今年春節(jié),微觀世界送"薄禮"

沉舟舟

熱化學(xué)納米畫

精靈豆：我的第一份禮物，是用“熱化學(xué)納米印刷”技術(shù)繪制的畫作，大約30微米（1 000納米=1微米=0.000 001米）寬，只有頭發(fā)絲的三分之一。

小cool龍：??？你的視力也太好了吧？這么小的畫都能畫出來。

精靈豆：我有原子力顯微鏡幫忙呢l有了它，納米級(jí)別的世界也能清晰地展示在我眼前。然后，我就能用微型加熱旋臂，慢慢地在畫布上加熱。

小cool龍：加熱？不是畫畫嗎？怎么好像是在做菜。

精靈豆：怎么說呢？加熱旋臂的溫度越高，畫布上相應(yīng)位置的分子濃度就越高，陰影就越淺。通過明暗的差異，就能繪制出一幅黑白灰搭配的畫作來。這就好比用火焰噴射器在面包上畫畫一樣。

原子力顯微鏡

原子力顯微鏡分辨率極高，能幫我們“看”到納米級(jí)別的世界。

1.原子力顯微鏡上有一根微米級(jí)別的探針。就像盲人摸象一樣，這根探針一點(diǎn)一點(diǎn)從受測物品上探過。

2.這時(shí)，有一束極為敏感的激光照射在探針上，感受著探針的起伏變化。

3.激光將探針的起伏變化傳遞給檢測器，然后由檢測器在電腦中“繪制”出這些變化。

4.起伏變化匯集在一起，就“繪制”出了受測物品的表面特征。

DNA折紙畫

小cool龍：原子力顯微鏡真是太厲害了，我也想有一臺(tái)。

精靈豆：原子力顯微鏡現(xiàn)在已經(jīng)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，被廣泛地運(yùn)用在納米材料的成像和測量上。所以，你先別驚嘆，我制作的另一個(gè)禮物，會(huì)讓你更吃驚的。

小cool龍：趕緊秀出來！

精靈豆：瞧，這是用“DNA折紙”技術(shù)創(chuàng)作的畫，大小只有100納米左右。

小cool龍：你的意思是，你使用的繪畫材料是DNA？

精靈豆：是的。其實(shí)，確切地說，“DNA折紙”不是繪畫，更像是拼圖。

1.準(zhǔn)備一根長長的單鏈DNA作為骨架。

2.在長單鏈DNA上添加短單鏈DNA，形成局部雙鏈結(jié)構(gòu)。

3.若干這樣的結(jié)構(gòu)組合在一起，形成“畫作”的局部拼圖。

4.若干拼圖組合，完成最終的“畫作”。

小cool龍：這兩種禮物都很有趣。不過，既然你已經(jīng)選了，我想換不一樣的。

精靈豆：這樣的話，你可以考慮制作納米手工。

納米雕刻

精靈豆：你的第—份手工禮物，可以用光刻技術(shù)來制作。

小cool龍：光刻？是用光來雕刻嗎？

精靈豆：就是這個(gè)意思。你可以利用光刻技術(shù)雕刻出自己想要的形狀。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，耗費(fèi)的時(shí)間也就越長。

小cool龍：光刻技術(shù)？為什么要用光來雕刻？用其他東西不行嗎？

精靈豆：光刻技術(shù)主要應(yīng)用在集成電路的制造上。手機(jī)的主板就是一套集成電路。集成電路的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，往往要在一根頭發(fā)絲的面積上安裝上百萬個(gè)微型部件。如此細(xì)微的操作，只有靠“無孔不入”，而且能夠被聚焦到極細(xì)的光才能實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在，有的光刻技術(shù)，已經(jīng)細(xì)到了光子級(jí)別。

光刻技術(shù)

手機(jī)主板上那些金色的線條就是光刻技術(shù)的成果，大致步驟是：

1.在硅片上刷薄薄的一層銅，然后在銅上刷一層感光膜。

2.用紫外線照射需要去掉的地方，那個(gè)地方的感光膜就會(huì)“變質(zhì)”，能被顯影液洗掉，下面的銅就露了出來。

3.用能溶解銅的溶液，將露出來的銅溶解掉。

4.清洗掉感光膜，我們需要的電路就刻好了。

碳原子項(xiàng)鏈

小cool龍：這個(gè)倒是不錯(cuò)，不過，好像需要自己來設(shè)計(jì)形狀。這方面，我可沒什么天賦。有沒有不需要什么藝術(shù)細(xì)胞就能做出來的？

