神奇的纳米技术——你无法置身事外：正在到来的社会大变局(七)
天梯的构想，理论上有实现的可能，原因就在于一个革命性的技术——纳米技术的出现。
一 引子：嘉兴绳技
“嘉兴绳技”是流传甚广的一个唐代传奇故事，据说原来载于《原化记》一书(已失传)，其故事后来被《太平广记》所收录。
故事描述了一个在嘉兴的囚犯通过神奇的“通天绳技”逃出监狱的神奇故事。别人的绳技都是把绳系在两端固定，人在上面行走或做各种动作，而他只需一根百尺长绳，手指粗细，将绳一头抛向空中两三丈，然后越抛越高，神奇的是绳子成笔直状，最后在人们看不到的绳子高空一端，囚犯手抓绳子，身子离地，越来越高，最后像鸟一样，向远处飞去，不见踪影。
虽然嘉兴绳技的故事，真伪已不可考，但其通天的绳技，在现代却可能变成现实。
2012年, 日本Obayashi 公司宣称要在40年内，将打造一个9.6万千米高的天梯，用来运送货物，太空船部件或航天员到太空中。 这一构想仍面临着重重技术挑战，笔者认为，能否实现，仍在未定之天。但之所以有这样的构想，且在理论上有实现的可能，原因就在于一个革命性的技术——即纳米技术的出现。
二 下一个大事件是一个小东西
一纳米有多长呢?一米有1000毫米，一毫米有1000微米，而一微米有一千纳米。即一纳米是一米的十亿分之一。当物质到纳米尺度(0.1—100纳米)这个范围空间时，物质的性能就会发生突变，出现许多奇异性能。 比如，把磁性材料铁钴合金做成大约20—30纳米大小后，它的磁性要比原来高1000倍。再比如，一种碳纳米管制成的纸张,强度是钢铁的500倍,而比重却只有钢铁的十分之一。碳纳米管这种奇异的性质，使其成为前面提到的太空天梯的制造材料的候选者之一。
按照美国国家纳米计划(NNI)的定义，广义的纳米材料，包括了100纳米以下的，用各种制备技术制造的材料(是三个维度当中，至少有一个维度小于100纳米的物质)，如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。而狭义的纳米技术，是指对分子和原子进行操作的分子组装和制造技术(Atomic Precise Manufacture – APM)。
三 事情的缘起
1959年，美国著名物理学家，诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出了物质可以由下而上组装的思路，尽管他没有明确提出纳米技术这个名词，但他的想法却是纳米技术思想的源头。1974年，日本的科学家Norio Taniguchi第一个提出纳米技术这个概念，受到费曼思想的启发，美国的科学家K. Eric Drexler在他的书“Engines of Creation: The coming Era of Nanotechnolgoy” 独立地阐述了“纳米技术”这个概念.。
理查德·费曼
很多人把“扫描隧道显微镜”出现的1981年当成纳米技术元年，因为。如今，扫描隧道显微镜可以对单个原子进行操作。自此以后，又有许多可以对原子检测与操纵设备问世，如原子力显微镜(AFM)，电化学显微镜(ECM)，磁力显微镜(MFM)，电容力显微镜(CFM)，电场力显微镜(EFM)，扫描近场显微镜(SNOM)等等。近来光镊、电场镊、分子梳等技术也不断出现与发展，使操纵原子，分子更加自如。这些对原子和分子的操作技的发展，使APM(Atomic Precise Manufacturing)几乎到了一个爆发的一个转折点，因此K. Eric Drexler在今年，又出版了一本书“Radical Abundance: How A Revolution In Nanotechnology Will Change Civilization”. 这本书系统论述了APM (Atomic Precise Manufacturing) 将如何从根本上颠覆我们的制造业，进而对世界产生天翻地覆的影响。
