현재 인류가 연구할 수 있는 물질 세계의 최대 규모는 약 654 억 38 억+0 억 광년 정도인데, 이것은 우리가 관찰한 우주의 대략적인 범위이다. 인류가 연구한 물질 세계의 최소 잣대는 약 0. 1 아미이다.
나노 기술에서 이른바' 나노' 는 국제 단위에서 M 으로, 기호에서 nm 으로 표현된다. 물리학의 원자로 말하자면, 한 원자의 지름은 0. 1-0.3nm 이다.
나노 기술은 나노 스케일 (1 나노미터에서100nm 사이) 에서 원자, 분자 등의 물질의 특성과 상호 작용, 그리고 이러한 특성을 활용하는 학제 간 과학기술을 말한다. 물질의 크기가 1- 100nm 정도로 작을 때, 그 양자 효과, 물질의 정역성, 거대한 표면과 인터페이스 효과로 인해 물질의 많은 성질이 질적으로 변하여 거시물체와 단일 고립된 원소와는 다른 기이한 현상이 많이 나타난다. 나노기술의 궁극적인 목표는 나노스케일의 원자, 분자, 물질의 참신한 물리적, 화학적, 생물학적 특성에서 특정 기능을 가진 제품을 직접 생산하는 것이다.
나노 기술의 기원에 대해 저명한 물리학자, 노벨상 수상자 리처드 파인만 (Richard Feynman) 이 처음으로 나노 규모의 과학기술 문제를 제기했다. 그는 1959 의 유명한 강연에서 만약 인류가 원자와 분자 규모로 재료와 제비기를 가공할 수 있다면, 우리는 많은 흥미로운 새로운 발견을 할 것이라고 제안했다. 그는 나노 구조를 조작하고 그 성질을 결정하기 위해 새로운 소형화 기구가 필요하다고 지적했다. 그때 화학은 사람들의 뜻에 따라 원자를 정확하게 하나씩 배치하는 문제가 될 것이다. 1974 년 곡구는 처음으로 나노 기술이라는 단어를 사용하여 정교한 가공을 묘사했다. 1970 년대 말, MIT 의 드렉슬러 교수는 나노 기술 연구를 장려했지만, 당시 대부분의 주류 과학자들은 회의적이었다. ②
당시 주류 과학자들은 나노 기술에 대해 그다지 낙관적이지는 않았지만, 늘 회의적이었다. 그러나, 과학기술이 발전함에 따라 나노 기술은 점차 부용처럼 과학자 앞에 나타났다.
1970 년대에 과학자들은 나노 기술에 대한 생각을 다른 각도에서 제기하기 시작했다. 과학자들은 나노 기술을 통해 당시 완성할 수 없었던 화학 물질과 생체 물질을 실현하려고 했지만, 여전히 많은 과학자들이 부정적인 의견을 가지고 있다. 그들은 나노기술이 상상만 할 뿐 완성할 수 없는 기술일 뿐이라고 생각했다. 과학자 도니 구찌 (Donny) 는 1974 까지 처음으로 나노 기술이라는 용어를 사용하여 정밀 가공을 묘사했다. 그 이후로 나노 기술은 점차 사람들에게 인식되고 있다.
1982 년에 과학자들은 나노 연구에 중요한 도구인 터널 현미경을 발명했다. 이 중요한 도구는 길이가 0. 1 에서100nm 인 분자 세계를 탄생시켰으며, 최종 목표는 원자나 분자에서 직접 특정 기능을 가진 제품을 만드는 것이다. 이 중요한 도구는 나노 기술의 발전에 긍정적인 추진 작용을 했다.
1990 년 7 월, 미국 볼티모어에서 열린 제 1 회 국제 나노 기술 대회는 나노 기술의 공식 탄생을 상징한다. 199 1 년, 탄소 나노튜브가 인간에 의해 발견되었습니다. 그것의 질량은 같은 부피강의 6 분의 1 이지만, 그것의 강도는 강철의 10 배이다. 이 기술의 발견은 나노 기술을 과학자들의 관심의 이슈로 만들었다. 노벨 화학상 수상자인 스몰리 교수는 탄소 나노튜브가 미래의 최고의 섬유가 될 것이며 초미전선, 초미스위치, 나노 전자 회로에도 광범위하게 적용될 것이라고 말했다. 1997 년 미국 과학자들이 처음으로 단일 전자 이동 단일 전자를 성공적으로 이용했다. 20 년 후에는 속도와 저장 능력이 수천 배 향상된 양자 컴퓨터가 개발될 것으로 예상된다. 1999 년 브라질과 미국 과학자들은 탄소 나노튜브를 실험할 때 세계에서 가장 작은 저울을 발명했는데, 그 무게는 한 물체의 10 억분의 1 그램에 달할 수 있으며, 한 바이러스의 무게에 해당한다. 그 후 얼마 지나지 않아 독일 과학자들은 단일 원자를 측정할 수 있는 저울을 개발하여 미국과 브라질 과학자들이 공동으로 만든 기록을 깨뜨렸다. ③ 1999 년까지 나노 기술이 점차 시장에 진입했고, 나노 제품의 연간 매출액은 500 억 달러에 달했다. 최근 몇 년 동안 일부 국가들은 나노 기술의 전략적 고지를 장악하기 위해 막대한 투자를 하는 전략이나 계획을 세웠다. 일본은 나노 물질 연구 센터를 설립하여 나노 기술을 새로운 5 년 과학 기술 기본 계획의 연구 개발 중점에 포함시켰다. 독일은 나노 기술 연구 네트워크를 구축했습니다. 미국은 나노계획을 다음 산업혁명의 핵심으로 보고 있다. 미국 정부 부처의 나노 기술 기초 연구에 대한 투자는 1997 년 65438+ 16 만 달러에서 2006 년 4 억 9700 만 달러로 증가했으며, 최근 몇 년간 투자도 크게 증가했다.
