一根頭髮絲的直徑大概為3萬到5萬納米,所以讓你想想一下1納米多長,你可能根本想不出來。
當常態物質被加工到納米尺度時候,它們會表現出與大塊物質或者原子、分子完全不同的性質。
比如黃金,它天生一幅尊貴的樣貌,一直被用來代表皇家風範。但在納米尺度下,嚴格地說,當黃金被細分到小於光波波長的尺寸時,就呈現出了黑色。
事實上,所有的金屬在超微顆粒狀態都呈現為黑色。
以前,當你聽到納米級材料的時候,可能只意識到它很細微,但是如此微小尺度的材料到底有什麼不一樣呢?
現在,你至少知道了一點,因為太微小,它們基本不反光。
除了不反光,納米材料還表現出電、磁、熱、吸收、反射及生物活性等特性,具有抗菌、防汙、保鮮、高強度、耐磨等功能,可以用在各種地方。
咱們還是用金舉例,金這樣的貴金屬受人追捧,除了其數量和顏色之外,最重要的原因之一是其化學穩定性,當然啦,前提是在正常尺度下。
金是出了名的「極不活潑」金屬之一,不易被氧化,也不易被腐蝕。我們常常見到鐵生鏽,銀變黑,但金首飾就永遠沒有這些後顧之憂。
不過到了納米尺寸,金會性情大變,除了變黑,還表現出全新的化學、機械、電子和磁特性,而且這些特性根本不可能從正常的大尺度下去推斷和預測。
魔術師劉謙曾表演過著名的魔術「鬥轉星移」,他可以讓一枚硬幣在嚴絲合縫的杯子裡面「跑」出去,有點類似於「穿牆術」,而納米金的「穿牆術」卻不是魔術,而是事實。
以半導體材料砷化銦為例,當它和金處於穩定結構時,金會圍繞在砷化銦的周圍。但加入另一種含有金的物質時,金居然會穿越到砷化銦之間,這只能發生在納米的尺度上。
納米金為什麼會擁有穿牆術呢?
因為在納米尺度,原子都非常活躍,擺脫束縛、出現在其他位置的概率大大提高,大塊材料不可能發生的事情,在納米尺度都有了可能。
這種穿牆現象其實是原子擴散現象造成的。
通過納米金,我們看到了納米材料的性質有多麼不同。
那麼,比金還堅硬、也更加穩定的鑽石呢,它也可以變成納米級的材料嗎?這種納米技術有什麼樣的難度呢?
鑽石是因為炫目的光芒,才得以成為永恆愛情的象徵,但正如我們之前提到的,納米材料小到一定尺度,就不反射可見光了。
所以,你可以想見,納米鑽石可不會像手上所戴的大克拉鑽石那麼耀眼。
納米鑽石的概念最早起源於科學家在太空隕石中發現的鑽石結晶體,這些鑽石結晶體的平均直徑只有3納米。所以,只有用電子顯微鏡才能發現。
科學家們猜測,這些鑽石可能是太空中超新星爆發形成的。這個猜想不容易證實,但形成納米鑽石確實是需要高溫高壓的條件,因此也為人工合成納米鑽石提供了思路。
比如將石墨碳材料包裹在炸藥外面,然後用廢棄的礦坑實施爆炸,伴隨一聲巨響之後,衝擊波在高溫高壓的瞬間將鬆散的碳原子壓縮成一團。把其中石墨和非晶相的碳清除掉,留下來的就是納米鑽石。
這時候,即便你在其中翻翻撿撿,也肯定認不出來哪些是鑽石。因為所有東西都是黑乎乎的,即便認出納米鑽石,也沒辦法當愛情信物。
納米鑽石有什麼用處呢?
研究證明,納米鑽石顆粒可以作為藥物飛彈,用來向癌細胞傳輸化療藥物。並且,這種新型納米鑽石顆粒藥物傳輸系統還不會產生副作用。
這在醫學上可是十分罕見的,它究竟是怎麼做到完全沒有副作用的呢?
首先,納米鑽石顆粒不會引起細胞炎症,因為一旦被釋放出來,所留下的就僅僅是鑽石微粒而已。
同時,納米鑽石在水中的溶解度也賦予了它在臨床應用方面的新優勢,而且它可以用來治療結核病或者病毒感染。
看,這麼微小又不閃耀的鑽石,作用可比戒指大多了。
在生活中,當我們說到納米技術的時候,要麼就是使用了某種具體的納米材料,要麼就是納米尺度上發展出來的技術。
如果遇到某些產品把納米技術宣傳得神乎其神,你可以多問一個問題:用了什麼材料、什麼特性、或是什麼技術?
舉例來說,用於生物體,特別是人體的話,納米材料一般要比較苛刻,首先它要具有生物相容性,當然還要無毒。
一般認為納米鑽石、碳管這類碳組成的納米材料具有比較好的生物兼容性。而且它們是無毒的,這就保證了臨床醫學的安全性。
研究人員還發現,納米鑽石顆粒能夠幫助大多數正常的細胞抵禦化療藥物,使它們不被殺死,因為這種納米鑽石顆粒集群只有在抵達目標細胞時,才能緩慢釋放藥物,而它們所傳輸的藥物,幾乎是普通傳輸系統所能傳輸藥物的5倍多。
除了在生物技術上的應用,人類日常生活中用到納米技術的時候也很多,而且可能超出你的想像。
比如洗衣服,我們現在用的洗衣液已經很先進了,經常可以聽到「祛除99%的汙漬」,但有些汙漬還是難以在低溫下去除,為此我們有時候要把洗衣機的水溫調到60-90攝氏度,這不僅繁瑣而且格外耗能。
其實這時候,只要添加少量納米鑽石,就可以在常溫甚至低溫下輕鬆洗淨頑固汙漬。
但可能也會有人質疑,這聽起來很奢侈啊,誰要用鑽石來洗衣服?誰洗得起呢?
納米鑽石並不像大家在珠寶店裡看到的鑽石那麼昂貴,目前每克納米鑽石價格約為9塊多。如果大規模採購,價格只會更加低。
另外,我們在廣告中看到的「納米冰箱」,其實就是在主要部件中添加了納米材料。
加了納米材料的內膽可以長效抗菌,持續15-20年,門封條能夠防黴防汙,且質地柔軟、手感細膩,門把手既抗菌又耐磨。
作為普通消費者,想要生活得更安心,更有技術含量,多了解一點納米材料和納米技術當然是必要的。如果你有興趣,可以找來這本書來讀一讀,了解更多關於納米材料的知識。
本期分享圖書為《那麼小那麼大:為什麼我們需要納米技術》,清華大學出版社出版發行