纳米技术

纳米技术上的进步通常被称作下一个科学革命的催化剂。纳米技术应用十分广泛，比如医学技术、新制造业、水的纯化等。其中一个潜在的用途是开发生产和储存能源，并且减少全球变暖。微小的伞状纳米粒子被发射到大气层上层空间可以作为硫酸盐粒子的替代物进行太阳辐射的调节。

无论使用什么材料总是会落回到地面。但是经过设计的纳米粒子能在大气层待的时间更长并且能够有效地将太阳光反射回去。但另一方面，一旦这些纳米粒子下沉回到地面将对环境和公众健康造成不利影响。

2014年，美国政府国家纳米技术计划（NNI）的预算是17.02亿美元。最初人们认为纳米技术将带来伦理、法律和社会问题，所以预算中都会分出一部分资金用于专门研究纳米在这些方面带来的影响。

2014年NNI预算中用于研究纳米技术在环境、健康、安全方面的研究、教育和社会层面经费为1.57亿美元。NNI的大部分预算都用于能源研究，1.024亿美元用于研究太阳能收集和转化，另外还有美国能源部的纳米技术计划申请的3.69亿美元预算。这还不能包括美国政府其他项目赞助的资金，以及其他国家、私人企业在能源相关的纳米技术领域开展研究的资金。

纳米材料对于开发生产、获取、储存和分散能源更有效的方式十分关键。比如，采用各种纳米材料多层结构可以使太阳能电池更加有效地将太阳光转化成电能。将微型太阳能电池嵌在柔性材料上将降低成本，更轻的能源收集器可以安装在不平的表面。大容量的电池能够实现快速充电，从而使电动车成为天然气车的可靠替代品。

纳米技术专家的长期目标是能操纵原子和分子使其自我组织成有用的工具或者是极小的分子工厂，生产出满足特定规格的产品。《星际迷航》中的复制机，就能根据需求将原材料加工成任何食物，这也给我们提供了未来纳米工厂的美妙想象。但是，即使纳米机器只是能不停地完美复制同样的计算机芯片，工程人员、公司老板以及投资者也会兴奋不已。

纳米技术科学家从自然过程获取灵感，更为关注的是如何在极其微小的纳米规模下让没有组织的原子和分子听从他们的命令。纳米是1米的十亿分之一，或者说一根头发丝的十万分之一。纳米级就是任何大小在1～100纳米间的物体。原子和最简单的分子就属于纳米级。单个的水分子是0.3纳米。DNA两个分子链之间距离是2.5纳米，红细胞的宽度为7000纳米。

过去10年，纳米成了热门词，因为它能让人联想到太空技术。许多产品比如说雨衣的广告也说是纳米材料制成，虽然其使用的粒子远远大于100纳米。其他领域方面，因为公众已经认识到吸收某些纳米粒子会对身体健康造成长远的不利影响，广告商经常会说某个产品，比如说防晒霜，含有非纳米的氧化锌，意思就是其中的活性剂只会停留在皮肤表面不会被毛孔吸收。

原子规模操纵物质的可能性，在历史上可以追溯到1959年12月29日理论物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）在一篇名为《底部有足够空间》的演讲中所说的：“我想建造10亿个微型工厂，模型相似，同时生产。”

费曼说：“物理学的原则，就我看来，并不排除一个原子一个原子移动东西的可能性。它并不尝试违反任何自然法则，原则上它是能做到的事，现实中我们没有去做，因为我们自己太大了。”

在发表此次演讲之时，费曼已经是一位世界知名人物。他年轻的时候参与过制造原子弹的“曼哈顿计划”。1965年他因为量子电动力学上的成就和别人一起获得了诺贝尔奖。后来，他通过出版畅销的自传成了名人。作为航天飞机挑战者号事故调查委员会专家，他在一次电视直播中，戏剧般地拿出了一个O型环，扔到一杯冰水里，证明它遇冷会脆化。他还颇具幽默感，时不时说出经典言论，比如：“物理学如同性爱，可能会有些实际作用，但这并非我们去做这件事的原因。”

许多物理学家都在读费曼的操纵原子导引的文稿，20年已经过去，工程师艾瑞克·德雷西勒（Eric Drexler）扩展了费曼的理论，他在1986年发行的畅销书《创造引擎：即将带来的纳米技术时代》中根据纳米机器的理念，激发一代科学家去开创一个理想未来：纳米机器人可以清理堵塞的血管，环境清理人员可以清除空气中的污染物，国会图书馆的所有书籍副本都可以存储在不到方糖大小的芯片上。他也吓唬了很多读者，编造了一个灰色的噩梦，在其中，可以自我繁殖的纳米机器人吃光了地球上所有的有机物质。

不久之后，政治家们也开始谈起了纳米技术的可能性。比尔·克林顿在2000年的一次演讲中说可能需要20年或更多时间实现这一想法。2003年，小布什签署了《21世纪纳米技术研发法案》。2001年—2004年，美国政府投入了200亿美元用于纳米技术研究。

随着大量资金涌向纳米技术研究，NNI以及其他国家的类似项目很快对材料学十分着迷，材料学长期致力于创造新的金属合金、塑料以及其他物质等。微型化工艺，比如光刻和蚀刻技术能够制造出用于硅的微细半导体，并且很快接近了纳米级。

纳米研究在