纳米技术的优缺点

纳米技术的定义

“纳米技术”一词最近受到了媒体的广泛关注。纳米技术被誉为下一场科学革命，有望实现更快的计算机、癌症治疗以及能源问题的解决方案等等，但“纳米技术”究竟意味着什么？它能兑现所有这些承诺吗？

美国国家纳米技术倡议 (NNI) 的官方定义是：理解和操纵尺度介于 1 至 100 纳米之间的物质，在此尺度下，奇异的现象允许新的应用，这就是纳米技术。纳米技术包括纳米科学、纳米工程和纳米技术，它涉及到在该微小尺寸下观察、计算、建模和控制材料。

三个基本概念概括了纳米技术的定义

1. 纳米技术是微小的

当某物处于纳米尺度时，其至少一个维度在 1 到 100 纳米 (nm) 之间。当物体如此微小时，人眼或标准光学显微镜都无法有效观察到它们。为了检查纳米尺度的材料，科学家们不得不开发了专用设备，例如扫描探针显微镜。一些物质，例如硅原子或水分子，一直都存在于纳米尺度。然而，最近研究人员已经能够使用新工具和新工艺，例如 TiO2 颗粒，来合成和操纵常见于宏观尺度的材料至此尺度。

2. 材料在纳米尺度下可能表现出不同寻常的行为

许多日常材料在纳米尺度下具有奇异的特性，例如降低的电阻、更低的熔点或更快的化学反应。例如，金 (Au) 在宏观尺度下是明亮黄色的。然而，当金颗粒的尺寸为 25 nm 时，它们看起来是红色的。金颗粒呈现出不同的颜色是因为较小颗粒与光之间的相互作用不同。金根据颗粒的大小和形状，可以呈现红色、黄色或蓝色。防晒霜是另一种纳米颗粒的例子，它与匹配的宏观尺度物质有所不同。很长一段时间以来，防晒霜一直含有二氧化钛 (TiO2)。它是使乳霜呈现白色调的成分之一，因为 TiO2 纳米颗粒看起来是透明的；制造商越来越多地使用纳米颗粒来制造透明乳液和凝胶。当材料处于纳米尺度时，其他特性也可能发生变化。例如，汽水罐由明亮、易延展的铝 (Al) 制成。纳米尺度的铝颗粒具有爆炸性且反应性很强，因为它们的表面积比大颗粒大；纳米颗粒更具反应性。

3. 研究人员致力于利用这些独特而意想不到的特性来创造新技术

来自各个领域的研究人员致力于利用这些新行为开发各种新产品，从轻质网球拍和抗菌袜等日常用品，到尖端的太阳能电池、更快的计算机和针对特定疾病的医疗疗法。许多工程师和科学家认为，存在着巨大的可能性。

iPod Nano 在某种程度上代表了纳米技术吗？

由纳米技术改进的产品已上市。但是，并非所有带有“nano”标识的产品都使用了纳米技术。一些公司使用“nano-”前缀来告诉潜在客户他们特定产品的尺寸有多小。此外，他们希望从围绕纳米技术的热情和炒作中获利。

例如，印度汽车制造商推出了 Tata Nano：设计者选择“Nano”这个名称是为了向潜在客户传达该车的“先进技术”和其微小的尺寸，尽管它无疑不属于纳米尺度。目前市场上还有其他选择。

全球纳米技术市场价值估计

美国国家科学基金会预测，在 15 年内，基于纳米技术的全球产品市场将接近 1 万亿美元。美国国家纳米技术倡议的预算从 1997 年的 1.16 亿美元增加到 2004 年的 8.49 亿美元（要求）。英国政策研究组织 Demos 的高级研究员 Paul Miller 在 2002 年表示：“目前，美国最大的科技公司中，约有三分之一的研究预算都投入到纳米技术中。”

纳米技术的优点

1. 它带来了电子产品领域的重大变革

我们今天使用的绝大多数电子产品都是用纳米技术生产的。没有人能想到，一个拥有数千个存储单元的设备只有几毫米大小。复杂的电路完成了芯片的功能，并使其便携，用户可以随时随地携带任何电子设备。如今，我们在小小的智能手机上就能进行复杂的计算，而不再需要使用超级计算机进行基本计算。

2. 纳米技术极大地改进了医疗领域的工作

改进的医疗领域工作，这对医疗行业来说是一大福音。利用纳米技术的全部潜力，医学领域已经开发出多种药物来治疗以前无法治愈的疾病，如癌症。现在可以轻松地诊断病情，并且治疗方法也随之易于获得。因此，纳米技术对医疗行业有利。用纳米技术制造的药物可以设计成仅与特定的生物靶点结合。这些特殊配方的药物不会影响健康组织，只会影响目标特定病变组织。这些药物还将根据特定患者的特定疾病进行个性化定制。这不仅可以消除使用处方药的试错过程，还可以减少实际用药量，减少副作用，并加快生理反应。

3. 制造业的好处

现代制造业需要纳米产品，如碳纳米管、纳米颗粒等，它们比不使用纳米技术生产的同类产品更坚固、更强大、更轻便。因此，由于纳米技术，生产环境发生了转变，并且对它们变得更加有利。

4. 能源生产

能源生产领域因纳米技术而受益匪浅。电池、电容器和其他节能储能技术得到了广泛应用。这些技术已被证明是节能技术，改善了人类生活。纳米技术可能会改变人类生产和消耗能源的方式。纳米技术将使新的能源生产和储存方式成为可能。纳米技术尤其有可能通过降低太阳能电池板和配套设备的生产成本来提高太阳能的可负担性。因此，储能设备的运行将更有效。

