納米技術(shù)

1理論含義

　　納米技術(shù)(nanotechnology），也稱毫微技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1納米至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。1981年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，誕生了一門以0.1到100納米長度為研究分子世界，它的最終目標(biāo)是直接以原子或分子來構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品。因此，納米技術(shù)其實(shí)就是一種用單個(gè)原子、分子射程物質(zhì)的技術(shù)。

　　從迄今為止的研究來看，關(guān)于納米技術(shù)分為三種概念：

　　第一種，是1986年美國科學(xué)家德雷克斯勒博士在《創(chuàng)造的機(jī)器》一書中提出的分子納米技術(shù)。根據(jù)這一概念，可以使組合分子的機(jī)器實(shí)用化，從而可以任意組合所有種類的分子，可以制造出任何種類的分子結(jié)構(gòu)。這種概念的納米技術(shù)還未取得重大進(jìn)展。

　　第二種概念把納米技術(shù)定位為微加工技術(shù)的極限。也就是通過納米精度的“加工”來人工形成納米大小的結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這種納米級(jí)的加工技術(shù)，也使半導(dǎo)體微型化即將達(dá)到極限?，F(xiàn)有技術(shù)即使發(fā)展下去，從理論上講終將會(huì)達(dá)到限度，這是因?yàn)?，如果?span id="y8cez3r" class='hrefStyle'>電路的線幅逐漸變小，將使構(gòu)成電路的絕緣膜變得極薄，這樣將破壞絕緣效果。此外，還有發(fā)熱和晃動(dòng)等問題。為了解決這些問題，研究人員正在研究新型的納米技術(shù)。

　　第三種概念是從生物的角度出發(fā)而提出的。本來，生物在細(xì)胞和生物膜內(nèi)就存在納米級(jí)的結(jié)構(gòu)。DNA分子計(jì)算機(jī)、細(xì)胞生物計(jì)算機(jī)的開發(fā)，成為納米生物技術(shù)的重要內(nèi)容。

2主要內(nèi)容

　　納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。納米科學(xué)與技術(shù)主要包括：

　　納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等 。這七個(gè)相對(duì)獨(dú)立又相互滲透的學(xué)科和納米材料、納米器件、納米尺度的檢測與表征這三個(gè)研究領(lǐng)域。納米材料的制備和研究是整個(gè)納米科技的基礎(chǔ)。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。

　　1993年，第一屆國際納米技術(shù)大會(huì)(INTC)在美國召開，將納米技術(shù)劃分為6大分支：納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工技術(shù)和納米計(jì)量學(xué)，促進(jìn)了納米技術(shù)的發(fā)展。由于該技術(shù)的特殊性，神奇性和廣泛性，吸引了世界各國的許多優(yōu)秀科學(xué)家紛紛為之努力研究。 納米技術(shù)一般指納米級(jí)(0.1一100nm)的材料、設(shè)計(jì)、制造，測量、控制和產(chǎn)品的技術(shù)。納米技術(shù)主要包括：納米級(jí)測量技術(shù)：納米級(jí)表層物理力學(xué)性能的檢測技術(shù)：納米級(jí)加工技術(shù)；納米粒子的制備技術(shù)；納米材料；納米生物學(xué)技術(shù)；納米組裝技術(shù)等。

　　納米技術(shù)包含下列四個(gè)主要方面：

　　1、納米材料：當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在0.1—100納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。 這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。

　　如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。

　　過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能。第一個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，像鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。

　　為什么磁疇變成單磁疇，磁性要比原來提高1000倍呢？這是因?yàn)?，磁疇中的單個(gè)原子排列的并不是很規(guī)則，而單原子中間是一個(gè)原子核，外則是電子繞其旋轉(zhuǎn)的電子，這是形成磁性的原因。但是，變成單磁疇后，單個(gè)原子排列的很規(guī)則，對(duì)外顯示了強(qiáng)大磁性。

　　這一特性，主要用于制造微特電機(jī)。如果將技術(shù)發(fā)展到一定的時(shí)候，用于制造磁懸浮，可以制造出速度更快、更穩(wěn)定、更節(jié)約能源的高速度列車。

　　2、納米動(dòng)力學(xué)：主要是微機(jī)械和微電機(jī)，或總稱為微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)（MEMS)，用于有傳動(dòng)機(jī)械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng)，特種電子設(shè)備、醫(yī)療和診斷儀器等.用的是一種類似于集成電器設(shè)計(jì)和制造的新工藝。特點(diǎn)是部件很小，刻蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動(dòng)機(jī)，用于超快速離心機(jī)或陀螺儀等。在研究方面還要相應(yīng)地檢測準(zhǔn)原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進(jìn)入納米尺度，但有很大的潛在科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　理論上講：可以使微電機(jī)和檢測技術(shù)達(dá)到納米數(shù)量級(jí)。

　　3、納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)：如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗(yàn)，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，dna的精細(xì)結(jié)構(gòu)等。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件使構(gòu)成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細(xì)粉，也大約有半數(shù)不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。

　　納米生物學(xué)發(fā)展到一定技術(shù)時(shí)，可以用納米材料制成具有識(shí)別能力的納米生物細(xì)胞，并可以吸收癌細(xì)胞的生物醫(yī)藥，注入人體內(nèi)，可以用于定向殺癌細(xì)胞。（上面是老錢加注）

　　4、納米電子學(xué)：包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光/電性質(zhì)、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當(dāng)前電子技術(shù)的趨勢(shì)要求器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷，更小，是指響應(yīng)速度要快。更冷是指單個(gè)器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度。 納米技術(shù)是建設(shè)者的最后疆界，它的影響將是巨大的。

3歷史沿革

　　納米技術(shù)的靈感，來自于已故物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼1959年所作的一次題為《在底部還有很大空間》的演講。這位當(dāng)時(shí)在加州理工大學(xué)任教的教授向同事們提出了一個(gè)新的想法。從石器時(shí)代開始，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計(jì)的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)。費(fèi)曼質(zhì)問道，為什么我們不可以從另外一個(gè)角度出發(fā)，從單個(gè)的分子甚至原子開始進(jìn)行組裝，以達(dá)到我們的要求？他說：“至少依我看來，物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子地制造物品的可能性。”

　　70年代，科學(xué)家開始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想，1974年，科學(xué)家谷口紀(jì)男（Norio Taniguchi）最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機(jī)械加工；

　　1981年，科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具——掃描隧道顯微鏡，為我們揭示一個(gè)可見的原子、分子世界，對(duì)納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進(jìn)作用；

　　IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家成功地對(duì)單個(gè)的原子進(jìn)行了重排，納米技術(shù)取得一項(xiàng)關(guān)鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設(shè)備慢慢地把35個(gè)原子移動(dòng)到各自的位置，組成了IBM三個(gè)字母。這證明費(fèi)曼是正確的，二個(gè)字母加起來還沒有3個(gè)納米長。不久，科學(xué)家不僅能夠操縱單個(gè)的原子，而且還能夠“噴涂原子”。使用分子束外延長生長技術(shù)，科學(xué)家們學(xué)會(huì)了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法，每次只造出一層分子?，F(xiàn)代制造計(jì)算機(jī)硬盤讀寫頭使用的就是這項(xiàng)技術(shù)。 　著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德· 費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個(gè)地排列原子，制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢(mèng)想。

　　1990年7月，第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國巴爾的摩舉辦，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生；

　　1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鋼的10倍，成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯莫利教授認(rèn)為，納米碳管將是未來最佳纖維的首選材料，也將被廣泛用于超微導(dǎo)線、超微開關(guān)以及納米級(jí)電子線路等；

　　1993年，繼1989年美國斯坦福大學(xué)搬走原子團(tuán)“寫”下斯坦福大學(xué)英文、1990年美國國際商用機(jī)器公司在鎳表面用35個(gè)氙原子排出“IBM”之后，中國科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室自如地操縱原子成功寫出“ 中國”二字，標(biāo)志著中國開始在國際納米科技領(lǐng)域占有一席之地；

　　1997年，美國科學(xué)家首次成功地用單電子移動(dòng)單電子，利用這種技術(shù)可望在2017年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬倍的量子計(jì)算機(jī)；

　　1999年，巴西和美國科學(xué)家在進(jìn)行納米碳管實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)明了世界上最小的“秤”，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當(dāng)于一個(gè)病毒的重量；此后不久，德國科學(xué)家研制出能稱量單個(gè)原子重量的秤，打破了美國和巴西科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造的紀(jì)錄；

