納米時代，小即是大
人類2.0：在矽穀探索科技未來 作者：皮埃羅?斯加魯菲 投票推薦 加入書簽 留言反饋
自從1959年理查德·費曼（richard p. feynman）教授提出納米的概念後，到20世紀八九十年代，這門技術的實驗室研究已經大規模展開並逐漸進入產業應用。納米技術目前聚焦於新材料製造階段，石墨烯等納米材料正在電池、海水淡化等諸多領域大展身手，這種原子或分子尺度的“極小”的技術可以帶來的變革卻會大到超出你的想象。
“我們正處於材料重大變革的邊緣，而‘材料革命’又將推動消費電子產品、生物技術、物聯網以及空間探索等多個領域的革命。”皮埃羅如是說。 未來的技術是看不見的
有位記者問我未來技術的大趨勢，我告訴他說未來的技術會是看不見的。很多個世紀以來，我們總是以為“了不起”的技術意味著“大”技術，就好像第一位計算機科學家對他們發明出來的龐然大物頗為自豪一樣。摩爾定律已經改變了我們對這一觀念的認知，如今的科技進步更多意味著“更小”而非“更大”，比如現在的智能手機比早期的電腦小了幾千倍，也快了幾千倍。
既然科技的趨勢是越來越小，我們需要的就是輕便、便宜、能嵌入到任何東西中去，又不會消耗很多能量的“小東西”。很多人會想到“納米機器人”，這種肉眼看不到的小機器人能通過雲彼此溝通，能直接通過人腦和機器的接口跟人類溝通。未來，納米設備將會占據人類的身體，同時，人類將通過這些設備創造大量應用、產生海量數據來占據網絡空間。
技術在過去很長一段時間裏曾是“透明”的，我的意思是說，普通人可以輕鬆地理解技術做了什麽以及它是如何做到的。比如錘子如何將釘子釘進木頭裏，弓箭如何射中獵物等，再後來，技術傾向於越來越不透明，雖然汽車愛好者仍然能打開汽車引擎蓋，清楚地解釋它到底是怎麽運行的，但對大多數普通人來說，說清楚電視、電腦和手機這些最常見的技術原理卻不是件容易的事，尤其是電腦，估計很多人隻知道插上電源，按下啟動鍵和使用鼠標和鍵盤。
納米技術會將技術進一步推入隱形狀態，讓它離普通人越來越遠。比如，一些我們看不見的納米機器人通過我們看不見的“雲”互相溝通和運作。周圍事物的運轉會像魔法一樣，過程完全看不見，效果卻清晰可見到讓人吃驚（希望是積極的！）。今天的孩子們至少玩的還是電動玩具，明天的孩子們可能玩一些他們看不見、摸不著也弄不壞的新玩具。
第一位提出“納米技術”術語的科學家是1974年東京大學的穀口紀男（norio taniguchi），然而，這個概念真正廣為人知卻是由於1987年埃裏克·德雷克斯勒（eric drexler）的著作《創造的引擎——納米技術的崛起（英文書名為engines of creation：theing era of nanotechnology，中文版暫無）。同年，埃裏克和克裏斯蒂娜·彼得森（christine peterson）還在門羅公園創建了“前瞻學會”（foresight institute）。“納米”通常指的是在原子或分子尺度上進行研究的科技，研究範圍在100納米甚至更小（一納米等於一米的十億分之一），相比之下，一隻螞蟻有600萬納米長，一個細菌有2 000納米，一個dna有2納米。
隨著1981年掃描隧道電子顯微鏡（stm）（一種利用量子理論中的隧道效應探測物質表麵結構的儀器，利用電子在原子間的量子隧穿效應，將物質表麵原子的排列狀態轉換為圖像信息）和1986年原子力顯微鏡（afm）的發明，一個可見的原子、分子世界呈現在我們麵前，科學家們由此可以對單獨的原子進行操作，這一領域的許多進步成為可能。
納米技術最初的靈感來自已故美國物理學家理查德·費曼。1959年底，理查德做了題為《底部還有很大空間》的演講，首先提出了一個原子一個原子地製造物質的新想法，費曼認為這在物理學規律上是可行的。他還想象能有“按照我們的需求組裝原子”的機器。如今看來，費曼的演講稱得上是分子製造的“宣言”。
從那以後，我們一直希望能用一次一個原子，將其放到特定位置上的方式來精確組裝想要的物質。但這幾乎是不可能的任務。所幸的是，一些特定情況下，分子可以自動組裝，它們會自然而然地組合到正確的位置上去，然後我們就能得到一種新的物質。目前的希望是，大規模的“分子製造”（研究製造分子級極小電路和機械設備）將是可行的。
2013年，ibm執導了世界上最小的電影《一個男孩和他的原子》（影片講述了一枚原子蹦蹦跳跳出來，遇見了一個由原子組成的男孩，他們一見如故，仿佛是相識很久的朋友的故事），讓原子尺度的畫麵首次展現在人類視野中，這部動畫電影中移動的點其實都是單個原子，影片生動地展現了納米技術精確掌控和使用原子的魅力。
2016年，荷蘭代爾夫特大學工程師桑德·奧特（sander otte）的團隊實現了納米級編碼，用單一氯原子的位置編碼了一個千字節，編碼內容正是費曼《底部還有很大空間》的演講的其中兩段，桑德·奧特認為，理論上說，這樣的儲存密度足以讓人類所有的書籍寫在一個郵票大小的空間裏。 <h4>那麽，為什麽納米技術沒有虛擬現實和人工智能那樣流行</h4>
一定要找答案的話，我會說是因為好萊塢電影。不管你信不信，虛擬現實的首次熱潮發生在電影《電子世界爭霸戰》（tron，迪士尼1982年出品的超現實主義科幻影片，也是第一部采用三維cg動畫技術與真人實拍相結合的方式完成特效的電影）之後，而第二次熱潮則緊接在電影《黑客帝國》（1999）之後。
在人工智能領域，早在20世紀50年代初期就有幾部關於機器人的好萊塢大片了，而人工智能這個概念是在1956年誕生的。人工智能的第二次熱潮發生在80年代，緊隨電影《星球大戰》 《銀翼殺手》和《終結者》之後……所以，因為至今還沒有關於納米技術的好萊塢大片，納米技術就很難像二者那麽流行。 “納米泡沫”始末
納米技術曾經在矽穀很熱。十年前，矽穀的風投們競相追逐納米技術的創業者，那個時候，似乎隻要創業公司的名字上有“納米”兩個字就會迅速走紅。後來證實，十年前這股納米熱潮其實是一個“納米泡沫”。但那個時候，世界範圍內都有不同程度的“納米熱”，我們也不能責備矽穀的“掘金”心態。2006年，有研究者估計全世界大概有1 200個納米創業者，而一半都集中在美國。
