也许华特·迪士尼是对的:“世界毕竟很小。”40年前，他在1964年的纽约世界博览会上首次亮相。从那以后，迪士尼乐园和迪士尼世界的数百万游客都为之兴奋不已。在10分钟内，人们就能神奇地穿梭于世界各地，接触到各种文化。
今天，由于纳米技术——以单个分子为尺度构建设备的科学，这个小世界正在变得更小。纳米技术有望改变数千种产品的设计和组装方式。许多专家声称，它将彻底改变汽车、航空航天、家电、电子、医疗器械和消费品等传统行业。而且，像电机、晶体管和微芯片一样，纳米技术可能会催生全新的产业。
通过操纵单个原子和分子，纳米技术使其有可能显著提高材料的自然属性，从强度和导电性到光学、磁性和热质量。也有可能创造出全新的材料、性能和系统。
在未来10年内，纳米技术将从实验室走向市场。国家制造商协会（华盛顿特区）技术政策主任大卫·佩顿（David Peyton）声称：“纳米技术可能是一门非常小的科学，但它将在我们未来的技术和经济发展中发挥巨大作用。”。
Peyton补充说:“美国消费者已经在没有意识到的情况下享受到了纳米技术带来的好处。”“仅汽车就包含了从新型油漆面漆到改进的催化转换器等纳米技术应用。整个经济未来的可能性是无限的。”
在未来十年内，国家科学基金会（Arlington，VA）预测全球纳米技术市场将达到1万亿美元。因此，成千上万的制造商正在将数百万美元倒入研发努力。领导收费的公司包括巴斯夫，波音，戴姆勒克里斯勒，杜邦，惠普，IBM和摩托罗拉。
此外，纳米技术在过去3年里吸引了超过10亿美元的风险投资，因为许多初创公司都在争夺一块蛋糕。美国各地的大学都建立了纳米技术研究设施。联邦实验室的科学家们也在开发新的应用。
联邦政府最近的一项倡议应该会火上浇油。12月初，布什总统签署了《21世纪纳米技术研究与发展法案》。它授权从2005财政年度开始的4年时间内提供37亿美元的研发资金。据纳米商业联盟(纽约)的执行董事F. Mark Modzelewski说，这是自20世纪60年代美国宇航局的阿波罗计划以来联邦政府资助的最高的科学和技术项目。
Nano Veritas Group（明尼苏达州圣保罗市）总裁杰克·奥德里奇（Jack Uldrich）声称：“围绕纳米技术的嗡嗡声与数字革命初期的嗡嗡声不相上下，数字革命改变了商业运作的面貌。”。“然而，与互联网不同，互联网将新技术应用于许多旧工艺和业务，纳米技术致力于创造全新的材料、产品、系统和市场，并使现有产品更快、更强、更好。”
由于纳米技术，ULDRICH声称所有制造商都需要重新考虑他们的核心业务，他们的竞争对手是他们的竞争对手以及它们如何进行战略远程规划。“我们世界的一切都是由原子制成的，”Uldrich说，下一个大事的同志真的很小（皇冠业务）。“并且有能力操纵这些原子，几乎每个企业的游戏规则都将被大幅改变。”
小于小
纳米技术是一个通用术语，指的是重新排列单个原子和分子以创造有用的材料、设备和系统的艺术和科学。一纳米是十亿分之一米，大约是10个氢原子的宽度。在这句话中，字母“i”上方的点的宽度大约是100万纳米。一根头发的平均直径是5万纳米。
通过纳米技术，物体是以几乎每个atom精确地放置的方式建造，在构建10层楼的建筑时可能会放置每块砖。“纳米技术是原子和分子水平的工程设计，”巴斯夫公司执行副总裁Carl Jennings说（橄榄山，NJ）。“当在纳米级上制备材料时，暴露表面积的量显着增加。例如，1英尺立方体的表面积为6平方英尺。然而，相同的材料，分为纳米立方体，具有一个潜在面积6平方英里，或近4,000英亩。
奈米科技的世界围绕著布基球和奈米管。Buckyball是测地线球体，以测地线球体的发明者、富有远见的工程师R.Buckminster Fuller命名。巴基球是一种坚硬的天然分子，类似足球。一个巴基球正好由60个碳原子组成。由于它们由几乎不易破碎、不可穿透的碳制成，并有许多药物附着点，因此Buckyball在生物医学研发方面具有巨大潜力。
