纳米技术定义

纳米技术是在分子和原子层面研究、操纵和融合物质的学科。纳米技术包括在此尺度（称为纳米尺度）的科学、医学、工程、计算机科学和机器人系统。

纳米技术有可能创造出新型、更快的计算机、更有效的能源和拯救生命的临床治疗方法。一些潜在的缺点包括经济中断以及对安全、隐私、健康和环境的潜在风险。

纳米技术

纳米技术是研究和创新领域，其重点是在分子和原子尺度上构建“事物”，或者更具体地说，是材料和设备。一纳米是一米的十亿分之一，或者氢原子直径的10倍。一根普通人发的直径为80,000纳米。在这样的尺度下，标准的物理和化学定律不再适用。

例如，在纳米尺度和宏观尺度下，材料的颜色、强度、导电性和反应性等特性可能存在显著差异。碳“纳米管”比钢轻六倍，强度高一百倍。

纳米技术能做什么？

纳米技术被誉为能够提高能源效率、帮助环境清理和解决重大健康问题。据说它能够降低成本，同时大幅提高制造产量。

纳米技术的倡导者认为，产品在更小、更便宜、更轻的同时将更具功能性，并且生产所需的能源和原材料更少。

纳米技术历史

著名物理学家理查德·费曼在1959年提出了最终催生纳米技术的概念。

他讨论了通过实际操纵原子进行合成的可能性。术语“纳米技术”最初由谷口纪男在1974年使用，尽管当时并不常用。

术语“纳米技术”首次由K. 埃里克·德雷克斯勒在他1986年的著作《创造的引擎：纳米技术时代即将到来》中使用，该书还推广了纳米尺度“组装机”的概念，它能够以原子精度构建自身的副本和其他任意复杂的物体。

纳米技术的重要性

很快，纳米技术的发展有望提供有用的研究工具和医学上有用的设备。根据国家纳米技术倡议，制药行业将为改进的药物递送系统、创新疗法和体内成像创造新的商业应用。

其他正在进行的研究目标包括基于纳米电子学的传感器和神经电子相互作用。在分子纳米技术的推测领域，细胞修复技术有望进一步彻底改变医疗行业。

纳米技术旨在提供一种新的改进方法来识别和治疗癌症。纳米级设备可以影响癌细胞内部和外部的大型生物分子。由于生物过程（例如导致癌症发展的过程）发生在细胞表面和内部的纳米尺度上，因此纳米技术提供了广泛的工具。

纳米技术的类型

根据其操作方法（自上而下或自下而上）和工作环境（干或湿），纳米技术的各种类型被分类。

• 自上而下： 在纳米尺度（大小范围为1到100纳米）上，机械和结构被微型化。它目前最常见，特别是在电子产品中。
• 自下而上： 您从纳米结构（例如，一种物质（分子））开始，并使用组装或自组装方法创建比您开始时更大的方法。
• 干式纳米技术： 它由煤、硅、无机材料、金属和半导体构成结构，这些材料在湿度下表现不佳。
• 湿式纳米技术： 它基于水生环境中发现的生物系统，如遗传物质、膜、酶和其他细胞成分。

还有其他不同类型的纳米技术

• 纳米材料

纳米材料是经过纳米尺度工程或操纵的物质，与传统对应物相比，具有独特的性质或行为。纳米颗粒、量子点和碳纳米管是纳米材料的一些例子。

例如，碳纳米管的非凡强度和导电性使其在各种应用中都有用，包括电子产品、电池存储和材料科学。

被称为纳米颗粒的小颗粒，其至少一个维度在纳米尺度上，可以由各种物质组成，包括金属、氧化物和聚合物，它们具有特殊的品质，使其在各种行业中都有用，包括医疗、化妆品和环境领域。

被称为量子点的小型半导体颗粒在太阳能电池、显示器和医学成像应用中非常有用。

• 纳米电子学

为了生产更快、更高效的电子设备，纳米电子学在纳米尺度上使用小型晶体管和其他电子设备。纳米尺度晶体管和存储系统是两个例子。这些小型晶体管和元件允许相对较小、更节能的电子设备处理和存储比传统电子设备更多的数据。

• 纳米光学

通过在纳米尺度上操纵光，纳米光学能够创建新的光学设备和技术。纳米光纤和纳米天线是两个例子。这些微型光学元件可用于开发光学技术，包括更有效的医疗成像设备和通信网络。

• 纳米医学

纳米技术在医学中的应用被称为纳米医学。它涉及使用小型组件和纳米级医疗设备来检测和治疗疾病。靶向药物递送方法和诊断纳米颗粒是其中的一些例子。

纳米颗粒用于靶向药物递送系统，将药物直接递送到靶细胞或组织，最大限度地减少副作用并提高治疗效果。诊断纳米颗粒能够对人体内部运作进行高分辨率成像和早期疾病检测。

• 纳米能源

纳米技术在能源领域的应用被称为纳米能源。它通过微小的纳米尺度组件和材料实现有效的能源生产、储存和利用。纳米电池、纳米燃料电池和纳米太阳能电池是一些例子。

这些微型设备和材料比传统设备更小、更轻、更有效，可用于生产更有效的太阳能电池、电池和燃料电池。

• 纳米机器人学

开发可以在纳米尺度上运行的微型机器和机器人被称为纳米机器人学。例子包括纳米机器人和分子机器。这些微型机器和机器人甚至可以在人体内运行，以治疗或诊断疾病，并执行组装或维护其他小型设备等任务。

