1、第二章、纳米科技从幻想到现实,讲授的内容： 纳米技术溯源 费曼的幻想点燃纳米科技之火 比尼格与罗雷尔发明了看得见原子的显微镜 依格勒实现了单原子的操纵 第一届国际纳米科技会议 科学巫师德雷克斯勒的奇思怪想 格来特的逆向思维 敞开希望的大门 纳米科技对未来军事发展的影响 新思维的挑战,引 言：纳米科技的发展史是一个由幻想到现实的过程，其中不乏里程碑式的事件(图1)。,图1 纳米科技发展的里程碑节点,下面我们就按时间序列讲述这些闪光的事件、思想和发现的故事。,2.1 纳米技术溯源1905年春天，爱因斯坦（A. Einstein，图2）写信给他的同事康拉法哈比希特，透露自己在这一年中将做4项工作，其
2、一是要测量出分子的真正大小。在4月30日提交的博士论文中，他设计了一种新的测量分子大小的方法，估计出一个糖分子的直径约为1纳米，首次将纳米与分子大小挂上钩，并证明了分子的存在。这是20世纪初物理学界十分关注的问题之一。爱因斯坦在该博士论文中设计了一种利用阿伏伽德罗常数来测量分子大小的方法。当爱因斯坦将这篇论文交给他的导师苏黎世大学的阿佛雷德克莱纳教授时，这位教授因为论文过短而拒绝接受，爱因斯坦只好加了些段落，论文才得以通过。爱因斯坦可能怎么也想不到，他的这篇博士论文竟会是一个世纪后发展起来的纳米科技的一个源头。,图2 爱因斯坦（18791955）美国物理学家，相对论的奠基人，因提出光量子概念解
3、释光电效应荣获1921年诺贝尔物理奖,2.2 费曼的幻想点燃纳米科技之火1959年12月，美国物理学家费曼（Richard Feynman）在加州理工学院召开的美物理学会会议上作了一次富有想象力的演说“最底层大有发展空间”。他指出“倘若我们能按意愿操纵一个个原子，将会出现什么奇迹？” 他说“我想谈的是关于操纵和控制原子尺度上的物质的问题，这方面确实大有发展潜力我们可以采用切实可行的方式进一步缩小器件的尺寸。我不打算讨论我们将如何做到这一点，而只想谈谈原则上我们能做些什么。现在我们还没有走到这一步仅仅是因为我们没有在这方面花足够的时间和精力。”费曼的这些想法即使在当时的科学界都认为是科学幻想，可
4、谁能知道在30年后，他这次历史性的演讲，不仅预测了纳米技术将会崛起, 而且变成了现实。,图3 费曼 （19181988）美国物理学家，因在量子电动力学研究中取得重大成果荣获1965年诺贝尔物理奖,问题与思考 费曼说的“最底层”是什么含意？（指原子、分子层面，这是构成物质的最基本单元）,阅读材料 在报告那天，费曼用如下的话结束了演讲： “我愿意出资1000美元，奖励第一个把一本书中的信息缩小到书页两万五千分之一面积内的人。”“我愿意再出资1000美元，奖励第一个制造出能够从外部控制，线度只有六十四分之一英吋的电动机械的人”。,费曼可能有点低估了人类搞发明创造的积极性，便出了后来的笑话：就在他提供
5、1000美元奖金的几个月后，加州理工学院的物理学家威廉麦克莱伦经过两个半月午饭时间的努力，就利用一架显微镜，牙签和一台钟表匠使用的车床，制成了边长还不到六十四分之一英吋的能发动的电动机。费曼兑现了自己的诺言，不过他立刻陷入了家庭“经济危机”。因为他在六年之后才得诺贝尔奖，给麦克莱伦发奖之后，已身无分文。当时费曼刚和第三任妻子温妮丝结婚不久，有了孩子卡尔和米雪，又买了房子，所有的家庭开销全指望他那份教授工资呢。焦急之中，他劝那些想获得第二份费曼奖金的发明者：“悠着点！干慢点！松把劲！”其实他大可不必如此焦急。直到1985年11月斯坦福大学电子工程系的研究生汤姆纽曼才解决了第二个问题，他用五百万分