2000~2005年，風投們在納米技術上的投資超過十億美元。事後看來，這確實很不可思議，2000年時發生了“網絡泡沫”，2002年時又有了一場生物技術的泡沫，短短三年內，我們竟然又造出了一個泡沫。風險資本投資公司harris & harris當時隻投納米技術的創業者，美國中央情報局（cia）控製的投資公司in-q-tel當時也認為納米技術是美國的一個關鍵戰略技術。2000年，時任美國總統比爾·克林頓將美國政府對納米技術的投資加倍。2003年，時任總統喬治·沃克·布什進一步加大了對納米技術的投資金額。
除大量資金外，鮑·瓦爾加（bo varga）2001年在矽穀創建的nanosig公司專注於組織納米產業內的專題研討會和論壇，可見當時關於納米的討論非常火熱。由於“納米技術股”在股市上的亮眼表現，2006年，invesco公司創建了專門的交易所交易基金etf（exchange-traded fund），被稱為納米技術投資基金（lux nanotech etf），幫助投資者對30個不同的納米公司進行投資。2005年2月《商業周刊》更是用大篇幅報道納米技術。
勒克斯研究（lux research）是專注於包括納米技術在內的新興科技的投研一體組織，2004年其關於納米技術的年度報告稱：“納米技術今年會有1 580億美元的產品收入，接下來10年，營收數字會增長18倍，也就是說，2014年，納米技術的產品將有2.9萬億美元的營收，其中，89%會來自新興的納米技術。”國際知名的威利（wiley）出版社在2006年出版了史蒂芬·愛德華茲（steven edwords）的新書《納米技術的先驅——他們會將美國帶往何處》（英文書名為the nanotech pioneers：where are they taking us，中文版暫無）。
雷·庫茲韋爾也在《奇點臨近》（the singrity is near：when human transc-end biology，機械工業出版社，2012年12月出版）的暢銷書中預測，“納米技術會在2020年全麵到來”，並在書中有類似“用納米計算機和納米機器人升級細胞核”這樣的描述。
納米泡沫首個不好的預兆應該是nanosys公司的上市失敗，他們於2004年取消了上市計劃。此時，一些業內專家才開始注意到納米技術的大部分投資其實並不是來自風投資本，資金要麽來自政府（尤其是美國和中國），要麽來自像ibm這樣的大公司。
業內對於納米技術的心態開始悄然轉變，尤其當諸多納米技術股的表現開始走下坡路之後。lux research於2007年取消了對納米技術的年度報告。2009年1月，麻省理工學院的年度科技評論取消了“年度納米技術”。不過，至少雷·庫茲韋爾的態度還是始終如一的，在《計算機世界》2009年發布的一篇《未來學家聲稱，納米技術能讓人類在2040年獲得永生》的文章裏，庫茲韋爾堅稱納米機器人很快就能“清除癌細胞，備份記憶並延緩衰老”。 納米緩慢“撬動世界”<h4>納米技術到底有何應用潛力</h4>
總的來說，目前大家對納米技術的普遍狂熱已經退去。這個領域的主要問題是，納米技術不是一個單獨的產業，它是一種可以讓諸多產業受益的技術。納米技術領域本身沒有諸如蘋果或穀歌這樣的巨頭，但納米技術能給電池、半導體等關鍵產業帶來重大影響。以半導體產業來說，2007年其進入到了65納米級的生產製造工藝，這就是納米技術，但很少人會稱其為“納米技術”。再比如，大部分生物科技也是“納米技術”，因為它們在分子水平操作，但大家也隻稱其為生物技術。
對投資者來說，最根本的問題是，納米技術的應用需要很長時間才能產生收入，其投入市場的時間比很多其他產品諸如軟件要長得多。多數風險資金喜歡五年的投資期，這在2000年是不現實的。然而，十多年後的現在，新的納米製造技術可能會讓它變成現實。
現在，矽穀的納米技術創業者確實很少，相比虛擬現實和機器人等“遍地開花”的創業者，它們顯得略為寂寞。但是，全世界的大學和相關研究機構都在繼續加大對納米技術的投資和研發，矽穀的幾所大學同樣如此，ibm等不少大公司也在投資，盡管很多不那麽直接和明顯。中國政府對納米技術的投資也名列世界前茅。原因很簡單，納米技術的潛力實在太大了，對世界可能帶來的影響和變革是顛覆性的，是絕對不能忽視的技術。
納米技術的應用非常廣泛。目前研究非常活躍且已取得重大進展的領域是：它能帶來更堅固和更輕的材料；能帶來更清潔的能源和可持續的（能自我降解）的物品；能帶來新的電池，能讓我們幾秒鍾就充好電，並且可以持續使用很長時間；能帶來更有效治療疾病和損傷的生物醫藥；能重塑計算機科學，帶來更快、更強大的計算能力……當我談論技術的未來時，我不會談論那些“充滿想象力”的未來，而是根據實實在在的已有研究成果，告訴大家一個“真實的”，一定會到來的未來。因此，對於提及的納米技術應用和研究進展，我都可以告訴你相關的研究論文題目，以及何時、發表在哪裏。 新材料改寫電池曆史
迄今為止，納米技術最成功的案例或故事是什麽？很多人提到納米技術都會首先提到新材料，這些新材料到底有什麽神奇之處？
目前我們能在實驗室裏不用花很多錢就能做出來的唯一新材料是激光材料，比如超市裏條形碼掃描器上使用的材料。除此之外，製作任何新材料是極為困難和昂貴的。
目前為止，納米技術最成功的故事發生在英國。2004年，英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆（andre geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（konstantin novoselov）教授用一種很簡單的方法從石墨薄片中剝離出了石墨烯，很快在科學界引起不小震動。石墨烯是隻有一個碳原子厚度的單層，是目前已知的最輕、最硬的材料（比鋼硬200倍），是已知的室溫下熱量和電最好的導體（能以每秒一百萬米的速度傳輸電力）。同時，碳是這個星球上除了氫、氦和氧之外的第四大最常見和最豐富的元素，這意味著石墨烯應該是可持續的綠色材料。
