纳米技术被称为是人类历史上的第四次工业革命，如今已经成了科学研究领域的热门，也是世界许多国家竞相研究的领域。那么，纳米为什么能在世界上引起这么大的轰动呢？它是如何起源的呢？
它又具有什么样的特征呢？
第一节应时而生——纳米的起源
纳米的起源是个很偶然的机会。1985年，美国赖斯大学教授罗伯特·柯尔和理查德·斯莫利以及英国萨塞克斯大学教授哈罗德·克罗托，在一次偶然的实验中发现了碳的球状结构。这是碳元素的新结构，又被称为是富勒式结构，它是由60个碳原子组成的空心球状（诺贝尔博物馆里的富勒烯模型球碳，又名巴基球），也就是我们后来所说的碳60，形状和足球很相似。
更有意思的是人们给它取了一个名字叫“巴基球”，它是一种非常小的颗粒，据说直径只有0.7纳米。同时，碳60的发现者也因此获得了1996年由瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔化学奖。
这是纳米首次以长度单位出现。
它刚开始被称为毫微米，也就是1/100微米。它是原子的4倍，比单个细菌的长度还要小。单个细菌用肉眼根本看不到，如果用显微镜去测它的直径，差不多只有5微米。
你知道吗？假设一根头发的直径是0.05毫米，我们再把它径向平均分成5万根，每一根的厚度差不多就是1纳米。由此我们就能形象地理解纳米是多么的小了。
那么，纳米是怎么样被科学家应用起来的呢？在很早以前，科学家就希望能通过一种很小的并且带有洞的物质来容纳原子和离子，把原子和离子与它相掺合，从而制作出若干新型物质的分子容器，这样对于研究宇宙化学、超导材料、材料化学、材料物理，甚至医学等都有重大意义。然而，这只是科学家的最初设想，由于技术的局限一直没能付诸实践，直到纳米的出现才使得他们梦想成真。后来，利用纳米来发展的技术被称为纳米技术。但是，纳米技术并不是由纳米的发现者倡导出来的，而是由工程师埃里克·德雷克斯勒于20世纪70年代中期想到的。那时他还在麻省理工学院做学生。当他偶然读到关于遗传工程的内容时，就想为什么不能用原子建造无机机器呢？后来经过研究他发现，以前的科学家就已经提到过与他现在的想法几乎完全相同的观点。于是他对纳米技术更为着迷。他认为，如果纳米技术能被应用，就能为人类带来更多的方便，利用它的自行复制能力就能使1台机器变成2台、2台变成4台、4台变成8台……能为那些饥饿的人们带来更多的食物；能为无家可归的人建造无数的房屋；还可以在人的血管里自由游动并修复细胞，从而可以防止疾病和衰老等。
但是，这也只是埃里克·德雷克斯勒的设想，当时他的这些想法并不被人们所接受，有的人甚至还认为他是个疯子。
后来，随着科学的发展，许多科学家对埃里克·德雷克斯勒的想法产生了兴趣。于是，在20世纪80-90年代，宾尼希和罗雷尔等人发明了以前科学家所期望的纳米科技研究的重要仪器——扫描隧穿显微镜。它的出现在纳米的发展史上起到了推动作用，因为它不仅以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽阔的大门。科学家很快就开始利用这台机器。20世纪90年代初，詹姆斯·金泽夫斯基和他的同事在使用扫描隧穿显微镜时发现它有极小的探头，并且能像盲人阅读盲文那样，透过物质的表面来记录原子的存在。因此他们就用35个氙原子拼出了IBM3个英文字母，这3个字母加起来不到3纳米长。后来，他和他的同事在这个基础上又制作出一台能计算的机器，即世界上的第一台分子算盘。该算盘很简单，只是10个巴基球沿铜质表面上的一条细微的沟排成一列。从理论上来讲，该算盘储存信息的容量是常规电子计算机存储器的10亿倍。
它尽管在应用上还是比较烦琐，但已经显示了科学家在处理十分微小的物体方面所取得的惊人成就。这也是人们在纳米领域取得的巨大进步。
