì)？」他設(shè)想通過操控單個原子來制造材料和設(shè)備。這被認(rèn)為是納米技術(shù)概念的開端。他預(yù)言人類最終能夠「隨心所欲擺弄原子」。

發(fā)展探索期

1．1974年，日本科學(xué)家、東京理科大學(xué)的教授谷口紀(jì)男首次使用了「納米技術(shù)」（nanotechnology）一詞，描述精密機(jī)械加工，標(biāo)志著這個術(shù)語的正式出現(xiàn)。1999年5月，歐洲精密工程與納米技術(shù)學(xué)會在不來梅向谷口教授頒發(fā)了首屆終身成就獎。

2．1981年，德國物理學(xué)家格爾德·賓尼希（Gerd Binnig）和海因里?！ち_雷爾（Heinrich Rohrer）發(fā)明了掃描隧道顯微鏡，使得人類第一次能夠?qū)崟r觀測到單個原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)，并為后來的原子操縱奠定了基礎(chǔ)。他們因此在1986年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

3．1985年，英國化學(xué)家哈羅德·克羅托（Harold Kroto）、羅伯特·柯爾（Robert Curl）和理查德·斯莫利（Richard Smalley）發(fā)現(xiàn)了碳的第三種同素異形體——富勒烯，即「巴基球」，開啟了對納米碳材料的研究熱潮。他們因此在1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎。

成型期

1．1989年，發(fā)生了一件大事！美國IBM公司的唐·艾格勒（Don Eigler）利用掃描隧道顯微鏡，將35個氙原子排列成「IBM」三個字母，這是人類歷史上首次在原子尺度上精確操縱原子，標(biāo)志著納米技術(shù)的序幕正式拉開。

2．1990年，發(fā)生了一件更大的事！第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議在美國巴爾的摩舉辦，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生。

3．1991年，日本科學(xué)家飯島澄男（Sumio Iijima）發(fā)現(xiàn)了碳納米管，這種具有優(yōu)異力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能的納米材料，極大地推動了納米材料的研究和應(yīng)用。此人獲獎無數(shù)，只差諾貝爾獎。

現(xiàn)階段

1．2000年左右，隨著納米科學(xué)研究的突破和潛在應(yīng)用價值的顯現(xiàn)，各國政府開始將納米技術(shù)提升到國家戰(zhàn)略層面。美國設(shè)立了「國家納米技術(shù)行動計劃」，日本成立了「納米材料研究所」，歐盟成立「納米電子技術(shù)聯(lián)盟」，中國成立了國家納米科學(xué)中心。

2．同一時期，納米材料的制備方法日益成熟，多種納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)如量子點(diǎn)、納米線、納米顆粒等被合成，并開始在涂料、防曬霜、藥物、顯示器、水凈化、高效能源轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。截至2008年，新興納米技術(shù)項(xiàng)目估計，已有超過800種經(jīng)制造商認(rèn)定的納米技術(shù)產(chǎn)品公開上市，每周還在增加。

3．集成電路制造進(jìn)入亞10納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)，推動了芯片性能的持續(xù)提升，同時納米光刻、原子尺度加工等技術(shù)也為新型器件（如納米光學(xué)、生物傳感、量子器件）的開發(fā)提供了可能。

4．納米技術(shù)與生物技術(shù)、信息技術(shù)、認(rèn)知科學(xué)等多個前沿學(xué)科的交叉融合，形成了「會聚技術(shù)」范式，預(yù)示著更深遠(yuǎn)的技術(shù)變革。

06

可以說，納米技術(shù)的發(fā)展史，就是一系列科學(xué)家的諾貝爾獎獲獎史。

納米技術(shù)或許能夠創(chuàng)造出具有廣泛應(yīng)用前景的新材料和新設(shè)備，例如納米醫(yī)學(xué)、納米電子技術(shù)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域生物材料、能源生產(chǎn)和消費(fèi)品。然而，正如任何事物都帶有正反兩方面的作用和影響，納米技術(shù)也引發(fā)了一系列問題，包括人們對納米材料的毒性和環(huán)境影響的擔(dān)憂，以及它們對全球經(jīng)濟(jì)的潛在影響，甚至各種末日景象。

英國皇家學(xué)會的一份報告指出，納米顆粒或納米管在處置、銷毀和回收過程中存在釋放的風(fēng)險，并建議「屬于延伸生產(chǎn)者責(zé)任制度（如報廢法規(guī)）的產(chǎn)品制造商應(yīng)發(fā)布程序，概述如何管理這些材料，以最大限度地減少可能對人類和環(huán)境的暴露」。