　　到1999年，納米技術(shù)逐步走向市場，全年基于納米產(chǎn)品的營業(yè)額達(dá)到500億美元；

　　2001年，一些國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計(jì)劃，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地。日本設(shè)立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新5年科技基本計(jì)劃的研發(fā)重點(diǎn)；德國專門建立納米技術(shù)研究網(wǎng)；美國將納米計(jì)劃視為下一次工業(yè)革命的核心，美國政府部門將納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資從1997年的1.16億美元增加到2001年的4.97億美元。中國也將納米科技列為中國的“973計(jì)劃”進(jìn)行大力的發(fā)展與其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大力扶持。

4應(yīng)用領(lǐng)域

　　當(dāng)前納米技術(shù)的研究和應(yīng)用主要在材料和制備、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)與健康、航天和航空、環(huán)境和能源、生物技術(shù)和農(nóng)產(chǎn)品等方面。用納米材料制作的器材重量更輕、硬度更強(qiáng)、壽命更長、維修費(fèi)更低、設(shè)計(jì)更方便。利用納米材料還可以制作出特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料，制作出生物材料和仿生材料。

　　1、納米是一種幾何尺寸的度量單位，1納米=百萬分之一毫米。

　　2、納米技術(shù)帶動(dòng)了技術(shù)革命。

　　3、利用納米技術(shù)制作的藥物可以阻斷毛細(xì)血管，“餓死”癌細(xì)胞。

　　4、如果在衛(wèi)星上用納米集成器件，衛(wèi)星將更小，更容易發(fā)射。

　　5、納米技術(shù)是多科學(xué)綜合，有些目標(biāo)需要長時(shí)間的努力才會(huì)實(shí)現(xiàn)。

　　6、納米技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)是當(dāng)前的科學(xué)發(fā)展主流，它們的發(fā)展將使人類社會(huì)、生存環(huán)境和科學(xué)技術(shù)本身變得更美好。

　　7、納米技術(shù)可以觀察病人身體中的癌細(xì)胞病變及情況，可讓醫(yī)生對(duì)癥下藥。

　　測量技術(shù)

　　納米級(jí)測量技術(shù)包括：納米級(jí)精度的尺寸和位移的測量，納米級(jí)表面形貌的測量。納米級(jí)測量技術(shù)主要有兩個(gè)發(fā)展方向。

　　一是光干涉測量技術(shù)，它是利用光的干涉條紋來提高測量的分辨率，其測量方法有：雙頻激光干涉測量法、光外差干涉測量法、X射線干涉測量法、F一P標(biāo)準(zhǔn)工具測量法等，可用于長度和位移的精確測量，也可用于表面顯微形貌的測量。

　　二是掃描探針顯微測量技術(shù)(STM)，其基本原理是基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)，它的原理是用極尖的探針(或類似的方法)對(duì)被測表面進(jìn)行掃描(探針和被測表面實(shí)際并不接觸)，借助納米級(jí)的三維位移定位控制系統(tǒng)測出該表面的三維微觀立體形貌。主要用于測量表面的微觀形貌和尺寸。

　　用這原理的測量方法有：掃描隧道顯微鏡(STM)、原子顯微鏡(AFM)等。

　　電阻值測量

　　在敏感伏安特性和電阻值的測量中，測試裝置通常由兩部分組成：電流源以及電壓測試裝置。研究人員使用鎖定放大器測試法時(shí)一般選擇傳統(tǒng)電源，因?yàn)榫芙涣麟娏髟丛谶@里無法簡單使用。

　　鎖定放大器[2]測試法。鎖定放大器可以用來測量微小交流信號(hào)，有時(shí)可達(dá)納伏[3]級(jí)。通過使用這種裝置，即使噪聲信號(hào)大于有效信號(hào)也可進(jìn)行精確測量。鎖定放大器使用一種叫做相敏檢波的技術(shù)來選出具有某一特定頻率的信號(hào)。其他頻率的噪聲信號(hào)大部分都被忽略。因?yàn)殒i定放大器只會(huì)處理測試頻率上或與之接近的交流信號(hào)，熱電效應(yīng)[4]（直流與交流）的影響也都會(huì)被減弱。

　　圖1是一個(gè)鎖定放大器在低功率條件下檢測元件電壓的簡化框圖。通過在測試對(duì)象和串聯(lián)電阻RREF上施加電壓(A sin[2π fo t])來獲得一個(gè)電流。通常選擇的電阻RREF都會(huì)比測試對(duì)象阻值大許多倍，這樣這種電路可以看作是驅(qū)動(dòng)測試對(duì)象的近似電流源。

圖1 鎖定放大器測量設(shè)置的簡化框圖

　　放大后的測試對(duì)象電壓會(huì)分別與外加源同頻同相位的正交參考信號(hào)相乘，然后再分別通過低通濾波器。這其中的乘法器和濾波器可通過模擬電路來實(shí)現(xiàn)，但如今更普遍的方法是在鎖定放大器內(nèi)部進(jìn)行數(shù)字化，然后采用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)。

　　在頻率點(diǎn)fo，低通濾波器[5]的輸出是電壓的實(shí)部（同相位）和虛部（90度相位）。研究人員基于預(yù)設(shè)的電流和測得的電壓值來分別計(jì)算測試對(duì)象的阻值。

　　使用鎖定放大器[6]的研究人員通常使儀器工作在相對(duì)較低的頻率上，比如50Hz以下。選擇低頻有許多原因：（1）得到遠(yuǎn)低于測試對(duì)象和互聯(lián)的衰減頻率以進(jìn)行精確測量；（2）避免電源頻率處的噪聲；和（3）獲得遠(yuǎn)低于電磁干擾濾波器的截止頻率，該濾波器用于防止環(huán)境噪聲影響測試對(duì)象。

　　直流反轉(zhuǎn)測量法

　　鎖定放大器的一個(gè)替代方法是在電流信號(hào)上使用直流極性反轉(zhuǎn)的方法來消除噪聲。這是消除偏移和低頻噪聲的一種完善技術(shù)。當(dāng)今的直流源和納伏表在降低噪聲源的影響和縮短實(shí)現(xiàn)低噪聲測量的時(shí)間方面都要顯著優(yōu)于鎖定放大器。

　　如圖2所示，首先簡單的為測試對(duì)象提供電流并測量其電壓值，然后反轉(zhuǎn)電流并再次測量電壓值。將兩次測量的差值除以二就得到測試對(duì)象在外加電流下的電壓響應(yīng)。重復(fù)這一過程并使用平均法來降低噪聲帶寬，并因此降低噪聲。有些研究人員稱這一方法為Delta測量法。

圖2 使用四線法的直流反轉(zhuǎn)測量電路

　　直流反轉(zhuǎn)監(jiān)測法

　　直流反轉(zhuǎn)方法則使用一個(gè)可反轉(zhuǎn)極性的直流源，測試對(duì)象的響應(yīng)則通過一個(gè)納伏表來測量。

　　過去，直流反轉(zhuǎn)監(jiān)測法在大部分測量儀器上都需要手動(dòng)操作，這將反轉(zhuǎn)速度限制在低于1Hz。如今的儀器則使這種技術(shù)自動(dòng)化并提高了反轉(zhuǎn)速度。反轉(zhuǎn)速度設(shè)定了主導(dǎo)噪聲的頻率。更高的反轉(zhuǎn)速度去除了低頻噪聲，并使熱漂移有所改善，這是因?yàn)檫@些噪聲源在高頻下具有更低的功率。

圖3在直流反轉(zhuǎn)測量（Delta法）中測試信號(hào)和熱電誤差電壓

　　簡單說，Delta法包括反轉(zhuǎn)電源極性以及使用三次測量電壓值的移動(dòng)平均來計(jì)算電阻（圖3）。三次測量為：

　　VM1 = VDUT + VEMF

　　VM2 = –VDUT + VEMF + δV

　　VM3 = VDUT + VEMF + 2δV，

　　其中VM1， VM2 和 VM3為電壓測量

　　VDUT：因外加電流而在測試對(duì)象上產(chǎn)生的電壓降

　　VEMF：在測定VM1時(shí)，恒定熱電動(dòng)勢(shì)電壓偏置

　　δV：線性變化的熱電動(dòng)勢(shì)

