“纳米到底是什么？”随着科技日新月异的发展，纳米科技，已是我们身边“最熟悉的陌生人”，比如手机芯片、汽车轮胎、医用试纸等等都开始应用纳米技术。与纳米有关的知识已经出现在了高中生的课本中，并且横跨物理、化学、生物等多项领域。可是，纳米到底是什么？如何运用纳米科技来制作我们所需的材料？单从课本上，很难得出清晰的答案。

　　本期“新蕾大课堂”，西安交通大学苏州附属中学的学生来到了“高大上”的中科院苏州纳米研究所，并邀请了纳米研究专家来给大家上课，通过实地勘测和实验研究，走进纳米的微观世界。

　　□商报记者　黄贤君/文　蒋世颖/摄

　　A

　　百万倍显微镜下

　　见识一下纳米芯片

　　纳米科技到底是啥？又是怎么加工的？带着这些问题，车子缓缓驶入了中科院苏州纳米科技与纳米仿生研究所。在这里，同学们换上了无尘服，戴上口罩和鞋套，全副武装来到了纳米加工平台。

　　“同学们好，我是你们这次的讲解员黄老师。”在市场部部长、高级工程师黄河的带领下，大家伙进入了一幢3层楼的纳米世界。“纳米其实是一个长度单位，一纳米是0.000001毫米，纳米技术就是跟这个非常非常小的尺度和微观世界打交道的一种科学技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。”听着讲解，大家不知不觉来到了实验室，只见同样穿着防尘服的工作人员，正对着一个显微镜一样的东西仔细观察，并对手上一根极细的线状物体进行操作，极为仔细，生怕出一点差错。

　　“他们正在模板上做精密器件的封装，简单地讲，就比如你们手机芯片中一个极细小的环节。”黄河说，纳米工艺极为精细化，一般分为两个主要步骤，包括前道微纳米加工和后道封装。人们能够通过放大倍数几十到几千倍的一般显微镜/微镜头观察，使用简单机械辅助操作的只有后道封装步骤。而前道微纳米加工步骤必须使用复杂的大型设备，用放大倍数1万-100万倍的电子显微镜来观察。前道微纳米加工主要有镀膜和光刻这两个步骤，如果把这两个步骤看做一轮的话，手机上一张小小的芯片，则融入了上百甚至上千轮，通过纳米技术不同的设计加工，可以改变芯片的体积、重量、容量。而且，以纳米技术制造的电子器件工作速度更快，功耗更低。“原来一张小小的芯片，有那么多讲究啊，真是了不得。”40分钟里，大家几乎走遍了每一个实验室，每一个人都惊叹不已。“原来只在书本上看到过纳米，真正接触，才发现这里的微工艺细到了极致。”高一（3）班的徐润国说。

　　涉及知识点

　　高中《物理》必修：

　　20世纪90年代发展起来的纳米科技，使人们可以按自己的需要去设计并重新排列原子或原子团，使其具有人们希望的特性，比如对电子管、集成电路的改造。

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　　不同的排列组合　物体属性的奇异改变

　　在许多人印象中，陶瓷是最易破碎的，只要稍有闪失，那些瓷碗、陶罐就会摔得粉身碎骨。然而，只要在烧制陶瓷的时候利用纳米科技稍加改变，陶瓷就会变得坚硬起来，不但不易碎裂，甚至还可以做成刀具，这是为什么？“其实，就是纳米的排列结构变了，就像你们现在看到的激光一样。”西交大苏州附中副校长、物理老师赵小军边说边指着其中一间实验室。

　　在纳米加工平台，学生看到了各种激光，有的是红色，有的是黄色。“纳米是激光波长的常用单位，波长不同，颜色也有不同，波长在600nm波段的是红光激光，500nm波段的是绿光激光，而400nm波段的是蓝光激光。”赵小军解释道，不仅仅是颜色，纳米技术还能通过对原子排列的改造，使激光充满不同的能量，把光线压缩聚在一起，这样的激光能做手术切割作用，切开皮肤、切除肿瘤；把光纤放大，激光就能切割金属。

　　“以前在课堂里，老师也讲过，当时没有听懂的，现在有了实际考察，一下子就明白啦。”高一（10）班的周轶凡说，平时他们也会参加各种实践活动，但如此“高大上”的实验室还是头一次来。他说：“以前，我们只是出去实践，但今天身边有好多老师帮我们讲解，遇到不懂的还能问，还见到了这方面的专家，我觉得今天这堂课，学到了好多东西。”