石墨烯很快影響到諸多領域，比如半導體、可彎曲電子產品以及太陽能電池等。以電池來說，2014年，薑教授（kisuk kang）的團隊在韓國首爾國立大學設計了一個全石墨烯電池。埃琳娜·珀麗阿卡瓦（elena polyakova）2009年在紐約成立的石墨烯實驗室（現為石墨烯3d實驗室）正在製作石墨烯的3d打印電池。除此之外，中國合肥工業大學在基於石墨烯電極製作鋰離子電池方麵也有不少突破。
在1996年庫匝卡拉·亞伯拉罕（kuzhikil abraham）在eic實驗室製造出鋰空氣電池之前，這種新一代大容量電池一直隻存在理論上的可能性。鋰空氣電池能儲存的電能是目前最好電池的十倍以上，幾乎跟汽油不相上下。汽油的儲能是每公斤13千瓦，而這種電池是每公斤12千瓦。近20多年來，鋰空氣電池仍然一直很難建造出來，直到2015年劍橋大學克萊爾·格雷（re grey）的團隊使用了石墨烯構造出高度多孔、海綿狀的碳電極。這意味著什麽呢？我們可能很快就能看到使用鋰空氣電池的新能源汽車，它的續航能力將跟使用汽油的汽車不相上下。
也就是說，石墨烯可以被用來建造比目前的電池有更好表現的超級電容器。此外，充電的速度也會大大提高。所謂的“激光刻劃石墨烯（lsg）超級電容器”是指輕便靈活又能快速充電的電池。到底多快呢？隻需要幾秒鍾。
2008年，諾基亞研究中心和劍橋大學合作推出了一款應用納米技術的概念機“諾基亞morph”，它可以自由轉變成各種形狀，表麵還能自動清潔，不過，它是通過太陽能自充電的，商業應用上還不可行。如今，lsg超級電容器將有望改變這一情況。石墨烯可以用來製造卷起來放在口袋裏的手機，或者薄如牆紙的電視機，諾基亞morph已經展示了其可能性。總之，可折疊、可彎曲的電子裝置都將成為可能，接下來也許我們會重新發明報紙，隻不過未來的“報紙”會是可以隨意折疊放在包裏、門縫裏的電子閱讀器。
石墨烯還可以用於製造更好的太陽能電池。2012年，斯坦福大學化學工程教授鮑哲南的團隊用石墨烯和碳納米管取代了傳統電池電極的材料，研發出了第一個全碳太陽能電池，意味著可拉伸甚至更便宜的太陽能電池板成為可能。2015年，傑裏米·芒迪（jeremy munday）帶領的美國馬裏蘭大學電氣與計算機工程係的研究團隊研發出了一種新型納米級太陽能電池，其能源轉換水平較當前的光伏太陽能電池技術提升了40%。
目前，勞倫斯伯克利國家實驗室的材料科學家邁克爾·克羅米（michael crommie）和加州大學伯克利分校的一位物理學教授正在單個分子尺度上研究太陽能電池（即單個石墨烯納米帶）。
當然，燃料電池（將燃料具有的化學能直接變為電能的發電裝置）也可以是清潔能源。燃料電池也有兩個電極，看起來就像傳統的電池，但它可以從一個簡單的化學反應中產生電力：通過將其與空氣中的氧相結合，轉換成氫氣到水中。這種反應會在兩個電極之間產生一點點電量，為了增加電量，電極必須被塗覆催化劑。傳統的催化劑是鉑，但這是一種昂貴的材料。而斯坦福大學的戴宏傑的團隊找出了替代材料：碳納米管。相關的論文為《基於碳納米管的石墨烯複合物的氧還原電催化劑》[1]。
石墨烯也比大多數材料更具有“生物相容性”，即它不會導致身體內部的損傷或感染。意大利裏雅斯特大學的實驗表明，石墨烯電極可以安全地在大腦中植入。[2] 助力海水淡化
2015年，加利福尼亞州遭受了嚴重的幹旱。諷刺的是，這個以高科技聞名的地方經常遭遇水危機，即便它擁有1 350公裏的海岸線。原因在於加州隻有兩個海水淡化廠，而淡化海水常用的反滲透法需要消耗大量能量，因此，海水淡化的問題其實變成了一個能源生產問題。
據世界衛生組織估計，目前有超過20億人得不到生活所需的幹淨淡水，這也是導致每年200萬人死亡的間接原因，而這些人卻很多都生活在具有漫長海岸線的國家。1991年，日本物理學家飯島澄男（sumio iijima）首次觀察到碳納米管，那時石墨烯還沒有被發現，碳納米管其實就相當於一層石墨烯卷成的管狀物。而碳納米管可以提供一個有效的方法來過濾海水，主要研究者是西澳大利亞大學的本·科裏（ben corry），相關的論文為《為高效海水淡化而設計的碳納米管薄膜》[3]。幾年後，傑弗裏·格羅斯曼（jeffrey grossman）和大衛·科恩-達努奇（david cohen-tanugi）在麻省理工學院的研究表明，使用石墨烯能讓反滲透法淡化海水的效率成百倍的提高（參見論文《多孔石墨烯海水淡化》[4]）。之後，田納西州橡樹嶺國家實驗室的科學家們繼續完善了這一方法。相關論文參見《使用納米多孔單層石墨烯海水淡化》[5]。 變革電子裝置
納米材料有很多種，比如零維納米顆粒、一維納米線、三維立體納米管等。但物理學家尤其對二維的納米片比如石墨烯著迷，主要就是由於它們獨特而強大的性能（柔韌性、導電性和光學透明性等），它們是製造電子和光學裝置的潛力較大的材料。另外一種二維納米片是mos2，主要由斯坦福大學的托尼·海因茨（tony heinz）在研究。理論上講，石墨烯也能夠取代電腦芯片上的矽，因為電子在石墨烯中移動的速度比矽快多了。
石墨烯和碳納米管的應用幾乎是無止境的。2013年，由薩巴辛·密特拉（subhasish mitra）和黃宜弘（philip wong）領導的斯坦福大學的團隊創建了第一個碳納米管計算機。[6]不同於石墨烯始終是導體，碳納米管可以是半導體。薩布哈西的團隊使用碳納米管代替了傳統的矽材料，製作出了一種全新的晶體管。不過，這台電腦非常基礎，隻有178個晶體管，操作係統僅能完成簡單的計數和分類功能。2015年，同一個團隊對該技術做出了大幅改進。他們的主要競爭對手是來自紐約的ibm。2015年維爾弗裏德·亨施（wilfried haensch）在ibm的研究小組對碳納米管晶體管做了進一步的改善，此時繼ibm發明世界上第一個碳納米晶體管已過去了17年。
再如，基於石墨烯的泡沫材料是超輕型材料。2013年，中國浙江大學高超的團隊製造出石墨烯氣凝膠，它是有史以來最輕的材料（它對有機溶劑有超快、超高的吸附力，是吸油力極強的材料，可用於清潔海水裏的漏油等）。另一個基於石墨烯的超輕泡沫材料由普利克爾·阿加延（pulickel ajayan）的團隊於2014年在萊斯大學發明。