1990年7月，第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微学大会在美国巴尔的摩同时召开，正式宣告了纳米科技作为一门学科的诞生。从这以后，纳米就被更多的科学家所关注，例如“纳米技术”、“纳米生物学”、“纳米粒子研究”等关于纳米的科学技术逐渐兴起，并且不断地推出新的研究成果。由此，纳米科技便正式步入科学殿堂，并迅速成为一颗耀眼的新星。
第二节知识传递——纳米概述
纳米通过一个偶然的机会走进了我们的生活，目前对纳米真正了解的人还比较少，或者我们身边还有很多人不知道什么是纳米。更有意思的是，曾经有人把纳米当成是大米的一种，当他们在报纸或电视上听到这个词后，就问身边的人在哪里可以买到纳米，并且还问它的味道怎么样？其实，纳米和大米是完全不同的两种概念，虽然它们的名字中都含有一个米字，但是，纳米比大米小得多，而且还不能吃。那么，纳米究竟是什么东西呢？
纳米最初是由英文nanometer翻译而来的。它并不是某一种物质，而是一个长度单位，例如米、厘米、毫米等。但是，它又比这些长度单位短得多，1纳米只相当于10-9米。
如果要通过一个形象的比喻来说明它的大小，可以拿它与地球进行比较，它在地球上就像是个小乒乓球。从这个比较中或许你更能感觉出纳米的微小。我们把平常能接触到的世界叫做宏观世界，而把肉眼所看不见的原子和分子等微小粒子组成的世界叫微观世界。那么，纳米属于哪个世界呢？
其实，纳米既不属于宏观世界也不属于微观世界，因为它的性质与宏观、微观世界物质的性质完全不同。
例如，水是我们最熟悉的物质，并且我们还知道水和油不相溶，无论是宏观意义上的水还是微观意义上的水，都不和油相溶；但是，如果放在纳米的尺度上来讲，水可以和油相溶，并且它们会溶合得很好，不会受外界其他物质的干扰，性质非常稳定。
这说明纳米世界是一个非常神奇的世界，我们普通世界中的物质到了纳米世界就会变得不一样。这也是纳米技术之所以比其他技术高超的主要原因。目前，纳米技术在我们生活中已经有很广泛的应用。比如，近年来我们曾听到广告词中所宣传的纳米冰箱、纳米洗衣机等。因此有科学家预言：纳米技术是最可能在未来取得突破的科学和工程领域，将会成为改变我们人类社会的主要科学技术。因为它已经迈入了一个崭新的微观世界，并且在这个世界中物质的运动要受量子原理主宰。构成物质的基本单位是原子，纳米技术的出现意味着人类将在原子层上认识未知世界。
一些专门研究纳米材料和纳米结构的科学家预言：在不久的将来会出现由纳米材料组成的特种新奇的新材料。新材料的功能将远远超过目前所使用的这些材料的功能，它不仅能够感知环境的变化。而且还能做出相应的反应。他们还认为，照这样的发展速度，还会出现强度比钢铁还要大10倍的材料，但是，它的重量只有纸张的1/10那么重，并且具有超导电性。
这样神奇的纳米真的会改变我们的生活吗？它又要怎么样去改变呢？科学发展的事实已经表明，纳米改变人类生活的事例很多。比如碳纳米管，虽然它的尺寸不到人头发直径的万分之一，但是它可以用作极细的导线或用于超小型电子器件中，这样就能大大提高电子器件的储存功能，甚至可以将一个拥有几百万册图书的图书馆信息放入一个只有糖块大小的装置中。另外，医学上还发现了一种叫“纳米机器人”的“小医生”，主要利用它进入病人体内，摧毁体内癌细胞，同时又不会损害健康细胞；而且还能够在人体内来回送药，清扫动脉，修复心脏、大脑和其他器官等。
它的出现可谓是医学界的一支奇葩，解决了以往许多不能解决的医学难题。
此外，纳米技术的发展给计算机制造技术也带来很大的进步。微型纳米晶体管和纳米存储器芯片，将使计算机的速度和效率提高数百万倍，磁盘存储的容量也将达到今天的成百上千倍，并且使它的能耗量降低到现在的几十万分之一。由此我们可以看出纳米技术的发展将是科学技术上的一次大变革，神奇的“小精灵”将主宰整个科学领域。