6、之一英吋的电子束作字母，将英国大文豪狄更斯的名著双城记的第一页缩写在两万五千分之一的书页面积上。在纽曼获得第二份费曼奖金1000美元后两年三个月，费曼因患癌症辞世。,2.3比尼格与罗勒尔发明了看得见原子的显微镜长期以来人类就有一个幻想：希望能直接“看”到原子，而不是采用X衍射方法，通过X衍射图的分析间接地看到原子。直至20世纪80年代初除了个别情况外原子还是不能直接被“看”到。这个幻想在1981年由于扫描隧道显微镜（STM）的发明终于成为现实。,故事发生在瑞士苏黎世的IBM实验室内，德国博士生比尼格（Binnig）在罗勒尔(Rohrer)教授的指导下，正在做博士论文研究导体间的电子隧道效应问题
7、。带偏压(电压差)的两个平板导体间只要不接触是不会有电流流过的（图4），可是当这两个导电平板靠得很近，相隔小于1个纳米时，即使不接触，也会产生电流，电子尤如”崂山道士”穿”墙”而过，故而称作隧道电流。并且这种隧道电流是随着间距的减少而指数上升的（见图5）。这种现象就是量子力学中的隧道效应。,图4 导体间的电子隧道效应,图 5 隧道电流与针尖样品表面距离呈指数关系,这种对于两个导体间距十分敏感的效应有没有可能成为显微镜成像的原理呢？答案是肯定的。关键的一点是他们把一个平板导体替换为一个很尖的导电针尖，再让这个针尖对另一个平板导体（样品）作两维扫描（图6）。,图6 隧道显微镜中针尖（红色）对样品（
8、蓝色）作两维扫描,正像电视显像管中电子束扫描一样，同时记录下每个扫描点相应的隧道电流，而这个电流是直接与表面高低起伏有关的，即与表面形貌有关的。这样一来测量平板间隧道电流的实验装置就变成了观察表面形貌特征的显微镜了！这就是比尼格和罗勒尔发明的扫描隧道显微镜（STM）。由于针尖可以做得很细、很尖，其顶端甚至只有一个原子（图7），所以STM有原子级的分辨率，可以观察到物体表面单个原子（图8）。实现了人类直接“看”到单个原子的愿望！这是迈向纳米技术重要里程碑。比尼格和罗勒尔也因此获得了1986年的诺贝尔物理奖。,图7 针尖放大图,图8 由一个个铁原子在铜表面上围成的量子栅的STM图像,2.4 依格勒
9、实现了单原子的操纵1989年在美国加州的IBM实验内，依格勒博士（D.Eigler）采用低温、超高真空条件下的STM操纵着一个个氙原子，STM的针尖成了搬运原子的“抓斗”，在一个位置上抓起一个原子（图9a），移动到另一个预先设计好的位置上，再放下该原子（图9b）。重复这样的步骤，依格勒将35个氙原子排布成了世界上最小的IBM商标（图10），实现了人类另一个幻想直接操纵单个原子。原理上这也是实现了费曼的设想：按人的意愿排布一个个原子来构建纳米器件。依格勒博士进一步操纵单个铁原子排布成一个圆圈量子栅，见图8；图中的“波浪”体现了在此量子栅中电子密度分布的起伏。人类迈向纳米技术的征途真正开始了。,图
10、9 单原子操纵示意图,图9a,图9b,图10 世界上最小的IBM商标,2.5 第一届国际纳米科技会议纳米科技诞生的标志 2.5.1 第一届国际纳米科技会议会址巴尔的摩在依格勒博士操纵单原子的文章发表后的下一年，1990年在美国东海岸的巴尔的摩召开第二届国际STM会议的期间，召开了第一届国际纳米科学技术（Nanometer Scale Science and Technology）会议，中科院原子核所李民乾教授很荣幸地参加了这次标志着纳米科技正式诞生的会议（图11）。,图11 照片左边的玻璃大厦即开会地点,2.5.2 采用“NANO1”图案会上美、日、英等国提出了各国发展纳米科技计划。虽然只有半
