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　　摘要：纳米材料是指三维中至少有一维在纳米尺度的材料，或是由它们构成的物质。一些物质的性质在纳米尺度下会发生非常显著的变化，将它们表现出的特殊性质加以应用的技术就是纳米技术。当前纳米技术在医学、能源、信息等领域已经有了很多应用。本文首先概括了当前纳米技术的发展情况;其次介绍总结了纳米技术在医学、电气、电子信息领域中的一些典型应用;随后对纳米技术今后的发展做了展望;最后得出结论。

　　关键词：纳米技术;应用;生物医学;潜在风险

　　(1)纳米材料的性质

　　物质在纳米尺度下发生的性质變化主要包括小尺度效应与表面与界面效应。

　　小尺度效应是指物质的尺度缩小到纳米级别后，其周期性的边界条件被破坏，导致其性质发生变化，这一效应可能体现在物质的颜色、导电性、化学性质等上;表面与界面效应是指随着颗粒尺寸的减小，处于表面的原子的比例升高带来性质变化，这些变化主要体现在物质的化学活性的增强上。

　　(2)纳米技术的发展

　　纳米技术的思想最早可以追溯到物理学家理查德·费曼在1959年的演讲。

　　1982年，扫描隧道显微镜被发明，这表示着人们终于可以直接检测到一个个原子与分子的位置，为纳米技术的发展产生了积极的促进作用。

　　1990年，第一届国际纳米纳米科学技术会议在美国举办，这标识这纳米技术的正式诞生。同在1990年，IBM公司就可以完成对单个原子的重排，这标识着人们可以将原子排列成他们想要状态，纳米技术的重要技术基础已经具备。

　　1991年，碳纳米管被人们发现，这是纳米科学领域第一个具有应用价值的发现，碳纳米管的质量仅为钢的六分之一，但其强度却是钢的十倍，可以作为高强度纤维使用。同时由于碳具有导电性，碳纳米管还可以应用于纳米级电路中。

　　1999年，纳米技术开始走向市场。

　　(3)纳米技术的现状

　　纳米技术进入市场后，世界主要国家纷纷制定相关战略，投入巨资研发纳米技术。到2003年，纳米技术在基础研究和应用研究方面都取得了广泛的突破。目前纳米技术的研究已经开始由纳米技术所需的纳米级仪器、纳米材料的基本性质等转向由纳米材料构成的系统的研究。虽然已经有很多纳米材料走向应用，但距离其全面应用还有很长的路要走。

　　1 纳米技术在医学中的应用

　　(1)碳纳米管在医学中的应用

　　碳纳米管是由六边形排列的碳原子构成的多层圆管，有着非常明显的力学、电磁学、光学性质。同时，碳纳米管中还可以填充其他物质来获得更好的性质。

　　在医学中，各种指标的检测是非常重要的，而利用经过修饰的碳纳米管可以制成各类生物探测器。如利用壳聚糖修饰的碳纳米管可以作为乳酸传感器，利用核糖酸修饰碳纳米管，可以作为生物传感器。目前利用碳纳米管制成的传感器尺寸小、精度高，可以满足很多苛刻条件下的应用需求。

　　(2)磁性纳米材料在医学中的应用

　　纳米Fe3O4粒子是一种典型的磁性纳米材料，具有非常优秀的磁性质，同时纳米Fe3O4本身无毒、具有非常好的生物兼容性。

　　由于纳米Fe3O4粒子可以保持磁性，又具有较好的表面活性，因此其可以在与药物、抗体、酶等结合后作为靶向药物在磁场中实现靶向定位。

　　(3)纳米机器人在医学中的应用

　　纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点。纳米机器人潜在用途十分广泛，其中特别重要的就是应用于医疗领域。

　　中科院国家纳米科学中心聂广军、丁宝全和赵宇亮院士课题组与美国亚利桑那州立大学颜灏课题组合作研制的DNA纳米机器人，利用DNA折纸术自组织方式来装载和释放凝血酶，并在两端装载有“雷达”核酸适配体，实现靶向识别和定位功能。这种DNA纳米机器人可以实现凝血酶在活体内的精准运输和定点栓塞，通过阻塞肿瘤血管的营养和氧气输运从而“饿死” 肿瘤细胞，达到安全高效治疗肿瘤的目的。这种技术对于包括乳腺原位肿瘤、黑色素瘤、卵巢皮下移植瘤和原发肺部肿瘤在内的多种肿瘤都有良好的治疗效果。相关的论文2018年3月发表在国际著名期刊《Nature Biotechnology》上。

