科幻源自现实，《三(san)体(ti)》中(zhong)的“纳米飞刃”，有自己的原型——碳纳米管。这种由碳原子组(zu)成的管状结构，强度是钢的100倍，却比碳纤维还细。目前的碳纳米管，虽然无法像(xiang)小说里(li)描述的那样成为削铁如泥的利(li)器，但在实验(yan)室(shi)里(li)，我国科学家研发的单根结构完(wan)美的碳纳米管纤维，可以吊(diao)起一头成年亚洲象；在产业应用方面，利(li)用流化床技术，工厂里(li)已经生产出(chu)用于新能源车的万吨级多壁碳纳米管导电浆料；未来，利(li)用碳纳米管，还可以制造碳基芯片、工业催化剂、显示屏、X射线管等。

其(qi)实，纳米功能材料也并非(fei)全是人工合成，在大自然中(zhong)也有这些微观“精灵(ling)”的身影——荷叶表(biao)面的纳米级乳突结构，能够让水珠滚落时(shi)不留痕迹；蝴蝶翅膀(bang)能随光线变化呈现不同色彩，也是因为翅膀(bang)上的纳米结构；大家牙齿表(biao)面的牙釉质，也是由纳米级的羟基磷灰石晶体(ti)构成，这使得牙釉质具有极高的坚固度和耐磨(mo)性……这些天然纳米功能材料，在漫长的历史(shi)进化中(zhong)展现出(chu)惊人性能。

特性“变身”

在纳米尺度施展“魔法”

当物质维度缩小至纳米量级，仿佛被施加了某种“魔法”，其(qi)固有属性会发生颠覆性变化，这种由尺度剧变引发的奇异现象，既为科研探(tan)索打开新维度，也为技术应用开辟新路径。

物质本征特性的变化在声(sheng)、电、光、磁、力等方面都(dou)很显著。例如，在宏观尺度下，金(jin)需要1064摄氏度高温方能熔化，在其(qi)粒径缩减至2纳米时(shi)，其(qi)熔点竟骤降至约327摄氏度，这为冶金(jin)工艺节能增(zeng)效提供了全新思路。光学性质的重构更具视觉冲击力——宏观尺度下，铜呈现典型的紫红色金(jin)属光泽，在纳米尺度下竟然变为深邃的黑色。除了变色，原本化学性质稳定的金(jin)属铜，在纳米化后具有自燃特性，呈现前所未有的反应活(huo)性。

特性“变身”，正改写多个领(ling)域的技术范式。经特殊处理的纳米活(huo)性炭，其(qi)比表(biao)面积较传统材料实现数量级跃升，吸附容量增(zeng)长10倍以上，成为净水系统中(zhong)重金(jin)属与有机污染物的“捕手”；基于纳米隐(yin)身涂层(ceng)，可在特定频段实现雷达波的隐(yin)身，在国防安全领(ling)域有重要作用。

在纳米尺度构筑功能结构，研究人员需依(yi)赖原子力显微镜、聚焦离子束刻(ke)蚀系统等尖端(duan)设备(bei)，在埃米级精度下实现材料组(zu)装。当物质进入纳米王国，其(qi)展现的奇异特性正在催生一批颠覆性技术，驱动人类认知与工程实践向更微观尺度的纵深挺(ting)进。

日(ri)常应用

多个领(ling)域大有可为

纳米功能材料并非(fei)摆在实验(yan)室(shi)里(li)的“花(hua)瓶”，它们正在各个领(ling)域大显神通。

当纳米科技与医疗领(ling)域深度融合，人类对抗疾病就有了新“武器”。纳米药物如同精确制导导弹，通过表(biao)面修饰的靶向分子精准识别癌细胞特有的生物标记物，将药物直接输(shu)送至病灶(zao)核(he)心。在临床中(zhong)，淋巴示踪剂以纳米活(huo)性炭为基底，能在术前清晰勾勒出(chu)肿瘤边界，为外(wai)科医生提供三(san)维导航；而纳米脂质体(ti)包裹(guo)的化疗药物，则能突破肿瘤血管屏障，在靶区将药物浓(nong)度提升数十倍，显著增(zeng)强疗效的同时(shi)降低全身毒副反应。实验(yan)室(shi)里(li)的纳米机器人更具未来感，可以用于血液循环系统巡航，实时(shi)清除血管沉积物，甚至对受损细胞进行纳米级手术修复，为癌症(zheng)治(zhi)疗开辟全新范式。

能源领(ling)域，锂离子电池中(zhong)碳纳米管构建的三(san)维导电网络(luo)，为电极材料获得电子带(dai)来一条“高速公路”，充电速度以指数级提升。不仅如此，纳米改性电池还可以通过石墨烯散(san)热涂层(ceng)在冬天实现热量二次利(li)用，突破续航瓶颈。在安全防护方面，纳米隔热涂层(ceng)具有热屏障性能，即便电池遭(zao)遇极端(duan)热失控，也能维持15分钟左右的结构完(wan)整，为车祸逃生争取宝贵时(shi)间。

纳米尺度上的信息产业也大放光彩：当光刻(ke)机突破2纳米工艺节点，指甲大小的芯片内晶体(ti)管数量突破百亿大关，算力洪流驱动着人工智能、物联网等前沿领(ling)域跨越式发展，与之并行的纳米传感器技术，正将环境监测与健康管理推向实时(shi)精准的新阶(jie)段。

未来应用

重塑(su)人类探(tan)索的边界

纳米功能材料拥有广阔的应用前景，纳米技术正在重塑(su)人类感知与探(tan)索的边界。

在AR(增(zeng)强现实)领(ling)域，纳米光波导技术正将科幻场景变为现实。AR眼镜采用纳米级光波导镜片，重量仅几十克却拥有超过80度的视场角，透过镜片，用户可体(ti)验(yan)信息获取、导航、翻译等功能。镜架上集成的纳米天线阵列，在厘(li)米级空间内构建起高速通信通道，使设备(bei)摆脱线缆(lan)束缚，真正融入智能生活(huo)场景。

智能穿戴设备(bei)在纳米技术加持下正突破形态与能源限制。纳米柔(rou)性屏采用可拉(la)伸的银纳米线电极，使智能手表(biao)能像(xiang)皮肤般(ban)贴合腕部(bu)；纳米发电机技术利(li)用氧化锌纳米线在机械(xie)形变中(zhong)产生的压电效应，可以将人体(ti)运动能转化为电能。

当人类将目光投向星辰大海，纳米材料展现出(chu)前所未有的应用潜力。碳纳米管构成的太空电梯缆(lan)绳，理论强度可达钢材的百倍，使未来低成本天地运输(shu)成为可能。而纳米防护层(ceng)技术则为航天器披(pi)上了“铠甲”：纳米气凝胶的多孔结构既能阻隔太空极低温，又能耐受返(fan)回舱再入大气层(ceng)时(shi)的超高温；纳米复合涂层(ceng)通过多层(ceng)界面反射机制，将宇(yu)宙辐射剂量降低3个数量级，为深空探(tan)测生命保障系统提供关键解决方案。

从日(ri)常穿戴到探(tan)索太空，从《三(san)体(ti)》中(zhong)的“纳米飞刃”到现实中(zhong)的纳米机器人、纳米电池等，纳米功能材料正在以惊人的速度改变着大家的世(shi)界。让大家期待(dai)，这些微观世(shi)界里(li)的“魔法道具”，能带(dai)来更多惊喜！

任红轩 编辑为国家纳米科学中(zhong)心成果转化处处长、正高级工程师

学术支撑：中(zhong)国科学技术协会、国家纳米科学中(zhong)心