　　涉及知识点

　　高中《物理》选修：

　　半个世纪以来，激光已经深入我们生活的各个方面，打长途电话、看DVD、医院里做手术、煤矿里挖掘坑道……而纳米是激光波长的常用单位，不同长度波的激光都是不一样的。同时，波长的不同排列组合，激光的物理特性也会发生改变。

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　　开发新型材料　未来纳米将无处不在

　　“快看，那就是纳米碳管。”随着一名同学几乎尖叫的声音，纳米科技所的一个展厅内，一下子涌入了不少学生。原来，纳米碳管是大家刚刚在化学课上学习到的内容，没想到很快就看到了真实的模型。

　　“你们应该都喜欢蜘蛛侠吧，通过纳米技术，这样的梦想或许能成真！”听到老师这么讲，学生们的眼睛开始发亮。原来，蜘蛛丝在与墙壁接触时，两者表面的分子距离非常近，会产生分子引力，帮助蜘蛛牢牢附着在墙壁上。某些碳纳米管如果排列得当，也具有类似的分子吸附作用，纳米碳管的韧度与强度，都使它可以如同蜘蛛丝一般具有拉伸性变的柔韧空间，又同时如同钢丝一般坚固。

　　其实，纳米科技已应用于日常生活之中，纳米衣服、纳米级芯片，纳米显示屏……在医疗领域，纳米科技早已应用多年，包括许多试纸，就是通过纳米科技制造的。

　　在展厅内，我们还看到了通过纳米改造的未来汽车雏形，它把纳米粒子跟塑料、跟聚合物结合起来，来取代金属部件，这样做成的汽车就会特别轻，就会很省油。

　　此外，纳米管还可以用来储氢气，储氢可以用来做颜料、电池，电池放到汽车上可以用于绿色环保汽车。

　　涉及知识点

　　高中《化学》必修：

　　碳的同素异形体中，纳米碳管是其中不可缺少的一部分。书中还列出了纳米碳管的结构模型，管状的纳米级石墨晶体，是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，每层的　C　是　SP2杂化，形成六边形平面的圆柱面。

　　有话要说

　　把课堂搬进实验室　这样的感觉妙不可言

　　“以往讲到纳米时，很多学生还不是特别有概念，现如今把课堂搬进实验室，不仅让学生加深了了解，就连我自己也上了一课。”作为带队老师，西交大苏州附中副校长赵小军说。

　　按照纳米芯片加工过程参观“工艺加工、器件测试、器件封装”整个流程，尽管穿着多层超净服在超净空间中行走一个多小时大家都感吃力和闷热，但收获巨大。

　　走进“新蕾”课堂，教材知识不再是唯一的知识内容，课堂也不是封闭式的学习场所，而是倡导学生在广泛的教育、社会资源下进行自主学习、主动学习。在纳米研究所，有专业老师指导学生从课本知识扩充到课外知识。校园走向生活、社会，学习、探索新知识，既大大丰富了学生的知识面，又培养了学生自主学习的能力，教会学生怎样学习，使之具有自我获取知识与更新知识的能力。

　　不仅如此，对于老师自己来说也受益匪浅。“我感觉自己也像学生一样，接收着知识。”他说，如此零距离走近最前沿的科技，还是头一回。最深刻的感受是，教育工作者更需要注重基本功的培养，勿急功近利，注重教学的开放性并加强自身的学习。

　　看到那么多前沿科技

　　对未来充满了信心

　　“有幸被选为新蕾课堂的一员，怀着兴奋、激动，并带有一丝自豪，我参观了中科院纳米所，也就是纳米产品的前沿研究基地。”高一（3）班的徐润国说，一个下午的时间，使他对微观世界的认识进一步提高。“忽然发现，我在课本上学的知识和方法在这里也能寻到踪影，这让我备受鼓舞。研究所内的工作人员的认真态度也让我十分敬佩。”体验学习对他带来的震撼可不止这一点，这份震撼是多方面的。首先，是那些高端的机器设备。不论是可以放大30万倍观察到纳米级物体分子的电子显微镜，还是a粒子冲击束装置，都让人感到了自己知识的贫乏。平日里引以为傲的课外知识，在这里简直像沧海一粟。其次是那些工作人员，一心一意投入工作的态度，他们工作的身影忽然与他自己在书桌前学习的样子，在潜意识中作了对比，得到的只有八个字——自愧不如，甘拜下风。

　　半天的学习，让徐润国对未来充满了信心。他说自己有信心像那些工作人员一样，学好现在的基础知识，以后努力让国家的科技更进一步。