精靈豆：當(dāng)然有。不如，你做一串碳原子項(xiàng)鏈吧。碳原子可是現(xiàn)成的，串起來就行。

小cool龍：嗯，我怎么覺得這個(gè)東西屬于“說起來簡單”那一類的呢？

精靈豆：哈哈，你還真說對(duì)了。要制作碳原子項(xiàng)鏈，需要在超低溫條件下進(jìn)行，可不容易呢！

小cool龍：能不能說點(diǎn)兒實(shí)在的……

制作碳原子項(xiàng)鏈

1.首先需要合成一種包含24個(gè)碳原子和6個(gè)氧原子的分子結(jié)構(gòu)。氧原子能讓這個(gè)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

2.在超低溫條件下，借用原子力顯微鏡，用一根微米級(jí)別的金屬探針，釋放電流將氧原子和與氧原子相連的6個(gè)碳原子敲掉，剩下的18個(gè)碳原子就會(huì)形成如同項(xiàng)鏈一樣的環(huán)形結(jié)構(gòu)。

小cool龍：納米畫和納米雕刻是不錯(cuò)，但都沒有色彩。我還是喜歡彩色的東西……

精靈豆：我想想——如果既要來自微觀世界，又要有色彩的話……有了！

會(huì)變顏色的畫

精靈豆：首先要介紹的，還是畫，而且是會(huì)變顏色，不會(huì)褪色的畫。

小cool龍：這么厲害9用的是什么超級(jí)墨水嗎？

精靈豆：當(dāng)然不是。咱們用的是金和銀制造出來的納米顆粒，模仿的是變色龍的變色方法。變色龍的皮膚上有一種納米級(jí)別的鳥嘌呤晶體。通過控制這些晶體的疏密程度，變色龍的皮膚能反射出不同色調(diào)的光線。我們?cè)黾踊驕p少金屬顆粒的厚度，也能達(dá)到類似的效果。

小cool龍：快，教我怎么做1

制作“變色顆粒”

1.在一小塊導(dǎo)電玻璃上覆蓋一層二氧化硅，利用光刻技術(shù)，在二氧化硅材料上刻出一排排整齊的小坑。在小坑中“種”上納米級(jí)別的金顆粒。

2.給種好金顆粒的二氧化硅材料蓋上一個(gè)含有銀離子的蓋子。這個(gè)時(shí)候，無數(shù)金納米顆粒組合在一起，顯示出漂亮的紅色。

3.通電之后，銀離子會(huì)被還原為金屬銀，并沉積到金納米顆粒的表面。隨著銀沉積的厚度增加，光線的反射發(fā)生變化，逐漸從紅色變?yōu)榫G色，最后變成藍(lán)色。反之，如果將銀從金納米顆粒表面剝離，顏色的變化就會(huì)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

來自細(xì)胞的靈感

小cool龍：還是好復(fù)雜，而且還要金和銀，有沒有便宜又簡單的？

精靈豆：你還真是挑肥揀瘦。那就只有……

小cool龍：別賣關(guān)子了，快說！

精靈豆：那就只有微生物剪紙了。

小cool龍：微生物還會(huì)剪紙？

精靈豆：呃……是用剪紙來表現(xiàn)微生物的世界啦！

法國藝術(shù)家羅根·布朗將科學(xué)和創(chuàng)意相結(jié)合，用紙雕展示出了微觀世界讓人嘆為觀止的美。當(dāng)然，這些精細(xì)的紙雕并非純手工，用于微雕的激光切割機(jī)也功不可沒，為這些紙雕立下了汗馬功勞。

小cool龍：就選這個(gè)了，簡單、便宜又好看。

精靈豆：可別以為簡單。這些剪紙作品可不是天馬行空，都是以科學(xué)觀察為基礎(chǔ)的。

小cool龍：說起來，這些禮物這么小，真是名副其實(shí)的“薄禮”。

精靈豆：哈哈，還真是。不過，這些技術(shù)和發(fā)明，都是對(duì)納米技術(shù)的探索。它們的成熟，對(duì)我們的未來至關(guān)重要。

小cool龍：明白了，那就讓科學(xué)家們繼續(xù)加油吧。我要去剪我的微生物略。再見！

精靈豆：你……