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納米技術在未來的應用

科技 更新时间:2024-06-16 06:31:26

世界正在縮小,在人類肉眼所能看到的範圍之外,還有一個相對未被探索過的世界。微觀世界是真的很陌生,真的很迷人。

今天我們要探讨的是一個比微觀世界更深入,在納米尺度下工作的可能性。

納米技術在未來的應用(納米科學和納米技術的應用)1

這就是納米技術,它意味着任何納米尺度上的技術在現實世界中的應用。納米技術是一門微型科學,非常非常的小,很難想象它有多小,現在讓我們花一點時間試着去了解一下。

筆尖大約有100萬納米寬,所以沒有那麼接近。一張紙大約有7.5萬納米厚,一根頭發大約有5萬納米厚……已經沒有小的東西來比較了。

現在我們換一種方式來對比,假如一納米有足球那麼大,冠狀病毒就會有成年男性那麼大,一個大甜甜圈會和新西蘭差不多,一隻雞的大小和我們的地球差不多吧。

事實上,在比較的尺度上,如果地球上的每個人都是一個納米,那麼地球上的人類都能裝進一輛小轎車裡,現在你該明白納米是超級超級小的了吧。

我們所說亞原子,這就是納米的大小,但它為什麼那麼重要?為什麼我們要研究這些非常小的東西?

納米技術在未來的應用(納米科學和納米技術的應用)2

它最終會教會我們關于我們所生活的宇宙,我們可以用它們做一些有趣的事情,當我們進入納米尺度時,我們可以用新的領域和物理,來研究這些在其他尺度下并不适用的新領域和物理現象。

納米科學和納米技術可以用來重塑我們周圍的世界,毫不誇張地說,地球上的一切都是由原子組成的,我們吃的食物,我們穿的衣服,我們居住的房子,甚至包括我們自己的身體。

想想一輛汽車是如何工作的?這不僅僅是要有所有正确的部件,它們還需要在正确的位置才能讓汽車正常工作,這似乎很明顯,因為它們幾乎以同樣的方式構成不同的物體。

不同的原子排列方式決定了你周圍的一切,納米技術可以操縱和利用這一點,就像用樂高積木來制作飛機或宇宙飛船的模型一樣。

重點來了,事情開始變得有趣起來,當它們被縮小時,物體的性質也會改變,這是一種基于量子效應的現象。原子和亞原子粒子奇怪的是,有時會産生違反常規的行為,這是它們的自然管腔物質在納米尺度上被操縱和組織。

這些所謂的量子效應決定了粒子的行為屬性,所以我們知道材料的屬性是依賴于在納米尺度下如何工作。

這意味着科學家們有能力調整和微調材料的屬性,事實上他們已經能夠做到這點,而且已經有一段時間了,現在可以改變一些物體的屬性,比如熔點、熒光、導電性、磁導性和化學反應性等等,但我們在哪裡可以看到這種工作的成果呢?

好吧,目前市面上到處都有大量的商業産品,你我每天都在使用,如果沒有納米技術的操作和修改,這些産品相信大多數都不會存在。

例如,在玻璃上塗上透明的納米級薄膜,以及其他可以用它們來防水、劃傷、抗反射的服務,汽車、卡車、飛機、船隻和宇宙飛船,可以用越來越輕的材料來制造,我們正在縮小計算機芯片的尺寸,這反過來有助于擴大存儲容量。

我們的智能手機變得更智能,納米發電機可以在我們走路的時候給手機充電,藥物能夠在體内精确的位置和時間釋放,使治療比以前更有效,還有很多潛在的應用,現在讓我們深入了解其中的一些細節。

納米技術在未來的應用(納米科學和納米技術的應用)3

納米技術是計算機和電子技術的前沿技術,它帶來了更快、更小、更智能、更便攜的系統和産品,現在人們對單手操作的電腦已經習以為常。

在40年前,一台速度超級慢的電腦,它的體積有一個房間那麼大。通過處理器的微型化,一個比房間小得多的計算機成為可能,例如晶體管,使所有現代計算機在極短的時間内大幅縮小,從2000年的大約250納米,到2016年僅僅隻有1納米。

晶體管尺寸的革新,可能很快就能使整個計算機的存儲器存儲在單個芯片中,速度越來越快的系統也已經成為可能,因為納米級的磁隧道結可以在系統關閉時,更快速有效地保存數據。

可以預見的是,使用磁性RAM或随機存取存儲器與這些納米級接頭連接,計算機很快就能幾乎瞬間啟動。

可彎曲、可折疊和可拉伸的半導體納米膜電子産品已經被開發使用,它們的納米晶體結構厚度小于幾百納米,通常來說,它們非常小,而且非常容易彎曲,它們在應用程序,智能手機和可穿戴技術中特别有用,比如智能手表。

納米技術是一個專注于變得更小和更有效率的數字世界的明确答案,它也可以幫助我們開始處理一些世界上更大、更緊迫的問題。

在檢測和清除環境污染物方面有許多應用,預計納米技術可以對環境和氣候保護做出重大貢獻,通過節省原材料能源和水,減少溫室氣體和危險廢物,提高材料的耐久性,使其壽命更長,減少浪費,從而提高絕緣材料的效率……