5. 在很大程度上可以治愈疾病

现在纳米技术在该领域做出了巨大贡献。各种工具和设备已被用于治疗多种无法治愈的疾病和病症。通过使用纳米技术，可以快速诊断病情。诊断后，治疗疾病并帮助患者快速康复会容易得多。

6. 纳米技术在计算和电子学领域

纳米技术有潜力彻底改变电子行业。例如，量子点是极小的发光单元，可用于显示屏或照明。硅芯片上已经可以找到数百万个组件。然而，随着技术的发展，电路如此微小，以至于如果分子位置稍有偏差，电路就无法按预期工作。纳米技术将能够精确地在原子级别构建电路。

7. 纳米颗粒涂层

传统假体可以通过纳米颗粒涂层延长使用寿命。这种涂层通常是碳基的，以保持与身体的相容性。这种涂层将保护假体免受身体的排斥和最终的破坏。假体使用寿命更长，可以降低截肢患者的长期成本。

8. 曾经大型且不切实际的诊断工具现在易于获取

许多曾经大型且不切实际的诊断工具现在对重症患者来说易于获取，并可用于诊断他们的病情。纳米技术常用于诊断和治疗隐藏的疾病。

纳米技术的缺点

我们现在越来越多地使用纳米技术，这表明它有很多好处。它被用于各种产品，包括电子产品、服装、食品、包装、照明和医疗保健。然而，尽管科学能带来一切美好的事物，但总有可能制造出邪恶。已经建立了一套检查和平衡系统，以防止不当的科学能力和研究管理。尽管纳米技术带来了好处和进步，但对于它的普及程度仍然存在一些严重的争议。因此，世界最近已经预见到其潜在的风险和缺点。在改善生活条件的同时，纳米技术也导致了污染物的增加，包括空气和水污染。纳米污染是指由纳米技术引起的污染。对于生物体来说，这种污染非常有害。这里只讨论纳米技术的一些缺点。

1. 对环境的负面影响

随着纳米技术的发展，由于生产各种药物、原子弹和其他物品时产生的纳米颗粒，污染有所增加。因此，纳米技术对环境有重大影响。除了人类，生活在这些环境中的其他动物也受到了多种疾病的影响。

2. 就业减少

由于科学技术的发展，对人力劳动需求的显著减少。因此，许多人因为技术取代了他们的位置而失业。工程纳米技术扩展了机器的能力，并消除了劳动密集型的工作，尤其是在化学领域。与早期的创新一样，纳米技术预计将对各种行业产生重大影响。虽然第一批纳米技术产品可能是昂贵的奢侈品或小众商品，但随着可用性的增长，越来越多的市场将受到影响。某些材料和技术可能会过时，迫使专注于这些领域的公司倒闭。纳米技术驱动的生产流程的改变可能导致就业机会的减少。

3. 经济失衡

由于引入了许多更有效且不需要任何燃料的替代能源，经济不得不应对波动，因为石油、钻石以及许多其他资源的价值有所下降。

4. 健康问题

存在长期广泛污染的可能性。吸入的纳米颗粒可能在脑部和肺部积聚，显着提高炎症和压力相关的生物标志物。它们可能对未来使用它们作为消费者的公众健康产生广泛的负面影响。纳米技术科学家们已经反驳了一些更荒谬的反乌托邦预测。所谓的“灰色粘液”情景，即自我复制的纳米机器人吞噬它们路径上的一切以创造自身副本，曾经是一个热门话题，但现在不再被视为真正的危险。然而，由于纳米技术可能产生新的毒素和污染物，可能会产生不利的环境影响。我们需要理解纳米技术，这使得创造过程变得困难。我们知道纳米技术可以制造材料，但我们仍然需要停下来思考这些物品的开发将如何影响纳米尺度。

5. 危险且易于获取的武器

纳米技术带来的许多武器都非常危险，并且容易受到人为错误的影响。当长崎和广岛遭受原子弹袭击，让所有人暴露在危险之中时，那是危险的一天。如今，各国部署各种武器来增强实力。多亏了纳米技术，一个国家现在可以轻易地制造和使用原子弹等武器来摧毁其对手。纳米技术增加了微型录音设备的潜在可能性，这些设备几乎无法被检测到。更严重的是，纳米技术可能被武器化。原子武器将更容易制造，并且也可能制造出新武器。一种潜在的可能性是所谓的“智能子弹”，即一种计算机化的弹丸，可以非常精确地引导和瞄准。这些进步可能有利于军事，但如果落入坏人之手，其后果可能是灾难性的。

6. 昂贵

尽管纳米技术使医疗、工程和材料科学学科受益，但由于运行该技术所需的原材料成本很高，因此它非常昂贵。因此，对于普通人来说，购买整个技术变得昂贵。

7. 对人们健康的负面影响

危险气体的核辐射对人们的健康产生显著的负面影响。原子弹爆炸对人们健康造成的负面影响的例子包括广岛和长崎。核反应引起的疾病仍然存在于年轻一代中。

8. 实际问题

此外，纳米技术也引发了一些实际问题。所有需要由散装材料（如煤或石油）制成的产品都可能带来实际问题。纳米技术摧毁了生产大宗材料副产品的小型公司，这是市场上煤炭和石油副产品缺失的主要原因。

9. 危险

使用纳米技术也非常危险；制造商必须花费大量金钱来创建纳米技术工厂。如果他们生产的产品符合客户的期望，他们将面临重大损失。制造商的成本将是双重的，使其不可能收回初始商品的成本。产品的维护成本也非常昂贵。

10. 某些市场的衰落

由于钻石和石油的价值较低，更高的发展和即时性能也加速了某些市场的衰落。由于替代能源更有效且不使用化石燃料，其可用性降低了需求。纳米技术使得钻石能够大规模生产，从而降低了其价值。人们和制造商现在在分子水平上生产大多数产品，并且在新成分的分解过程中会产生新成分。