中科院院士称纳米小尺度带来结构不确定性

中国科学院院士 薛其坤

　　纳米科技：小尺度带来的不确定性与伦理问题

　　作者：薛其坤 

　　本文系《中国社会科学报》第 125 期特别策划 “ 学科交汇视野下的纳米伦理 ” 文章之一

　　实际上，我们早在20世纪就用了纳米技术。现在的化学工业中三分之二产品的生产都需要催化剂，而大部分催化剂的微结构其实都在纳米尺度，只是我们当时不知道罢了。现在的电脑芯片中每个晶体管的尺度已经到了35纳米。20世纪80年代用的286计算机与现在计算机的原理并没有变化，只是尺寸变得越来越小，速度也越来越快。卢柯院士研究组做的纳米铜具有超延展性，能够被拉伸五十多倍，具有极好的机械加工性能。

　　从这些例子我们可以看出纳米技术的魅力与重要性。我国在科学中长期发展纲要里布置的重大科学研究计划中就有纳米研究，国家自然科学基金会在基础研究中也布置了纳米技术和纳米科学方面的研究。

　　纳米技术不像数学、物理能够给出个非常好的定义，它涉及的只是一个尺度。在这个尺度上，物质会表现出与大块物质或者原子、分子完全不同的性质，利用这些性质产生的技术可以简单定义为纳米技术。一米等于一千毫米，一毫米等于一千微米，一微米等于一千纳米，可见纳米非常小。纳米结构看不见也摸不着，这也是它的微妙之处与可怕之处。微米尺度上的灰尘在阳光的照射下我们可以看见，但纳米却看不见，它更加无孔不入，比灰尘更加容易进入人体中，或者去攻击人体中的任何一个部位。

　　小尺度会带来一个很明显的问题，即结构的不确定性。最典型的例子就是纳米研究中的明星材料——碳纳米管；其管径、层数和螺旋度会因合成条件的变化而非常容易变化，其性质也会随之发生改变，因而很难控制其性质。金的熔点大约是一千一百多度，但是一旦尺度变小，纳米戒指在火中或者更低温度中就会熔化，所谓”真金也怕火炼”。

　　由于尺度小，纳米科学研究实际是很困难的。比如说纳米颗粒的金非常活泼，可做催化剂，但这同时意味着它不稳定。而且，把纳米颗粒的尺寸稍微改变一下，其性质就会发生很大变化，这意味着仪器的灵敏度要非常高才行。我所在的研究组在2004年的一个工作证明，当超导薄膜厚度为几个纳米时，厚度每改变一个原子单层，它的超导转变温度就会发生变化；碳纳米管卷的方式(螺旋度)不一样，它就有可能从金属变成绝缘体，所以这就造成了认识它们的技术困难。纳米技术涉及物理、化学、生物、材料、环境、医学等各个方面，因而这是一个交叉科学的问题。

　　如果从伦理的角度来看，很多纳米材料可能有毒性，不应该生产；但从科学上界定纳米材料到底有没有危险性不是件容易的事情，因此伦理工作者需要与科学工作者一起合作做这个工作。通常，纳米材料性质活泼，易燃易爆，储存困难，这自然就会带来一些社会问题。即使某些纳米材料非常稳定，这些微小的“灰尘”也会无孔不入，防尘口罩不能阻止它的扩散，会到处乱窜，具有极大的危险性。由于以上所述的纳米材料的结构和性质的不确定性，在生产与应用过程中对它们实现有效的控制也会变得困难。

　　因此，为了纳米科技的健康发展，哲学界、自然科学界需要一起合作，从纳米科学刚刚开始的时候就重视伦理问题和安全性等问题的研究，从而使纳米技术真正有益于社会发展和人类进步。(出处：中国社会科学报 作者：薛其坤 )

　　本期特别策划采写工作组：童力、舒建军、郭烁、许航、张潇爽