麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系主任陳剛-納米科技改變生活

納米技術(shù)由于目前的商業(yè)化程度還不夠，在普通人眼里依然還是相對(duì)陌生，本身納米技術(shù)更多的是一種極微觀結(jié)構(gòu)上的體現(xiàn)和應(yīng)用，絕大多數(shù)人并不思考微觀結(jié)構(gòu)，所以我們并未能深刻的認(rèn)識(shí)到納米技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)際上納米技術(shù)已經(jīng)不知不覺(jué)進(jìn)入我們的生活。

納米技術(shù)是用單個(gè)原子、分子處理物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。美國(guó)工程學(xué)院院士、麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系主任陳剛被譽(yù)為納米尺度能量和換熱領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，他表示，納米技術(shù)已經(jīng)改變了我們的生活，并將繼續(xù)改變我們的生活。

納米尺度使物質(zhì)產(chǎn)生新特性

納米又稱毫微米，如同厘米、分米和米一樣，是一種長(zhǎng)度單位，一納米等于十億分之一米。當(dāng)一種物質(zhì)或者空間在0.1到100納米范圍之內(nèi)時(shí)，材料將呈現(xiàn)出與宏觀狀態(tài)時(shí)極不相同的基本特性。比如，我們所說(shuō)的電子也有波的形態(tài)，電子波在宏觀材料傳輸時(shí)的波長(zhǎng)比幾個(gè)納米還長(zhǎng)，而在一個(gè)納米的顆粒內(nèi)部傳輸時(shí) 電子波的形狀會(huì)被壓縮，這時(shí)電子的能量就會(huì)產(chǎn)生變化，能量變化了，這種物質(zhì)新的特性就會(huì)產(chǎn)生。我們可以用這些變化了的特性來(lái)改善一些技術(shù)，甚至創(chuàng)造全新的技術(shù)。

在談到納米技術(shù)的研究方向時(shí)，陳剛表示，目前納米技術(shù)的研究有很多方向，我們知道集成電路都是用硅制造而成，電腦里最小的電路只有10個(gè)納米左右，磁盤和磁頭之間的距離也只有一兩個(gè)納米。大家都在尋找可以取代硅的材料，比如石墨烯。陳剛說(shuō)，他自己研究的內(nèi)容就包括用納米結(jié)構(gòu)材料做溫差發(fā)電。雖然材料看上去不在納米尺度內(nèi)，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是納米尺度的，所以它的特性比以前的溫差發(fā)電材料要好很多。目前，科研人員還在繼續(xù)尋找更多物質(zhì)在納米尺度的特殊特性及特殊現(xiàn)象，并希望把它們應(yīng)用在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)中。

納米技術(shù)改變能源基本載體，從而改進(jìn)能源技術(shù)

陳剛表示，他從90年代開(kāi)始至今一直致力于研究利用納米技術(shù)改進(jìn)能源技術(shù)。納米尺度很小，而全世界需要的能源是巨大的，那么怎樣用這么小的納米效應(yīng)去推動(dòng)如此龐大的能源需求？我們可以通過(guò)改變能源的基本載體來(lái)達(dá)到這一目的。比如導(dǎo)線里的電子，光線的光子，推動(dòng)蒸汽機(jī)的分子及固體里振動(dòng)的聲子，這些基本載體都有波和粒子的特性，它們的波長(zhǎng)一般在納米尺度內(nèi)。而從粒子特性來(lái)看，比如在空氣分子互相碰撞時(shí)，兩次碰撞之間的分子平均運(yùn)動(dòng)距離也是在100個(gè)納米左右。因此，納米材料或者器件中的電子、光子、和聲子的能量可以通過(guò)納米技術(shù)發(fā)生變化，如果能量發(fā)生變化，人們就可以控制能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。

納米技術(shù)將改變我們的生活

談及納米技術(shù)在生活中的應(yīng)用，陳剛表示，納米技術(shù)應(yīng)用于各種裝置中。比如磁盤儲(chǔ)存時(shí)，磁頭和磁盤間距離越來(lái)越小，因而儲(chǔ)存量越來(lái)越大，功能也越來(lái)越強(qiáng)。再比如有些電池的材料用納米結(jié)構(gòu)來(lái)改善充放電效率，這些材料都滲透在我們?nèi)粘Ｋ玫漠a(chǎn)品中。使用者可能很少會(huì)關(guān)心這些納米材料，他們通常比較關(guān)注產(chǎn)品的特性和功能。陳剛認(rèn)為，納米技術(shù)已經(jīng)改變了我們的生活，并將進(jìn)一步改善我們的生活。

科研環(huán)境是做好科研的保障

陳剛認(rèn)為，創(chuàng)新的科研環(huán)境對(duì)做科研很重要。陳剛把他在麻省理工學(xué)院工作的所見(jiàn)所聞給我們做了分享，他說(shuō)，在美國(guó)，學(xué)校會(huì)要求年輕的教授進(jìn)行獨(dú)立的研究，并用最好的條件去支持和鼓勵(lì)他們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造。陳剛表示，不論學(xué)生選擇基礎(chǔ)研究還是技術(shù)應(yīng)用，他都會(huì)支持，但他鼓勵(lì)學(xué)生先掌握牢固的基礎(chǔ)知識(shí)，因?yàn)橹挥芯邆淞死喂痰幕A(chǔ)知識(shí)，才可以做不同領(lǐng)域的研究。

跨學(xué)科知識(shí)對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)十分重要

陳剛表示，我國(guó)非常重視創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，社會(huì)大環(huán)境很好。但在人才培養(yǎng)方面，我國(guó)高校大學(xué)生大部分只對(duì)本專業(yè)的知識(shí)掌握的較好，對(duì)于跨專業(yè)知識(shí)掌握的較少，而創(chuàng)新人才需要比較全面的跨學(xué)科知識(shí)，所以他希望高校能夠加強(qiáng)對(duì)學(xué)生跨學(xué)科知識(shí)的培養(yǎng)，學(xué)生自身也應(yīng)多學(xué)習(xí)了解更多知識(shí)。

陳剛還談到，每個(gè)到他科研組的學(xué)生都需要具備三個(gè)條件：第一，強(qiáng)烈的事業(yè)心，學(xué)生本人必須是一個(gè)具有獻(xiàn)身科研精神的人。第二，開(kāi)放的思維，需要掌握豐富的理論知識(shí)。第三，善于交流，從交流中互相學(xué)習(xí)，還要能向別人解釋自己的工作。(來(lái)源：科普中國(guó))