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乐观而不失冷静地审视纳米技术

       2013122日,“嫦娥三号”带着“玉兔”月球车升空,1215日降落在月球表面。尽管很多公众并不能马上说出“嫦娥”系列探月行动会对他们的日常生活造成什么样的改变,但是他们却不假思索地为这一成就欢呼,为科技的力量感到自豪。

          月球离地球的平均距离是3.8x10米。如果以我们日常生活中熟悉的1米这个单位为界限,往微观缩小同样的量级的话,那就是2.6x10米,也就是2.6纳米。在纳米尺度上,现代科技——特别是材料科学——自上世纪80年代发展起了一门新兴的技术,就是“纳米技术”。公众对于“纳米”这个词并不陌生,因为在21世纪初,国际国内都曾经大肆炒作过这个概念。但就像许多曾被炒作过的科技术语一样,此后“纳米”在公众心目中就成了一个不尽正面的、可疑的形象。其实,和登月所采用的尖端技术相似,纳米技术虽然从总体上说还是一种新兴的、有待成熟的技术,但其中一些先行商业化的技术已经实实在在地改变了现实生活。如何能够让公众像对在宏观空间上拓展了将近9个数量级的探月工程一样,对在微观空间上拓展了9个数量级的纳米技术恢复较为正确的认识,自然就成为科学传播的一个重要任务。 

        《纳米》作为“中国科学院科学传播系列丛书”面世的第一本书,通过整合大量的专业资料,基本上把纳米技术的现状和未来的前景较为全面地、理性地展示了出来。 

          截至到本书出版的2013年,已经商业化的纳米技术有哪些呢?通览全书,可以找到这样的答案:首先,纳米催化剂已经是一个比较成熟的技术领域。通过利用纳米材料的大表面和小尺寸的性质,不仅可以大为减少催化剂中铂、钯等贵金属的使用,或是用稀土等较便宜的材料作为替代,而且可以延长催化剂的使用寿命。事实上,纳米结构催化剂已经对美国30%N40%的石油与化工企业产生了影响。 

          其次,纳米技术在日常生活中也已经有了很多应用。一些食品在加工过程中采用纳米加工技术,改善了食品的性能或营养。同样,应用了纳米技术的化妆品也可以改善其性能(比如增强防紫外线辐射的能力)。纳米食品包装和接触材料也已经比较常见,比如很多电冰箱、电饭锅甚至婴儿水杯、案板都有纳米银涂层,可以起到杀菌、延长食物保鲜期的作用。 

          医学界也算是纳米技术的应用中一个较有突破性的领域。比如抗肿瘤药物紫杉醇的纳米级给药系统已经成功上市,取得了一定疗效。而运用纳米技术进行广泛的疾病诊断也指日可待。在环保领域,纳滤膜也已经有了一定程度的应用。

          不过,纳米技术毕竟“仍然处于初级阶段”,已经有了较充分的理论和实验支持,但因为种种原因暂时难以商业化应用的纳米技术更多。比如微电子业有个著名的“摩尔定律”:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,每隔约18个月便会增加一倍。不过,当下最新的硅基晶体管虽然在尺寸上已经进入了几十到几百纳米的尺度,但是当其尺寸进一步缩小到几个纳米的级别时,便会产生一些问题。未来摩尔定律的发展,可能会依赖于以碳纳米管为基础的新型晶体管技术,也可能会超越摩尔定律,甚至超越当前的集成电路基本结构,依赖于纳机电系统以及单电子晶体管等新型电子元件而发展。但是,这些技术目前离实用都还有很大距离,比如成批制造特定规格的碳纳米管就还十分困难(其他碳纳米材料如富勒烯等在制造上也有同样问题) 

         能源危机几乎可以肯定会成为21世纪人类发展遇到的最大问题。在能源领域,纳米技术也是出手不凡,“在过去10年中……为将近一半的能源转换、能源存储以及碳封存项目提供了解决方案”;纳米级别的染料敏化太阳能电池、纳米催化剂燃料电池、纳米管储氢设备等都在实验室中取得了不错的成绩。但所有这些技术的共同问题也是在于所需的纳米材料制备困难,费用昂贵。 

          而且,纳米材料的安全性和对环境的污染也不容小觑。纳米技术可能会给人类健康和环境带来一定的安全性问题,因此,虽然纳米技术的研发和应用方兴未艾,但是人们吸取以前的教训,在纳米安全方面和纳米伦理学研究方面已经做了很多研究工作。

          总之,这本书告诉我们,如果能够在纳米材料的大批量、低成本制备上取得突破,那么纳米技术将比现在更为深入地改变人类的生活。但也正是诸如此类的技术瓶颈,以及纳米材料的安全性等问题,提醒我们不能陷入技术乐观主义的白日梦中,而应该对纳米技术在可预见的未来的实际发展空间有一个大致比较合理的估计。毕竟,我们在19N20世纪已经上过很多次技术乐观主义乌托邦的当,到了21世纪,是换一种更深沉、更冷静的思维审视科技创新的时候了。 

    我期待像《纳米》这样的面向公众的著作,帮助人们乐观而不失冷静地理解纳米技术,在促进中国在纳米技术上取得领先世界的进展的同时,也能够促成一个合宜的、理想的纳米时代的到来。

 
              

  作者:刘夙 

     来源:中华读书报、果脯网

     编辑:果脯网编辑 果品

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