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納米技術(shù)與包裝印刷(一)
2013-03-18 09:02:42   作者:   來源:   評(píng)論:0 點(diǎn)擊:

     一、 納米時(shí)代的態(tài)勢(shì)與歷史背景
  在信息時(shí)代,我們向微觀領(lǐng)域邁進(jìn)了一大步,世界不可思議地變得越來越小。由于納米技術(shù)的出現(xiàn),傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)將受到挑戰(zhàn):“多小才算小”?
  一般來說,衡量納米材料有兩把尺子,一把尺子是納米的尺度,也就是材料的尺寸得在1個(gè)納米以上100個(gè)納米以下,1000個(gè)納米就變成微米的尺度了。第二把尺子就是這個(gè)材料的性質(zhì)是普通材料所沒有的。通常將具有一定存在形態(tài)、1~100nm尺寸的物質(zhì)稱之納米物質(zhì),其術(shù)語表達(dá)可以是:英文術(shù)語為nano、nanosized、nanoscale、nanostrucured、nanometer與particles、materials、substance、solids、cluster等任意組合構(gòu)成的詞組意義,中文術(shù)語由此能衍生出很多詞意,諸如:納米團(tuán)簇、納米級(jí)物質(zhì)、納米顆粒、納米微粒、納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)、納米粒子、納米材料、低維材料等等。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者HorstStomier宣稱:“納米技術(shù)賦予了我們一種工具,可用它來玩弄自然界的極端——原子和分子。創(chuàng)造新事物的可能性變得無窮無盡。”另一位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者RichardSmolley干脆宣告:“納米技術(shù)是建設(shè)者最后的邊疆。”
  如今,人類一邊轟轟烈烈地飛入太空、探索火星,一邊靜悄悄地深入物質(zhì)內(nèi)部,在物質(zhì)微粒間營(yíng)造出一個(gè)嶄新的微觀王國——總有一天,人們將按自己的意愿去制造物質(zhì),揭開原子世界里的一道道奧秘。
  納米技術(shù)的研究和應(yīng)用,意味著人們將可能從原子、分子的水平上識(shí)別、探測(cè)和控制物質(zhì),在納米尺度上研究原子、分子行為和相互作用的規(guī)律,使得人類在認(rèn)識(shí)和改造自然、征服自然和應(yīng)用自然的能力上再次迎來驚人的飛躍。
  對(duì)于中國人來說,納米時(shí)代的意義可能更加重大。第一次工業(yè)革命,蒸汽機(jī)迫使人類的研究精確到毫米(在此之前,人類是不需要對(duì)毫米進(jìn)行研究的);第二次工業(yè)革命是微米時(shí)代,因?yàn)橛辛穗,人類認(rèn)識(shí)了微電子,但是現(xiàn)在微米層次的芯片已經(jīng)到達(dá)了它的物理極限,必須深入到納米了。毫米時(shí)代的第一強(qiáng)國是英國,微米時(shí)代的領(lǐng)軍人物是美國,現(xiàn)在納米時(shí)代來臨了,大家站在了同一條起跑線上。
  1959年末,諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德•弗曼在一次題為《在物質(zhì)底層有大量空間》的演講中預(yù)言:“就我所知,物理學(xué)的原理并沒有否認(rèn)一個(gè)個(gè)移動(dòng)原子的可能性”。這是最早具有現(xiàn)代納米概念的思想。可納米物質(zhì)卻不是人類的新發(fā)明——自然界早就存在,納米世界是真實(shí)存在的物質(zhì)層次。
  納米技術(shù)(nanotecnnology)是一個(gè)含義極其豐富的術(shù)語。它的基本涵義是在納米尺寸(10-10~10-7m)尺度空間內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然,研究通過直接操作和安排原子、分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性,創(chuàng)造新物質(zhì)。這意味著人們可以生產(chǎn)出極純的材料、豐富多樣的新產(chǎn)品,并且能大大提高機(jī)器效率。納米技術(shù)是指在納米尺度下對(duì)物質(zhì)進(jìn)行制備、研究與應(yīng)用的一門綜合性的技術(shù)體系,其最終目的是操縱與控制原子、分子制備成人工功能材料。納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)、納米加工技術(shù)、納米測(cè)量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于材料生產(chǎn)(超微粉、鍍膜等),性能檢測(cè)技術(shù)(化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱、及光學(xué)等性能)。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)(能量束加工等)及掃描探針技術(shù)。
