小科學(xué) 大未來(lái)

譯海擷英

小科學(xué) 大未來(lái)

硬核技術(shù)和納米技術(shù)沒(méi)有太多共同之處，但是，當(dāng)涉及到納米技術(shù)的定義時(shí)，已故的美國(guó)最高法院大法官波特·斯圖爾特對(duì)前者的描述“我看到它才知道它”，似乎與尋求后者定義的研究者們產(chǎn)生了共鳴。

很多科學(xué)家在納米領(lǐng)域工作，但是當(dāng)問(wèn)及納米技術(shù)的定義時(shí)，他們大都傾向于美國(guó)國(guó)家納米科技計(jì)劃（NNI）給出的定義：納米技術(shù)是在納米范圍內(nèi)（1～100 nm）的科學(xué)、工程和技術(shù)。研究人員承認(rèn)這是一個(gè)相當(dāng)寬泛的定義，它向所有人打開(kāi)了大門，不管是醫(yī)學(xué)科學(xué)家還是材料科學(xué)家，都稱他們的研究為納米技術(shù)。

起初，納米技術(shù)有一個(gè)更特定的含義。如果要追溯“納米”一詞的起源，就不得不提日本東京理工大學(xué)已故科學(xué)家Norio Taniguchi。Norio Taniguchi在1974年工程會(huì)議上的一篇演講,標(biāo)題中使用了“納米”，該標(biāo)題為“關(guān)于‘納米技術(shù)’的基本概念”，內(nèi)容涉及半導(dǎo)體加工。如今，Norio Taniguchi連名號(hào)都早已被人忘記。

“納米”的普及可能更多地歸功于正在牛津大學(xué)馬丁學(xué)院“未來(lái)技術(shù)的影響”項(xiàng)目做訪問(wèn)學(xué)者的K. Eric Drexler，他在1986年出版的《創(chuàng)造的引擎：納米技術(shù)的時(shí)代即將到來(lái)》一書(shū)的副標(biāo)題中使用了“納米”一詞。

當(dāng)時(shí)Drexler所談?wù)摰募{米技術(shù)并不是現(xiàn)今具有如此寬泛范圍的納米技術(shù)，“我腦海中最先想象的是納米系統(tǒng)，類似于我們今天在電子學(xué)領(lǐng)域所見(jiàn)到的，其重點(diǎn)是納米器件，可以通過(guò)引導(dǎo)分子的運(yùn)動(dòng)提供合成新材料和新結(jié)構(gòu)的方式?！?/p>

Drexler認(rèn)為他定義的納米技術(shù)適合所有納米領(lǐng)域的相關(guān)研究人員，因?yàn)楹芏嗫茖W(xué)家都傾向于將自己從事的納米尺度的研究稱為納米技術(shù)?！霸?0世紀(jì)90年代，它是一個(gè)形式的笑話，人們熱衷于談?wù)撘恍┬碌幕蚋倪M(jìn)的研究領(lǐng)域，而目前，則以原子為尺度?！碑?dāng)涉及到尺寸問(wèn)題時(shí)，Drexler關(guān)于納米技術(shù)的遠(yuǎn)景讓位給了今天范圍更加廣泛的納米科學(xué)技術(shù)。

“通常來(lái)說(shuō)，任何物質(zhì)微型化到一定程度都會(huì)產(chǎn)生新的、令人難以置信的強(qiáng)大的變化?！泵绹?guó)西北大學(xué)國(guó)際納米技術(shù)研究所主任Chad A.Mirkin如是說(shuō)，“將任何塊狀材料縮小到小于100 nm的尺度范圍，將得到一種擁有新的化學(xué)性質(zhì)和新的物理特性的材料?！?/p>

關(guān)于納米尺度物質(zhì)的設(shè)想使納米技術(shù)在我們今天所知道的領(lǐng)域開(kāi)花成長(zhǎng)。值得一提的是，Drexler在1986年出版的《創(chuàng)造的引擎：納米技術(shù)的時(shí)代即將到來(lái)》使得納米技術(shù)如同先進(jìn)的顯微工具——掃描隧道顯微鏡（1981由IBM研究人員Gerd K.Binnig和Heinrich Rohrer發(fā)明）和原子力顯微鏡（1986年由Binnig，Calvin Quate和Christoph Gerber發(fā)明）一樣，被加入到科學(xué)詞典中。