　　使用三個(gè)電壓測量進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算就可能去除熱電動(dòng)勢(shì)電壓偏置項(xiàng)(VEMF)和熱電動(dòng)勢(shì)電壓變化項(xiàng)(δV)。首先，求出前兩次電壓測量差的一半，并稱其為VA：

　　VA = (VM1 – VM2)/2 = [(VDUT + VEMF) – (–VDUT + VEMF + δV)]/2 = VDUT – δ/2

　　同樣地，求出第二次(VM2)和第三次(VM3)電壓測量差的一半，并將此項(xiàng)稱為VB：

　　VB = (VM2 – VM3)/2 = [(VDUT + VEMF + 2δV) – (–VDUT + VEMF + δV)]/2 = VDUT + δV/2

　　這些結(jié)果都可以抵消偏置量VEMF，但仍有漂移誤差δV。VA和VB的平均值就是簡單的VDUT。

　　Vfinal = (VA + VB)/2 = (VM1 – 2VM2 + VM3)/4 = VDUT

　　對(duì)連續(xù)讀數(shù)取平均值來減少測量帶寬，達(dá)到所需的噪音等級(jí)。

　　經(jīng)檢驗(yàn)，前面的數(shù)學(xué)計(jì)算實(shí)際上是VM讀數(shù)序列以+1， –1， +1等為權(quán)重的增值。這與鎖定放大器乘以所需的正弦激勵(lì)信號(hào)是類似的。本文尾注中介紹的商用電流源及納伏表可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的自動(dòng)化，計(jì)算電阻值并在儀器上顯示出來。

　　低電阻被測器件的測量

　　同樣的技術(shù)，改善測量儀器的硬件。正如我們所看到的，鎖定放大器法和直流反轉(zhuǎn)法都是交流測量方法，這兩種方法都可排除直流噪聲和高頻噪聲。然而，納伏表及電流源組合可以在設(shè)備的整個(gè)電阻測量內(nèi)提供超級(jí)的測量能力，如下面章節(jié)所解釋的一樣。

　　圖4所示為典型的低電阻測量應(yīng)用。儀器電壓噪聲通常是低電阻測量中的主導(dǎo)噪聲，但當(dāng)電阻阻值低于一定程度后，共模噪聲也會(huì)成為一個(gè)問題。

圖4典型低電阻測量框圖

　　圖4所示的4個(gè)導(dǎo)線電阻在0.1Ω至100Ω變化，具體變化取決于實(shí)驗(yàn)。重視他們的原因是因?yàn)閷?duì)于低電阻設(shè)備，相對(duì)于測試對(duì)象，銅連接的導(dǎo)線阻抗也會(huì)變得很大。此外，許多在低溫下進(jìn)行的低電阻實(shí)驗(yàn)，在四個(gè)設(shè)備連接線上都有射頻濾波器（如Pi濾波器），電阻的典型值也是100Ω。

　　不考慮進(jìn)行交流測量的儀器，測試電流流經(jīng)電源引線，從而在接地點(diǎn)到測試對(duì)象的連接中產(chǎn)生電壓降，如圖節(jié)點(diǎn)A。因此，A點(diǎn)電壓會(huì)以ITEST × RLEAD為幅度上下波動(dòng)，而VMEASURE輸入檢測一個(gè)更小的交流電壓ITEST × RDUT。

　　在這一類測量電路的連接中，共模抑制比（CMRR)是需要注意的一個(gè)問題。共模抑制比規(guī)定儀器在本地震蕩測量時(shí)抗擾動(dòng)能力的強(qiáng)弱。典型鎖定放大器的共模抑制比一般為100dB（105的系數(shù)）。在實(shí)際測量中，更可能會(huì)降在85-90dB。相比之下，納伏表的共模抑制比在140dB。與按Delta模式工作的現(xiàn)代電流源相結(jié)合后，實(shí)際測量中可能達(dá)到高于200dB的共模抑制比。

圖5 用鎖定放大器制作一個(gè)“電流源”

　　大電阻的測量

　　現(xiàn)代，大于10 kΩ的被測電阻是對(duì)電流噪聲和輸入負(fù)載誤差方面的挑戰(zhàn)。因電壓噪聲與測試對(duì)象的電阻成比例，電流噪聲就會(huì)非常明顯。在鎖定放大器法和直流反轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，電流噪聲來自于測量電路，在流經(jīng)測試對(duì)象和/或引線電阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的直流和交流電壓。

　　對(duì)于這兩種測試系統(tǒng)，噪聲具有相近的幅值。對(duì)于反轉(zhuǎn)電流源及納伏表的組合，在80fA/噪聲下電流噪聲的典型值是直流50pA。對(duì)于鎖定放大器法在180fA/噪聲下，電流噪聲為直流50pA。雖然50pA直流無法干擾到交流測量，但它會(huì)增加測試對(duì)象的功率，因此必須計(jì)入測量系統(tǒng)施加在測試對(duì)象上的總功率中去。在直流反轉(zhuǎn)法中這就是一個(gè)很小的問題了，因?yàn)榭删幊屉娏髟纯梢院苋菀椎漠a(chǎn)生一個(gè)直流分量來抵消納伏表的直流量。鎖定放大器則沒有這個(gè)能力。

　　測量高阻測試對(duì)象的第二個(gè)限制是電壓測試電路的輸入阻抗，它會(huì)帶來負(fù)載誤差。假設(shè)需要對(duì)一個(gè)10MΩ阻值的測試對(duì)象進(jìn)行測量。典型的鎖定放大器電路有一個(gè)近似的輸入阻抗—10MΩ。這就意味著本應(yīng)流經(jīng)測試對(duì)象的電流將會(huì)有一半流入儀器的輸入，造成測量電壓50%的誤差。即便使用精確的差分法，使用鎖定放大器測量超過1MΩ阻值的被測器件時(shí)，要達(dá)到1%的誤差精度也是不現(xiàn)實(shí)的。

　　中等電阻的測量

　　傳統(tǒng)上，鎖定放大器用來測量100mΩ至1MΩ的電阻，超出這個(gè)范圍的話限制就會(huì)比較明顯。即使測試電阻在這個(gè)范圍內(nèi)，使用直流反轉(zhuǎn)法的新儀器也能提供優(yōu)勢(shì)。舉例來說，鎖定放大器比直流反轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有兩倍（或更高）的白噪聲，1/f電壓噪聲更是后者的10倍以上（圖7所示）。比如，工作在13Hz（鎖定放大器的一個(gè)典型頻率）時(shí)，典型的直流反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電壓噪聲比鎖定放大器低7倍，這就導(dǎo)致所需功率低50倍。

檢測技術(shù)

　　各種材料的極薄表層的物理、化學(xué)、力學(xué)性能和材料內(nèi)部的性能常有很大差異。而正是這極薄的表面材料在康擦磨損、物理、化學(xué)、機(jī)械行為中起著主導(dǎo)作用。反映在現(xiàn)在“信

　　原子力顯微鏡——納米測量技術(shù)

　　原子力顯微鏡——納米測量技術(shù)

　　息時(shí)代”的新型“智能型”材料的出現(xiàn)，如計(jì)算機(jī)磁盤、光盤等，要求表層小但有優(yōu)良的電、磁、光性能，而且要求有良好的潤滑性、摩擦小、耐磨損、抗化學(xué)腐蝕、組織穩(wěn)定和優(yōu)良的力學(xué)性能。因此，世界各國都非常重視材料的納米級(jí)表層的物理、化學(xué)、機(jī)械性能及其檢測方法的研究。納米級(jí)表層物理力學(xué)性能的檢測方法主要是表層微力學(xué)探針檢側(cè)法，它是用納米壓痕的原理檢測其力學(xué)性能的.其基本原理是利用金剛石針尖用極小的力在試件表面壓出納米級(jí)或微米級(jí)壓痕，根據(jù)壓痕的大小測出試件表層的顯徽力學(xué)性能，即連續(xù)記錄探針針尖加載逐步壓人和卸載逐步退出試件表層的全過程的壓痕深度變化。因其中包含試件表層的彈性交形，塑性變形、姍變、變形速率等多種信息，通過這些信息測出表層材料的多項(xiàng)力學(xué)性能。

加工技術(shù)

