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神奇的納米技術(shù)與納米武器 2000年10月16日 08:54 一納米有多? 相當(dāng)一根頭發(fā)直徑的6萬分之一 讀過《西游記》的人都會記得孫悟空鉆進(jìn)鐵扇公主肚子里的故事。孫悟空保護(hù)唐僧去西天取經(jīng),路過火焰山,想借鐵扇公主的扇子扇滅火焰山的烈火。不料鐵扇公主不肯借扇。孫悟空便變成一只小蟲鉆進(jìn)鐵扇公主的肚子里,大鬧五臟六腑,迫使鐵扇公主就范。 如今,隨著納米武器的出現(xiàn),這種“小蟲子”鉆進(jìn)肚皮的神話正逐步成為現(xiàn)實。 納米武器,顧名思義,是指這種武器尺寸很小。納米(1納米=10-9米),這個計量單位在日常生活中很少出現(xiàn),因為它太小了。拿“大”東西頭發(fā)比,普通頭發(fā)就有6萬~7萬納米粗;拿小東西原子比,一納米也就五個原子排列起來的長度。因此,肉眼是根本看不見納米級的物體的。研究納米級物質(zhì)(包括分子、原子、電子)在100皮米(1皮米=10-12米)~100納米空間內(nèi)的運動規(guī)律、內(nèi)在運動特點,并利用這些特性制造特定功能產(chǎn)品(包括納米武器在內(nèi))的高新尖技術(shù),就是現(xiàn)在在科技界耳熟能詳?shù)募{米技術(shù)。 科學(xué)巨匠愛因斯坦早就預(yù)言:“未來科學(xué)的發(fā)展無非是繼續(xù)向宏觀世界和微觀世界進(jìn)軍!碑(dāng)人類轟轟烈烈地飛入太空、登上月球、探索火星之際,人類同時也在靜悄悄地深入物質(zhì)內(nèi)部,并在物質(zhì)微粒間營造出一個嶄新的微觀王國。在這神奇奧妙的納米天地里,一些見所未見、聞所未聞的“精靈”,如分子開關(guān)、原子制動器、單個電子晶體管等相繼誕生了。 如此小而又小的微粒怎樣加工? 科學(xué)家自有天斧神工 納米技術(shù)從研究走向?qū)嵱糜?大關(guān)鍵:一是研制納米材料,二是尋求超精度微加工方法,三是做出微機電系統(tǒng)。 首先是研制納米材料:如今高能量納米材料、納米隱形材料、納米磁性材料已有重大突破。某些納米材料產(chǎn)品已在高技術(shù)開發(fā)和軍事應(yīng)用領(lǐng)域作出了突出貢獻(xiàn)。 其次是解決超精度微加工方法:所謂加工技術(shù),在一般人的概念里,就是由“大到小”,根據(jù)設(shè)計要求將材料的多余部分用各種方法去掉制成零部件。這種常規(guī)的加工技術(shù)一直到加工微米級的零部件都是適用的,無非是隨著物體尺寸縮小,精度要求更高、難度更大而已。 然而當(dāng)物體尺寸達(dá)到納米級,常規(guī)的加工技術(shù)就沒有了用武之地。怎么辦?納米技術(shù)研究者打破常規(guī),進(jìn)行反向思維,將常規(guī)的“由大到小”的加工方法改變?yōu)椤坝尚〉酱蟆钡募庸し椒,發(fā)明了所謂掃描隧道顯微鏡加工技術(shù)。 掃描隧道顯微鏡加工技術(shù)的具體步驟是:將掃描隧道顯微鏡極其尖銳的金屬探針,向材料表面不斷逼近,當(dāng)距離達(dá)到一納米時,施加適當(dāng)電壓,產(chǎn)生隧道電流,這時探針尖端便吸引材料的一個原子過來,然后將探針移至預(yù)定位置,去除電壓,使原子從探針上脫落。如此反復(fù)進(jìn)行,最后便按設(shè)計要求“堆砌”出各種微型構(gòu)件。整個過程就如同用磚頭蓋房子一樣。 再就是制造微機電系統(tǒng):納米技術(shù)的核心技術(shù)是微機電技術(shù)。微機電技術(shù)并不是通常意義上的簡單的系統(tǒng)小型化,它可以說是制造業(yè)原理上的徹底變革。因為當(dāng)每個部件都小到納米級以后,宏觀的參數(shù)如體積、重量等都變得微不足道了,而與物體表面相關(guān)的因素如表面張力和摩擦力就顯得至關(guān)重要了。