11、天的会议日程，但会议给人以深刻的印象：这个纳米小世界里大有文章！返国后李民乾向国家有关部门写了报告，建议大力发展纳米科技这一新兴学科。中国科学院于1991年召开了我国首次“纳米科技发展战略研讨会”。会上，中国科学院上海原子核研究所的青年学术小组作了“面向21世纪的高新科技纳米科学技术”的主题报告。当时对纳米材料，国家科技部已经安排了基础研究重大项目，开展了研究，但对纳米科技的整体研究尚未安排国家级的计划。所以，在某种意义上说，该次会议标志着我国真正启动了纳米科技（注意：不是纳米材料！）研究。,图12 采用纳米刻蚀写成的图案“NANO 1”（图案中NANO 代表纳米，“NANO 1”代表第一届国
12、际纳米科技会议）,2.6科学巫师德雷克斯勒的奇思怪想 你喜欢看科幻小说吗？ 你读过已翻译成中文的如下科幻小说大师们，如法国的儒勒凡尔纳、美国的艾萨克阿西莫夫、英国的赫伯特威尔斯和俄罗斯的亚历山大别里亚耶夫的作品吗？ 爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要”。 几百年来人类的近代史也证明，科学的发展需要高瞻远瞩和丰富的想象力。自从18世纪后半叶欧洲工业革命以来，特别是20世纪以来，众多几年前还被认为是“不可能”的、仅在科幻小说中幻想过的巨大成就如电子世界、智能机器人、登月、心脏移植、基因拼接、用火箭飞船探索金星和火星、建立宇宙空间站等等，都一一变成了活生生的现实，而且有的现实比最初的想象走得更远。在
13、当今世界上，科技先进的美国成了实现人类幻想、取得成就最多的国家。20世纪20年代以后，美国又成了世界科幻文艺的中心。埃里克德雷克斯勒（K.Drexler）教授(图13)就是在这种充满科学幻想的环境中成长起来，并成了这批科学“先知先觉”者中的佼佼者。,图13 埃里克德雷克斯勒（K.Drexler）教授,1959年12月当费曼发表他那仅有7000字的著名高论时，德雷克斯勒才是一个四岁的儿童。到了高中时代，他的脑海里已充满了各种宏伟的设想。1973年秋季他被麻省理工学院（MIT）录取。入学后，除去上课外，做的第一件事就是想方设法拜访本校和外校那些在人类前途问题上具有超前思想的学者们，并挤进他们的学术
14、活动。1973年5月，只有19岁的大学生德雷克斯勒已经勇敢地站在首届普林斯顿“移居太空”会议的讲台上，向来自全国的具有博士、教授头衔的超前理论家们发表他的题为“从小行星中取材为太空定居点提供补给”的演讲了。,“移居太空”谈何容易！吃什么？穿什么？德雷克斯勒的报告无法解决移居太空遇到的各种难题。他在自己的著作创造之动力中开始思考：如果能造出纳米级大小的机器人，并按人类设计的程序逐个地控制分子甚至原子，并按人的意愿能移动到化学上合理的任何一种结构中，人类将能制造任何可能制造的东西，飞往太空和开发小行星将再没有生活困难，星际旅行并非不能实现。 为了给献身研究纳米科技的人员提供一个用武之地，1987年
15、，德雷克斯勒和夫人创建了“未来研究所”，并分别担任了所长和秘书兼财务。在这期间他领悟到：人类应向“活细胞学习，提出：制造微型机器人，让它们将灰尘分解成原子，再把这些原子组装成餐巾、肥皂和电视机。他构思设计了各种分子环、分子轴承、分子转子等微型机械（图14）。纳米机器人的思想给许多超前理论家们带来了振奋。为此，他赢得了“展望未来的科学巫师”的绰号。,图14 德雷克斯勒设计的各种分子环、分子轴承、分子转子等微型机械,2.7 格莱特的逆向思维众所周知，在晶体学研究中，排列整齐的空间点阵结构实体晶体是晶体材料学中被研究的主体，而把杂质、位错、空位、晶界等都当成晶体材料学中的缺陷。一提到“缺陷”，总使人
16、觉得“缺陷”总是“缺点”，不好。德国物理学家格莱特（H. Gleiter）是一位晶体物理学专家，他的思维特别活跃，而且是个杰出的逆向思维者。他对“缺陷”另眼相看：“如果把“缺陷”作为研究的主体，研制出一种以“缺陷”为主的材料，情况会怎么样？”1984年格莱特等人把直径约为6纳米的Fe颗粒的粉体材料压成纳米多晶体，并用X射线衍射、穆斯堡尔谱和磁学测量等现代化手段进行了研究，发现由取向无规律的小晶粒和许多分界面所组成的纳米多晶体，其性质与晶体块体材料大不相同，。格莱特逆向思维兴起了纳米材料学。,2.8 敞开希望的大门费曼与德雷克斯勒的观点是否有科学基础呢？纳米科技的发展给人类带来希望的科学基础是什