결론적으로, 나노 기술의 급속한 발전은 1980 년대 말 90 년대 초였다. 1980 년대 초 파인만은 나노 기술 연구에 사용되는 STM (스캔 터널링 현미경), 원자력 현미경 (AFM) 과 같은 미시적 표상과 조작 기술을 발명하여 나노 기술의 발전에 상당히 긍정적인 역할을 했다.
현재, 나노기술은 이미 인류과학에서 비교적 일반적인 과학이 되었지만, 나노기술의 발전은 이제 막 시작되었고, 미래의 나노기술은 인류에게 많은 예상치 못한 이득을 가져다 줄 것이다.
일본 프라우드 연구소에서 제공한 자료에 따르면 분자기계 연구로 유명한 미국 위험회사인 Zabakers 의 예측에 따르면 나노 기술의 발전은 다음 다섯 단계를 거치게 될 것으로 예상된다.
1 단계, 발전 중점은 원자수가 100 이하인 나노 구조 재료를 정확하게 통제하는 것이다. 이를 위해서는 컴퓨터 설계/제조 기술과 기존 공장 장비 및 초정밀 전자 장비가 필요합니다. 이 단계에서 시장 규모는 약 5 억 달러이다.
두 번째 단계는 나노 구조 재료의 생산이다. 이 단계에서 나노 구조 재료와 나노 복합 재료의 제조는 실용적 수준에 이를 것이다. 이 중 유기탄산칼슘으로 만든 유기나노 물질은 무기단결정재의 3000 배에 달할 것이다. 이 단계의 시장 규모는 50 억에서 200 억 달러 사이이다.
3 단계에서는 대량의 복잡한 나노 구조 물질을 생산할 가능성이 있다. 이를 위해서는 고급 컴퓨터 설계/제조 시스템, 목표 설계 기술, 컴퓨터 시뮬레이션 기술 및 조립 기술이 필요합니다. 이 단계의 시장 규모는 6543.8+0000 억에서 6543.8+0000 억 달러에 이를 수 있다.
나노 컴퓨터는 4 단계에서 실현될 것이다. 이 단계의 시장 규모는 2000 억에서/KLOC-0 조 달러에 이를 것이다.
5 단계에서 과학자들은 동력원과 프로그램을 자율적으로 할 수 있는 부품과 장치를 개발할 것이며, 시장 규모는 6 조 달러에 이를 것이다.
Zebex 는 나노 기술의 각 단계가 매우 불확실하고 정확하게 예측하기는 어렵지만 나노 기술은 20 10 이전에 3 단계로 발전하여' 양자 효과 장벽' 을 뛰어넘는 기술이 실용화 수준에 이를 것으로 보고 있다. ④
나노 기술이 가까운 장래에 인류에게 큰 이익을 가져다 줄 것이라고 믿는 것은 컴퓨터와 유전자 기술에 이어 세계 강국이 쫓는 또 다른 기술 핫스팟이다. 나노 기술의 매력은 주로 인류가 현재 거의 모든 첨단 기술을 재정의할 수 있다는 데 있다. 나노 기술이 점차 시작되면서, 많은 공상 과학 소설에 묘사된 외계 첨단 기술은 지구인들에게 이미 매우 가능성이 커졌다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)
① 발췌: 나노재료 물리학 기초장, 화학공업출판사.
② 출처: 나노 물질 전기 화학 G. 홀츠 과학 출판사.
③ 출처: 나노 생명기술: 개념, 응용 및 전망 C.M. Nemeyer, Chad A.Mirkin, 마휘광, 수지국 화학공업출판사.
④ 출처: 중국 과학 기술 협회 정보 센터.