纳米管是由碳等原子自发形成的外径只有纳米的微小空心圆柱体。像许多纳米尺度的结构一样，碳纳米管所表现出的特性似乎奇异而矛盾，至少在普通人眼中是如此。以某种方式排列，它们的原子可以像铜一样有效地导电。它们是介于导体和绝缘体之间的电子半导体，排列方式略有不同。
纳米管的强度也高于钢铁，所以长纤维可以制造出超级坚韧的纤维增强塑料和其他轻质材料。多壁纳米管被操纵成极低摩擦的纳米线性轴承和恒力纳米弹簧。
纳米技术起源于物理学家理查德·费曼的开创性工作。1959年，他发表了一次具有里程碑意义的演讲，提出了生物学和制造业之间的联系。他解释了生物细胞是如何制造物质的。他敦促他的听众“考虑一下我们也可以把一件东西做得很小的可能性，这正是我们想要的，我们可以制造一个在这个水平上运动的物体。”
纳米技术的一个里程碑是在1981年，物理学家海因里希·罗勒(Heinrich Rohrer)和格尔德·宾宁(Gerd bining)发明了扫描隧道显微镜，这一壮举使他们获得了1986年的诺贝尔奖。他们的新型电子显微镜将物体放大了1000万倍，使科学家们能够第一次看到单个分子和原子的表面结构。另一个突破发生在1996年，理查德·斯莫利因发现巴克球而获得诺贝尔化学奖。
从那时起，研究人员一直在开发技术，通过分子，原子层制造定制材料分子，原子层，产生新的特征或效果。大多数努力都集中在纳米尺寸上，或从自动提升到原子的建筑物。
纳米尺寸可以分为两类：纳米制作和自组装。纳米制备是指具有人造工具，产品，结构和具有原子精度的工艺的实际雕刻或建筑物。自组装是以自调节方式粘附的原子和分子的过程，由此基于其尺寸，形状，组成或化学性质，特定原子和分子彼此结合。
众多的应用程序
到目前为止，大多数纳米技术活动都集中在开发传感器、涂层、聚合物、薄膜和膜。例如抗刮漆、自清洁窗户和防污渍织物。目前市场上的产品包括用微小的催化颗粒生产的化学品，含有微小氧化锌薄片的防晒乳液，防止油漆分离的乳化剂，以及使眼镜镜片更耐划伤或延长工业工具寿命的涂料。
世界各地的实验室正在开发数千种新产品。然而，许多将需要几年时间才能进入市场，因为还必须开发新的制造系统。在不久的将来，纳米产品将包括更小、更快、更高效的计算机;针对导致疾病的分子错误而不伤害健康细胞的药物;耗电量仅为灯泡十分之一且永不烧坏的灯具;以及以分子级精度创造出的新产品和新材料，其性能远远超过今天所能制造的。
三星电子公司(Samsung Electronics Co.， Seoul, South Korea)的工程师们正在研究用于电视、电脑和手持设备的超高清晰度平板显示器。在屏幕背面发射电子的纳米管阵列只需要传统液晶显示器的一小部分能量。三星希望在今年年底前推出其首台纳米管电视。
纳米技术也有望彻底改变电池行业。由碳纳米管和纳米级锂粒子制成的电池可以在更少的空间储存更多的能量，使用时间是原来的两倍，充电速度更快。
塔尔萨大学的一位化学教授最近获得了纳米电池制造工艺的美国专利。戴尔·蒂特斯和他的研究助手们已经把电池做得非常小，一根头发的宽度就可以堆叠40多个电池。每个电池的电压高达3.5伏。
除了电子产品，汽车行业也将从纳米技术中获益。可能性包括表面经过纳米颗粒处理，可以提高发动机和变速箱的硬度和摩擦性能;纳米硅酸盐片层可以抑制塑料罐中碳氢化合物的蒸发;可减少污染物排放的纳米多孔过滤器;煤灰和硅酸盐的纳米颗粒可以添加到橡胶混合物中，以提高轮胎的抓地力并延长其寿命;以及基于纳米结构的电子部件，它们可以用于高灵敏度传感器，监测车辆周围环境和乘客车厢。