　　納米級(jí)加工的含意是達(dá)到納米級(jí)精度的加工技術(shù)。

　　由于原子間的距離為0.1一0.3nm，納米加工的實(shí)質(zhì)就是要切斷原子間的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)原子或分子的去除，切斷原子間結(jié)合所需要的能量，必然要求超過該物質(zhì)的原子間結(jié)合能，即所播的能量密度是很大的。用傳統(tǒng)的切削、磨削加工方法進(jìn)行納米級(jí)加工就相當(dāng)困難了。截至2008年納米加工有了很大的突破，如電子束光刻(UGA技術(shù))加工超大規(guī)模集成電路時(shí)，可實(shí)現(xiàn)0.1μm線寬的加工：離子刻蝕可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)和納米級(jí)表層材料的去除：掃描隧道顯微技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子的去除、扭遷、增添和原子的重組。

粒子制備

　　納米粒子的制備方法很多，可分為物理方法和化學(xué)方法。

　　真空冷授法：用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后驟冷。其特點(diǎn)純度高、結(jié)晶組織好、位度可控，但技術(shù)設(shè)備要求高。

　　物理粉碎法：透過機(jī)械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點(diǎn)操作簡單、成本低，但產(chǎn)晶純度低，順粒分布不均勻。

　　機(jī)械球磨法：采用球磨方法，控制適當(dāng)?shù)臈l件得到純?cè)?、合金或?fù)合材料的納米粒子。其特點(diǎn)操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻。

　　氣相沉積法：利用金屬化合物蒸汽的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料。其特點(diǎn)產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。

　　沉淀法：把沉淀劑加人到鹽溶液中反應(yīng)后，將沉淀熱處理得到納米材料.其特點(diǎn)簡單易行，但純度低，顆粒半徑大，適合制備載化物。

　　水熱合成法：高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得納米粒子。其特點(diǎn)純度高，分散性好、拉度易控制。

　　溶膠凝膠法：金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低沮熱處理而生成納米粒子。其特點(diǎn)反應(yīng)物種多，產(chǎn)物顆粒均一，過程易控制，適于氧化物和11一VI族化合物的制備。

　　徽乳液法：兩：互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在徽泡中經(jīng)成核，聚結(jié)、團(tuán)聚、熱處理后得納米粒子。其特點(diǎn)粒子的單分散和接口性好，11一VI族半導(dǎo)體納米粒子多用此法制備。

材料合成

　　自1991年Gleiter等人率先制得納米材料以來，經(jīng)過10年的發(fā)展納米材料有了長足的進(jìn)步。如今納米材料種類較多，按其材質(zhì)分有：金屬材料、納米陶瓷材料、納米半導(dǎo)體材料、納米復(fù)合材料、納米聚合材料等等。納米材料是超徽粒材料，被稱為“21世紀(jì)新材料”，具有許多特異性能。

　　例如用納米級(jí)金屬微粉燒結(jié)成的材料，強(qiáng)度和硬度大大高于原來的金屬，納米金屬居然由導(dǎo)電體變成絕緣體。一般的陶瓷強(qiáng)度低并且很脆。但納米級(jí)微粉燒結(jié)成的陶瓷不但強(qiáng)度高并且有良好的韌性。納米材料的熔點(diǎn)會(huì)隨超細(xì)粉的直徑的減小而降低。例如金的熔點(diǎn)為1064℃，但10nm的金粉熔點(diǎn)降低到940℃，snm的金粉熔點(diǎn)降低到830℃，因而燒結(jié)溫度可以大大降低。納米陶瓷的燒結(jié)溫度大大低于原來的陶瓷。納米級(jí)的催化劑加入汽油中?？商岣邇?nèi)燃機(jī)的效率。

　　加入固體燃料可使火箭的速度加快。藥物制成納米微粉?？梢宰⑸涞窖軆?nèi)順利進(jìn)入微血管。

疾病診斷

　　當(dāng)前常規(guī)的成像技術(shù)只能檢測到癌癥在組織上造成的可見的變化，而這個(gè)時(shí)候已經(jīng)有數(shù)千的癌細(xì)胞生成并且可能會(huì)轉(zhuǎn)移。而且，即使是已經(jīng)可以看到腫瘤了，由于腫瘤本身的類別（惡性還是良性）和特征，要確定有效的治療方法也還必須通過活組織檢查。如果對(duì)癌性細(xì)胞或者癌變前細(xì)胞以某種方式進(jìn)行標(biāo)記，使用傳統(tǒng)設(shè)備即可檢測出來則更有利于癌癥的診斷。

　　要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)有兩個(gè)必要條件：某技術(shù)能夠特定識(shí)別癌性細(xì)胞且能夠讓被識(shí)別的癌性細(xì)胞可見。納米技術(shù)能夠滿足這兩點(diǎn)。例如，在金屬氧化物表面涂覆可特異識(shí)別癌性細(xì)胞表面超表達(dá)的受體的抗體。由于金屬氧化物在核磁共振成像（MRI）或計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）下發(fā)出高對(duì)比度信號(hào)，因此一旦進(jìn)入體內(nèi)后，這些金屬氧化物納米顆粒表面的抗體選擇性地與癌性細(xì)胞結(jié)合，使檢測儀器可以有效地識(shí)別出癌性細(xì)胞。同樣地，金納米粒也可以用于增強(qiáng)在內(nèi)窺鏡技術(shù)中的光散射。納米技術(shù)能夠?qū)⒆R(shí)別癌癥類別及不同發(fā)展階段的分子標(biāo)記可視化，讓醫(yī)生能夠通過傳統(tǒng)的成像技術(shù)看到原本檢測不到的細(xì)胞和分子。

　　在人類與癌癥的斗爭中，有一半的勝利是得益于早期的檢測。納米技術(shù)使得癌癥的診斷更早更準(zhǔn)確，并可用于治療監(jiān)測。納米技術(shù)也可以增強(qiáng)甚至完全變革對(duì)組織和體液中生物標(biāo)志物的篩查。癌癥與癌癥之間，以及癌細(xì)胞與正常細(xì)胞之間由于各種分子在表達(dá)和分布上的差異而各不相同。隨著治療技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)癌癥的多個(gè)生物標(biāo)志物進(jìn)行同時(shí)檢測是確定治療方案時(shí)所必須的。納米顆粒——例如能夠根據(jù)它們本身大小發(fā)出不同顏色光的量子點(diǎn)——可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測多種標(biāo)記物的目的。包被有抗體的量子點(diǎn)發(fā)出的激發(fā)光信號(hào)可用于篩查某些類型的癌癥。不同顏色的量子點(diǎn)可與各種癌癥生物標(biāo)記物抗體結(jié)合，方便腫瘤學(xué)家通過所看到的光譜區(qū)分癌細(xì)胞與健康細(xì)胞。

組裝技術(shù)

　　由于在納米尺度下刻蝕技術(shù)已達(dá)到極限，組裝技術(shù)將成為納米科技的重要手段，受到人們很大的重視。

　　納米組裝技術(shù)就是通過機(jī)械、物理、化學(xué)或生物的方法，把原子、分子或者分子聚集體進(jìn)行組裝，形成有功能的結(jié)構(gòu)單元。組裝技術(shù)包括分子有序組裝技術(shù)，掃描探針原子、分子搬遷技術(shù)以及生物組裝技術(shù)。分子有序組裝是通過分子之間的物理或化學(xué)相互作用，形成有序的二維或三維分子體系?，F(xiàn)在，分子有序組裝技術(shù)及其應(yīng)用研究方面取得的最新進(jìn)展主要是LB膜研究及有關(guān)特性的發(fā)現(xiàn)。生物大分子走向識(shí)別組裝。蛋白質(zhì)、核酸等生物活性大分子的組裝要求商密度定取向，這對(duì)于制備高性能生物微感膜、發(fā)展生物分子器件，以及研究生物大分子之間相互作用是十分重要的。在進(jìn)行l(wèi)gG歸生物大分子的組裝過程中，首次利用抗體活性片斷的識(shí)別功能進(jìn)行活性生物大分子的組裝。這一重要的進(jìn)展使得生物分子的定向組裝產(chǎn)生了新的突破。

　　除以上幾種組裝外，在長鏈聚合物分子上的有序組裝、橋連自組裝技術(shù)、有序分子薄膜的應(yīng)用研究等技術(shù)也有進(jìn)展。采用納米加工技術(shù)還可以對(duì)材料進(jìn)行原子量級(jí)加工，使加工技術(shù)進(jìn)人一個(gè)更加徽細(xì)的深度。納米結(jié)構(gòu)自組裝技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)使納米機(jī)械、納米機(jī)電系統(tǒng)和納米生物學(xué)產(chǎn)生突破性的飛躍。