還有，屏幕技術的重大革命一直是led，但led僅能發射一種顏色的光，不能在多個顏色之間靈活變換。2015年，清華大學任天令領導的研究小組從石墨烯中製作出了新型發光材料，僅用一個led就可發射出不同顏色的光，幾乎覆蓋整個可見光光譜的所有顏色。 “新材料革命”一觸即發
除石墨烯外，目前還有哪些強大的納米材料可以改變普通人的生活呢？答案是，這樣的納米材料還有很多。比如，總部位於英國的p2i公司從2009年就開始生產防水納米塗層，2012年，類似的納米塗層被加州的liquipel和猶他州的hzo公司先後引進。這些超強塗料可以帶來防水手機、防水電腦等大眾喜愛的產品。
除了斥水，還可以斥油等範圍更廣的液體的納米材料於2013年被密歇根大學阿尼什·圖特加（anish tuteja）的團隊研發了出來。[7]
此外，納米技術正在嚐試製造無須清洗的材料，即“自清洗”材料，永遠能自己保持幹淨。靈感也是來自自然。蓮花出自汙泥，葉子卻如此幹淨，這引起了植物學家們的注意，他們研究發現，蓮花葉子的材料是自清洗的，蓮葉具有疏水、不吸水的表麵，落在葉麵上的雨水會迅速形成水珠滾離葉麵，同時將灰塵一起帶走。德國植物學家威廉·巴斯洛特（wilhelm barthlott）於1973年首先發現了蓮葉自清洗背後的原理，但40多年過去了，我們還是無法找出能跟自然相媲美的方法。
“蓮花效應”長期以來隻能是實驗室的課題。最接近這一效應的材料是二氧化鈦（防曬乳液中常用），它的特性由日本科學家藤嶋昭（akira fujishima）於1967年公布，藤嶋昭把它用在自家的房子的外牆上，使其變成了自清潔外牆。這意味著，隻要有光（準確地說，有紫外線）或降雨均勻散布在物體的表麵，它們就會像抹布一樣擦拭過去。
納米技術可以將二氧化鈦的納米顆粒直接加入到物體的表層。如今許多新的建築聲稱有“自我清潔窗戶”，是因為窗戶上有10納米塗層的二氧化鈦。這些“自潔窗”的效果往往隨著時間變差，但每年都會有進步。例如，2015年，倫敦大學的姚璐與多個院校合作，推出了用二氧化鈦納米顆粒做成的更持久的“油漆”。[8]效果更好的自潔材料指日可待。下一代可能有很多人會不知道我們的衣物、車、窗等曾經還需要自己清潔。
還有，量子點是極小的半導體納米粒子（比人的頭發小1萬倍），但功能很強大。比如，它們可以增強電視屏幕的顏色。三星公司已經放棄了原來的oled顯示屏，轉而使用量子點顯示屏，亞馬遜的kindle fire hdx的屏幕也使用了量子點。
如今，世界上一半的能量被用於加熱建築物，由此帶來了三分之一的溫室氣體。納米技術能讓我們用不同的方式思考。傳統保持房間暖和的方法總是使用電力或煤氣，往往需要消耗很多能量，我們為什麽不把衣服做得足夠暖和呢？斯坦福教授崔毅正在研究一種保暖的銀納米線，它甚至能自己加熱。如果他能順利找到將這種材料添加到織物中的方法，我們將有望買到“自加熱毛衣”。利用同樣的原理，科學家們可能也能發明“自冷卻”衣服。
石墨烯也有競爭對手。2014年，茱莉亞·格裏爾（julia greer）在加州理工學院發明了一種陶瓷，同樣也具備極輕和極堅韌的特性。[9]2015年，加州大學洛杉磯分校李小春的研究小組製造了一種超強的金屬，也特別輕。這些材料不僅能幫我們建造更輕的飛機，還能製造出更輕的宇宙飛船。[10]
石墨烯是一種自然的二維納米片。威斯康星大學王旭東的團隊如今正在研究不存在於自然界中的二維納米片（其厚度隻有幾個原子）。[11]
在石墨烯被“發現”短短十年以後，據我所知，目前已經有超過500種二維材料。許多新材料甚至還沒有名字。目前，格布蘭德·西德（gerbrand ceder）在加州大學伯克利分校發起了為材料“建檔”的項目，旨在編目所有材料和它們的特性，乃至每種材料的基因組。這樣一來，研究人員就能根據項目需要迅速找到相應的材料。
新材料從實驗室到市場應用的主要障礙是什麽？還是老問題，即製造這些新材料非常困難和昂貴，科學家們僅在實驗室製造非常微小的量以研究其特質，我們仍需找到一種簡單、高效的方式來製造這些“神奇”的新材料。
但這方麵也有突破。西北大學的化學家查德·米爾金（chad mirkin）是國際納米技術研究所的主任，他在1996年開創了一種製造新材料的方法，詳述這種方法的論文[12]讓他聞名學界，他是如今世界上論文被引用次數最多的化學家之一。
米爾金用黃金與dna（典型雙螺旋結構）的結合創造新的材料。有趣的是，dna被他用於“綁定”金的納米粒子，他花了20年的時間來改進和完善這一技術。2015年，查德·米爾金在之前基礎上創造了一種可以改變形狀的新材料，他的技術允許同樣的納米粒子以超過500種不同的形式組裝。也可以說，他發明了一種由可以“重新編程”的粒子組成的材料，即一種可以“變身”為不同材料的材料。[13]
總之，我們正處於材料重大變革的邊緣，而“材料革命”又將推動消費電子產品、生物技術、物聯網以及空間探索等多個領域的革命。
[1] yanguang li，etc. an oxygen reduction electrocatalyst based on carbon nanotube-grapheneplexes［j］. naturenanotechnology，2012，7（6）：394.
[2] a fabbro，etc. graphene-based interfaces do not alter target nerve cells ［j］. asc nano，2015，10（1）.
[3] ben corry .designing carbon nanotube membranes for efficient water desalination ［j］.journal of physical chemistry b，2008，112（5）：1427-1434.
[4] david cohen-tanugi，jeffrey c. grossman .water desalination across nanoporus graphene ［j］. nano letters，2012，12（7）：3602-3608.