由于纳米技术的巨大潜力，全世界几十个国家都不甘落后，加入到了这场技术革命的竞赛中。比如，美国提出了NNI(National Nanotechnology Initiative)等等，这里我们就不一一介绍这些计划了。下面我们具体介绍几个纳米技术的实例。
四 纳米的实际应用
自古英雄出少年。下面，我们先讲一个现代少年科学英雄的故事。
去年6月，福布斯网站报道了新闻，一个来自于马里兰州，15岁的男孩岁杰克·安德拉卡发现了一个发现早期癌细胞的革命性方法，杰克用的就是碳纳米管的技术。杰克发明的早期胰腺癌的测试方法，要比目前医学界流行的检测方法(酶吸附试验-ELISA法)速度快上168倍、价格便宜26667倍(杰克的方法，只需要3美元)，并且敏感度和有效度比传统方法更是高达400倍！下面我们简单介绍一下杰克发明这项技术的过程，供有志于创业的“童鞋”们参考。
杰克·安德拉卡从小就是一个科学迷，对各种未知的东西感兴趣，13岁那年，他家的一个朋友，他称之为叔叔的人(在美国，这应该是非常亲近的朋友才这样称呼)，因为得胰腺癌而去世，而其中重要的原因是因为没有早期发现，于是激发了他探索早期癌症诊断技术的念头。而他的诊断胰腺癌的想法，来自与于他修的生物课程所学到的有关抗体的知识和他读到的有关纳米管探测技术的文章，而后他又从互联网上学习有关癌症的生物化学和纳米管技术，同时从网上查阅免费的学术杂志(笔者曾试图在网上查中文学术杂志，遗憾的是，很难找到免费的，这和盗版盛行是多么大的反差)。
有了这些知识准备后，杰克·安德拉卡准备了一个研究计划，包括预算和时间进度表，然后开始联系约翰霍普金斯大学(应该离他家不远)和国家卫生研究院的科学家，希望能利用科学家的实验室，同时能到岛帮助和指导。但是，他的电子邮件送出去后，收到的都是拒绝的回复，他不气馁，直到联系到第二百个教授时，功夫不负有心人，第二百个教授同意给他帮助，这就是约翰霍普金斯大学医学院(全美顶尖的医学院)的病理学，肿瘤学，化学和生物分子工程教授-安尼尔班·迈特拉(Anirban Maitra)。杰克·安德拉卡这个少年取得的成就固然令人钦佩，但迈特拉教授也令人佩服，试想，一个顶尖大学的教授，面对一个不相识的少年的这种请求，在同意帮助他(这决对不是举手之劳)的背后，不会有什么功利的想法在里面。
现在，多家公司和杰克·安德拉卡联系，希望对他发明的“神奇测癌试纸”进行商业化，推向市场。而杰克·安德拉卡本人，则将继续对多种抗体的探测研究，他的宏伟目标，当然是把此技术推广到多种癌症的早期诊断。而有可能暂停高中学业也在所不惜。而杰克·安德拉卡的技术和新目标都是一个革命性的，也许在不久的将来，人们用简单的试纸(几美分甚至更便宜)，就可测出很多早期癌症，得到及时的治疗，这是一个多么大的跨越啊。
地沟油是中国的一大公害，不知能不能用类似的技术，去探测地沟油，有兴趣的“童鞋”，不妨考虑考虑。
尽管杰克·安德拉卡发明的技术是癌症诊断技术的一场革命，但只不过是纳米技术的一个小小应用。
现在，纳米技术已广泛应用在许多领域，比如，过滤膜，把一杯很脏的水，让其经过纳米过滤膜后，就可以变成纯净的人饮用水，这对很多缺水的发展中国家，是一个福音，美国匹兹堡市净化水厂，可净化相当于20万人的用水量，其核心技术是采用日本旭化成的纳米技术精密过滤膜。
再举个例子，纳米涂料可以使衣物耐脏乃至根本不会脏(2006年，德国就已经开发出这种技术)，这将多洗涤剂行业，干洗店行业造成什么影响？大家1秒钟就可以想出答案。
更进一步的，2013年一月份，据paintsquare报道，美国密西根大学的科学家，研究出空气成分高达95%的纳米涂料，这种涂料可以防止水，酸，奶，咖啡，油，酒类等多种液体，使用这种涂料，可以制成防止化学危险品的衣物，涂在船上，可以减少船只的阻力。
纳米技术的渗透，是全方位的，比如，纳米技术的发展，已形成了纳米医学这个领域，包括诊断，治疗，药物输送，可植入术装置，抗微生物技术，细胞修复等等。而在日常生活中的应用，就更为广泛了。