　　2 纳米技术在电气领域中的应用

　　2.1 碳纳米管在电气领域的应用

　　碳纳米管可以表现出金属的良好电学性质，加上其优秀的力学性质，碳纳米管可以作为导线的材料。碳纳米管的超导特性已经被研究发现，如果可以在电网中将碳纳米管的超导特性利用起来，加上其密度低、强度高的特性，电网的建设、维护、运行成本都将显著降低。

　　2.2 纳米材料在储能领域的应用

　　在储能领域，一些纳米材料具有超导特性，可以利用这些材料进行超导储能。另一方面，可以用纳米材料制成具有高化学活性的催化剂，以此来提高化学电池的充放电速率并降低损耗。

　　在高能量密度动力锂电池的研究和应用上，采用纳米技术来提高储能材料的能量密度一直是行业内的重点研究方向之一，近几年国内的一些机构在这方面的研究取得了一些突破性进展。

　　2.3 半导体量子点在电气传感器中的应用

　　半导体量子点是一种由化合物组成的纳米颗粒，有极高的表面活性、易与其他原子结合，具有发出光子的能力。可以利用量子点在不同条件下光化学性质的变化对电器设施进行检测、作为传感器等。

　　3 纳米技术在电子信息领域中的应用

　　3.1 纳米技术在信息存储领域的应用

　　纳米技术可以直接移动原子并读取原子的位置信息，这意味著纳米技术可以作为一种信息存储技术，人们可以通过在平面上摆放不同的原子以存储数据，再利用扫描隧道显微镜等仪器读取原子的位置以实现信息的读取。

　　如果这种技术能得到可靠的应用，那么计算机的存储元件的信息密度可以显著升高，同时人们还可以通过在同一位置摆放不同原子来表示同一地址下的多种信息可能，这意味着如果这项技术得到应用，人们不必再限于二进制存储数据。

　　3.2 纳米技术在电子信息领域的应用

　　碳纳米管有着优良的电气特性，因此其可以作为微型电路的导线、开关等。过去半个世纪以来，计算机性能的提升主要依靠的就是芯片电路尺寸的缩小。当前芯片中电路的尺寸依然远大于纳米尺寸，因此如果纳米技术可以在微电路中得到应用，那么当前计算机的性能将会出现一个质的飞跃。

　　3.3 纳米技术在反侦察方面的应用

　　由于纳米材料特殊的电磁性质，可以利用纳米涂层减少战斗机反射的电磁波，以防止其被雷达检测到。当前这项技术已经在美军中得到应用，美军战斗机正是利用这项技术得以躲过伊拉克严密的雷达监视。

　　4 纳米技术可能存在的一些潜在风险

　　纳米技术的持续发展，虽然带来许多领域的技术革新，然而，纳米技术是一项新兴技术，在大多数人憧憬其美好前景时，也有业界专家开始冷静考虑纳米材料及纳米技术可能带给人类的不利影响。这些不利影响包括人类健康、环境污染、社会安全、伦理道德等方面。例如，人们已发现碳纳米管内的金属污染物和柴油的纳米颗粒对健康有不良影响;纳米材料制造过程中所产生的工业排放，以及纳米产品用后的回收，也会带来污染环境的风险。因此，在纳米技术的应用上，我们还应该持审慎态度来看待，其中可能存在的风险也应当引起人们足够的重视。

　　5 结束语

　　纳米技术从出现至今二十年以来已经取得了令人震撼的进步，但是其进步空间依然很大，当前距离纳米技术的全面应用依然有着巨大的距离。如果纳米技术能在医学、能源、信息领域得到全面应用可以使当前的各种设施性能取得质的飞跃，我们应当在纳米技术中投入一定资金，确保不在这一新兴领域落后于人。同时由于一些纳米材料可能具有毒性或其他危险性质，我们也应对其进行监督，确保新技术应用于改善人们生活的方面。

　　参考文献：

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　　[5] 李泓，郑杰允.发展下一代高能量密度动力锂电池——变革性纳米产业制造技术聚焦长续航动力锂电池项目研究进展[J].中国科学院院刊，2016，31(09)：1120-1127+971.

　　[6] 国家纳米科学中心.国家纳米中心等在医学纳米机器人肿瘤治疗研究中取得进展[EB/OL].http：//www.cas.cn/syky/201803/t20180308_4637525. shtml，2018-03-08/2018-05-06.