17、么呢？ 2.8.1 逐个控制原子不违反任何物理学规律费曼相信：“物理学原理并不排除对物质原子实行逐个控制的可能性。这种想法不违反任何自然规律。从原则上说，它是能够做到的”。他在1959年12月的报告中提出的问题是别人从未想过：“为什么我们不能把24卷大不列颠百科全书全部写在一枚大头针的顶部？”接着他以实际的方法告诉听众，这一切都是可能的。他的具体做法是，如果能把每个字符微缩成5个原子的大小，每张“纸”制成薄到5个原子的厚度，要储存24卷大不列颠百科全书中的全部资料只需要一枚大头针的顶部那么大小的空间就足够了。用同样的方法，将当时世界上各大图书馆拥有的总数达2400万册的藏书储存在一块边长为1英
18、吋的200分之一的方型材料上也是可能的。,可是，如何才能做到呢？费曼的方法是：制造出一种设备，它能够复制比自身小一些的设备。复制出来的机器再继续生产比自身更小的复制品，如此下去，“从理论上说，制造微型工厂、微型车床、微型机械，一直达到对原子可以实现单个控制为止”。因发明了测量原子核磁性质的核磁共振法而获得1944年诺贝尔物理奖的美国物理学家拉比 (I.Rabi) 曾说过：“物理学家是人类中的小飞侠，他们从不长大，永葆赤子之心。”费曼的求知欲极强，有永不停止的创造力和好奇心。他的思想如天马行空，喜自辟蹊径，而且从不固执，是小飞侠中的天才小飞侠。,2.8.2 人类应拜大自然为师德雷克斯勒的思路与费
19、曼不同，他的办法是拜大自然为师，他说：“分子机器自我繁殖的可能性从细菌中可以找到证明”。数千年以前，人类已懂得馒头发酵和葡萄酒酿造。酵母菌就是起发酵作用的能够自我复制的、细胞级“机器人”。有一种大肠杆菌工程菌能够产生无蛋壳的鸡蛋鸡卵清蛋白，每个细菌能生产10万个动物蛋白分子。若用发酵法大量生产这种鸡卵清蛋白，不知比母鸡下蛋快多少倍。,我们人体内部有多至100万亿个，种类达400多种的微生物就是能够自我复制的、细胞级“机器人”，其中有益的微生物占90%以上，乳酸菌是其中之一。1983年，美国西特斯生物技术公司的科学家穆利斯（K.Mullis）发明了利用聚合酶链式反应（PCR）大量复制DNA片段的
20、技术。其中，每个聚合酶的分子是作为“纳米机器人”出现的。细菌的繁殖力强，生产效率高，是任何动植物都无法相比的。这些特点是未来的“微型机器人”应当模仿、具备的。不过，德雷克斯勒的思路还要前进一步，他的“微型机器人”不局限在细菌这一种模式。,图15 大自然制造的微米级机器人细胞 （该图已将动物与植物细胞的X照片合在一起）,2.8.3 新创意的思想精华是什么？费曼与德雷克斯勒的思路尽管有不同之处，但是他们的共同点是，要发展全新的自下而上(bottom-up) 的模式，打破自人类祖先直立行走起就形成的自上而下(top-down)、的一层不变的生产方式。这个新思路是最可取的。其实，即使达不到“自我复制”
21、的高要求，即使费曼与德雷克斯勒的“操纵、安排分子甚至原子” 完成制造任务的目标，用在高效率的大规模生产上不见得能获得成功，不过他们的确是“离经叛道”者。,问题与思考 1. 你认为费曼与德雷克斯勒的创意能实现吗？ 2费曼与德雷克斯勒的创意的思想精华是什么？,信 息 窗,雷克斯勒说得不错，自然界的确有自我复制“微型机器人”细菌，然而他未深思：为什么大自然没有造出纳米尺度的具有自我复制本领的“微型机器人”？众所周知，病毒有DNA与RNA两种，都是纳米尺度，但是它们的复制必须借助于其他有活性的细胞。难道有什么人类尚未掌握的自然规律限制了大自然造出纳米尺度的、能自我复制的“微型机器人”？望智者早日解决这