　　中國在納米領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化研究有一定的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)代同美、日、德等國位于國際第一梯隊(duì)的前列。雖然現(xiàn)代中國己經(jīng)建立了一定數(shù)量的納米材料生產(chǎn)基地，納米技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用也已經(jīng)興起，并初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。納米要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，還有許多的工作要做，只有依賴大量的資金和高科技投人才能換取高額的利潤回報(bào)。

生物技術(shù)

　　納米生物學(xué)是以納米尺度研究細(xì)胞內(nèi)部各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能。研究細(xì)胞內(nèi)部，細(xì)胞內(nèi)外之間以及整個(gè)生物體的物質(zhì)、能量和信息交換。納米生物學(xué)的研究集中在下列方面。

　　DNA研究在形貌觀察、特性研究和基因改造三個(gè)方面有不少進(jìn)展。

　　腦功能的研究

　　工作目標(biāo)是弄清人類的記憶、思維，語言和學(xué)習(xí)這些高級(jí)神經(jīng)功能和人腦的信息處理功能。

　　仿生學(xué)的研究

　　這是納米生物學(xué)的熱門研究內(nèi)容。現(xiàn)在取得不少成果。是納米技術(shù)中有希望獲得突破性巨大成果的部分。

　　世界上最小的馬達(dá)是一種生物馬達(dá)—鞭毛馬達(dá)。能象螺旋槳那樣旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鞭毛旋轉(zhuǎn)。該馬達(dá)通常由10種以上的蛋白質(zhì)群體組成，其構(gòu)造如同人工馬達(dá)。由相當(dāng)?shù)?span id="enxj2wy" class='hrefStyle'>定子、轉(zhuǎn)子、軸承、萬向接頭等組成。它的直徑只有3onm，轉(zhuǎn)速可以高達(dá)15r/min，可在1μs內(nèi)進(jìn)行右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)的相互切換。利用外部電場可實(shí)現(xiàn)加速或減速。轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源，是細(xì)菌內(nèi)支撐馬達(dá)的薄膜內(nèi)外的氮氧離子濃度差。實(shí)驗(yàn)證明。細(xì)菌體內(nèi)外的電位差也可驅(qū)動(dòng)鞭毛馬達(dá)。現(xiàn)代人們正在探索設(shè)計(jì)一種能用電位差馭動(dòng)的人工鞭毛馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器。

　　日本三菱公司已開發(fā)出一種能模擬人眼處理視覺形象功能的視網(wǎng)膜芯片。該芯片以砷化稼半導(dǎo)體作為片基。每個(gè)芯片內(nèi)含4096個(gè)傳感元?？赏M(jìn)一步用于機(jī)器人。

　　有人提出制作類似環(huán)和桿那樣的分子機(jī)械。把它們裝配起來構(gòu)成計(jì)算機(jī)的線路單元，單元尺寸僅Inm，可組裝成超小型計(jì)算機(jī)，僅有數(shù)微米大小，就能達(dá)到現(xiàn)代常用計(jì)算機(jī)的同等性能。

　　在納米結(jié)構(gòu)自組裝復(fù)雜徽型機(jī)電系統(tǒng)制造中，很大的難題是系統(tǒng)中各部件的組裝。系統(tǒng)愈先進(jìn)、愈復(fù)雜，組裝的問題也愈難解決。自然界各種生物、生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞等都是極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。它們的生成、組裝都是自動(dòng)進(jìn)行的。如能了解并控制生物大分子的自組裝原理，人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)和改造必然會(huì)上升到一個(gè)全新的更高的水平。

5衍生產(chǎn)品

機(jī)器人

　　納米機(jī)器人是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”，也稱分子機(jī)器人；而納米機(jī)器人的研發(fā)已成為當(dāng)今科技的前沿?zé)狳c(diǎn)。

　　2005年，不少國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計(jì)劃，投入巨資搶占納米機(jī)器人這種新科技的戰(zhàn)略高地?！稒C(jī)器人時(shí)代》月刊日前指出：納米機(jī)器人潛在用途十分廣泛，其中特別重要的就是應(yīng)用于醫(yī)療和軍事領(lǐng)域。

　　每一種新科技的出現(xiàn)，似乎都包涵著無限可能。用不了多久，個(gè)頭只有分子大小的神奇納米機(jī)器人將源源不斷地進(jìn)入人類的日常生活。中國著名學(xué)者周海中教授在1990年發(fā)表的《論機(jī)器人》一文中就預(yù)言：到21世紀(jì)中葉，納米機(jī)器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。

雨衣傘

　　納米雨衣傘是雨傘與雨衣的結(jié)合體，納米雨傘收傘有三折傘和直桿傘的收傘形態(tài)（簡單說，收傘時(shí)有長短兩種選擇）。納米雨衣可由納米雨傘轉(zhuǎn)變而成，納米雨衣又不同于一般的雨衣，因?yàn)榧{米雨衣可以保證從頭到腳絕對(duì)不濕。因?yàn)榧{米材料，所以這雨傘可以一甩即干，雨傘轉(zhuǎn)變?yōu)橛暌潞?，這雨衣也只需穿著時(shí)輕輕一跳也即可全干。[1]

防水材料

　　2014年8月4日，澳大利亞運(yùn)用新發(fā)明的布料，制成一款具有開創(chuàng)性的T恤衫，不管人們?cè)鯓訃L試著浸濕它，此T恤都能保持良好的防水性能。[2]

　　這件叫做“騎士”(The Cavalier)的白色T恤是百分之百棉質(zhì)的。雖然表面看起來平淡無奇，但是其布料運(yùn)用“疏水”納米技術(shù)應(yīng)用編織而成，使得這件T恤能夠有效防止大部分液體和污漬的浸入。這種T恤可以用機(jī)器清洗，其防水功能最多可承受80次清洗。它的布料有天然自凈功能，任何附著在上的污漬都能用水擦洗或沖干凈。[2]

　　和其他含有化學(xué)物質(zhì)的防水應(yīng)用不同，T恤仿照的是荷葉的自然疏水特點(diǎn)。此布料的發(fā)明對(duì)于餐館和咖啡廳來說可能具有革命性的影響。此外，這種布料還可以運(yùn)用在醫(yī)療行業(yè)或醫(yī)院等地。[2]

6潛在危害

　　和生物技術(shù)一樣，納米科技也有很多環(huán)境和安全問題（比如尺寸小是否會(huì)避開生物的自然防御系統(tǒng)，還有是否能生物降解、毒性副作用如何等等）。

社會(huì)危害

　　納米顆粒的危害

　　納米材料（包含有納米顆粒的材料）本身的存在并不是一種危害。只有它的一些方面具有危害性，特別是他們的移動(dòng)性和增強(qiáng)的反應(yīng)性。只有某些納米粒子的某些方面對(duì)生物或環(huán)境有害，我們才面臨一個(gè)真的危害。

　　要討論納米材料對(duì)健康和環(huán)境的影響，我們必須區(qū)分兩類納米結(jié)構(gòu)：

　　納米尺寸的粒子被組裝在一個(gè)基體、材料或器件上的納米合成物、納米表面結(jié)構(gòu)或納米組份（電子，光學(xué)傳感器等），又稱為固定納米粒子。

　　“自由”納米粒子，不管在生產(chǎn)的某些步驟中存還是直接使用單獨(dú)的納米粒子。

　　這些自由納米粒子可能是納米尺寸的單元素，化合物，或是復(fù)雜的混合物，比如在一種元素上鍍上另外一張物質(zhì)的“鍍膜”納米粒子或叫做“核殼”納米粒子。

　　現(xiàn)代，公認(rèn)的觀點(diǎn)是，雖然我們需要關(guān)注有固定納米粒子的材料，自由納米粒子是最緊迫關(guān)心的。

　　因?yàn)?，納米粒子同它們?nèi)粘５膶?duì)應(yīng)物實(shí)在是區(qū)別太大了，它們的有害效應(yīng)不能從已知毒性推演而來。這樣討論自由納米粒子的健康和環(huán)境影響具有很重要的意義。

