纳米技术专家：近65%国土面积受到重金属污染

王琛：近65%国土面积受到重金属污染

2011诺贝尔奖得主北京论坛9月28日-9月30日举行。纳米技术专家王琛表示，将近65%的国土面积都受到重金属的污染。

王琛表示，纳米技术对环境方面的贡献就是环境污染特别是重金属污染是非常严重的现象，覆盖了很多地区，将近65%的国土面积都受到重金属的污染。举一个例子，利用纳米对镉，让它快速形成大晶体的镉，这个是一个实验室规模，现在已经在尝试对于大规模的污染治理，这个是在沈阳和长沙镉的矿山开采过程中产生的矿渣的堆积利用纳米技术进行治理。

以下为文字实录：

非常感谢吴老师的介绍，非常感谢组委会的邀请使我在这里能够分享纳米科技的思考，我在这里就纳米科技与未来社会展开我的一些想法。纳米科技是近30年来交叉发展的一个科目。我先回顾一下纳米科技的主要发展过程，从这个概念提出在许多场合下了解过，实际上很多人在引用这个概念提出追随到半个世纪以前，1959年美国的武力教授提出在原子和分子尺度上实现一些特定功能，这个时候他确实明确提到了到2000年的时候用原子和分子指导这个机器，这个概念提出非常有创意，我们在过去30年里看到这个方面取得非常多的进展，实事求是的讲我们实现用原子和分子制造机器还有非常大的距离。59年提出这个设想以后，在过去的30年里这个概念得到了很大的发展，其中几个有代表性的事件发生在片子上日本人提出以制造加工为基础的纳米制造，后来逐渐以原子和分子尺度上直接观察这些表面核物质的结构，其中里程碑的事件是91年召开了第一次国际纳米技术会议，在这个会议上将纳米科技推到高水平的研究范围内，纳米科技的定义可能跟其他的学科的定义有所不一样，它的定义一直到06年作用有比较统一的认识，主要的核心在纳米尺度上包括原子和分子研究物质的结构、特性和相互作用。

在这个基础上发展出一些具有集成功能的效果，特点列在这里，对许多的基础学科和应用学科都有重要影响的研究方向。我的报告分几个方面，从历史和现在看纳米科技的痕迹。今天我们在这个基础上不断的了解在纳米尺度上发生的物理、化学的作用，能够对我们的社会发现更有功效的新的技术。第一个部分回顾一下历史过程中间有一些典型的纳米技术的痕迹，这个是典型的例子，我们大家都接触到我们在用做书法跟绘画中间常用到的墨，我们传统的灰墨实际上在以前的制备过程中间主要利用燃烧着蜡烛的墨产生的灰，另外我们在古代出土的铜镜，发现表面保存得非常好，可以发现里面有纳米尺度的氧化锌的颗粒形成很薄的覆盖层，能够保存好铜镜。另外从欧洲也有很多装饰品，特别是像装饰的玻璃，这个里面都含有不同尺寸的纳米尺度的金属颗粒，具体的粒子就是我们可以看到在法拉第在100多年前讲课用的载波片，上面展示了利用不同尺度的金属颗粒获得不同的颜色。

第一次提出不同的尺寸的金属颗粒可以会产生不同波长的光或者颜色，这也是第一次在学术上系统研究了金属颗粒的发光系统，这些工作都是今天做纳米科技研究中非常基础研究工作的启发。 第二个部分看纳米科学。这个跟前面谈到的例子是有关系的，我用套娃的方式来给大家展示，直到最小的时候我们不可以相当然的认为这个材料不可以无限放小，我们看到最上面是碘结构，第二个是一纬的实现了纳米科技，我们叫做纳米线，现在有大量的纳米线和纳米管的出现。

第三个是薄膜。包括防辐，由氧化锌颗粒组成的超级薄膜能够实现对金属表面的有效防护，这些工作的核心实际上利用结构的调控实现物理、化学乃至生物性质的调控。这里面有一个简单的示意图表达这个研究的理念，把三纬材料逐渐把它缩小化或者在纬度上进行限制，使得它演化成二维的，成为一纬的纳米材料。在这样一个限制过程中 如果以电子为粒，它的运动会发生很大的变化导致它的能级以及其他的相关性质发生变化，这里面左上面的图说明在三维材料里面连续分布的电子能得结构在纬度、尺度受到限制的时候形成台阶化的，在二维里面出现量子化，到了一唯和零纬变得更加明显，在零唯的时候形成量子化的一个能带。但这里面有其他不同的激发模式，包括左上面机子的模式，这里面基本概念的提出我们根据传统的连续的能带理论，应用到纳米技术上导致的电子能级的结构变化，从连续的能带逐渐转化成分离的能级，这样会带来在其他方面的表现，比如说我们在很多方面谈到的碳的纳米材料，这是近20年影响非常大的学术，他在导电、生物都有很多的应用。