22、个悬念。,2.8.4 吃元宵的体验农历正月十五日的夜晚是我国的传统节日元宵节，两个风俗习惯是大家都遵守的：从唐代起就有观灯的风俗，应时的食品是家家都吃元宵。元宵是用糯米粉做成的球形食品，有馅，多煮着吃。什么样的元宵好吃？除了馅，糯米粉越细，口感越好。从吃元宵我们得到至少有两点体会：1）用粉体材料可制成块体材料；2）粉体材料的颗粒度越小，其物理、化学性能可能发生变化。,2.8.5 乘公共汽车的体会车门口好受些挤公共汽车时，人站在车门附近感觉比站在车中间、四面受挤的情况舒畅些。在一超微颗粒中，位于中间的原子或分子是上下、左右、前后各个方向都受到相互作用，而位于块材表面的原子或分子比较舒畅些。用点物
23、理学的语言来说，表面原子的结合能比内部原子小许多，表面处存在许多悬空的化学键，具有不饱和的性质，极容易与外来的原子相结合而使体系趋于稳定态。所以表面原子具有较高的化学活性。,实际上，不论什么材料的超微颗粒，当颗粒的尺寸不断减小时，首先表现出来的性质是表面效应。超微颗粒的尺度越小，表面原子数目占原子总数的百分比越大，超微颗粒材料具有的活性越大。从下面的例子和简单估算，我们可以体会到这一点：以一个由原子组成的小立方体为例，我们来看一看表面原子数与总原子数之比与小立方体尺寸的关系。设小立方体每边有n个原子，小立方体中的原子总数为N，位于表面的原子数为Ns。那么处在表面N = n3Ns = n3 (n
24、-2)3= 2(3n2-6n+4) 原子数与总原子数之比Ns/N与小立方体尺寸的关系如表1所示。,表1,可见小立方体尺寸越小，表面原子数所占的百分比越大。,假设原子的直径为0.14纳米，原子间距为0.3纳米，表面原子仅占一层, 原子总数N和表面原子数Ns可用下式作粗略估算：N=（R/r）3Ns=4(R/r)2表面原子数所占的百分比与超微颗粒的大小的关系如表2所示。,表2,从表可见，对直径大于100纳米的颗粒，比如分子团或原子团，表面效应可以忽略不计。当直径小于10纳米，其表面原子数剧增，超微颗粒的比表面积总和可达100平方米/克以上。,2.8.6 欧姆定律为什么失灵了？实验显示，很难从尺寸小于
25、10纳米的金属超微颗粒中取出或注进电子，这种纳米尺度的金属颗粒不仅具有很强烈的保持电中性的趋向，而且，在颗粒两端加上电压时，电压值适当，颗粒导电；电压值不适当，颗粒不导电；对不同的金属超微颗粒，能测到电流的电压数值并不相同。奇怪吗？熟知的欧姆定律竟失灵了！这是“小尺寸”造成的一种量子效应。诸如比热、磁化和超导电性等性质，金属超微颗粒与块体材料都可能有显著的不同 。,2.9 纳米科技对未来军事发展的影响咱们中华民族是爱好和平的民族，咱们传统文化的精神是“礼让”，“天下为公，四海一家”。自古以来，我们中国人对于世界各国就主张“和为贵”。可是我们还是不得不来谈谈纳米科技的发展对未来的军事发展的影响，
26、因为自人类有史以来，先进的科技成果总是被尽快地应用到战争中来。火药的发明是这样，关于细菌和病毒的研究成果是这样，原子能的释放也是这样。最近五年来，世人目睹了两次在伊拉克国土上发生的局部战争，而每次战争都是以无辜的平民的血作代价，进行的运用最新科技成果制成的杀人武器的大试验。,以史为鉴，纳米科技的初步成功肯定会对未来的战争产生巨大影响。实际上，目前已可以把传感器、电动机和数字智能装置集中一块硅片上，制造出微机电系统，为军备专家研制新概念的纳米武器奠定了基础。各国的武器专家正在尽情地发挥想象力，提出了千奇百怪的战场“精灵”和纳米级武器新概念：如“蚂蚁士兵”、“苍蝇飞机”、“麻雀卫星”、“纳米炸弹”