　　更加復(fù)雜的是，當(dāng)我們討論納米粒子的時(shí)候，我們必須知道含有的納米粒子的粉末或液體幾乎從來不會(huì)單分散化，而是具有一定范圍內(nèi)許多不同尺寸。這會(huì)使實(shí)驗(yàn)分析更加復(fù)雜，因?yàn)榇蟮募{米粒子可能和小的有不同的性質(zhì)。而且，納米粒子具有聚合的趨勢(shì)，而聚合的納米粒子具有同單個(gè)納米粒子不同的行為。

健康問題

　　納米顆粒進(jìn)入人體有四種途徑：吸入，吞咽，從皮膚吸收或在醫(yī)療過程中被有意的注入（或由植入體釋放）。一旦進(jìn)入人體，它們具有高度的可移動(dòng)性。在一些個(gè)例中，它們甚至能穿越血腦屏障。

　　納米粒子在器官中的行為仍然是需要研究的一個(gè)大課題?；旧?，納米顆粒的行為取決于它們的大小，形狀和同周圍組織的相互作用活動(dòng)性。它們可能引起噬菌細(xì)胞（吞咽并消滅外來物質(zhì)的細(xì)胞）的“過載”，從而引發(fā)防御性的發(fā)燒和降低機(jī)體免疫力。它們可能因?yàn)闊o法降解或降解緩慢，而在器官里集聚。還有一個(gè)顧慮是它們同人體中一些生物過程發(fā)生反應(yīng)的潛在危險(xiǎn)。由于極大的表面積，暴露在組織和液體中的納米粒子會(huì)立即吸附他們遇到的大分子。這樣會(huì)影響到例如酶和其他蛋白的調(diào)整機(jī)制。

環(huán)境問題

　　主要擔(dān)心納米顆?？赡軙?huì)造成未知的危害。

社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)

　　納米技術(shù)的使用也存在社會(huì)學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。在儀器的層面，也包括在軍事領(lǐng)域使用納米技術(shù)的可能性。（例如，在MIT士兵納米技術(shù)研究所[1]研究的裝備士兵的植入體或其他手段，同時(shí)還有通過納米探測器增強(qiáng)的監(jiān)視手段。

　　在結(jié)構(gòu)層面，納米技術(shù)的批評(píng)家們指出納米技術(shù)打開了一個(gè)由產(chǎn)權(quán)和公司控制的新世界。他們指出，就象生物技術(shù)的操控基因的能力伴隨著生命的專利化一樣，納米技術(shù)操控分子的技術(shù)帶來的是物質(zhì)的專利化。過去的幾年里，獲得納米尺度的專利像一股淘金熱。2003年，超過800納米相關(guān)的專利權(quán)獲得批準(zhǔn)，這個(gè)數(shù)字每年都在增長。大公司已經(jīng)壟斷了納米尺度發(fā)明與發(fā)現(xiàn)的廣泛的專利。例如，NEC和IBM這兩家大公司持有碳納米管這一納米科技基石之一的基礎(chǔ)專利。碳納米管具有廣泛的運(yùn)用，并被看好對(duì)從電子和計(jì)算機(jī)、到強(qiáng)化材料、到藥物釋放和診斷的許多工業(yè)領(lǐng)域都有關(guān)鍵的作用。碳納米管很可能成為取代傳統(tǒng)原材料的主要工業(yè)交易材料。但是，當(dāng)它們的用途擴(kuò)張時(shí)，任何想要制造或出售碳納米管的人，不管應(yīng)用是什么，都要先向NEC或者IBM購買許可證。

7發(fā)展趨勢(shì)

　　高級(jí)納米技術(shù)，有時(shí)被稱為分子制造，用于描述分子尺度上的納米工程系統(tǒng)（納米機(jī)器）。無數(shù)例子證明，億萬年的進(jìn)化能夠產(chǎn)生復(fù)雜的、隨機(jī)優(yōu)化的生物機(jī)器。在納米領(lǐng)域中，我們希望使用仿生學(xué)的方法找到制造納米機(jī)器的捷徑。然而，K Eric Drexler和其他研究者提出：高級(jí)納米技術(shù)雖然最初會(huì)使用仿生學(xué)輔助手段，最終可能會(huì)建立在機(jī)械工程的原理上。

美國

　　美國國家科學(xué)委員會(huì)（National Science Board）于西元2003年底批準(zhǔn)“國家納米科技基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃”（National Science Board Approves Award for a National Nanotechnology Infrastructure Network，簡稱NNIN），將由美國13所大學(xué)共同建構(gòu)支持全國納米科技與教育的網(wǎng)絡(luò)體系。該計(jì)劃為期5年，于公元2004年一月開始執(zhí)行，將提供整體性的全國性使用技能以支持納米尺度科學(xué)工程與技術(shù)的研究與教育工作。預(yù)估5年間至少投資700億美元的研究經(jīng)費(fèi)。計(jì)劃目的不僅在提供美國研究人員頂尖的實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備，并能訓(xùn)練出一批專精于最先進(jìn)納米科技的研究人員。

　　1.美國發(fā)展最新納米細(xì)胞制造技術(shù)

　　納米技術(shù)可制造出粒子小于人類血管大小的物體，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與科技協(xié)會(huì)（NIST）指出已研究出一種生產(chǎn)一致的，且能夠自行組合的納米細(xì)胞（Nanocells）的方法，以應(yīng)用在封裝壓縮藥物的治療工作上。這種技術(shù)當(dāng)前可被運(yùn)用在藥物的包裝技術(shù)上，可以更精確地確保藥物的用量，未來將運(yùn)用在癌癥化學(xué)治療的相關(guān)技術(shù)上作更進(jìn)一步的研究。

　　納米計(jì)劃是公元2005年聯(lián)邦跨部會(huì)研發(fā)預(yù)算的主軸，達(dá)9.8億美元。

　　2.DNA檢測芯片的進(jìn)展

　　公元2004年一月，美國HP正式對(duì)外發(fā)表其用來快速進(jìn)行DNA檢測的納米級(jí)芯片。2004年在DNA檢測上采以光學(xué)原理為基礎(chǔ)的“基因微芯片法”（DNA microarrays）繁復(fù)的檢測步驟，HP團(tuán)隊(duì)改由將此繁復(fù)步驟交由電路芯片處理；制作上，DNA檢測芯片的傳感元件是一條利用電子束蝕刻法（electron-beam lithography）與反應(yīng)性離子蝕刻法（reactive-ion etching）所制成粗細(xì)約50納米的納米線。然就商業(yè)上考量，成果卻過于高昂，因此研究團(tuán)隊(duì)正發(fā)展利用較便宜的光學(xué)蝕刻法（optical lithography）以制成DNA檢測芯片元件的技術(shù)。

　　3.地下水污染改善之研究

　　地下水污染是現(xiàn)代被廣泛討論的一項(xiàng)重大議題，現(xiàn)代，美國發(fā)表了一種納米微粒（nanoparticles）技術(shù)，在此微粒中心為鐵芯（iron）而其外則由多層聚合物加以包覆，其中，內(nèi)層是由防水性極佳的復(fù)合甲基丙烯酸甲脂（poly methl methacrylate；PMMA）包覆，而外層則由親水的sulphonated polystyrene進(jìn)行包覆。由于親水性外層使納米微粒溶于水，內(nèi)層防水層則能吸引污染源三氯乙烯（trichloroethylene）。納米微粒中的鐵芯使得三氯乙烯產(chǎn)生分裂，進(jìn)而使得此項(xiàng)污染源逐漸分裂成無毒的物質(zhì)。

　　4.啟動(dòng)癌癥納米科技計(jì)劃

　　為廣泛將納米科技、癌癥研究與分子生物醫(yī)學(xué)相互結(jié)合，美國國家癌癥中心（NCI）提出了癌癥納米科技計(jì)劃（Cancer Nanotechnology Plan），并將透過院外計(jì)劃、院內(nèi)計(jì)劃與納米科技標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室等三方面進(jìn)行跨領(lǐng)域工作。計(jì)劃設(shè)定了六個(gè)挑戰(zhàn)：

　　預(yù)防與控制癌癥：發(fā)展能投遞抗癌藥物及多重抗癌疫苗的納米級(jí)設(shè)備。

　　早期發(fā)現(xiàn)與蛋白質(zhì)學(xué)：發(fā)展植入式早期偵測癌癥生物標(biāo)記的設(shè)備，并發(fā)展能收集大量生物標(biāo)記進(jìn)行大量分析的平臺(tái)性裝置。

　　影像診斷：發(fā)展可提高分辨率到可辨識(shí)單獨(dú)癌細(xì)胞的影像裝置，以及將一個(gè)腫瘤內(nèi)部不同組織來源的細(xì)胞加以區(qū)分的納米裝置。

