一根頭發(fā)可容納兩萬輛納米車行駛，仍需漫長時間解決分子制造技術難題
人類可以用小的機器制作更小的機器，最后將逐個地排列原子，制造產(chǎn)品。這是著名物理學家諾貝爾獲得者理查德·費曼1959年對納米技術的最早夢想。從此，人類就開始了對納米世界的探求。美國賴斯大學的科學家近期利用納
米技術制造出了世界上最小汽車。和真正的汽車一樣，這種納米車擁有能夠轉動的輪子。只是它們的體積如此之小，甚至即使有兩萬輛納米車并列行駛在一根頭發(fā)上也不會發(fā)生交通擁堵。
圖片來源：美國賴斯大學網(wǎng)站
這就是在微粒子顯微鏡鏡頭下的納米筆真面目。
車身雖小，部件齊全
整輛納米車對角線的長度僅為3至4納米，比單股的DNA稍寬，而一根頭發(fā)的直徑大約是8萬納米。
不過納米車雖小，也擁有底盤、車軸等基本部件。其輪子是用60個碳原子組成足球狀單一分子。這使得納米車在外觀上，看起來像啞鈴。它利用一種三合體作軸，連接每個輪子的軸都能獨立轉動，使得這種車能夠在凹凸不平的原子表面行進。
據(jù)專家介紹，以前也曾有人制造出過納米級的超微型“汽車”。但新問世的這輛“汽車”卻與其前輩們有著很大不同：這輛納米車是世界上首個利用滾動前進的納米結構物質，此前的所謂納米車只是通過滑動來前進。這項技術是在賴斯大學詹姆斯·托爾教授的領導下，經(jīng)過8年研發(fā)而成。托爾說：“就是它了，你不能再建造更小的原子運輸工具了�！彼耐聞P文·凱利說：“建造一個可以在平面上滑動的納米工具已經(jīng)不是什么難題了。證明納米物體是旋轉滾動，而不是滑行或者滑動，才是這個工程中最困難的一部分。因此，這項突破是近來在微型領域中最重要的一項成果”。
納米是指一米的十億分之一，納米物質則是由幾十到上千個分子組成。由于體積十分小，這給它們一些特性，如納米車不受摩擦力的影響，它的輪子是個結構緊密的單一分子、很難分散成單獨的碳原子。
高溫下車輪滾動前行
納米車95%的重量都是碳元素，此外還有一些氫和氧原子。整個制造過程大致與分子合成藥物的步驟相似，分成20步。制造完成后，再被置于甲苯氣體中，放置于金片表面。
在常溫下，納米車的輪子會和金片表面緊密結合，當把金質金屬表面加熱到200℃的高溫后，放置在上面的納米車由于變性就能開始運動。現(xiàn)在還不知道在沒有外力作用時它們會向前還是向后運動，但是一旦開始，就不會停頓或改變方向，直到停止加熱。
不過研究人員發(fā)現(xiàn)，通過施加磁場，他們能夠改變納米車的運動方向。此外，科學家還可以通過精微尖端抓住納米車，拖動其前進�？茖W家還為納米車制造了一臺世界上最小的馬達，它是由30個碳原子和一些硫磺原子組成，利用光來驅動。但是當被放置在金質表面時，由于金屬分子吸收了大部分光，納米馬達無法得到足夠的動力。
實際應用尚需時日
這種納米車1克的材料就可以裝載約1000毫克的藥物分子，因為體積小，所以能在器官和血管中自由通行。它外形好似布滿規(guī)則小孔的“空心球”，里邊裹挾著藥物，當納米送藥車在體外磁場的作用下抵達患處，然后經(jīng)過調(diào)節(jié)患處酸堿度或離子強度，納米車的“外衣”就會脫去，小車上裝載的藥物就被釋放出來。研究人員希望這種特殊的交通工具能夠被用于分子構造領域。改進后的納米車能夠承載一個分子的“貨物”，在納米工廠之間運送原子和分子。未來人們能利用大批量這樣的微型機器來建造新材料。
但有人質疑分子制造業(yè)是不切實際的，它還可能給環(huán)境帶來無法預測的風險，如大量納米機器通過自我復制導致泛濫成災。但是科學家普遍認為，那樣的情形只可能在科幻小說中出現(xiàn)。托爾教授表示，目前他并不打算為納米車技術申請專利權，因為他認為至少需要一代人的時間才能解決分子制造中的多個技術難題。他說：“等你利用該項技術開發(fā)出實用產(chǎn)業(yè)時，專利權早就過期了�！�
這項研究的資助方是美國得克薩斯州一家名叫Zyvex的納米技術公司、美國國家科學基金會以及日本本田公司。
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納米技術之納米筆
本報綜合報道美國納米科學與工程研究中心的科研人員10月初宣布，他們制造出世界上最小的鋼筆———納米筆。
這種新型納米筆能畫出40納米寬度的線條，這是紅血球直徑的1/100.它是利用毛細作用來保持筆管中的液體流動，筆管連接著一個很小的“墨水庫”。它還是支多用途的筆，能夠儲存多種不同的墨水，從繪畫顏料到生物原料。雖然首批納米筆早已誕生，但它們不能儲存墨水，而且必須蘸進墨水中才能使用。
這種筆的筆尖是由鉆石材料制成，或者是外表覆蓋有鉆石層的硅，它被粘貼在一個筆桿上。因此筆尖將非常耐用。由于新型納米筆是用標準的微制造技術制成，因此能夠大批量生產(chǎn)。納米筆能夠與微粒子顯微鏡結合，讓科學家在觀察納米微觀世界的同時，在上面“作畫”。科學家希望，它最終能夠被用于制造蛋白質排列和復雜的半導體。（謝來）
納米技術之發(fā)動機
本報綜合報道今年4月，美國物理學家阿利克斯·澤爾德領導的小組公布了世界上首臺納米發(fā)動機的誕生。
這臺發(fā)動機由置于納米碳管基座上的兩滴液體物質構成，利用液體的表面張力工作。發(fā)動機長度有200納米。它由固定在多層納米碳管基座上的一大一小兩滴滴液態(tài)銦構成，直徑分別為90納米和30納米。其工作原理是液體的張力特性：由于物體體積越小表面張力的作用越明顯，在微米尺度以下表面張力則占統(tǒng)治地位。
在外加電場的作用下大液滴向小滴沿基座傳送原子，小液滴變大而大滴變小，直到兩滴相觸完成收縮過程。接觸后在表面張力的作用下，大滴迅速吞噬小滴，完成舒張過程。在這一過程中，能量轉變會產(chǎn)生動力。在外加電場的作用下這個裝置可以持續(xù)工作。這一裝置產(chǎn)生的能量雖然只有20微瓦，但是這和它的個頭比起來已經(jīng)相當高效。（謝來）
責任編輯：屠筱茵
