十亿分之一米尺度上,材料有了新能力
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2026-08-05 12:32:44
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纳米是非常小的长度单位,1纳米等于十亿分之一米。如果把直径为1纳米的小球放到乒乓球上,就好似把乒乓球放在地球上。在这样的微观世界里,科学家操控原子和分子,设计制造具有特殊性能的新材料、新器件,这就是纳米制造。

纳米制造带来的改变,首先是尺度的变化。当物质进入纳米尺度后,我们熟悉的许多材料会展现出完全不同的性质。比如纳米大小的黄金颗粒,颜色可以从红色到紫色发生变化,还表现出极强的催化活性。微观世界里,颜色不是来自金本身的金属光泽,而是量子效应与表面效应在起作用。简单来说,进入纳米世界后,材料不只是“变小了”,还拥有了新的能力。

目前,纳米制造已经实现在原子分子量级设计新材料,按需定制材料的储能、催化、防腐、导电等特性,突破传统制造的性能天花板。在纳米世界中,科学家能够在更微观的尺度优化电极材料结构,提高材料的导电性、稳定性和能量利用效率。近年来,我国锂电产业快速发展,纳米材料技术的突破和产业化,对提升新能源汽车续航能力、缩短充电时间发挥了重要作用,提升了新能源汽车产业的竞争力。

2024年,工业和信息化部等部门将纳米制造列入未来制造的重要方向,与智能制造、生物制造、激光制造等共同布局。未来产业竞争,一定程度上取决于谁能在更小尺度上创造新的材料和器件。

近年来,我国纳米制造相关技术发展迅速,在纳米材料、新能源材料、显示技术等领域已经形成一批具有国际竞争力的成果。面向“十五五”及更长时期,我国仍需持续加强纳米制造基础研究和工程化能力建设,推动纳米材料、制造装备、工艺技术和产业应用协同发展,形成“纳米材料—纳米工艺装备—原子级制造软件”的自有技术链条,推动制造范式从“纳米尺度控制”升级到“按需逐原子创制”,让更多创新成果从实验室走向生产线、走进千家万户。

十亿分之一米的“壶中天地”,蕴藏着一方鲜为人知的广阔世界。从一颗电池、一块芯片,到未来更加智能、高效、绿色的生活方式,纳米制造将助力中国制造迈向中国创造,探索微观世界的无限可能,打开未来产业发展的巨大空间。

(作者赵 勇,为河南大学纳米科学与材料工程学院教授,记者赵帅杰采访整理)

编辑:王晓颖

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