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【科拷荟原创】小纳米的大威力

  纳米和微米、毫米等同属长度单位的大家族,是一米的十亿分之一。一纳米相当于一根头发丝宽度的八到十万分之一。做一个形象的比喻,把一纳米大小的东西放在乒乓球上就好像把一个乒乓球放到了地球上。人们用不同的长度单位测量不同的物体,用米来测量高山,用厘米来测量人体,用毫米来测量昆虫,用微米来测量细菌,而要测量更加微小的分子、原子,则就需要纳米登场了。

  自然界中处处都是纳米高手,纳米结构虽然微小却对生物的生长发育有重大影响。鸡蛋磕掉一块皮,露出了其光滑的表面。但这只是我们肉眼看到的现象,如果我们将其放大到纳米级再看,布满大大小小孔洞的粗糙的纤维表面就赫然展现在我们面前了。毕竟,自然状态下,鸡蛋不是用来做早餐而是用来孵小鸡的,而孵小鸡就需要进氧气阻灰尘,而这恰恰就是纳米级结构的专长之一。对纳米结构的认识打开了人们观察自然的新的窗口,激发了人们用科技改善生活的新的可能。而这一切和显微镜精度的不断提高密不可分,肉眼不行,光学显微镜也不行,只有在电子显微镜下,小纳米的大威力才会为我们所参破。

  “出淤泥而不染”的清道夫

  刘禹锡看到莲长于污泥却一身清洁,遂出“莲出淤泥而不染”的感慨,乾隆帝见到露水在荷叶上滴溜溜地打转却不散开,遂吟“秋荷叶上露珠流,柄柄倾来盎盎收。”的诗句。可他们却没问这到底是为什么?或许他们也问了,却是瞪大了双眼也看不出个所以然。直到现代,在电子显微镜下,我们才终于发现了其中的奥秘,科学家称之为荷叶效应(Lotus Effect)。它指的是荷叶表面纳米级的超疏水结构及其所带来的自洁效应。在电子显微镜下,荷叶的表面有一层茸毛和一些微小的突起,水在这些纳米级的小突起上不会向荷叶表面其他方向蔓延,而是形成一个个球体,就是我们看到的荷叶上滚动的雨水或者露珠,这些滚动的水珠会带走叶子表面的灰尘,从而清洁了叶子表面。科学家们还向荷叶的纳米结构学习,发明了不沾泥不沾水的衣物。

  瞄准癌细胞的神枪手

  治疗癌症的关键是让药物杀死癌细胞而不破坏正常细胞,这就需要比细胞还小的结构将药物直接塞进癌细胞中,而纳米小机器人恰就可以做到这一点。纳米小机器人壳内填上药物,壳外有很多触角,当触角识别出癌细胞时,壳就会打开释放出药物,从而杀死癌细胞,而丝毫不触及正常细胞。

  通往太空的纳米天梯

  1895年俄罗斯科学家首次提出太空梯概念,使用一根绳子连接地球和航天器,人们乘坐太空电梯上下穿梭。设想虽美好,但用什么材质来制作“天梯”就成为了困扰材料专家的一大难题。柔软的铅笔芯、坚硬的金刚石都是由石墨分子构成,如果能将二者的性质相结合不就是制造“天梯”的理想材料吗?由石墨分子单层绕同轴缠绕而成,或由单层石墨圆筒沿同轴层层套构而成的碳纳米管,重量轻、拉伸强度极高恰恰就符合这一条件,成为人们研究制造天梯的首选材料。

  纳米技术作为一门新兴科技,其大多数设想都还处在研究和试验阶段,但可以肯定的是,在人类的未来生活中,“纳米”必然成为一个越来越被普遍提及和应用的概念与技术。

  内容来源:科拷荟沙龙第五期

  文字:冷玥

本文来自:中国数字科技馆
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