通过上一章对纳米基本知识的了解，或许此时你对纳米已经不再那么陌生。但是，你知道什么是纳米技术吗？它的发展在现实生活中又有哪些应用呢？本章我们将介绍一些关于纳米技术的知识。
第一节出类拔萃——纳米技术概述
纳米技术是指在0.1～100纳米的尺度范围内研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项新技术，包括纳米结构和纳米材料。
科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显着地表现出许多新的特性。因此，利用这些新特性制造出的具有特定功能设备的技术，就被称为纳米技术。
此外，从纳米的研究状况来看，关于它的概念还有其他3种说法。
首先是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。这一概念说明，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，当然也就能制造出任何种类的分子结构。不过，这种关于纳米技术概念的说法并没有取得大家的认同。其次是把纳米技术看成是微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小结构的技术。事实上，这种微加工技术也会使半导体等微型化达到极限。现在不是已经出现了很多的“迷你型”产品吗？因此，现有技术如果能不断地发展下去，从理论上讲它也终将达到一定的限度。无论怎么样变换，如果要把电路的线幅变小，就会使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样绝缘效果肯定没有原先的效果好。因此，关于这种概念的说法也有争议。最后是从生物的角度出发而提出的纳米技术。
之所以要从生物中来提出，是因为在生物的细胞膜内本来就存在纳米级的结构。由于细胞是生物的基本单位，是体积最小的元素，所以纳米技术的概念从生物的角度来提出比较容易被人接受。
生活中，我们了解最多的是微电子技术，比如我们所使用的收音机、电视机、计算机等电子产品都是利用微电子技术创造出来的。那么，纳米和微电子技术有什么区别呢？
纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现它的功能，是利用电子的粒子性来工作的。所以，人们研究和开发纳米技术的主要目的也就是要实现对整个微观世界的有效控制。
由于纳米技术的研究内容涉及现代科技的领域，因此它是一门交叉性很强的综合学科。它在电子学、物理学、化学、生物学、加工学、计量学等分支学科中都有应用。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，纳米电子学则是它的重要内容。其实，这和纳米研究的对象有直接的关系。因为纳米技术主要研究对象是单个的原子、分子和电子，而这些又是和物理化学以及电子科学直接相关的。
虽然纳米技术涉及的领域比较广泛，但并不是所有的物质都和它有关系。那么，纳米技术到底和哪些内容有关系呢？
首先是纳米材料。
从纳米技术的含义上我们可以知道，它是在0.1～100纳米的尺度范围内进行研究的。在这个范围内物质的性质会改变，失去原来的性质而拥有一种新的、特殊的性能。所形成的具有特殊性能的材料与原来物质的材料完全不同，这样的材料就是纳米材料。
对纳米材料的研究一般是对它的表面积进行研究，它的表面积研究非常重要，其检测数据一般采用BET方法（也就是比表面积检测的一种）检测出来的结果才是真实可靠的。然而，这是一种比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神便会导致测试失败。显然这是一种很浪费人员、浪费时间的方法。那么，有没有能够完全自动化的方法呢？
F-Sorb2400比表面积测试仪的出现实现了这一愿望，它是目前国内唯一一台完全自动化、智能化的比表面积检测设备，达到了国际水平，它的测试结果与国际测试结果一致性很高，稳定性也很好，同时也能减少人为误差，提高测试结果的精确性。