27、、“蚊子导弹”、“基因武器”等等。据传，在2003年3-4月的伊拉克战争中美国用纳米级碳粉炸弹造成了伊拉克的大量通讯设备短路，无法正常工作。有人戏说，未来的战争中恐怕对每个士兵都要发只放大镜了。同学们想一想，发只放大镜管用吗？为什么？,以下仅提供“苍蝇飞机”与“基因武器”的新概念供参考，有兴趣的同学可阅读各种科普杂志。,“苍蝇飞机”设想研制出一种如同苍蝇大小的飞行器，可飞行、可悬停，能躲开敌方的雷达，全天候作战；可以携带各种探测设备，具有信息处理导航和通信能力。战争状态下将其秘密部署到敌方的信息系统和武器系统的内部或附近，构成战场传感触器网络，即可以探测核污染、化学毒剂、生化武器，又可以充当无
28、所不在的侦察兵和尖刀分队，监视敌方的动态，能从数千米外将获得的信息传回己方的导弹基地，直接引导己方导弹准确无误地攻击敌方目标，包括擒賊先擒王的“斩首”行动计划。,“基因武器”其概念是通过基因重组，在一些致病细菌或病毒中接入能对抗疫苗和药物的基因，或者在一些本来不致病的微生物（昆虫）体内接入致病的基因而制造成的生物武器。战争状态下，可用人工、飞机、导弹或火炮将这种微生物（昆虫）投到敌方的河流、城市或交通要道，让这种微生物（昆虫）扩散、繁殖，使敌方的人、畜在短时间内患上一种无法治疗的疾病，达到在人不知鬼不觉中让敌方丧失战斗力。在抗日战争中，日本侵略军对我国用过细菌战，在抗美援朝战争中，敌方对我军用
29、过细菌战。在未来，一旦发生对我国的侵略战争，丧心病狂的侵略者可能会用基因武器，我们不得不防。,武器是人造的，武器与人相比，还是人的因素第一。无疑，使用新式武器会造成大规模杀伤，在战争中抢到主动权，造成暂时取胜的局面。然而，“人民，只有人民才是创造历史的动力”。从历史长河的角度来看，最终决定战争胜负的因素绝对不会是几件新式武器的拥有方，而是为民族独立，为国家的尊严进行正义战争的人民一方。这是辩证唯物论的战争观，也是人类历史一再证明的真理。那么，我国要不要发展新概念的纳米级武器呢？要！当然要！为什么？,人类发展到现阶段，世界各国家、各民族内部的阶级没有消亡，企图搞单极世界的霸权主义没有消亡，国家没
30、有消亡，人类之间相互残杀的怪物战争就是不可避免的。为了保家卫国，为了世界和平，为了消灭人类自相残杀的最终目的，我们不得不用现代化强军，不得不用高科技手段增强自己的国防力量。对发展武器而言，有矛就有盾，要同时提高己方的攻、防能力。二十年后最先进的士兵装备是什么样子你想象过吗（图16）？作战服能防水防漏吗？有带上生物芯片的能自动变色的“智能军服”吗？作战服上能带有微型电脑装置、净化水装置和通讯设备吗？头盔上能装备有GPS全球定位系统吗？等等。在“封神演义”这部小说里，作者发挥了丰富的想象力，设想了多种多样的“新”式的攻、防武器，从中你一定能获得启发，设想出很多新概念的纳米级武器吧？,图16 二十年
31、后的智能军服可能象蜥蜴一样能自动变色,问题与思考 1.你认为纳米科技的发展将对未来的武器发展和战争产生什么影响？ 2.请设想，你会发展出哪些新概念纳米级武器？,2.10 新思维的挑战人类狂热地干预自然界总要出现恶果的。当纳米科技的概念还在襁褓之中时，有人已经担心：纳米机器人会不会是“潘德拉多盒子”中放出来的“魔鬼”？连一贯喜欢标新立异的德雷克斯勒也很担心。他问自己：万一可以自我复制，有繁衍功能的纳米机器人失去控制，该如何办？,试想一想，可不是吗？能让成群的、肉眼看不见的纳米机器人把垃圾、灰尘等废物分解成原子，再将这些原子组装成牛肉虽然好，一旦这种纳米机器人不肯停止工作，不断地制造牛肉，人类如何