加州納米技術(shù)研究院主任和加州大學(xué)洛杉磯分校的教授Paul S.Weiss認(rèn)為：這些工具使得科學(xué)家們可以前所未有的方式對(duì)原子、分子以及大結(jié)構(gòu)物質(zhì)進(jìn)行觀察。從掃描探針顯微鏡開(kāi)始，人們的潛意識(shí)就發(fā)生了變化?，F(xiàn)在，我們以一種新的方式看待納米世界，并且可以非常精確地控制材料的化學(xué)、物理和生物學(xué)特性。

“納米技術(shù)是50%的化學(xué)加50%的儀器?！盡irkin補(bǔ)充道，“你必須能夠看到你在合成什么物質(zhì)，必須能夠操控你所合成的物質(zhì)以充分了解它、利用它?！?/p>

納米技術(shù)已應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域并提供了許多具備特殊性能的產(chǎn)品，如更小的手機(jī)、更耐用的網(wǎng)球、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的可充電電池、防臭襪子等，并且改善了醫(yī)療診斷水平。伍德羅·威爾遜國(guó)際學(xué)者中心新興納米技術(shù)項(xiàng)目對(duì)經(jīng)過(guò)納米技術(shù)改進(jìn)的消費(fèi)者產(chǎn)品建立了一個(gè)詳細(xì)目錄，目前已包括1 300多個(gè)條目。

即便如此，世界還在等待納米技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其最初的承諾?！叭藗兌即龤⑹旨?jí)應(yīng)用：大的新東西、有趣的設(shè)備、醫(yī)療保健方面的大發(fā)現(xiàn)等，這些目前都還沒(méi)有發(fā)生。”阿爾伯塔大學(xué)專門從事納米材料研究的化學(xué)家Jillian M.Buriak說(shuō)，“很多打著納米技術(shù)旗號(hào)的產(chǎn)品都是掛羊頭賣狗肉。”

“我最喜歡的關(guān)于納米技術(shù)的可替代定義來(lái)自于一個(gè)客戶：納米技術(shù)是這樣一個(gè)詞匯，人們將它附加到某種事物上面以吸引投資。”美國(guó)勒克斯研究公司研究總監(jiān)Michael Holman風(fēng)趣地說(shuō)。

Holman認(rèn)為，目前比較嚴(yán)重的事情是在過(guò)去10年左右的時(shí)間內(nèi)，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，納米技術(shù)已經(jīng)失去了它神秘的面紗。追溯到勒克斯剛成立的2004年，他說(shuō)：“客戶想知道什么是納米技術(shù)？它能對(duì)我的企業(yè)產(chǎn)生什么影響？那時(shí)起，很多客戶已經(jīng)了解，納米技術(shù)是一個(gè)非常廣泛的術(shù)語(yǔ)，它可以通過(guò)各種各樣的技術(shù)以不同的方式影響很多行業(yè)和產(chǎn)品。如果一個(gè)公司正在研究某個(gè)領(lǐng)域的尖端科學(xué)，那么她一定正在研究納米技術(shù)。”

“納米技術(shù)經(jīng)歷了痛苦的緩慢發(fā)展和令人難以置信的快速發(fā)展。”加利福尼亞州阿爾馬登區(qū)IBM掃描探針顯微鏡小組組長(zhǎng)Andreas Heinrich說(shuō)。納米技術(shù)曾經(jīng)發(fā)展得很緩慢，其速度與對(duì)它的大肆宣揚(yáng)不相符合；但是從科學(xué)的角度來(lái)看，納米技術(shù)的發(fā)展迅速地促進(jìn)了不同學(xué)科科學(xué)家之間的合作?！霸诳茖W(xué)界，打破學(xué)科之間的界限也許是納米技術(shù)或納米科學(xué)已經(jīng)取得的最重要的成就。”

Buriak對(duì)Heinrich的話表示贊同?！拔艺J(rèn)為納米技術(shù)對(duì)科學(xué)的實(shí)際影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比幾件有趣的小工具或一些孤立的突破性發(fā)現(xiàn)要深刻。”她說(shuō)，“納米技術(shù)做了什么呢？它將來(lái)自不同領(lǐng)域，之前相互隔離、毫無(wú)瓜葛的人聯(lián)系在一起。傳統(tǒng)學(xué)科的交叉處是科學(xué)最有趣的地方，也是最困難的問(wèn)題所在，在這里，你會(huì)碰到一些具有重大現(xiàn)實(shí)影響的大問(wèn)題?！?/p>