[5] sumedhp.surwadeetc. water desalination using nanoporous singleyer graphene［j］. nature nanotechnology，2015，10（5）：459-464.
[6] max m.shker，etc. carbon nanotubeputer［j］. nature，2013，501（7468）：526：530.
[7] shuaijun pan，etc. superomniphobic surfaces for effective chemical shielding［j］. journal of the american chemical society，2013，135（2）：578-581.
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[9] lrmeza，etc. strong，lightweight，and recoverable three-dimensional ceramic nanttices［j］. science，2014，345（6202）：1322-1326.
[10] lian-yi chen，etc. processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersion of nanoparticles［j］. nature，2015，528（7583）：539-543.
[11] feiwang.nanometre-thick single-crystalline nanosheets grown at the water-air interface［j］. naturemunications，2016，7：10444.
[12] chad mirkin，etc. a dna-based method for rationally assembling nanoparticles into macroscopic materials［j］. nature，1996，382（6592）：607.
[13] youngeunkim.transmutable nanoparticles with reconfigurable surface ligands［j］.science，2016，351（6273）：579-582.
“我們正處於材料重大變革的邊緣，而‘材料革命’又將推動消費電子產品、生物技術、物聯網以及空間探索等多個領域的革命。”皮埃羅如是說。 未來的技術是看不見的
有位記者問我未來技術的大趨勢，我告訴他說未來的技術會是看不見的。很多個世紀以來，我們總是以為“了不起”的技術意味著“大”技術，就好像第一位計算機科學家對他們發明出來的龐然大物頗為自豪一樣。摩爾定律已經改變了我們對這一觀念的認知，如今的科技進步更多意味著“更小”而非“更大”，比如現在的智能手機比早期的電腦小了幾千倍，也快了幾千倍。
既然科技的趨勢是越來越小，我們需要的就是輕便、便宜、能嵌入到任何東西中去，又不會消耗很多能量的“小東西”。很多人會想到“納米機器人”，這種肉眼看不到的小機器人能通過雲彼此溝通，能直接通過人腦和機器的接口跟人類溝通。未來，納米設備將會占據人類的身體，同時，人類將通過這些設備創造大量應用、產生海量數據來占據網絡空間。
技術在過去很長一段時間裏曾是“透明”的，我的意思是說，普通人可以輕鬆地理解技術做了什麽以及它是如何做到的。比如錘子如何將釘子釘進木頭裏，弓箭如何射中獵物等，再後來，技術傾向於越來越不透明，雖然汽車愛好者仍然能打開汽車引擎蓋，清楚地解釋它到底是怎麽運行的，但對大多數普通人來說，說清楚電視、電腦和手機這些最常見的技術原理卻不是件容易的事，尤其是電腦，估計很多人隻知道插上電源，按下啟動鍵和使用鼠標和鍵盤。
納米技術會將技術進一步推入隱形狀態，讓它離普通人越來越遠。比如，一些我們看不見的納米機器人通過我們看不見的“雲”互相溝通和運作。周圍事物的運轉會像魔法一樣，過程完全看不見，效果卻清晰可見到讓人吃驚（希望是積極的！）。今天的孩子們至少玩的還是電動玩具，明天的孩子們可能玩一些他們看不見、摸不著也弄不壞的新玩具。
第一位提出“納米技術”術語的科學家是1974年東京大學的穀口紀男（norio taniguchi），然而，這個概念真正廣為人知卻是由於1987年埃裏克·德雷克斯勒（eric drexler）的著作《創造的引擎——納米技術的崛起（英文書名為engines of creation：theing era of nanotechnology，中文版暫無）。同年，埃裏克和克裏斯蒂娜·彼得森（christine peterson）還在門羅公園創建了“前瞻學會”（foresight institute）。“納米”通常指的是在原子或分子尺度上進行研究的科技，研究範圍在100納米甚至更小（一納米等於一米的十億分之一），相比之下，一隻螞蟻有600萬納米長，一個細菌有2 000納米，一個dna有2納米。
隨著1981年掃描隧道電子顯微鏡（stm）（一種利用量子理論中的隧道效應探測物質表麵結構的儀器，利用電子在原子間的量子隧穿效應，將物質表麵原子的排列狀態轉換為圖像信息）和1986年原子力顯微鏡（afm）的發明，一個可見的原子、分子世界呈現在我們麵前，科學家們由此可以對單獨的原子進行操作，這一領域的許多進步成為可能。
納米技術最初的靈感來自已故美國物理學家理查德·費曼。1959年底，理查德做了題為《底部還有很大空間》的演講，首先提出了一個原子一個原子地製造物質的新想法，費曼認為這在物理學規律上是可行的。他還想象能有“按照我們的需求組裝原子”的機器。如今看來，費曼的演講稱得上是分子製造的“宣言”。
從那以後，我們一直希望能用一次一個原子，將其放到特定位置上的方式來精確組裝想要的物質。但這幾乎是不可能的任務。所幸的是，一些特定情況下，分子可以自動組裝，它們會自然而然地組合到正確的位置上去，然後我們就能得到一種新的物質。目前的希望是，大規模的“分子製造”（研究製造分子級極小電路和機械設備）將是可行的。