納米技術在未來的應用(納米科學和納米技術的應用)4

納米技術确實有望為保護我們的星球和人類做出巨大貢獻,新鮮幹淨的飲用水是一個日益緊迫的問題,它可以與人口增長、城市緩解污染以及與氣候變化有關的影響聯系起來。

納米技術不僅有能力檢測污染物,而且有希望過濾和淨化,超小顆粒灰塵之間的磁性相互作用可以去除砷,這令人難以置信,因為在許多國家的地下水中,砷的含量都很高。

特别是納米顆粒的發展,這種納米顆粒可以淨化水污染物,其成本比從地下泵出用于處理的過程要低,這也有很大的前景,基本上獲得幹淨的水是一個巨大的問題,而納米技術恰好可以解決這個問題。

這一切聽起來有點令人難以置信,納米技術對環境的潛力似乎無窮無盡,但肯定會有負面影響,實際上,通過檢查原材料在生命結束時的整個生命周期,才能對環境的正面和負面影響進行量化和确認。

人們真正擔心的是,納米技術将進一步增加能源和環境成本,鑒于納米材料本身需要大量的能源、水和環境問題化學品,如溶劑。為了生産有助于環境的東西,我們不得不使用有損害環境的東西。

科學家們一直站在新技術的前沿,納米技術是一種探索行為,而我們仍然處于早期階段。但我們比你想象的更接近這個實際目标,亞原子抗病機器的想法,已經出現在科幻小說中幾十年了,所以這個想法不是一個新的想法,在過去的十年裡我們越來越接近這個目标了。

這聽起來似乎是解決許多現代醫學問題的一個近乎完美的方案,但讓我們來探究一下科幻小說是如何與事實相結合的,以及未來的挑戰是什麼?

納米技術已經被廣泛應用到醫療工具知識和治療中,納米醫學是納米技術在醫學中的應用,用于疾病預防診斷和治療。

納米顆粒可以封裝或以其他方式,幫助将藥物直接送到癌細胞,并将損害健康組織的風險降到最低,這可能最終改變目前治療癌症的方式,并顯著降低化療的毒性影響,足以說明研究人員正在努力,納米技術使成像和診斷工具的能力增強,也為許多不同療法的成功率增加鋪平了道路。

量子點是很小的半導體粒子,隻有幾納米大小,有時被稱為人工原子,因為它們擁有像自然發生的原子和分子一樣行為,對于我們之前提到的那些量子現象,量子點具有不同于大粒子的光學和電學特性。

因此,量子點有許多應用,并被廣泛應用于各個領域。然而,制造量子點是一個極其昂貴的過程,它也會産生大量的浪費,我們不得不重新考慮那些環境問題。

盡管如此,科學家們最近已經開發出一種低成本的方法,用一些化學物質和綠葉萃取茶葉來制造這些量子點,這個過程經濟實惠,副産品無毒,結果真的很驚人,擁有巨大的潛力空間。

研究證明,用茶葉制造的量子點可以穿透皮膚,将癌細胞的生長速度降低約80%,所以這不是一種治愈方法,而是一項巨大的進步,但不會帶來環境方面的好處。

納米技術在未來的應用(納米科學和納米技術的應用)5

不管我們如何面對納米醫學可以改變的重大疾病,研究人員現在正在探索培育複雜組織的方法,目的是有一天培育出用于移植的人體器官。

納米技術還可以改進疫苗的輸送方式以及它們的成功幾率,包括不使用針頭的疫苗輸送,盡管已經取得了驚人的成就,但仍在進行中。現在的新興時代和納米醫學确實是納米機器人的時代,納米機器人正在構建微型包裝,它們可以以自動化的方式完成任務。

納米機器人擁有感知反應的能力,探測體内的敵友并運送有效載荷和貨物,所有這些納米級技術,為什麼我們需要它們?好吧,因為常規水溶性藥物并不理想,且在治療中存在困難。

然而,診斷性納米藥物可以讓醫生監測人體器官的内部化學物質,從而直接進入疾病區域,納米機器人還可以配備無線發射器,這樣醫生就可以改變治療方法,對醫療狀況做出特定的反應。

它們還具有通過直接治療心髒細胞來完全取代起搏器的能力。納米機器人在醫學上的研究提供了幾個方向,比如人工抗體、人工白細胞和紅細胞以及抗病毒納米機器人等。

納米機器人超級耐用,理論上可以運行數年而不造成任何損傷。實際上,納米機器人有望解決除癌症之外的許多健康問題,比如在難以到達的部位進行活檢,或者測量某些化學物質的含量,以及身體其他無法到達的部位。

因此,在醫療方式領域,我們比你想象的更接近機器人技術,它對推進醫療進步有着巨大的希望,但是這個階段如此接近,也非常遙遠。因為納米機器人在進入臨床試驗之前,還面臨着許多挑戰和障礙。

在納米機器人和藥物的潛力真正實現之前,科學家們還有很多挑戰要克服,因為要讓它們在體内安全旅行,并且讓它們在人體内停留足夠長的時間,來進行手術是非常困難的。

納米技術在未來的應用(納米科學和納米技術的應用)6

目前科學家們還沒有找到辦法,來防止納米機器人像其他有毒或異物一樣被摧毀和驅逐出人體,因此,盡管納米機器人掌握着一種毒性更小的癌症治療方案的關鍵,但要把解決方案變成可行的治療方案,仍是一件很遙遠的事情。然而,如果過去的進展有任何進展的話,我認為我們離成功也不遠了。

納米技術聽起來像是許多現代醫學,和技術問題的可靠解決方案,它讓你想知道它們在未來的日常生活中會有多突出,如果你對納米技術感興趣并想了解更多,那就自行上百度查閱相關資料吧。

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