纳米材料的确定并不是某个专家说了算，而是要通过一定的验证才能通过的。对于有的材料，即使它在尺度上达到了纳米的标准，但是由于没有特殊的性能，也不能称为纳米材料。
那么，你知道首次提出纳米材料的人是谁吗？第一次真正认识到某些物质的特殊性能并在其中引用纳米概念的是日本的科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热的性能。后来他们又用磁性材料去做实验，结果也是这样。例如铁钴合金，把它做成大约20～30纳米大小，它们的磁畴就变成单磁畴，而磁性要比原来高1000倍左右。但是，当时并没有把这种材料命名为纳米材料。直到20世纪80年代中期，又经过一段时间的研究，人们才正式把这类材料命名为纳米材料。
那么，为什么当磁性材料的磁畴变成单磁畴时，它们的磁性就会比原来提高1000倍左右呢？这是因为，在磁畴中，单个原子的排列并不是很规则，而单原子中间是一个原子核，外面则是绕其旋转的电子，这也是形成磁性的原因。但是，变成单磁畴后，单个原子排列变得很规则，因此就会对外显示强大的磁性。后来，人们利用它的这一特性，主要把它们用于微型电机的制造。
并且人们还预想，如果将这一技术继续往前发展，等到一定的时候，就能将它们用于制造磁悬浮，也就是说，可以用它们来制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。其实，现在这一理想已经实现，目前在我国上海就有磁悬浮列车。
其次是纳米的动力学。纳米动力学其实就是说和纳米技术有关系的微型电动机械系统。它主要用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通信系统、特种电子设备、医疗和诊断仪器等。所采用的工艺是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺，并且用于这些工艺的部件很小，刻蚀的深度也要求在数十至数百微米之间，而宽度误差要更小。
再次是纳米生物学和纳米药物学。纳米生物学和纳米药物学是指纳米技术在生物领域和医药界的应用。目前在生物上的应用主要是用于生物实验的研究；在医药方面主要是用于特殊疾病的治疗。另外，当纳米生物学发展到一定阶段时，就可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并且还能制成吸收癌细胞的生物医药，在注入人体内之后，就能用于定向杀癌细胞，并且不会伤害其他健康的细胞，达到治疗一些癌症的目的。
最后是纳米电子学。它指的是纳米在电子方面的应用，主要包括基于量子效应的纳米电子器件，纳米结构的光、电性质，纳米电子材料的表征，以及原子的操纵与组装等。目前市场上出现的电子产品越来越精巧化，迷你型的电子产品不断走向市场。这与目前人们的追求是有直接关系的，当然，电子产业为了满足消费者的需求，也就不得不把技术越提越高。电子产品就变得更小、更新、更快。
那么究竟是什么技术满足了市场的这一需求呢？那就是纳米技术，它是建设者的技术后盾，具有很大的影响力。
当然，纳米技术的兴起也不是一夜之间出现的，它也是一步步发展来的。在纳米被科学家提倡以后，1990年7月，在美国巴尔的摩召开了国际首届纳米科学技术会议；1992年，首届纳米材料会议在墨西哥召开；1996年，在中国召开了第四届纳米科技学术会议。在这期间，纳米技术研究开始尝试性地应用到科学技术的各个领域中。但是由于一些条件还不够成熟，因此还没有被广泛地应用到各个领域中。直到2000年的第五届国际纳米材料会议在日本仙台举行，才推动纳米技术走向更广阔的领域。随后，一些和纳米有关系的产品不断地出现在人们的生活中。人们利用纳米技术大量制造复杂的纳米结构物质，纳米计算机已经验证出能够制造动力源与程序自律化的元件和装置等。同时还有一个很重要的问题，那就是纳米技术的应用需要很高的费用。
第二节开拓创新——纳米技术的应用
虽然纳米技术的起步较晚，但是时代却赋予了它一双能够快速奔跑的“飞鞋”。目前，它已经被各行业的“头目”所熟悉，并已被应用到各自的领域中，而且取得了一些令人惊叹的成绩。那么，它都被应用到哪些领域，又取得了怎样的成就呢？
1.纳米机器制造