纳米技术的优势

以下是纳米技术带给世界的主要优势

• 它极大地改变了电子产品的性质： 如今，纳米技术主要用于生产我们使用的电子产品。没有人能预料到一个包含数千个存储单元的芯片只有几毫米大小。
  复杂的电路已经完成了芯片的功能，并使其便携，以便用户可以将任何电子设备从一个地方携带到另一个地方。如今，我们甚至在小智能手机上进行复杂的计算，而不是使用超级计算机进行简单的计算。
• 医疗行业是幸运的： 医疗领域从纳米技术中受益匪浅。可以很容易地识别病情，治疗方法也随时可用。
  充分利用纳米技术，医疗领域已经开发出许多药物来治疗以前无法治愈的疾病，如癌症。因此，纳米技术对医疗行业有利。
• 制造优势： 如今的制造业需要纳米产品，如纳米管、纳米颗粒等，这些产品比传统生产的产品更坚固、更轻、更耐用。因此，纳米技术的发展改变了生产环境，极大地有利于该行业。
• 能源生产： 在能源生产中，纳米技术非常有帮助。有许多节能的存储技术，包括电池、电池等。所有这些都改善了人类的生活，并成为节能技术。
• 治疗疾病的能力普遍可用： 纳米技术为疾病治疗做出了重大贡献。各种工具和仪器已被用于治疗许多不治之症。
  在纳米技术的帮助下，可以快速诊断病情。一旦疾病被识别，治疗它就容易得多，并帮助患者快速康复。
• 诊断工具已改进： 目前，任何重病患者都可以快速访问和诊断，使用各种以前庞大且无法访问的设备。纳米技术经常用于隐藏疾病的诊断和治疗。

纳米技术的缺点

尽管纳米技术有许多可能的益处，但也存在一些潜在的缺点，例如

• 健康风险： 由于纳米颗粒可以很容易地进入细胞和组织，因此有人担心接触它们可能会对人类健康产生负面影响。此外，还有人担心吸入纳米颗粒可能会损害肺部。
• 环境风险： 由于纳米颗粒可以迅速渗透到动物和植物体内并可能造成伤害，因此有人担心它们可能对环境有害。
• 缺乏法规： 纳米技术的开发和应用目前受到的规定很少，这可能导致潜在问题未被发现。
• 经济影响： 由于纳米技术的开发和研究可能很昂贵，中小型企业可能无法在该领域竞争。
• 对社会的影响： 由于技术进步，存在就业流失和隐私丧失的可能性。

纳米技术的例子和应用

每个工业部门都可以受益于纳米技术和纳米材料的应用。它们通常位于以下领域：

• 电子行业

碳纳米管正迅速取代硅成为制造更轻、导电性更强和更坚固的量子纳米线的首选材料。石墨烯的特性使其成为制造柔性触摸屏的绝佳选择。

• 能量

京都大学开发的一种新型半导体使得太阳能电池板能够将两倍的阳光转化为电能。此外，纳米技术降低了成本，制造出更强大、更轻的风力涡轮机，提高了燃油经济性，并且由于某些纳米组件的隔热能力，可以减少能源消耗。

• 生物医学

某些纳米材料的特性使其非常适合增强早期癌症或神经系统疾病的诊断和治疗。它们可以特异性地破坏癌细胞而不损害健康细胞。此外，一些纳米颗粒已被用于改进防晒霜等处方产品。

• 环境

其一些环保应用包括重金属纳米过滤系统、利用纳米气泡处理废水和基于离子的空气净化。纳米催化剂也可用以提高化学反应的效率和减少污染。

• 食物

在该领域，纳米复合材料和纳米生物传感器可以通过减少包装商品中的氧气传输、增强机械和热阻以及检测食品中病原体的存在来提高食品生产。

• 纺织

纳米技术能够为运动器材和摩托车头盔创造更坚固、更轻、更耐用的物质，以及抗皱抗污的自适应面料。

纳米科学与纳米技术的区别

尽管纳米技术和纳米科学的主题密切相关，但它们之间存在显著差异。

纳米科学是对纳米尺度现象的研究和材料的修改。它涉及理解系统和材料在纳米尺度上的行为，并开发管理和修改这些材料的新策略。这可能包括研究电、光和磁特性。

另一方面，纳米技术是纳米科学的应用，旨在创造具有新特性和能力的新材料、系统和设备。它涉及利用纳米科学中获得的技能和知识来开发新工具、产品和技术。纳米技术可以包括能源、电子、材料科学和医学领域的应用。

实质上（简而言之），纳米科学是支持我们理解材料在纳米尺度上行为的知识基础。相反，纳米技术是应用这些知识来开发新材料、系统和设备。

纳米技术的未来

纳米技术未来的发展既有积极的一面，也有消极的一面。一方面，在技术进步、更多政府支持、私人投资增加以及消费者对更小设备日益增长的需求等因素的推动下，该行业预计将全球范围内扩张。

然而，纳米技术对环境、人类健康和安全构成的威胁，以及对其商业化的担忧，可能会阻碍市场扩张。