2013年，ibm執導了世界上最小的電影《一個男孩和他的原子》（影片講述了一枚原子蹦蹦跳跳出來，遇見了一個由原子組成的男孩，他們一見如故，仿佛是相識很久的朋友的故事），讓原子尺度的畫麵首次展現在人類視野中，這部動畫電影中移動的點其實都是單個原子，影片生動地展現了納米技術精確掌控和使用原子的魅力。
2016年，荷蘭代爾夫特大學工程師桑德·奧特（sander otte）的團隊實現了納米級編碼，用單一氯原子的位置編碼了一個千字節，編碼內容正是費曼《底部還有很大空間》的演講的其中兩段，桑德·奧特認為，理論上說，這樣的儲存密度足以讓人類所有的書籍寫在一個郵票大小的空間裏。 <h4>那麽，為什麽納米技術沒有虛擬現實和人工智能那樣流行</h4>
一定要找答案的話，我會說是因為好萊塢電影。不管你信不信，虛擬現實的首次熱潮發生在電影《電子世界爭霸戰》（tron，迪士尼1982年出品的超現實主義科幻影片，也是第一部采用三維cg動畫技術與真人實拍相結合的方式完成特效的電影）之後，而第二次熱潮則緊接在電影《黑客帝國》（1999）之後。
在人工智能領域，早在20世紀50年代初期就有幾部關於機器人的好萊塢大片了，而人工智能這個概念是在1956年誕生的。人工智能的第二次熱潮發生在80年代，緊隨電影《星球大戰》 《銀翼殺手》和《終結者》之後……所以，因為至今還沒有關於納米技術的好萊塢大片，納米技術就很難像二者那麽流行。 “納米泡沫”始末
納米技術曾經在矽穀很熱。十年前，矽穀的風投們競相追逐納米技術的創業者，那個時候，似乎隻要創業公司的名字上有“納米”兩個字就會迅速走紅。後來證實，十年前這股納米熱潮其實是一個“納米泡沫”。但那個時候，世界範圍內都有不同程度的“納米熱”，我們也不能責備矽穀的“掘金”心態。2006年，有研究者估計全世界大概有1 200個納米創業者，而一半都集中在美國。
2000~2005年，風投們在納米技術上的投資超過十億美元。事後看來，這確實很不可思議，2000年時發生了“網絡泡沫”，2002年時又有了一場生物技術的泡沫，短短三年內，我們竟然又造出了一個泡沫。風險資本投資公司harris & harris當時隻投納米技術的創業者，美國中央情報局（cia）控製的投資公司in-q-tel當時也認為納米技術是美國的一個關鍵戰略技術。2000年，時任美國總統比爾·克林頓將美國政府對納米技術的投資加倍。2003年，時任總統喬治·沃克·布什進一步加大了對納米技術的投資金額。
除大量資金外，鮑·瓦爾加（bo varga）2001年在矽穀創建的nanosig公司專注於組織納米產業內的專題研討會和論壇，可見當時關於納米的討論非常火熱。由於“納米技術股”在股市上的亮眼表現，2006年，invesco公司創建了專門的交易所交易基金etf（exchange-traded fund），被稱為納米技術投資基金（lux nanotech etf），幫助投資者對30個不同的納米公司進行投資。2005年2月《商業周刊》更是用大篇幅報道納米技術。
勒克斯研究（lux research）是專注於包括納米技術在內的新興科技的投研一體組織，2004年其關於納米技術的年度報告稱：“納米技術今年會有1 580億美元的產品收入，接下來10年，營收數字會增長18倍，也就是說，2014年，納米技術的產品將有2.9萬億美元的營收，其中，89%會來自新興的納米技術。”國際知名的威利（wiley）出版社在2006年出版了史蒂芬·愛德華茲（steven edwords）的新書《納米技術的先驅——他們會將美國帶往何處》（英文書名為the nanotech pioneers：where are they taking us，中文版暫無）。
雷·庫茲韋爾也在《奇點臨近》（the singrity is near：when human transc-end biology，機械工業出版社，2012年12月出版）的暢銷書中預測，“納米技術會在2020年全麵到來”，並在書中有類似“用納米計算機和納米機器人升級細胞核”這樣的描述。
納米泡沫首個不好的預兆應該是nanosys公司的上市失敗，他們於2004年取消了上市計劃。此時，一些業內專家才開始注意到納米技術的大部分投資其實並不是來自風投資本，資金要麽來自政府（尤其是美國和中國），要麽來自像ibm這樣的大公司。
業內對於納米技術的心態開始悄然轉變，尤其當諸多納米技術股的表現開始走下坡路之後。lux research於2007年取消了對納米技術的年度報告。2009年1月，麻省理工學院的年度科技評論取消了“年度納米技術”。不過，至少雷·庫茲韋爾的態度還是始終如一的，在《計算機世界》2009年發布的一篇《未來學家聲稱，納米技術能讓人類在2040年獲得永生》的文章裏，庫茲韋爾堅稱納米機器人很快就能“清除癌細胞，備份記憶並延緩衰老”。 納米緩慢“撬動世界”<h4>納米技術到底有何應用潛力</h4>
總的來說，目前大家對納米技術的普遍狂熱已經退去。這個領域的主要問題是，納米技術不是一個單獨的產業，它是一種可以讓諸多產業受益的技術。納米技術領域本身沒有諸如蘋果或穀歌這樣的巨頭，但納米技術能給電池、半導體等關鍵產業帶來重大影響。以半導體產業來說，2007年其進入到了65納米級的生產製造工藝，這就是納米技術，但很少人會稱其為“納米技術”。再比如，大部分生物科技也是“納米技術”，因為它們在分子水平操作，但大家也隻稱其為生物技術。
對投資者來說，最根本的問題是，納米技術的應用需要很長時間才能產生收入，其投入市場的時間比很多其他產品諸如軟件要長得多。多數風險資金喜歡五年的投資期，這在2000年是不現實的。然而，十多年後的現在，新的納米製造技術可能會讓它變成現實。
現在，矽穀的納米技術創業者確實很少，相比虛擬現實和機器人等“遍地開花”的創業者，它們顯得略為寂寞。但是，全世界的大學和相關研究機構都在繼續加大對納米技術的投資和研發，矽穀的幾所大學同樣如此，ibm等不少大公司也在投資，盡管很多不那麽直接和明顯。中國政府對納米技術的投資也名列世界前茅。原因很簡單，納米技術的潛力實在太大了，對世界可能帶來的影響和變革是顛覆性的，是絕對不能忽視的技術。