纳米机器和纳米机器人是不同的两个概念，我们所说的纳米机器是利用纳米技术生产出来的一些机器，而纳米机器人只是它内部的一分子。关于纳米机器，我们将会列举3个例子来进行讲述，分别是分子马达、纳米机器人和纳米火车。
这些都非常有意思，不信就和我们一起去了解它们吧！
（1）别致的分子马达
听到这个名字你是不是感觉很奇怪？或许你见过马达，但是你可能没有见过分子马达。究竟什么样的马达才算是分子马达呢？从一方面来讲，分子马达又称分子发动机，是分布于细胞内部或细胞表面的一类蛋白，它负责细胞内的一部分物质或者整个细胞的运动，生物体内各种组织、器官乃至整个生物体的运动最终都归结为分子马达在微观尺度上的运动。另一方面，在其他的场合中，它所指的意义有所改变，要根据场景来理解。
我们知道，生活中常见的马达都是一些机器上负责发动的零件。那么，如果我们想要在微观的世界里制造一些微小的机器，我们首先也要进行微型零件的生产。而分子马达就是微观世界里机器上的零件之一。但是，你不要小看这些零件，如果没有它，很多纳米机器都无法诞生。
我们知道，生活所见到的很多机器都是由齿轮来带动其运行的，那么，试想一下，在微观世界中，能不能制造出纳米尺度的齿轮呢？事实告诉我们这是有可能的。
日本东京大学已经成功研制了世界上第一个可自动控制转速的分子齿轮。这种分子齿轮的结构是在两个直径约为1纳米的卟啉分子中间夹一个直径约为0.1纳米的金属离子。采用的原理是，在植物的叶绿素中提取出卟啉分子，然后将卟啉分子和金属离子放入同一种溶液中，并在特定的条件下将这种溶液加热，这样就可以制造出分子齿轮了。另外，日本有关专家还介绍说，目前这种分子齿轮还不能投入使用，如果要达到实用化的目的，就必须将多个单独旋转的分子齿轮结合起来，组成一个力的传动系统。但是，这项研究的实施还有待于专家们进一步探讨。
同时，这个设想若要实现，还需要为齿轮提供一个推力，它就是——分子马达。科学家曾经利用多个DNA分子来制造分子马达，虽然成功了，但这些马达都存在着效率不高、难以控制的缺陷。后来，有两个中国学者提出利用单个的DNA分子来制造分子马达，经过不断的研究，制成了这样的分子马达。这个结果令人欣慰，也代表着纳米机器向人类现实又走近了一步。
由于DNA是生物遗传物质的载体，所以由DNA研制成的分子马达具有其他物质所不具备的特点。它的优点是可以直接将生物体的生物化学能转换成机械能，而不像普通的马达那样还需要电力支配。因此，从理论上说，DNA分子马达可以借助一些生物化学变化而进行药物和基因等的传递，比如说，将药物分子直接输送至癌细胞的细胞膜。与多分子DNA马达相比，单DNA分子马达应用起来更为方便。
此外，采用人工合成的单DNA分子来制造分子马达的另一个好处是，可以根据不同要求而有针对性地设计出DNA分子，有目的地制造出DNA分子马达。这样不仅能够做到节约成本和资源，而且还能提高DNA的利用率。此外，所制造出的这些马达不但拥有不同的效率，并且还能把物体搬运到更远的地方。
然而，令人遗憾的是，分子马达的投入使用还是一个未知数。
不过，我们相信，随着科学的不断发展和科学家的不懈努力，分子马达的投入使用不会让人们期待太久。
（2）神奇的纳米机器人
在纳米机器中，有一位“神奇的小人”，它的出现是纳米技术成熟的一个标志。那么，这个“神奇的小人”是什么呢？它就是纳米机器人！
或许我们见过机器人，但是，纳米级的或许还是第一次听说吧！那么，纳米机器人和普通的机器人有什么区别呢？它有哪些神奇的功能呢？
自从1986年，美国的德雷克斯勒博士在自己的着作《创世的引擎》中提出了分子纳米技术的概念之后，纳米技术就已经崭露了头角。
但是，由于当时科学还不是那么发达，所以他的设想一直没有应用于实践。其实，他所说的分子纳米技术，就是使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，并可以做出任何种类的分子结构。他提倡的分子纳米技术包含这样的观点，微型机器可以利用自然界中存在的所有廉价材料制造任何东西。很显然，这种观点显得比较离奇。然而从另一个角度来看，他的观点却揭示了一个我们在21世纪将会大规模进军的领域——微观机器人领域，也就是我们要说的纳米机器人。