　　多功能治療設(shè)備：開發(fā)兼具診斷與治療的納米裝置。

　　癌癥照護(hù)與生活品質(zhì)提升：開發(fā)改善慢性癌癥所引發(fā)的疼痛、沮喪、惡心等癥狀，并提供理想性投藥裝置。

　　跨領(lǐng)域訓(xùn)練：訓(xùn)練熟悉癌癥生物學(xué)與納米科技的新一代研究人員。

歐盟

　　1.歐盟的國際納米科學(xué)研究政策

　　歐洲為全球最早開始進(jìn)行納米科學(xué)研究的區(qū)域，但由于當(dāng)時(shí)并沒有歐盟加以居中協(xié)調(diào)與規(guī)劃，因此在研究初期因?yàn)槿狈Y金援助、相關(guān)管理上的支援，同時(shí)因?yàn)槊媾R專利取得的問題，導(dǎo)致研究人員遭遇許多阻礙，公元2004年五月，歐盟議會(huì)（European Commission；EC）對(duì)歐洲地區(qū)與國際社會(huì)發(fā)表一系列有關(guān)于納米科技的專案計(jì)劃，以宣示歐洲對(duì)于提高納米科技競爭力的決心。

　　歐盟將其計(jì)劃分為五個(gè)主要區(qū)域：研究與發(fā)展（R&D）、基礎(chǔ)建設(shè)（infrastructure）、教育與訓(xùn)練（education and training）、創(chuàng)新（innovation）以及社會(huì)層面（societal dimension）。

　　根據(jù)預(yù)估，如歐盟計(jì)劃能順http：//baike.baidu.com/edit/%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E6%8A%80%E6%9C%AF/144920利推展，在西元2010年前將可望為歐洲創(chuàng)造上百億歐元的經(jīng)濟(jì)營收。歐盟議會(huì)也強(qiáng)調(diào)提高社會(huì)大眾對(duì)于納米科技的認(rèn)知，也同樣屬于整體納米發(fā)展計(jì)劃的一部分。另外，公眾健康、安全、環(huán)保問題及消費(fèi)者保護(hù)也同樣被包含在此項(xiàng)議題之中?，F(xiàn)在，納米科學(xué)及納米科技仍屬于新興的R&D領(lǐng)域，其所必須解決與進(jìn)行研究的對(duì)象都存在于原子與分子的階層中。納米科學(xué)在未來幾年內(nèi)的應(yīng)用是眾所矚目，且必將對(duì)所有的科技產(chǎn)生重大影響。在未來，納米科技的研發(fā)工作也將對(duì)人體保健、食物、環(huán)保研究、資訊科學(xué)、安全、新興材料科學(xué)及能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域產(chǎn)生重大的改變。 西元2004～2006年歐盟所進(jìn)行的第六期架構(gòu)計(jì)劃（FP6）中，納米科技與新興材料研發(fā)的經(jīng)費(fèi)約為歐元13億，而歐盟議會(huì)也有意提高經(jīng)費(fèi)并延長研究時(shí)程（由公元2007～2013年）。同時(shí)為凝聚與加強(qiáng)所有歐盟會(huì)員國在納米科學(xué)方面的研究，因此在規(guī)劃上歐盟議會(huì)也有意召集民間與其他單位的專家凝聚共識(shí)，以強(qiáng)化整體歐盟在此方面研究領(lǐng)域的力量。

　　2.創(chuàng)新接繼中心

　　在公元1995年由歐盟委員會(huì)成立“創(chuàng)新接繼中心”（Innovation Relay Centers， IRCs）。這個(gè)的組織和美國國家科技移轉(zhuǎn)中心具相同功能。區(qū)域性的創(chuàng)新接繼中心總數(shù)近70個(gè)，支援至少位于30個(gè)國家的相關(guān)科技移轉(zhuǎn)中心。創(chuàng)新接繼中心的目的，是將有問題的公司和能提出解決方法的公司結(jié)合在一起。歐洲多數(shù)的納米科技公司都可受到創(chuàng)新接濟(jì)中心或區(qū)域創(chuàng)新和科技移轉(zhuǎn)策略計(jì)劃的援助。

　　歐洲納米科技計(jì)劃接受金援的方式和美國大致相同，有些是屬于國家型計(jì)劃。歐洲有多個(gè)跨國研發(fā)機(jī)構(gòu)，以泛歐工業(yè)研發(fā)網(wǎng)絡(luò)為例，其專門提供無條件研發(fā)補(bǔ)助，目的將研發(fā)成果發(fā)展為產(chǎn)品。透過泛歐工業(yè)研發(fā)網(wǎng)絡(luò)提供的資金補(bǔ)助的國家包括奧地利、挪威和英國。其他在比利時(shí)、德國、斯洛伐尼亞、冰島和以色列還包括貸款和免償型補(bǔ)助。多數(shù)情況下，補(bǔ)助金額不超過計(jì)劃完成的所需總金額的七成，剩余部分多仰賴地方政府和其他有意愿者贊助。

日本

　　1.日本理研的納米科學(xué)研究現(xiàn)況

　　日本理化學(xué)研究所（RIKEN，簡稱理研）系一跨學(xué)門的研究組織，該所各部門分布在日本的7個(gè)區(qū)域。RIKEN的主要基地－和光園區(qū)，設(shè)置發(fā)現(xiàn)研究中心（DRI）、新領(lǐng)域研究系統(tǒng)（FRS）及頭腦科學(xué)中心（BSI）等3研究中心。RIKEN進(jìn)行的研究可區(qū)分為三類：DRI主要進(jìn)行小型但具備長程觀點(diǎn)的培育研究計(jì)劃；FRS同樣執(zhí)行小型計(jì)劃，但以由上而下的方式，進(jìn)行較具動(dòng)態(tài)的中程及中等規(guī)模的計(jì)劃；至于研究中心則是進(jìn)行以目標(biāo)為導(dǎo)向的中至長程的大型計(jì)劃。RIKEN在西元2003會(huì)計(jì)年度下半年（西元2003年十月至2004年三月）的研究預(yù)算共4.748億美元，全年預(yù)算超過9億美元。

　　公元1986年起RIKEN開始從事納米科學(xué)之研究，但正式的納米科學(xué)計(jì)劃則是自西元2002年開始，初期選定有18項(xiàng)的納米科學(xué)計(jì)劃，并陸續(xù)分別在各研究中心進(jìn)行。

　　2.日本提高納米科技預(yù)算與產(chǎn)業(yè)合作（JAPAN BOOSTS NANOTECHNOLOGY BUDGET AND INDUSTRIAL COOPERATION）

　　日本科學(xué)與科技政策顧問委員會(huì)（Council for Science and Technology Policy）消息指出，日本在西元2004年會(huì)計(jì)年度（由4月1日起）中，納米科技預(yù)算成長3.1個(gè)百分比，達(dá)到8.8億美元。同時(shí)，兩個(gè)主要負(fù)責(zé)日本納米科技研發(fā)計(jì)劃的政府部會(huì)，其預(yù)算也都有成長。負(fù)責(zé)推銷即將完成的研發(fā)工作的日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。∕inistry of Economy Trade and Industry， METI），預(yù)算由西元2003年的0.97億美元提升到公元2004年的1.1億美元。納米科技與相關(guān)原料研究被指定為四個(gè)最高優(yōu)先項(xiàng)目之一，其他領(lǐng)域包括資訊與通訊、生命科學(xué)與環(huán)境研究。

　　日本的預(yù)算是經(jīng)由日本大藏?。‵inance Ministry）批準(zhǔn)，再由日本國會(huì)（Japanese Diet）制定為法律。日本文部科學(xué)省（Ministry of Education， Culture， Sports， Science and Technology， MEXT）的納米科技研發(fā)經(jīng)費(fèi)，則由2.3億美元成長到2.4億元，將著重在基礎(chǔ)原料研究與新藥物研究計(jì)劃上。

韓國

　　1.韓國的納米科技策略

　　韓國政府已深切體認(rèn)到納米科技為本世紀(jì)科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，整合納米技術(shù)與資訊、生物、材料、能源、環(huán)境、軍事、航太領(lǐng)域之高新科技，并將創(chuàng)造出跨學(xué)門研究發(fā)新境界。韓國政府也理解到此新興科技也將是創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)與高科技產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)力，納米科學(xué)與技術(shù)的突破性進(jìn)展更將為人類能力、社會(huì)產(chǎn)出、國家生產(chǎn)力、經(jīng)濟(jì)成長與生命品質(zhì)帶來巨幅的改善。