“可以改变颜色的汽车，如变色龙，甚至可以在触摸按钮时改变自己的车身形状可能仍然是一个相对较远的未来的愿景，”戴姆勒克莱斯勒研究中的电子和机电一体化学研究科主管Ulf Konig：乌尔姆，德国）。“然而，这种聪明的车辆仍然令人着迷，因为他们不能再被思考只是被排除在一起。尽管它有远见的质量，可以改变其颜色或重塑其身体的汽车的想法具有现实的底栖 - 纳米技术。”
科尼格声称，纳米技术将在未来几年为汽车行业带来众多创新。他指出：“纳米技术是一个跨学科领域，不仅有利于电子和经典的车辆制造工艺，而且有利于传动系统和节能。”。
据科尼格说，纳米技术最广为人知的好处之一是“莲花效应”，它可以使表面自我清洁。由于莲花极其精细的表面结构，水和泥土从花瓣上滚下来，不留痕迹。戴姆勒-克莱斯勒也将同样的“莲花效应”应用于其研发的自清洁轮圈和自清洁车身涂料，以消除洗车的需要。科尼格和他的团队还在开发一种太阳能涂层，可以像油漆一样喷涂或像薄膜一样粘在上面。其目标是将一辆汽车的车身变成一个巨大的移动太阳能电池。
波音公司(芝加哥)的工程师们正在利用纳米技术开发结构性非晶金属。这些实验室生产的材料以更轻的材料在宽的温度范围内提供钛的强度。据波音幻影工厂的技术人员David Bowden称，波音的第一代铝合金的抗拉强度为120,000 psi，比传统铝的强度高出约25%。
鲍登指出:“在原子水平上控制材料的结构，可以大大提高性能。”“我们今天使用的金属是晶体材料，其单个原子以一种规则的、有序的结构排列。”
工程师们发现，一些合金从熔融状态固化后，会形成非晶体非晶材料或金属玻璃。通过对玻璃的受控热处理，工程师可以操纵这些新合金，创造出具有纳米级微观结构特征的独特材料。
自组装
纳米制造最吸引人的一个方面是自组装。它是纳米技术的一个子集，指的是某些单个元素将自己排列成规则的纳米尺度模式的自然趋势。一棵树用周围的空气、水和泥土中的分子构建自己，这是大自然母亲自我组装的一个例子。
随着工程师们对硅的研究达到极限，碳纳米管被广泛认为是将越来越多的晶体管挤到芯片上的下一步，这将极大地提高计算机的速度和内存。IBM研究中心(纽约阿蒙克)科学技术副总裁T.C. Chen博士说:“自组装为在比现有技术更小的维度上设计图形打开了新的机会。”“随着信息技术产品中的组件不断向分子尺度缩小，自组装技术可以用于提高光刻技术。”
根据陈，纳米技术将辅助常规半导体处理，“潜在地实现持续的设备小型化和芯片性能改进。”他说，IBM研究人员正在使用“分子自组装技术，该技术与现有的芯片制作工具兼容，使其对未来的微电子技术应用具有吸引力，因为它避免了工具变化的高成本和与主要过程相关的风险。“
自组装技术利用某些类型的聚合物分子自我组织的趋势。包括自组装在内的设备加工是在直径为200毫米的硅片上，使用与现有芯片制造工具完全兼容的方法进行的。
陈说:“与传统的光刻技术相比，聚合物分子模式具有更小、密度更大、更精确和更均匀的特性。”“自我组装等技术的应用最终可能导致更强大的电子设备，如微处理器被用于越来越多的计算机系统、通信设备和消费电子产品。”陈认为，自组装技术可以在3到5年后的试点阶段使用。
以色列理工学院(海法，以色列)的科学家们最近利用DNA的力量创造了一种自组装的纳米级晶体管。为了让晶体管自我组装，由Erez Braun领导的一组科学家将一个碳纳米管连接到DNA链的特定位置，然后在纳米管的两端用DNA分子制成金属纳米线。该装置是一种晶体管，可以通过施加电压来开关。在三批制造的45个纳米级器件中，几乎有三分之一是自组装晶体管。实验中使用的碳纳米管只有1纳米宽。
布劳恩说:“虽然用碳纳米管制造的晶体管已经制造出来了，但这些晶体管的制造需要劳动密集型。”“我们的目标是让这些纳米电路能够自我组装，从而实现纳米电子器件的大规模制造。DNA是寻找创造这些电路的工具的自然场所。”
虽然这项研究表明，利用生物学作为构造电子产品的框架的利用生物学的可行性，Braun表示“从自组装碳纳米管晶体管中创造工作电子仍处于未来”。“