“人們可以看到納米技術(shù)的興起與我們教授化學(xué)知識(shí)方式的巨大變化之間的聯(lián)系?！比R斯大學(xué)研究納米技術(shù)的無(wú)機(jī)化學(xué)教授James M.Tour如此評(píng)價(jià)，“30年前，在我取得學(xué)位的年代，研究人員都只是專注于一個(gè)特定的領(lǐng)域，從來(lái)不曾與其他領(lǐng)域的人員有任何合作，而現(xiàn)在的學(xué)生追求更廣泛的學(xué)科和技術(shù)?！盩our同時(shí)表示他樂(lè)意看到從事工程或材料科學(xué)研究的人員到他的實(shí)驗(yàn)室攻讀博士后，目前已有部分無(wú)機(jī)化學(xué)家接收了一些其他學(xué)科的研究人員。

盡管關(guān)于納米技術(shù)的話題促進(jìn)了一系列的多學(xué)科研究，但并不是所有的科學(xué)家都熱衷于此，不可避免地，納米技術(shù)也遇到了一些反對(duì)的聲音。對(duì)納米技術(shù)的大肆宣揚(yáng)自然遇到一些科學(xué)界的不屑，但同時(shí)也出現(xiàn)了外界的反對(duì)。

人類自然遺傳學(xué)組織（THONG）于2005年在芝加哥愛(ài)迪堡（Eddie Bauer，美國(guó)戶外品牌）商店外組織了一場(chǎng)近乎全裸的抗議活動(dòng)。他們的目標(biāo)是讓人們關(guān)注納米技術(shù)，其被描述為一個(gè)激進(jìn)的和不可預(yù)測(cè)的新技術(shù)，而該活動(dòng)的起因是愛(ài)迪堡的抗污衣物使用了納米紡織材料制備的織物涂層。

更加令人震驚的是，2011年，瑞士ELF（地球解放陣線）的3個(gè)所謂的環(huán)境恐怖主義者試圖炸掉IBM公司在瑞士正在建設(shè)的納米技術(shù)設(shè)備，事件以3人的被捕告終。同年，墨西哥的一個(gè)恐怖組織向該國(guó)納米技術(shù)研究人員寄送了信件炸彈，造成若干人受傷。

盡管如此，環(huán)境恐怖主義者和納米科學(xué)家們有一個(gè)共同點(diǎn)，他們都預(yù)見(jiàn)到隨著納米技術(shù)的發(fā)展將會(huì)發(fā)生很多大事件。所不同的是，前者擔(dān)心出現(xiàn)環(huán)境災(zāi)難或科幻場(chǎng)景成為現(xiàn)實(shí)，如納米機(jī)器人到處橫行；而后者所指的是納米技術(shù)的應(yīng)用將使醫(yī)療保健、材料和能源等領(lǐng)域出現(xiàn)重大進(jìn)展，一些研究成果已初露端倪。

麻省理工學(xué)院專門從事納米技術(shù)研究的工程學(xué)教授Paula T. Hammond認(rèn)為，納米技術(shù)將最終滲透到現(xiàn)實(shí)世界大部分領(lǐng)域中。納米技術(shù)將無(wú)處不在，就像人們生活中接觸到的電腦和塑料一樣，納米技術(shù)將大大改變?nèi)藗兊淖鍪路绞健?/p>

“我認(rèn)為我們對(duì)納米技術(shù)的研究仍然處于一個(gè)非常基礎(chǔ)的水平?！眮?lái)自北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校和北卡來(lái)羅那州立大學(xué)的納米技術(shù)專家Joseph M.DeSimone說(shuō)，“如果你仔細(xì)研究一下納米技術(shù)從出現(xiàn)初期到現(xiàn)在的發(fā)展歷程，你可能不會(huì)認(rèn)為它會(huì)持久發(fā)展下去。但是我相信你肯定已經(jīng)看到一個(gè)新浪潮的到來(lái)，因?yàn)橐恍┕こ虒W(xué)科已將納米技術(shù)吸納進(jìn)來(lái)。當(dāng)納米技術(shù)與工程技術(shù)完美融合并用來(lái)制備材料，生產(chǎn)一系列消費(fèi)品時(shí)，它將真正改變?nèi)藗兊纳睢！?/p>

（本欄目編輯：李麗平）