　　韓國已宣示在公元2001至2010年十年間投入韓幣2，391兆元（約20億美元）于納米科技的研發(fā)，政府投入在納米科技的經(jīng)費(fèi)，公元2002年與2000年比較，成長約400%。納米國家計(jì)劃的主要目標(biāo)之一為在某些競爭性領(lǐng)域取得世界第一并發(fā)展產(chǎn)業(yè)成長的利基市場，韓國同時(shí)明確的把發(fā)展重點(diǎn)聚焦于諸如兆元級(jí)積體電子元件等核心關(guān)鍵技術(shù)。

　　“2002年執(zhí)行納米技術(shù)發(fā)展計(jì)劃”與“納米結(jié)構(gòu)材料技術(shù)發(fā)展”、“納米微機(jī)電與制造技術(shù)發(fā)展”等兩項(xiàng)新領(lǐng)域研究計(jì)劃同步開始實(shí)施，再加上納米科技領(lǐng)域研究計(jì)劃在未來6~9年內(nèi)每年將投入2千萬美元，在眾多政府研究機(jī)構(gòu)林立的Daejoen科學(xué)城。韓國高等科技研究院（KAIST）于2001年設(shè)立納米制造中心，在未來6~9年內(nèi)投入1.65億美元，政府調(diào)整“2003年納米科技發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃”，包括：納米科技發(fā)展促進(jìn)法案，其目的二：一為建構(gòu)堅(jiān)固的納米科技核心研究基礎(chǔ)，二為激勵(lì)成熟納米科技的產(chǎn)業(yè)化，韓國政府也將配置3.8億美元（全國納米科技經(jīng)費(fèi)的19%）于國家納米產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，其中包括產(chǎn)業(yè)研發(fā)基金與創(chuàng)投基金。

　　根據(jù)公元2002年韓國專利局報(bào)道，納米科技專利應(yīng)用數(shù)目無論在國內(nèi)或國外都呈現(xiàn)大幅成長，新興納米科技也在過去數(shù)年間呈現(xiàn)可觀地成長，另外根據(jù)韓國商工能源部（MOCIE）的統(tǒng)計(jì)，西元2002年納米科技新創(chuàng)公司也如雨后春筍紛紛搶搭納米科技列車。

　　2.韓國預(yù)測國際市場對(duì)納米紡織品的需求將快速增加

　　韓國產(chǎn)業(yè)資源部預(yù)測，今后9年國際市場對(duì)納米紡織品的需求將會(huì)出現(xiàn)迅速增長的趨勢(shì)，交易額可望達(dá)到近400億美元。韓國產(chǎn)業(yè)資源部委托韓國纖維產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)從西元2004年八月份開始的三個(gè)月內(nèi)，對(duì)國際市場對(duì)納米紡織品的需求和貿(mào)易趨勢(shì)進(jìn)行研究分析。

　　韓國產(chǎn)業(yè)資源部分析認(rèn)為，國際市場對(duì)納米紡織品的需求金額以150億美元為基準(zhǔn)，今后每年將遞增10.7%，到公元2007年和2012年，國際市場對(duì)納米紡織品的需求金額將分別達(dá)到240億美元和397億元。到西元2012年，國際市場對(duì)用于制藥、電子和生命科學(xué)的超高效能過濾納米紡織品的需求金額將達(dá)到96億美元，對(duì)用于防生化武器和體育娛樂的納米紡織品的需求金額將達(dá)到26億美元，對(duì)用于儲(chǔ)存能源的納米紡織品的需求金額將達(dá)到205億美元。

　　韓國對(duì)納米紡織品的需求金額為19億美元，占國際市場需求總額的12.1%。到西元2012年，韓國對(duì)納米紡織品的需求金額將達(dá)到72億美元，占當(dāng)時(shí)國際市場需求總額的18.1%。

　　3.韓國在納米科技的發(fā)展幾乎完全集中在微電子產(chǎn)業(yè)

　　透過由韓國科技部（Ministry of Science and Technology）贊助的兆位水平納米設(shè)備發(fā)展計(jì)劃（Tera-Level Nanodevices Initiatives），韓國的大學(xué)和產(chǎn)業(yè)都專注于發(fā)展下一世代微電子設(shè)備，包括具有兆位元（terabit）容量的內(nèi)存設(shè)備和具有兆赫茲（terahertz）資料處理速度的元件。

　　韓國最大企業(yè)財(cái)團(tuán)之一的三星設(shè)有一個(gè)先進(jìn)科技研究所（Advanced Institute of Technology），從事微電子科技的研究和商業(yè)化發(fā)展。

中國臺(tái)灣

　　臺(tái)灣自公元1996年以來，國科會(huì)、經(jīng)濟(jì)部、教育部等部會(huì)已支持許多個(gè)別計(jì)劃從事有關(guān)于納米科技的研發(fā)，較九十年代的如教育部的卓越計(jì)劃、國科會(huì)納米材料尖端研究計(jì)劃、經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處納米技術(shù)環(huán)境建構(gòu)及其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用評(píng)估計(jì)劃等等。為了有效地運(yùn)用資源，并整合產(chǎn)官學(xué)研的智慧與力量，以提升國際競爭力；自西元2000年起，國科會(huì)即開始規(guī)劃推動(dòng)納米科技計(jì)劃。

　　公元2000年12月“中華民國行政院科技顧問會(huì)議”與西元2001年一月第六次“全國科學(xué)技術(shù)會(huì)議”（全國科技會(huì)議）之結(jié)論，均指出納米科技為臺(tái)灣未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域方向，國科會(huì)遂于西元2002年十一月廿一日成立工作小組辦公室，負(fù)責(zé)國家型計(jì)劃之規(guī)劃，“納米國家型科技計(jì)劃工作小組”之成員由國科會(huì)、行政院科技顧問組、中研院、中華民國教育部、工研院、經(jīng)濟(jì)部、行政院原子能委員會(huì)及行政院環(huán)境保護(hù)署等單位共二十五位代表組成。

　　國科會(huì)并于公元2002年一月十五日召開第一五五次委員會(huì)議，討論“納米國家型科技計(jì)劃”構(gòu)想；于西元2002年六月第一五七次委員會(huì)議中通過納米國家型科技計(jì)劃審議，自西元2003年一月正式開始推動(dòng)，并決定自西元2003年至西元2008年間，投入經(jīng)費(fèi)新臺(tái)幣231.9億元于納米科技發(fā)展；并于同年九月一日正式成立納米國家型計(jì)劃辦公室，執(zhí)行整體計(jì)劃之領(lǐng)導(dǎo)、策劃與管考。

中國

　　1.“中國實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可委員會(huì)”是負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室和檢查機(jī)構(gòu)認(rèn)可及相關(guān)工作的認(rèn)可機(jī)構(gòu)，為規(guī)范納米產(chǎn)品市場、推動(dòng)制定相關(guān)納米材料及產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，“國家納米科學(xué)中心”和“中國實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可委員會(huì)”會(huì)商多次，聯(lián)合成立“納米技術(shù)專門委員會(huì)”，掛靠在“國家納米科學(xué)中心”。

　　2. 中國政府透過中國科學(xué)院主導(dǎo)眾多納米科技研發(fā)計(jì)劃，多數(shù)強(qiáng)調(diào)半導(dǎo)體制造技術(shù)和發(fā)展以納米科技為基礎(chǔ)的電子元件，另一是利用納米材料保存考古文物。

　　已成功發(fā)展出的產(chǎn)品包括新式冷氣機(jī)，其特點(diǎn)為利用創(chuàng)新的納米材質(zhì)。另估計(jì)約有兩百家企業(yè)積極從事納米科技產(chǎn)品的商業(yè)化。

加拿大

　　滑鐵盧大學(xué)是全世界第一所設(shè)立以納米科技工程為主科的大學(xué)。在2005年開始收生并在2010年開設(shè)納米科技工程碩士班。在2012年，將會(huì)有一座量子納米中心。

　　多倫多大學(xué)也擁有以納米科技工程為副科的科學(xué)工程的大學(xué)。

　　圭爾夫大學(xué)則已設(shè)立了納米科學(xué)。