纳米技术网站nanotechproject.，列出了与此消费品相关的纳米项目，在2006年，只有209项，2007年有475项，而2012年，已经有超过1300项，这些项目涵盖了包括健康和健身项目(如化妆品，防晒霜及运动货品)，食品和饮料产品，家居及花园用品和电子产品及电脑产品等等。有志于此的朋友可以参考。下面，我们再介绍一个纳米技术应用的例子，来说明它对我们未来生活的影响。
五 “绿野仙踪”-隐形材料悄悄地走近我们
现在，隐形战斗机是多个国家追求的下一代战斗机，这样的战斗机只是对一定波段的雷达电磁波隐形。而对可见光也隐形的材料，也已经问世。比如，2013年，美国斯坦福大学就曾披露的研究成果显示，通过添加纳米原子，碳化硅超颖材料可以达到"真正隐形"，制造这样的材料，技术上已不存在障碍，还看到美国其他大学和加拿大的公司也已经成功研制出类似的隐形材料，此种材料一旦工业化，不仅对军事工业，而且对社会安全都是巨大的冲击，人们不难想象，若是罪犯穿了隐形衣，技术上如何防范?对人们的心理有什么影响?仅此一项，就会催生很多新产业。
六 摩尔定律与微电子工业
信息技术革命之所以能够发生，最重要的原因之一是微电子技术的发展，人们受益于微电子技术的发展，所使用的电子产品性能越来越优越，价格却不断下降，之所以如此，是因为其中著名的摩尔定律所描述的半个世纪以来集成电路技术升级换代的速度，其内容为：集成电路上可容纳的電晶体数目，约每隔24个月便会增加一倍;而芯片性能每隔18个月会提高一倍(即更多的晶体管使其更快)。但是，随着芯片体积的持续缩小，量子效应将显现(摩尔定律失效是因为两个问题：漏电和无法散热)，人们预计沿用传统的硅材料和技术，十年左右摩尔定律就要失效，而纳米技术和纳米材料将是提高芯片性能的主要手段。
七 无数英雄竞折腰
此系列的前文(Tesla的启示)中我们曾讲到，电动汽车的影响，电动汽车的主要支柱之一是电池技术，据中国科学报报道，2013年初，美国斯坦福直线加速器中心和斯坦福大学的研究人员研发出了一个巧妙的“蛋黄壳”设计，使得锂离子电池的存储能力比当前的商业技术高出5倍以上，创造了新的储能世界纪录。这种技术能让锂离子电池的阴极在1000次的循环充放电后，仍保持较高的性能，从而为新一代更轻、更持久电池在便携式电子产品与电动汽车上的应用铺平了道路。
领导这项研究的是斯坦福大学材料科学与工程系副教授、斯坦福大学材料和能源科学院的成员崔毅，研究小组报告的结果发表在1月8日的《Nature—Communications》。崔毅说：“在经过1000次充放电循环后，硫阴极保留了其能量存储容量的70%，这是目前所知的世界上性能最高的硫阴极。即使没有优化设计，这种阴极循环寿命的表现已具备商业性能，这是推动未来可充电电池发展的重要成就。”, 不难想象，这样的技术市场化后，电动汽车会更快侵蚀现在燃油汽车的的地盘。
由于这电池技术对社会影响潜力的巨大及相应的市场规模，不仅巨头们在争相投资，创业的英豪们也纷纷涌入， 网站Gigaom就列举了十三家值得观察的电池领域的创业公司， 其中基本都在用纳米技术或前面曾提到的三维打印技术。
有关天使投资的网站angel.co则列出了近两三年的在纳米领域里的部分创业公司(51家)。想创业的“童鞋”们可以看看这个清单。另可见nanotechitaly。
纳米的产业化，已经处在初级阶段，它对未来的影响，大概还相当于信息产业的五六十年代，纳米技术的著名推动者之一“K Eric Drexler” 博士认为，纳米技术有望解决资源短缺，人口增长的困境。有兴趣的读者不妨一读。
纳米技术对我们社会的颠覆性影响，刚刚来临。科幻作家布鲁斯·斯特林(Bruce Sterling)曾经说过，“未来就在这里，它只是分布并不均匀”，这句话描述现在的纳米技术状况挺合适。
选择“Disable on www.wenxuecity.com”
选择“don't run on pages on this domain”
