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麻省理工学院机械工程系主任陈刚-纳米科技改变生活

发布时间:2017-06-27 09:28:25

纳米技术由于目前的商业化程度还不够,在普通人眼里依然还是相对陌生,本身纳米技术更多的是一种极微观结构上的体现和应用,绝大多数人并不思考微观结构,所以我们并未能深刻的认识到纳米技术的应用,实际上纳米技术已经不知不觉进入我们的生活。

纳米技术是用单个原子、分子处理物质的科学技术,是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。美国工程学院院士、麻省理工学院机械工程系主任陈刚被誉为纳米尺度能量和换热领域的领军人物,他表示,纳米技术已经改变了我们的生活,并将继续改变我们的生活。

美国工程学院院士 麻省理工学院机械工程系主任陈刚 

纳米尺度使物质产生新特性

纳米又称毫微米,如同厘米、分米和米一样,是一种长度单位,一纳米等于十亿分之一米。当一种物质或者空间在0.1到100纳米范围之内时,材料将呈现出与宏观状态时极不相同的基本特性。比如,我们所说的电子也有波的形态,电子波在宏观材料传输时的波长比几个纳米还长,而在一个纳米的颗粒内部传输时 电子波的形状会被压缩,这时电子的能量就会产生变化,能量变化了,这种物质新的特性就会产生。我们可以用这些变化了的特性来改善一些技术,甚至创造全新的技术。

纳米技术

在谈到纳米技术的研究方向时,陈刚表示,目前纳米技术的研究有很多方向,我们知道集成电路都是用硅制造而成,电脑里最小的电路只有10个纳米左右,磁盘和磁头之间的距离也只有一两个纳米。大家都在寻找可以取代硅的材料,比如石墨烯。陈刚说,他自己研究的内容就包括用纳米结构材料做温差发电。虽然材料看上去不在纳米尺度内,但其内部结构是纳米尺度的,所以它的特性比以前的温差发电材料要好很多。目前,科研人员还在继续寻找更多物质在纳米尺度的特殊特性及特殊现象,并希望把它们应用在实际产品生产中。

 

纳米技术改变能源基本载体,从而改进能源技术

陈刚表示,他从90年代开始至今一直致力于研究利用纳米技术改进能源技术。纳米尺度很小,而全世界需要的能源是巨大的,那么怎样用这么小的纳米效应去推动如此庞大的能源需求?我们可以通过改变能源的基本载体来达到这一目的。比如导线里的电子,光线的光子,推动蒸汽机的分子及固体里振动的声子,这些基本载体都有波和粒子的特性,它们的波长一般在纳米尺度内。而从粒子特性来看,比如在空气分子互相碰撞时,两次碰撞之间的分子平均运动距离也是在100个纳米左右。因此,纳米材料或者器件中的电子、光子、和声子的能量可以通过纳米技术发生变化,如果能量发生变化,人们就可以控制能量转换过程。

 

纳米技术将改变我们的生活

谈及纳米技术在生活中的应用,陈刚表示,纳米技术应用于各种装置中。比如磁盘储存时,磁头和磁盘间距离越来越小,因而储存量越来越大,功能也越来越强。再比如有些电池的材料用纳米结构来改善充放电效率,这些材料都渗透在我们日常所用的产品中。使用者可能很少会关心这些纳米材料,他们通常比较关注产品的特性和功能。陈刚认为,纳米技术已经改变了我们的生活,并将进一步改善我们的生活。

 

科研环境是做好科研的保障

陈刚认为,创新的科研环境对做科研很重要。陈刚把他在麻省理工学院工作的所见所闻给我们做了分享,他说,在美国,学校会要求年轻的教授进行独立的研究,并用最好的条件去支持和鼓励他们进行发明创造。陈刚表示,不论学生选择基础研究还是技术应用,他都会支持,但他鼓励学生先掌握牢固的基础知识,因为只有具备了牢固的基础知识,才可以做不同领域的研究。

 

跨学科知识对创新创业十分重要

陈刚表示,我国非常重视创新创业,社会大环境很好。但在人才培养方面,我国高校大学生大部分只对本专业的知识掌握的较好,对于跨专业知识掌握的较少,而创新人才需要比较全面的跨学科知识,所以他希望高校能够加强对学生跨学科知识的培养,学生自身也应多学习了解更多知识。

陈刚还谈到,每个到他科研组的学生都需要具备三个条件:第一,强烈的事业心,学生本人必须是一个具有献身科研精神的人。第二,开放的思维,需要掌握丰富的理论知识。第三,善于交流,从交流中互相学习,还要能向别人解释自己的工作。(来源:科普中国)

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