日前，国家科学技术奖励大会在北京举行，中国科学技术大学作为第一完成单位申报的“纳米结构单元的宏量制备与宏观尺度组装体的功能化研究”项目，夺得2016年度国家自然科学奖二等奖。纳米世界有哪些令人惊叹的地方？神奇纳米如何开启智慧“组装”之旅？记者深入中国科学技术大学，倾听该项目负责人俞书宏教授的精彩讲述，与你一起遨游纳米世界。

超乎想象的纳米颗粒

　　自然界中，出淤泥而不染的荷叶，之所以不沾水，就是因为荷叶拥有纳米细微结构，水珠在荷叶上滚动时，可以粘起叶面上的灰尘。飞檐走壁的壁虎，拥有神奇的攀爬能力，是由于它的脚趾长有纳米级铲状绒毛，特殊的纳米结构让其拥有超强的黏附能力。人的牙齿之所以具有很高的强度，也是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成。

神奇的纳米颗粒，拥有超乎想象的能力，然而纳米到底是什么呢？俞书宏介绍，纳米是一种长度单位，就像米、分米、厘米一样，只是纳米小到肉眼根本看不见。具体而言，一纳米等于十亿分之一米。形象地说，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般，一根头发丝的直径就有8万纳米。0.1纳米到100纳米这个微小的特定区域，被科学家们称为纳米尺度，纳米尺度的超细材料则被称为纳米材料。纳米技术也称毫微技术，是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用。

物质小到纳米尺度时，往往会表现出迥然不同的性质。比如，当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去原有的富贵光泽而呈黑色。一些金属小到纳米尺度时，原本导电的性质会改变，突然变成了绝缘体。一些并不活泼的金属，在纳米尺度时会变得非常活泼，容易燃烧并引起爆炸。 “现代的隐形战机和防弹衣等，大多应用了纳米材料。 ”俞书宏表示，将纳米吸波材料涂覆在战斗机的表面，这种材料不仅能吸收雷达波，也能吸收可见光、红外线，从而让战斗机逃避雷达跟踪；超强耐冲击、抗疲劳的纳米材料，则可以让防弹衣更加安全。

智慧“组装”造就超能力

　　“纳米材料本身可以形象化为 ‘一堆粉末’，如果将它功能化就要‘组装’，将其一一放在所希望的位置上。 ”俞书宏说，“组装”纳米材料很有意思，也很神奇，例如一张纸原本并不导电，但将纳米材料喷洒在纸张表面，就能使其变成导体，而且还能像纸一样弯曲；海绵并不导电，但将导电的纳米线植入其中，不仅海绵能导电，还实现了导电物体的弹性化，在反复被压缩、挤压的情况下，仍然不变形且能导电。这一智慧“组装”，便将该纳米材料的导电功能赋予到宏观的物体——纸张或海绵上，学术上称为“宏观尺度的纳米组装体”。

“宏观尺度组装，就是让纳米材料排列在一个表面，无论它们是球形、扁形还是线形，从而实现整个区域功能化。 ”俞书宏介绍，通过“组装”纳米材料的办法，可以让宏观物体具备一种特殊的功能。他笑言，以前，做实验需求的纳米材料量非常少，只需要合成毫克级别即可，或许用烧瓶就能完成，现在制备500克已算很多，但真正应用起来需求的量更多，因此需要大量制备，即宏量制备。然而，少量制备纳米材料问题不大，大量制备就存在很多瓶颈，难度很大。于是，一次性制备大量的纳米材料，便成为他们团队一直努力实现的目标。

一种特殊的纳米材料，不仅能感知人的脉搏、声音，还能识别面部表情、肢体变化，由于其具备探测微小压力的能力，今后应用到探测与压力传感器上，或许可以用于探测地震波。另外一种纳米材料通过“组装”，可以制备一种新型透明柔性导电材料，这种材料即使放在水或酒精中揉搓，仍能保持良好的导电性，研究人员还因此制备出灵敏的柔性电子触屏……近年来，俞书宏和他的团队始终在纳米科技领域探索，取得了一系列世界瞩目的成果。本次获得国家自然科学奖二等奖的项目，即是由他与同事梁海伟、从怀萍、刘建伟、姚宏斌共同完成。