第三节形象描述——纳米态物质的特征
纳米是微小的粒子，除了知道它的个头微小外，你还知道它有哪些特征吗？关于纳米的小，还有人作了一个这样的比喻，他们说：如果你把一块正方形的橡皮糖不停地按平均来切割，它就会由1个变成2个，2个变成4个，4个变成8个……如果把它切成只有几纳米那么大，那么，它平铺开的表面积就有一个足球场那么大。随着粒子的减少，有更多的原子分布到了物体表面，据估算当物质微粒的直径为10纳米时，约有20％的原子裸露在表面。而平常我们接触到的物体表面，原子所占比例还不到万分之一。这样，纳米像一个大容器一样把大部分的原子都呈现了出来，而不是像其他物质那样，把原子都包含在自己的内部。正是由于纳米能把大部分的原子呈现出来，它才具有一些比较特殊的性质。那么，纳米都有哪些特征呢？
1.光学特征
由于纳米粒子的粒径(一般在10～100纳米)小于光波的波长，因此它常常与照射到它表面的入射光线产生复杂的交互作用。这也是纳米材料具有比较大的光吸收率的主要原因。因此，根据它的这一特殊光学特征，可把它应用于红外线感测材料。此外，当我们把一些金属分割成只有几纳米大小的粒子时，金属就将失去它原有的光泽变成黑色。这是由于金属的粒子越小，它对光的吸收率就越低，所以就会变成黑色。利用这些特性，又可以将纳米粒子制成光热、光电等转换材料，从而提高太阳能转变为热能、电能的效率。
此外，也可以将它应用到红外敏感元件以及红外隐身技术中。
2.热学特征
对于固态物质来说，它的体积越大熔点就越高，而体积越小熔点就越低。当一种物质的大小只有几纳米时，它的熔点显着降低。例如，一般金子熔点为1064℃，但当它的大小减小到10纳米以下时，它的熔点就会降低27℃，当它的大小只有2纳米时，它的熔点仅为327℃左右，比正常的熔点低737℃。由此说明，纳米的热学性质非常的低。正因为这样，我们可以利用它的这一特征为科学领域服务。使那些熔点高的物质微分化，这样就能把它们应用到各个领域中。
3.磁学特征
一些动物体内含有一些超微的磁性粒子，它们的存在使动物具有一定的辨别方向的能力，能认识回家的路。那么，什么是磁性超微粒呢？它实质上就是一个生物磁罗盘。例如，生活在水中的趋磁细菌能依靠它游向营养丰富的水底。磁性超微粒为什么具有辨别方向的能力呢？通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内通常含有直径约为2纳米的磁性氧化物颗粒。这些纳米磁性颗粒虽然非常微小，但是它的磁性却要比普通的磁铁强很多。生活中，我们见到的螃蟹都是横着走，其实，在很多年以前它也可以前后运动。这是为什么呢？据说，在亿万年前螃蟹的祖先体内具有几颗磁性纳米微粒，这样促使它具有走南闯北、前进后退、行走自如的特性。但是后来地球的磁极发生了多次倒转，使螃蟹体内的小磁粒失去了正常的定向作用，因此它不能前后进退而只能横行了。纳米的磁性是决定方向的一个重要因素。
4.力学性质
陶瓷是一种比较容易破碎的物质，通常情况下它的脆性比较大。
但是，如果把纳米技术加到陶瓷当中去，由纳米超微颗粒压制成纳米陶瓷材料，陶瓷将会呈现出一个崭新的面貌。不但不容易破碎，而且还具有超强的韧性。纳米粒子非常小，以致它排列的界面非常大，并且界面原子的排列是不统一的混乱状态。所以，与纳米结合的陶瓷，原子的结构性能变强，韧性也变大，使新诞生的陶瓷材料具有神奇的力学性质。这样陶瓷的使用范围就得到了扩展，应用前景十分宽广。
其实，无论是关于纳米的哪一种特性都和它的应用分不开。近年来科学界一直在倡导一种叫纳米技术的新技术，运用纳米来为人类生活服务的一项新的科学产业。那么什么是纳米技术呢？它是在什么样的情况下被提倡与兴起的呢？下一章我们将会对它作全面的讲述。
