“完满原子级特征圭臬与可重构光频相控阵的纳米激光器”入选2024年度“中国科学十猛进展”探花 偷拍，我国科研团队研发的纳米机器东谈主可为患者拔除血栓……小小纳米，后劲无穷，在微不雅寰宇迸发鼓动科技发展的动能。

从咱们身边应用荷叶旨趣制作的防水涂层衣饰，到纳米药物、纳米传感器等，纳米科技正在各个限度里“以小博大”、编削活命。往时，纳米功能材料还将助力“天外电梯”等科幻场景变为践诺。本期“瞰前沿”，让咱们走进纳米小寰宇，看见愈加重大的科技往时。

——编  者

微不雅“精灵”

展现惊东谈主性能

在刘慈欣的科幻演义《三体》中，名为“纳米飞刃”的神奇材料令东谈主印象潜入——一种极其纤细的透明丝线，巧合松驰将一艘巨轮切割成大批薄片。这看似科幻的情节，其实离咱们并不远方。纳米功能材料——这一微不雅圭臬上的“精灵”不仅活跃在科技前沿，也在编削咱们的活命。

纳米是一个长度单元，1纳米就是十亿分之一米。物资被“切割”到纳米级别时，会展现出与宏不雅圭臬时迥然相异的特质。本来导电的金属深入到纳米圭臬后，会慢慢酿成半导体进而酿成绝缘体；当尺寸进一步减小时，阐扬出量子效应，又酿成了导体。在微不雅寰宇里，纳米功能材料会呈现宏不雅量子贞洁效应、名义效应、小尺寸效应等神奇性质。

科幻源自践诺，《三体》中的“纳米飞刃”，有我方的原型——碳纳米管。这种由碳原子组成的管状结构，强度是钢的100倍，却比碳纤维还细。现在的碳纳米管，自然无法像演义里神情的那样成为削铁如泥的利器，但在实验室里，我国科学家研发的单根结构完整的碳纳米管纤维，不错吊起一头成年亚洲象；在产业应用方面，应用流化床本事，工场里也曾出产出用于新动力车的万吨级多壁碳纳米管导电浆料；往时，应用碳纳米管，还不错制造碳基芯片、工业催化剂、露馅屏、X射线管等。

其实，纳米功能材料也并非全是东谈主工合成，在大自然中也有这些微不雅“精灵”的身影——荷叶名义的纳米级乳突结构，巧合让水珠滚落时不留踪影；蝴蝶翅膀能随后光变化呈现不同颜色，亦然因为翅膀上的纳米结构；咱们牙齿名义的牙釉质，亦然由纳米级的羟基磷灰石晶体组成，这使得牙釉质具有极高的坚固度和耐磨性……这些自然纳米功能材料，在漫长的历史进化中展现出惊东谈主性能。

特质“变身”

在纳米圭臬施展“魔法”

当物资维度减弱至纳米量级，仿佛被施加了某种“魔法”，其固有属性会发生颠覆性变化，这种由圭臬巨变激发的奇奇观象，既为科研探索大开新维度，也为本事应用开辟新旅途。

物本钱征特质的变化在声、电、光、磁、力等方面王人很显赫。举例，在宏不雅圭臬下，金需要1064摄氏度高温方能熔解，在其粒径缩减至2纳米时，其熔点竟骤降至约327摄氏度，这为冶金工艺节能增效提供了全新念念路。光学性质的重构更具视觉冲击力——宏不雅圭臬下，铜呈现典型的紫红色金属光泽，在纳米圭臬下尽然变为深奥的玄色。除了变色，本来化学性质泄漏的金属铜，在纳米化后具有自燃特质，呈现前所未有的反映活性。

特质“变身”，正改写多个限度的本事范式。经特别处理的纳米活性炭，其比名义积较传统材料完满数目级跃升，吸附容量增长10倍以上，成为清水系统中重金属与有机浑浊物的“捕手”；基于纳米隐身涂层，可在特定频段完满雷达波的隐身，在国防安全限度有要紧作用。