納米技術的應用非常廣泛。目前研究非常活躍且已取得重大進展的領域是：它能帶來更堅固和更輕的材料；能帶來更清潔的能源和可持續的（能自我降解）的物品；能帶來新的電池，能讓我們幾秒鍾就充好電，並且可以持續使用很長時間；能帶來更有效治療疾病和損傷的生物醫藥；能重塑計算機科學，帶來更快、更強大的計算能力……當我談論技術的未來時，我不會談論那些“充滿想象力”的未來，而是根據實實在在的已有研究成果，告訴大家一個“真實的”，一定會到來的未來。因此，對於提及的納米技術應用和研究進展，我都可以告訴你相關的研究論文題目，以及何時、發表在哪裏。 新材料改寫電池曆史
迄今為止，納米技術最成功的案例或故事是什麽？很多人提到納米技術都會首先提到新材料，這些新材料到底有什麽神奇之處？
目前我們能在實驗室裏不用花很多錢就能做出來的唯一新材料是激光材料，比如超市裏條形碼掃描器上使用的材料。除此之外，製作任何新材料是極為困難和昂貴的。
目前為止，納米技術最成功的故事發生在英國。2004年，英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆（andre geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（konstantin novoselov）教授用一種很簡單的方法從石墨薄片中剝離出了石墨烯，很快在科學界引起不小震動。石墨烯是隻有一個碳原子厚度的單層，是目前已知的最輕、最硬的材料（比鋼硬200倍），是已知的室溫下熱量和電最好的導體（能以每秒一百萬米的速度傳輸電力）。同時，碳是這個星球上除了氫、氦和氧之外的第四大最常見和最豐富的元素，這意味著石墨烯應該是可持續的綠色材料。
石墨烯很快影響到諸多領域，比如半導體、可彎曲電子產品以及太陽能電池等。以電池來說，2014年，薑教授（kisuk kang）的團隊在韓國首爾國立大學設計了一個全石墨烯電池。埃琳娜·珀麗阿卡瓦（elena polyakova）2009年在紐約成立的石墨烯實驗室（現為石墨烯3d實驗室）正在製作石墨烯的3d打印電池。除此之外，中國合肥工業大學在基於石墨烯電極製作鋰離子電池方麵也有不少突破。
在1996年庫匝卡拉·亞伯拉罕（kuzhikil abraham）在eic實驗室製造出鋰空氣電池之前，這種新一代大容量電池一直隻存在理論上的可能性。鋰空氣電池能儲存的電能是目前最好電池的十倍以上，幾乎跟汽油不相上下。汽油的儲能是每公斤13千瓦，而這種電池是每公斤12千瓦。近20多年來，鋰空氣電池仍然一直很難建造出來，直到2015年劍橋大學克萊爾·格雷（re grey）的團隊使用了石墨烯構造出高度多孔、海綿狀的碳電極。這意味著什麽呢？我們可能很快就能看到使用鋰空氣電池的新能源汽車，它的續航能力將跟使用汽油的汽車不相上下。
也就是說，石墨烯可以被用來建造比目前的電池有更好表現的超級電容器。此外，充電的速度也會大大提高。所謂的“激光刻劃石墨烯（lsg）超級電容器”是指輕便靈活又能快速充電的電池。到底多快呢？隻需要幾秒鍾。
2008年，諾基亞研究中心和劍橋大學合作推出了一款應用納米技術的概念機“諾基亞morph”，它可以自由轉變成各種形狀，表麵還能自動清潔，不過，它是通過太陽能自充電的，商業應用上還不可行。如今，lsg超級電容器將有望改變這一情況。石墨烯可以用來製造卷起來放在口袋裏的手機，或者薄如牆紙的電視機，諾基亞morph已經展示了其可能性。總之，可折疊、可彎曲的電子裝置都將成為可能，接下來也許我們會重新發明報紙，隻不過未來的“報紙”會是可以隨意折疊放在包裏、門縫裏的電子閱讀器。
石墨烯還可以用於製造更好的太陽能電池。2012年，斯坦福大學化學工程教授鮑哲南的團隊用石墨烯和碳納米管取代了傳統電池電極的材料，研發出了第一個全碳太陽能電池，意味著可拉伸甚至更便宜的太陽能電池板成為可能。2015年，傑裏米·芒迪（jeremy munday）帶領的美國馬裏蘭大學電氣與計算機工程係的研究團隊研發出了一種新型納米級太陽能電池，其能源轉換水平較當前的光伏太陽能電池技術提升了40%。
目前，勞倫斯伯克利國家實驗室的材料科學家邁克爾·克羅米（michael crommie）和加州大學伯克利分校的一位物理學教授正在單個分子尺度上研究太陽能電池（即單個石墨烯納米帶）。
當然，燃料電池（將燃料具有的化學能直接變為電能的發電裝置）也可以是清潔能源。燃料電池也有兩個電極，看起來就像傳統的電池，但它可以從一個簡單的化學反應中產生電力：通過將其與空氣中的氧相結合，轉換成氫氣到水中。這種反應會在兩個電極之間產生一點點電量，為了增加電量，電極必須被塗覆催化劑。傳統的催化劑是鉑，但這是一種昂貴的材料。而斯坦福大學的戴宏傑的團隊找出了替代材料：碳納米管。相關的論文為《基於碳納米管的石墨烯複合物的氧還原電催化劑》[1]。
石墨烯也比大多數材料更具有“生物相容性”，即它不會導致身體內部的損傷或感染。意大利裏雅斯特大學的實驗表明，石墨烯電極可以安全地在大腦中植入。[2] 助力海水淡化
2015年，加利福尼亞州遭受了嚴重的幹旱。諷刺的是，這個以高科技聞名的地方經常遭遇水危機，即便它擁有1 350公裏的海岸線。原因在於加州隻有兩個海水淡化廠，而淡化海水常用的反滲透法需要消耗大量能量，因此，海水淡化的問題其實變成了一個能源生產問題。
據世界衛生組織估計，目前有超過20億人得不到生活所需的幹淨淡水，這也是導致每年200萬人死亡的間接原因，而這些人卻很多都生活在具有漫長海岸線的國家。1991年，日本物理學家飯島澄男（sumio iijima）首次觀察到碳納米管，那時石墨烯還沒有被發現，碳納米管其實就相當於一層石墨烯卷成的管狀物。而碳納米管可以提供一個有效的方法來過濾海水，主要研究者是西澳大利亞大學的本·科裏（ben corry），相關的論文為《為高效海水淡化而設計的碳納米管薄膜》[3]。幾年後，傑弗裏·格羅斯曼（jeffrey grossman）和大衛·科恩-達努奇（david cohen-tanugi）在麻省理工學院的研究表明，使用石墨烯能讓反滲透法淡化海水的效率成百倍的提高（參見論文《多孔石墨烯海水淡化》[4]）。之後，田納西州橡樹嶺國家實驗室的科學家們繼續完善了這一方法。相關論文參見《使用納米多孔單層石墨烯海水淡化》[5]。 變革電子裝置
納米材料有很多種，比如零維納米顆粒、一維納米線、三維立體納米管等。但物理學家尤其對二維的納米片比如石墨烯著迷，主要就是由於它們獨特而強大的性能（柔韌性、導電性和光學透明性等），它們是製造電子和光學裝置的潛力較大的材料。另外一種二維納米片是mos2，主要由斯坦福大學的托尼·海因茨（tony heinz）在研究。理論上講，石墨烯也能夠取代電腦芯片上的矽，因為電子在石墨烯中移動的速度比矽快多了。