  至于納米技術(shù)的確切內(nèi)涵,不同研究領(lǐng)域的觀點(diǎn)大相徑庭。從迄今的研究狀況來看,納米技術(shù)的基本概念大體分為三種。第一種概念就是德雷克斯勤博士提出的“分子納米技術(shù)”的概念。第二種概念把納米技術(shù)定位為微加工技術(shù)的極限。第三種概念是從生物的角度出發(fā)而提出的。生物在細(xì)胞和生物膜內(nèi)本來就存在納米級(jí)的結(jié)構(gòu)。所以,納米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之間的物質(zhì)組成的體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用以及可能的實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù),納米科學(xué)所研究的領(lǐng)域是人類過去從未涉及的非宏觀、非微觀的中間領(lǐng)域,從而開辟人類認(rèn)識(shí)世界的新層次,也使人們改造自然的能力直接還原到分子、原子,這標(biāo)志著人類的科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代——納米科技時(shí)代。
  納米科技是20世紀(jì)80年代末90年代初興起的、涉及多學(xué)科的高新科學(xué)和技術(shù),還有待于進(jìn)一步的研究和開發(fā)。但人們已經(jīng)預(yù)料到,納米科技將給人類社會(huì)帶來一場(chǎng)深刻的、革命性的變革。這場(chǎng)革命必然要波及到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。發(fā)展納米技術(shù)極有可能是新世紀(jì)留給已錯(cuò)過微米技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)機(jī)遇的中國人的最后一次機(jī)會(huì)。作為一個(gè)中國人,不能不關(guān)注這一當(dāng)代世界的高新技術(shù)的發(fā)展,不能無視它將給人類帶來的影響,特別是對(duì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的影響。
  納米科技是節(jié)能低耗與技術(shù)密集型的高科技。盡管全面實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化尚有很長(zhǎng)的路要走,然而發(fā)展納米科技的產(chǎn)投比可能會(huì)高于其它高科技項(xiàng)目。因此納米技術(shù)可能為我國迎頭趕上世界經(jīng)濟(jì)提供一個(gè)難得的歷史機(jī)遇。美國著名科學(xué)家喬納森•斯彭斯和羅雷爾(諾貝爾獎(jiǎng)獲得者)說:“如果中國奇跡般地成為超級(jí)先進(jìn)國家,靠的就是納米,它可以讓戈壁灘變成綠洲”。
  二 、納米包裝印刷的機(jī)遇與使命
  我國一位著名的科學(xué)家指出:“在信息科學(xué)、生物工程、納米科學(xué)這三大代表科技未來發(fā)展趨勢(shì)的‘領(lǐng)導(dǎo)型’學(xué)科中,納米科學(xué)是我國與發(fā)達(dá)國家差距最小的學(xué)科,也是我國最有可能與發(fā)達(dá)國家保持同步發(fā)展的學(xué)科”。世紀(jì)之交,新華社2000年8月29日一篇題為《決戰(zhàn)納米時(shí)代—記高科技術(shù)領(lǐng)域的一場(chǎng)世界性角逐》的新聞綜述,使納米迅速得到了社會(huì)的認(rèn)同。
  納米技術(shù)將成為今后二三十年科學(xué)發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。美國科學(xué)技術(shù)委員會(huì)2000年3月向美國政府提出報(bào)告,把啟動(dòng)納米技術(shù)的計(jì)劃看作是下一次工業(yè)革命的核心,世界各先進(jìn)國家也都從未來發(fā)展戰(zhàn)略的高度,重新布局納米材料研究,加強(qiáng)納米技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。我國納米材料的研究已經(jīng)具有了很好的基礎(chǔ),一直受到國家的高度重視和支持。