在纳米圭臬构筑功能结构，权衡东谈主员需依赖原子力显微镜、聚焦离子束刻蚀系统等顶端开垦，在埃米级精度下完满材料拼装。当物资插足纳米王国，其展现的奇异特质正在催生一批颠覆性本事，开动东谈主类瓦解与工程实行向更微不雅圭臬的纵深挺进。

正常应用

多个限度锦绣出路

纳米功能材料并非摆在实验室里的“花瓶”，它们正在各个限度技艺超卓。

当纳米科技与医疗限度深度和会，东谈主类回击疾病就有了新“刀兵”。纳米药物如同精确制导导弹，通过名义修饰的靶向分子精确识别癌细胞独有的生物记号物，将药物径直运送至病灶中枢。在临床中，淋巴示踪剂以纳米活性炭为基底，能在术前昭彰勾画出肿瘤范围，为外科大夫提供三维导航；而纳米脂质体包裹的化疗药物，则能蹧蹋肿瘤血管樊篱，在靶区将药物浓度进步数十倍，显赫增强疗效的同期缩短全身毒副反映。实验室里的纳米机器东谈主更具往时感，不错用于血液轮回系统巡航，及时拔除血管千里积物，以致对受损细胞进行纳米级手术建立，为癌症颐养开辟全新范式。

动力限度，锂离子电板中碳纳米管构建的三维导电汇集，为电极材料得到电子带来一条“高速公路”，充电速率以指数级进步。不仅如斯，纳米改性电板还不错通过石墨烯散热涂层在冬天完满热量二次应用，蹧蹋续航瓶颈。在安全看护方面，纳米隔热涂层具有热樊篱性能，即便电板遭受顶点热失控，也能保管15分钟掌握的结构完整，为车祸逃生争取难得时代。

纳米圭臬上的信息产业也大放光彩：当光刻机蹧蹋2纳米工艺节点，指甲大小的芯片内晶体管数目蹧蹋百亿大关，算力洪流开动着东谈主工智能、物联网等前沿限度逾越式发展，与之并行的纳米传感器本事，正将环境监测与健康管理推向及时精确的新阶段。

往时应用

重塑东谈主类探索的范围

纳米功能材料领有重大的应用远景，纳米本事正在重塑东谈主类感知与探索的范围。

在AR（增强践诺）限度，纳米光波导本事正将科幻场景变为践诺。AR眼镜接受纳米级光波导镜片，分量仅几十克却领有超越80度的视场角，透过镜片，用户可体验信息获取、导航、翻译等功能。镜架上集成的纳米天线阵列，在厘米级空间内构建起高速通讯通谈，使开垦解脱线缆经管，真确融入智能活命场景。

智能一稔开垦在纳米本事加抓下正蹧蹋风物与动力戒指。纳米柔性屏接受可拉伸的银纳米线电极，使智高腕表能像皮肤般贴合腕部；纳米发电机本事应用氧化锌纳米线在机械形变中产生的压电效应，不错将东谈主体畅通能转化为电能。

当东谈主类将眼神投向星辰大海，纳米材料展现出前所未有的应用后劲。碳纳米管组成的天外电梯缆绳，表面强度可达钢材的百倍，使往时低成本天地运载成为可能。而纳米看护层本事则为航天器披上了“铠甲”：纳米气凝胶的多孔结构既能隔断天外极低温，又能耐受复返舱再入大气层时的超高温；纳米复合涂层通过多层界面反射机制，将天地放射剂量缩短3个数目级，为深空探伤人命保险系统提供要津措置决议。

从正常一稔到探索天外，从《三体》中的“纳米飞刃”到践诺中的纳米机器东谈主、纳米电板等，纳米功能材料正在以惊东谈主的速率编削着咱们的寰宇。让咱们期待，这些微不雅寰宇里的“魔法谈具”，能带来更多惊喜！

（作家为国度纳米科学中心恶果转化处处长、正高等工程师）

学术扶助：中国科学本事协会、国度纳米科学中心探花 偷拍