“这次获奖的成果，主要是2008年2月至2012年8月完成的。”俞书宏介绍。在研究中，他们团队紧盯纳米科技领域亟待解决的纳米材料大量制备与组装中存在的关键科学问题，在国际上率先深入而系统地开展纳米结构单元的可控宏量制备及宏观尺度组装体功能化研究，建立和发展了纳米结构单元的宏量制备新方法，实现了不同维度纳米结构单元的制备、复合与组装体制备，并建立纳米结构单元的界面可控组装及宏观尺度组装体制备的新方法，技术已处于国际领先水平，为我国在该领域在国际上占有一席之地作出了重要贡献。

纳米科技将改变世界

　　“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。 ”著名科学家钱学森曾预言。如今，纳米世界的科技创新，已成为世界各国竞争的热点。 2014年，美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔，因开创性的成就使光学显微镜能够窥探纳米世界，而获得年度诺贝尔化学奖。美国《新技术周刊》曾指出：纳米技术是21世纪经济增长的一个主要的发动机，其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。

在现实中，纳米科技已走进生活。电脑和手机的中央处理器，即是用纳米材料制造，一个集成电路可拥有几十亿个晶体管。国家大剧院的穹顶看起来总是干净光亮，就是因为它是由超亲水、光催化等性能的纳米自清洁玻璃和自清洁钛板组成。纳米冰箱、纳米衣服等产品的防霉、防污染特性，更是成为商家竞相宣传的热点。碳纳米管触摸屏、电池用碳纳米管导电浆料、绿色印刷、印刷电子、纳米抛光液、纳米传感器等产品，已在多个行业实现规模化生产。传染性疾病快速检测、组织工程修复材料、纳米化药物研发不断推进，纳米技术应用于生物医学前景良好。

“纳米世界因神秘而充满魅力，因此做这方面的研究，是非常有意思的事情。 ”俞书宏表示，自然界中拥有很多纳米结构的东西，深入研究往往可以获得意外惊喜。天然贝壳珍珠母，具有超乎想象的机械强度和韧性。去年，他们团队通过模拟天然珍珠母生长过程制备了人工仿生结构材料，这种仿生材料与天然珍珠母结构相似、力学性能相当，密度更低，具有优越的抗断裂性能，研究成果成功登上世界顶级学术期刊《科学》。运用类似的策略合成人工骨骼或牙齿，有望高度重现人体骨骼的强度和韧性，并因成分高度近似，可有效避免材料植入人体的排异反应。

频繁的石油泄漏事故，给海洋环境带来巨大破坏。俞书宏团队还利用石墨烯等新型纳米材料，将疏水亲油海绵与自吸泵相结合，源源不断地吸附漂浮在海面上的轻油或重油，具有成本低、可连续操作等明显优势。在将来应用中，这种浮油收集设备可集成为一张浮油收集网，浮油收集船可拖曳着这个具有无限吸油容量的“大网”，像捕鱼一样收集水面浮油。

近年来，中科大在纳米材料研究领域全国领先，曾研发出世界上首个纳米电缆、液体纳米晶体管等。本次获奖是俞书宏15年来第3次获得国家自然科学奖二等奖。此前，他主持完成的 “复杂形态和结构的无机功能材料的构筑、自组装原理及性能研究”项目，荣获2010年度国家自然科学奖二等奖；参与完成的 “纳米非氧化物的溶剂热合成与鉴定”项目，获得2001年度国家自然科学奖二等奖。由于在纳米科技领域的杰出成就，他先后获得国际溶剂热水热联合会“RoySomiya奖章”、入选英国皇家化学学会会士，并成为全球备受关注的“高被引科学家”。

安徽日报2017年2月7日http://epaper.anhuinews.com/html/ahrb/20170207/article_3533894.shtml