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麻省理工學院機械工程系主任陳剛-納米科技改變生活

發布時間:2017-06-27 09:28:25

納米技術由于目前的商業化程度還不夠,在普通人眼里依然還是相對陌生,本身納米技術更多的是一種極微觀結構上的體現和應用,絕大多數人并不思考微觀結構,所以我們并未能深刻的認識到納米技術的應用,實際上納米技術已經不知不覺進入我們的生活。

納米技術是用單個原子、分子處理物質的科學技術,是研究結構尺寸在0.1至100納米范圍內材料的性質和應用的一種技術。美國工程學院院士、麻省理工學院機械工程系主任陳剛被譽為納米尺度能量和換熱領域的領軍人物,他表示,納米技術已經改變了我們的生活,并將繼續改變我們的生活。

美國工程學院院士 麻省理工學院機械工程系主任陳剛 

納米尺度使物質產生新特性

納米又稱毫微米,如同厘米、分米和米一樣,是一種長度單位,一納米等于十億分之一米。當一種物質或者空間在0.1到100納米范圍之內時,材料將呈現出與宏觀狀態時極不相同的基本特性。比如,我們所說的電子也有波的形態,電子波在宏觀材料傳輸時的波長比幾個納米還長,而在一個納米的顆粒內部傳輸時 電子波的形狀會被壓縮,這時電子的能量就會產生變化,能量變化了,這種物質新的特性就會產生。我們可以用這些變化了的特性來改善一些技術,甚至創造全新的技術。

納米技術

在談到納米技術的研究方向時,陳剛表示,目前納米技術的研究有很多方向,我們知道集成電路都是用硅制造而成,電腦里最小的電路只有10個納米左右,磁盤和磁頭之間的距離也只有一兩個納米。大家都在尋找可以取代硅的材料,比如石墨烯。陳剛說,他自己研究的內容就包括用納米結構材料做溫差發電。雖然材料看上去不在納米尺度內,但其內部結構是納米尺度的,所以它的特性比以前的溫差發電材料要好很多。目前,科研人員還在繼續尋找更多物質在納米尺度的特殊特性及特殊現象,并希望把它們應用在實際產品生產中。

 

納米技術改變能源基本載體,從而改進能源技術

陳剛表示,他從90年代開始至今一直致力于研究利用納米技術改進能源技術。納米尺度很小,而全世界需要的能源是巨大的,那么怎樣用這么小的納米效應去推動如此龐大的能源需求?我們可以通過改變能源的基本載體來達到這一目的。比如導線里的電子,光線的光子,推動蒸汽機的分子及固體里振動的聲子,這些基本載體都有波和粒子的特性,它們的波長一般在納米尺度內。而從粒子特性來看,比如在空氣分子互相碰撞時,兩次碰撞之間的分子平均運動距離也是在100個納米左右。因此,納米材料或者器件中的電子、光子、和聲子的能量可以通過納米技術發生變化,如果能量發生變化,人們就可以控制能量轉換過程。

 

納米技術將改變我們的生活

談及納米技術在生活中的應用,陳剛表示,納米技術應用于各種裝置中。比如磁盤儲存時,磁頭和磁盤間距離越來越小,因而儲存量越來越大,功能也越來越強。再比如有些電池的材料用納米結構來改善充放電效率,這些材料都滲透在我們日常所用的產品中。使用者可能很少會關心這些納米材料,他們通常比較關注產品的特性和功能。陳剛認為,納米技術已經改變了我們的生活,并將進一步改善我們的生活。

 

科研環境是做好科研的保障

陳剛認為,創新的科研環境對做科研很重要。陳剛把他在麻省理工學院工作的所見所聞給我們做了分享,他說,在美國,學校會要求年輕的教授進行獨立的研究,并用最好的條件去支持和鼓勵他們進行發明創造。陳剛表示,不論學生選擇基礎研究還是技術應用,他都會支持,但他鼓勵學生先掌握牢固的基礎知識,因為只有具備了牢固的基礎知識,才可以做不同領域的研究。

 

跨學科知識對創新創業十分重要

陳剛表示,我國非常重視創新創業,社會大環境很好。但在人才培養方面,我國高校大學生大部分只對本專業的知識掌握的較好,對于跨專業知識掌握的較少,而創新人才需要比較全面的跨學科知識,所以他希望高校能夠加強對學生跨學科知識的培養,學生自身也應多學習了解更多知識。

陳剛還談到,每個到他科研組的學生都需要具備三個條件:第一,強烈的事業心,學生本人必須是一個具有獻身科研精神的人。第二,開放的思維,需要掌握豐富的理論知識。第三,善于交流,從交流中互相學習,還要能向別人解釋自己的工作。(來源:科普中國)

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