它是一个典型的一纬的纳米结构，直径在几个纳米之间变化，取决于是单臂或者多臂的的碳管，可以看到有不同的表面原子结构，左边这个图实际上碳管表面的碳原子的排列，纳米科技的发展得益于研究工具的进展和突破，一个代表性的工作是以扫描隧道显微镜为主。这项工作也可以导致很多新概念和新现象的发生，这是一个例子，这是IBM的研究人员利用扫描隧道显微镜把原子进行整合，把原来无须的原子排列成足球场的结构，大家看到波纹状的结构，这个就来自于表面电子的驻波，在里面的反射和干涉形成的驻波结构，这个例子说明利用这个工具实现原子和分子精准操作，当然这个过程是相当缓慢，对条件的要求非常严格，能够实现真正有功能使用化的器件非常遥远。这个是在硅原子上进行的，这个是我们在硅表面上可以看到下面大的亮斑都是硅，这也回答了很多早期的疑问，我们是不是真的能够感觉到一个原子的存在，事实上我们不仅能够感觉到，能够操作。这是科技大学的侯建国教授领导的团队。这个提到的是原子，还可以对分子进行操作，对碳氢的分子，看到中间花瓣形的分子，利用针尖不但可以看到分子，还可以把多余的角切割下来，可以通过高压的电脉冲冲掉。前面谈到的材料我们不仅仅关注的是在原子和分子构筑材料，关注的是利用纳米的结构改进材料的性质。

这个是沈阳金属所的刘科研究员团队，在20年里做的成就，主要利用纳米尺度的金属提高金属材料的强度和延展性，使用纳米科技的材料从粉形成块，同时又可以在延展性方面有出色的方面，同时兼顾了韧度和强度的设计需要，形成一个在未来非常有用的新材料。这是他的一个超延展性的铜的材料，这些铜可以延展50倍，5000%还能保持连续性，同时导电和导热的功能不亚于块状的性质。利用金的原子形成一个尺度和形状特征，在这样一个调整过程中催化性质发生作用，大家知道金是很惰性的，如果变成纳米技术以后都可以起到非常作用，这样一个现象的发生使得我们可以利用这样一个相对来讲比较高的金属取代峰度比较低的金属。前面谈到了通过对纳米结构的制备木开发出了新的物理、化学性质的了解。下面谈一下利用这些性质努力的尝试使他们得到一些使用化的发展，引起了世界性的关注，主要来说有两个发展的趋势，我们通常把它叫做自上而下和自下而上。所谓自上而下就是通过加工能力逐渐使得这些加工的尺寸不断缩小，从微米以上的尺寸到纳米尺寸。另外一个组装把纳米组成分子，这是两个主要的发展趋势，国内外有很多同事参与这个共同工作。从技术发展来看，我自己观点不全面，我们在技术的发展上面我们关注的有几个方向，包括在纳米材料方面发展一些心功能的材料，把纳米材料用于生物和科学，能源和环境，对传统的制造方法和技术有比较大的改进。这些看起来都是很宽的，实际上都已经有了很好的研究进展。一个是前面谈到的催化，一个是金在两三个纳米的时候产生催化作用，这个催化作用可以替代常规的催化过程当中替代贵金属。

比如说这个铂，但是铂存量非常有限，大家一直寻找替代铂的催化剂的作用，这个催化剂不仅用汽车尾气处理，还有在大的化工厂起到作用。这是我们通过过去努力能够使得发展的一系列的新的催化剂，这个催化剂如果在成本，石油的成本低于50美元或者煤的成本能够在130人民币每吨的时候它都发挥作用，这个已经成为万吨装置的催化剂。另外中科院的化学所的老师利用纳米材料打印技术的探讨，这个里面主要是利用纳米颗粒的复合结构的纳米使得它在亲水和疏水的过程中调节，这样节省了大量的银和化学处理得原材料，已经实现了产业化。另外前面也谈到了纳米技术可以改善它的强度，韧度，通过把纳米颗粒跟高分子符合，可以提高一系列的性质，纳米技术是非常活跃的方向。这里面是二氧化硅颗粒在有机分子中间分散的特征，它可以同时保证强度的改善以及它的光学性质的改善。这是我们在应用纳米材料方面的一个粒子，就是说我们在国家电网里面大家用到长距离电力创制里面主要是污闪，在高压线里面会形成击穿，通过使用新材料的纳米附层就可以避免这个击穿。我们纳米技术对能源和环境有所贡献。

我们对环境方面的贡献就是环境污染特别是重金属污染是非常严重的现象，覆盖了很多地区，将近65%的国土面积都受到重金属的污染，有一些污染是相当严重的，这里面取到一个例子，利用纳米对镉，让它快速形成大晶体的镉，这个是一个实验室规模，现在已经在尝试对于大规模的污染治理，这个是在沈阳和长沙镉的矿山开采过程中产生的矿渣的堆积利用纳米技术进行治理。最后一个例子包括利用纳米结构进行传染病进行控制和检测，这个时候能够推广到对肝炎病毒做的工作。总的来说纳米科技在现在有很广泛的作用，这些产品有待于进一步的进行管理和研究，我们通过这个报告我希望向各位老师和同学说纳米科技在过去30年来得到了很迅速的发展，未来对纳米技术提供更广泛的空间，纳米科技为人民和社会以及市场，以及科技的发展做出多大的贡献这是我们真正关心在纳米科技发展中的重点，纳米科技肯定会产生非常重大的影响。我们也希望积极的参与纳米科技在世界范围的研究活动以及激烈的竞争。这是我今天汇报的内容，感谢大家！（来源：和讯网）  

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