石墨烯和碳納米管的應用幾乎是無止境的。2013年，由薩巴辛·密特拉（subhasish mitra）和黃宜弘（philip wong）領導的斯坦福大學的團隊創建了第一個碳納米管計算機。[6]不同於石墨烯始終是導體，碳納米管可以是半導體。薩布哈西的團隊使用碳納米管代替了傳統的矽材料，製作出了一種全新的晶體管。不過，這台電腦非常基礎，隻有178個晶體管，操作係統僅能完成簡單的計數和分類功能。2015年，同一個團隊對該技術做出了大幅改進。他們的主要競爭對手是來自紐約的ibm。2015年維爾弗裏德·亨施（wilfried haensch）在ibm的研究小組對碳納米管晶體管做了進一步的改善，此時繼ibm發明世界上第一個碳納米晶體管已過去了17年。
再如，基於石墨烯的泡沫材料是超輕型材料。2013年，中國浙江大學高超的團隊製造出石墨烯氣凝膠，它是有史以來最輕的材料（它對有機溶劑有超快、超高的吸附力，是吸油力極強的材料，可用於清潔海水裏的漏油等）。另一個基於石墨烯的超輕泡沫材料由普利克爾·阿加延（pulickel ajayan）的團隊於2014年在萊斯大學發明。
還有，屏幕技術的重大革命一直是led，但led僅能發射一種顏色的光，不能在多個顏色之間靈活變換。2015年，清華大學任天令領導的研究小組從石墨烯中製作出了新型發光材料，僅用一個led就可發射出不同顏色的光，幾乎覆蓋整個可見光光譜的所有顏色。 “新材料革命”一觸即發
除石墨烯外，目前還有哪些強大的納米材料可以改變普通人的生活呢？答案是，這樣的納米材料還有很多。比如，總部位於英國的p2i公司從2009年就開始生產防水納米塗層，2012年，類似的納米塗層被加州的liquipel和猶他州的hzo公司先後引進。這些超強塗料可以帶來防水手機、防水電腦等大眾喜愛的產品。
除了斥水，還可以斥油等範圍更廣的液體的納米材料於2013年被密歇根大學阿尼什·圖特加（anish tuteja）的團隊研發了出來。[7]
此外，納米技術正在嚐試製造無須清洗的材料，即“自清洗”材料，永遠能自己保持幹淨。靈感也是來自自然。蓮花出自汙泥，葉子卻如此幹淨，這引起了植物學家們的注意，他們研究發現，蓮花葉子的材料是自清洗的，蓮葉具有疏水、不吸水的表麵，落在葉麵上的雨水會迅速形成水珠滾離葉麵，同時將灰塵一起帶走。德國植物學家威廉·巴斯洛特（wilhelm barthlott）於1973年首先發現了蓮葉自清洗背後的原理，但40多年過去了，我們還是無法找出能跟自然相媲美的方法。
“蓮花效應”長期以來隻能是實驗室的課題。最接近這一效應的材料是二氧化鈦（防曬乳液中常用），它的特性由日本科學家藤嶋昭（akira fujishima）於1967年公布，藤嶋昭把它用在自家的房子的外牆上，使其變成了自清潔外牆。這意味著，隻要有光（準確地說，有紫外線）或降雨均勻散布在物體的表麵，它們就會像抹布一樣擦拭過去。
納米技術可以將二氧化鈦的納米顆粒直接加入到物體的表層。如今許多新的建築聲稱有“自我清潔窗戶”，是因為窗戶上有10納米塗層的二氧化鈦。這些“自潔窗”的效果往往隨著時間變差，但每年都會有進步。例如，2015年，倫敦大學的姚璐與多個院校合作，推出了用二氧化鈦納米顆粒做成的更持久的“油漆”。[8]效果更好的自潔材料指日可待。下一代可能有很多人會不知道我們的衣物、車、窗等曾經還需要自己清潔。
還有，量子點是極小的半導體納米粒子（比人的頭發小1萬倍），但功能很強大。比如，它們可以增強電視屏幕的顏色。三星公司已經放棄了原來的oled顯示屏，轉而使用量子點顯示屏，亞馬遜的kindle fire hdx的屏幕也使用了量子點。
如今，世界上一半的能量被用於加熱建築物，由此帶來了三分之一的溫室氣體。納米技術能讓我們用不同的方式思考。傳統保持房間暖和的方法總是使用電力或煤氣，往往需要消耗很多能量，我們為什麽不把衣服做得足夠暖和呢？斯坦福教授崔毅正在研究一種保暖的銀納米線，它甚至能自己加熱。如果他能順利找到將這種材料添加到織物中的方法，我們將有望買到“自加熱毛衣”。利用同樣的原理，科學家們可能也能發明“自冷卻”衣服。
石墨烯也有競爭對手。2014年，茱莉亞·格裏爾（julia greer）在加州理工學院發明了一種陶瓷，同樣也具備極輕和極堅韌的特性。[9]2015年，加州大學洛杉磯分校李小春的研究小組製造了一種超強的金屬，也特別輕。這些材料不僅能幫我們建造更輕的飛機，還能製造出更輕的宇宙飛船。[10]
石墨烯是一種自然的二維納米片。威斯康星大學王旭東的團隊如今正在研究不存在於自然界中的二維納米片（其厚度隻有幾個原子）。[11]
在石墨烯被“發現”短短十年以後，據我所知，目前已經有超過500種二維材料。許多新材料甚至還沒有名字。目前，格布蘭德·西德（gerbrand ceder）在加州大學伯克利分校發起了為材料“建檔”的項目，旨在編目所有材料和它們的特性，乃至每種材料的基因組。這樣一來，研究人員就能根據項目需要迅速找到相應的材料。
新材料從實驗室到市場應用的主要障礙是什麽？還是老問題，即製造這些新材料非常困難和昂貴，科學家們僅在實驗室製造非常微小的量以研究其特質，我們仍需找到一種簡單、高效的方式來製造這些“神奇”的新材料。
但這方麵也有突破。西北大學的化學家查德·米爾金（chad mirkin）是國際納米技術研究所的主任，他在1996年開創了一種製造新材料的方法，詳述這種方法的論文[12]讓他聞名學界，他是如今世界上論文被引用次數最多的化學家之一。
米爾金用黃金與dna（典型雙螺旋結構）的結合創造新的材料。有趣的是，dna被他用於“綁定”金的納米粒子，他花了20年的時間來改進和完善這一技術。2015年，查德·米爾金在之前基礎上創造了一種可以改變形狀的新材料，他的技術允許同樣的納米粒子以超過500種不同的形式組裝。也可以說，他發明了一種由可以“重新編程”的粒子組成的材料，即一種可以“變身”為不同材料的材料。[13]
總之，我們正處於材料重大變革的邊緣，而“材料革命”又將推動消費電子產品、生物技術、物聯網以及空間探索等多個領域的革命。
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