     納米技術(shù)應(yīng)用的最重要領(lǐng)域,是制造具有特異物理、化學(xué)性質(zhì)的新型功能材料。最典型的應(yīng)用是將兩種不同性質(zhì)的材料制成納米復(fù)合顆粒。歐盟早在1995年就發(fā)表報(bào)告稱:預(yù)測(cè)在今后20年內(nèi)納米技術(shù)的開發(fā)將僅次于芯片制造業(yè),成為世界第二大制造業(yè)。納米技術(shù)未來的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計(jì)算機(jī)工業(yè)。根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)和最新的科技發(fā)展,世界各國的很多科學(xué)家都認(rèn)定:納米技術(shù)正昭示著產(chǎn)業(yè)革命的曙光,其影響將如同20世紀(jì)后葉微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命。
  納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有十分重要的意義。首先它將改觀人類傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式,空前地提高社會(huì)生產(chǎn)力,并有可能從根本上解決目前人類所面臨的環(huán)境污染,生態(tài)平衡破壞、原材料與能源消耗等諸多嚴(yán)重的問題,同時(shí),納米科技能夠開發(fā)物質(zhì)潛在的信息和結(jié)構(gòu)潛力,使單位體積物質(zhì)儲(chǔ)存和處理信息的能力提高百萬倍以上。
  本世紀(jì)的技術(shù)革新,很大程度上是靠弄清更加微觀的現(xiàn)象和據(jù)此發(fā)展操作技術(shù)來支撐的。但是,這種傳統(tǒng)的技術(shù)開發(fā),在很多領(lǐng)域?qū)⒃庥鰳O限。如果沒有與傳統(tǒng)根本不同的新發(fā)現(xiàn),就無法登上新的臺(tái)階。納米技術(shù)就是發(fā)現(xiàn)這種效果與人工的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)技術(shù),人們正是充分掌握和利用先進(jìn)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)使對(duì)納米技術(shù)的預(yù)言和研究成為可能。
  為了研討當(dāng)今國際納米材料及技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),探討我國“十五”期間納米材料的發(fā)展戰(zhàn)略,促進(jìn)納米材料研發(fā)和納米技術(shù)在包裝領(lǐng)域的研究和應(yīng)用,推進(jìn)我國納米包裝產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展,2001年10月16日,根據(jù)我的提議,我國包裝界的泰斗邱純甫先生親自批示,中國包裝技術(shù)協(xié)會(huì)、中國包裝報(bào)社聯(lián)合在廈門市召開了“全國首屆納米技術(shù)包裝應(yīng)用研討會(huì)”,會(huì)議主題為“納米技術(shù)在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化”。該研討會(huì)對(duì)制定我國國家納米包裝發(fā)展目標(biāo),迎接新世紀(jì)的挑戰(zhàn),無疑具有十分重要的意義,正如“中國包裝報(bào)”的綜述文章中指出:這次研討會(huì)“在包裝業(yè)傳播了納米技術(shù)的‘火種’。”
  2004年5月,應(yīng)中國輕工業(yè)出版社約稿,我寫成我國和世界第一部納米包裝印刷術(shù)研究的專著《納米技術(shù)與包裝印刷》,八十多萬字,照片、圖譜二百多幅,即將交付出版。擬請(qǐng)中國包裝聯(lián)合會(huì)石萬鵬會(huì)長(zhǎng)及納米項(xiàng)目首席科學(xué)家寫序,我意將此書獻(xiàn)給2006年四月在北京召開的“世界包裝大會(huì)”;最近,應(yīng)國防工業(yè)出版社之約,我正在編寫第二本,《包裝材料納米改性及應(yīng)用》。這兩本專著,從應(yīng)用的角度揭示了納米技術(shù)對(duì)改造傳統(tǒng)的包裝印刷的研究,探討了建立納米包裝印刷體系的構(gòu)架,并提出納米包裝產(chǎn)業(yè)化商品化的目標(biāo)和途徑。

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