未来的纳米级工厂

在未来，我们几乎可以让任何东西变成其他东西。重要的是，随着自下而上纳米技术的广泛应用，所有的「污染物」和「废弃物」都将成为一堆等待被重新排列成有价值东西的原子。

纳米结构可以由单个原子或分子两种方式组成。第一种方式被称为「定位组装」，涉及使用更大的工具来移动单个原子或分子；第二种方式叫「自我组装」，是纳米级物体在纳米级上构建或操纵其他物体。

迄今为止，还没有人能创造出科幻小说里那样的自我复制的纳米机器人。然而，在所谓的「分子自我组装」方面已经有了一些成功的实验。

例如，纽约的 DNA 机器人已经在 8 种不同的模式中组装了黄金粒子。与此同时，哥伦比亚大学的研究团队已经为其 DNA 机器人设定了启动、停止、转弯和移动的程序。他们的「DNA 步行者」有三条或多条由一系列基因酶组成的腿。由于受到一系列生物化学物质的化学吸引，它的每条腿都能向前移动，这是一种化学控制手段。从理论上来看，利用这些和其他技术发展，将来我们会建造出分子工厂来制造化学化合物甚至纳米级计算机。

纳米电子学

纳米技术目前被用于制造最先进的硅晶片，其组件尺寸只有 22 纳米。这种「互补金属氧化物半导体」（CMOS）芯片是由一层仅 0.9 纳米厚的金属氧化物制成的。因此，我们将很快达到互补金属氧化物半导体技术的小型化极限。

除了碳纳米管，另一种具有许多未来应用潜力的纳米材料是石墨烯。石墨烯是由一层排列成蜂窝状结构的单层碳原子组成的，具有相当惊人的强度、灵活性、透明度和导电性。虽然石墨烯是在 1962 年发现的，但直到最近，除了一些非常小的薄片，它仍无法量产。不过在 2010 年，韩国三星集团和成均馆大学的研究人员成功地在一种柔韧、透明、63 厘米宽的涤纶薄板上制造了一层连续的纯石墨烯。由于这一成就，未来的石墨烯很可能被用来生产高度灵活的显示器和触摸屏。石墨烯也可用于未来太阳能电池的生产。

纳米材料和纳米涂层

纳米技术将越来越多地被用于改善许多材料的性能。具有防污防水功能的纳米涂层的纺织品已经相当普遍了。一些建筑也开始使用具有「自我清洁」功能的纳米涂层玻璃，可以防止灰尘粘在玻璃上。虽然这些发展看起来似乎还不成熟，但窗户清洁工和清洁剂制造商仍应予以严肃对待。

在某些传统材料中加入碳纳米管已经引发了一些相当新奇的发明。

在塑料工业中，将纳米级添加剂引入传统材料也将逐步促进新的纳米复合材料的开发。纳米级添加剂将使其强度和外观得到改进，而且成本更低。

而另一种潜在的纳米材料开发是按需结合。未来，这种材质的安全接头可以将金属和塑料牢牢地固定在一起，而且这种接头可能在几年后被原子「停用」，以便于回收。

纳米医学

在医学上采用纳米技术也是非常合乎逻辑的。数百年来，医生一直在发展手术技术，这些技术使手术的精确度越来越高。因此，服用纳米药物可谓是一种自然进化，可能导致外科和药学的融合。

1999 年 6 月，诺贝尔化学奖得主、纳米技术先驱理查德·斯莫利（Richard Smalley）在美国众议院的一次听证会上论证了这一观点，正是这些听证会促成了美国纳米技术计划的出台。

斯莫利于 2005 年死于癌症。然而，如今有几个团队正在开发纳米机器人，以实现未来治疗癌症药物的定向投放。。

另一个与健康有关的开发是用纳米技术净化水质。作为南非希望工程的一部分，斯泰伦博斯大学水务学院的研究人员正在开发一个革命性的水过滤系统，并将其加入传统的过滤包。这种过滤包内含活性炭和纳米纤维，而这些纤维与杀菌薄膜结合在一起，预计成本约为半美分。用户只需在容器中放置这样一个过滤包，当脏水通过这个过滤包时，活性炭会去除不需要的化学物质和杂质，而纳米纤维上的生物化合物会破坏有害微生物。

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