32、应对？因为既使是生产牛肉，“失控”了，也必定成灾难。对这一难题，德雷克斯勒想不出对策，他只好说：用“好的纳米机器人”对付“坏的纳米机器人”。 美国太阳微系统公司的创始人之一的比尔乔依曾在2000年4月期的连载杂志表示了类似的担心，他要求人类停止研究纳米科技，以免遭到灭顶之灾。不少人都认为，失控的纳米科技将是可怕的妖魔鬼怪。对方兴未艾的纳米科技产生如此担心，是不是有点杞人忧天？当然，世界上的事物无不具有两重性，对不可能的事不必杞人忧天，并不等于不要注意纳米科技对人类可能产生的负面影响。,自从18世纪后半叶欧洲工业革命以来，在“我们不能等待大自然的恩赐，我们要向自然索取”这样的“豪言壮语”的蛊惑下
33、，人类向大自然的过度索取已恶化了自己与大自然的关系，得到了太多太多的教训（图17）：围海造田引起了海啸；伐木种田引起了水土流失、河流断流；过度的垦荒造成了土地的沙漠化和沙尘暴；使用方便的干电池带来了汞对土埌的污染；发展塑料工业引出了白色污染；开发原子能为人类自己带来了核威胁和核污染（参见图18）；澳大利亚于1859年从欧洲引进兔子，兔子的大量繁殖又给当地农业生产造成巨大的灾难；互联网是最现代的通讯和交际工具，但在信息爆炸的今天人们又面临垃圾信息的浩瀚海洋；等等。,图17 （a）毁林的结果形成只有大象才能生存的贫瘠草原;(b) 全球变暖加速土地沙漠化,图18 人类怎么办？ (a)俄罗斯退役的核潜
34、艇遗弃在北冰洋中（b）美国的核试验场,科学的确是双刃剑，既可以造就天使，也可以造就魔鬼。纳米科技同样会在两个方面留下它的负面影响： 1）在给人类创造巨大财富的同时，留下了难以消除的后遗症； 2）纳米科技必将创造出前所未有的技术和手段，既可以和平利用，造福人类；亦可制造杀人武器，降灾人类。最近英国科学院正在调查研究纳米科技可能给人类造成危险（图19）。为了人类的美好未来，为了我们国家的稳定与安全，我们的职责是，必须掌握纳米科技这把双刃剑，辩证地使用好这把剑。既要勇于打开天堂之门，发挥其积极的一面，为人类造福，又要勇于斗争，抑制其不利的一面，防止魔鬼们用它打开地狱之门。,图19 英国科学家正在对纳
35、米科技可能对人类造成的危害进行评估,问题与思考 1.你认为科技是双刃剑吗？举另外的例子说明。 2.你认为纳米科技是双刃剑吗？,信 息 窗,人类设想的其他纳米级武器 “蚂蚁士兵” 设想研制出一种比蚂蚁还小的机器人，用声波控制这种纳米级机器人通过各种途径钻进敌方的武器装备中，长期潜伏。一旦启用，这些纳米士兵就各显神通；有的专门破坏敌方的电子设备，使其短路、毁坏；有的充当爆破手，用特种炸药引爆目标；有的施放化学试剂，使敌方武器的金属变脆或油料凝结，或使敌方人员神经麻痹，失去战斗力。,“麻雀卫星”美国于1995年提出了纳米卫星的概念。设想将这种卫星造得比麻雀略大些，重量不到10公斤，各个部件均用纳米材
36、料制造，采用最先进的微机电一体化集成技术整合，并达到具有可重组性和再生性，可靠性强，用一枚小型火箭就可以发射将数百颗纳米卫星发射到离地面36000公里的与地球同步旋转的轨道上。若在同步轨道上等间距地放置648颗功能不同的纳米卫星，就可以保证在任何时候对地球上任何地点进行连续监视，即使少数卫星失灵，整个卫星网络系统的监视工作也不会中断。,“纳米炸弹”所谓的“纳米炸弹”只是一些分子大小的液滴，其体积设计成针尖的5000分之一。其作用在概念上是催毁敌方的生化武器，如碳疽病菌的孢子，流感病毒，大肠杆菌，沙门氏菌等。据称，美国的有关专家在试验中已取得百分之百的成功率。,“蚊子导弹”由于纳米器件比半导体器件的工作速度快得多，可以大大地提高武器控制系统的信息传输、存储和处理能力，因此人们期望用纳米器件将能造出全新原理的智能化微型导航系统，从而使制导武器的攻击性、机动性和隐蔽性发生质的提高，它将能神不知鬼不觉地潜入被攻击目标如飞机坦克火炮指挥部和弹药库的内部，摧毁它们，发挥神奇的战斗效能。,纳米直升机,纳米红血球,纳米探针,