新的物理特性使納米器件非常堅固耐用,同時也非?煽。一般納米器件振動2000萬次,也絲毫不會損壞。 近10多年,微機電技術(shù)獲得了實質(zhì)性突破?茖W(xué)家們成功地制出了納米齒輪、納米彈簧、納米噴嘴、納米軸承等微型構(gòu)件,并在此基礎(chǔ)上制成了納米發(fā)動機。這種微型發(fā)動機的直徑只有200微米,一滴油就可以灌滿四五十個這種發(fā)動機。與此同時,微型傳感器、微型執(zhí)行器等也相繼制成。這些基礎(chǔ)單元再加上電路、接口,就可以組成完整的微機電系統(tǒng)了。 納米技術(shù)對科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步具有劃時代的影響。從電子管到晶體管,到集成電路,再到大規(guī)模集成電路,微電子技術(shù)已發(fā)展到了頂點。從這個意義上說,納米技術(shù)將取代微電子技術(shù),引發(fā)一場新的技術(shù)革命,創(chuàng)造新的奇跡。 納米技術(shù)應(yīng)用于軍事將有何影響? 千奇百怪“微型武器”鬧沙場 納米技術(shù)的迅猛發(fā)展,特別是微機電系統(tǒng)的初步成功,為軍事科技工作者研制納米武器奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。他們盡情發(fā)揮想像力,研制出千奇百怪的戰(zhàn)場“精靈”。 “麻雀”衛(wèi)星。美國于1995年提出了納米衛(wèi)星的概念。這種衛(wèi)星比麻雀略大,重量不足10千克,各種部件全部用納米材料制造,采用最先進(jìn)的微機電一體化集成技術(shù)整合,具有可重組性和再生性,成本低,質(zhì)量好,可靠性強。一枚小型火箭一次就可以發(fā)射數(shù)百顆納米衛(wèi)星。若在太陽同步軌道上等間隔地布置648顆功能不同的納米衛(wèi)星,就可以保證在任何時刻對地球上任何一點進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視,即使少數(shù)衛(wèi)星失靈,整個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的工作也不會受影響。 “蚊子”導(dǎo)彈。由于納米器件比半導(dǎo)體器件工作速度快得多,可以大大提高武器控制系統(tǒng)的信息傳輸、存儲和處理能力,可以制造出全新原理的智能化微型導(dǎo)航系統(tǒng),使制導(dǎo)武器的隱蔽性、機動性和生存能力發(fā)生質(zhì)的變化。利用納米技術(shù)制造的形如蚊子的微型導(dǎo)彈,可以起到神奇的戰(zhàn)斗效能。納米導(dǎo)彈直接受電波遙控,可以神不知鬼不覺地潛入目標(biāo)內(nèi)部,其威力足以炸毀敵方火炮、坦克、飛機、指揮部和彈藥庫。 “蒼蠅”飛機。這是一種如同蒼蠅般大小的袖珍飛行器,可攜帶各種探測設(shè)備,具有信息處理、導(dǎo)航和通信能力。其主要功能是秘密部署到敵方信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的內(nèi)部或附近,監(jiān)視敵方情況。這些納米飛機可以懸停、飛行,敵方雷達(dá)根本發(fā)現(xiàn)不了它們。據(jù)說它還適應(yīng)全天候作戰(zhàn),可以從數(shù)百千米外將其獲得的信息傳回己方導(dǎo)彈發(fā)射基地,直接引導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)。 “螞蟻士兵”。這是一種通過聲波控制的微型機器人。這些機器人比螞蟻還要小,但具有驚人的破壞力。它們可以通過各種途徑鉆進(jìn)敵方武器裝備中,長期潛伏下來。一旦啟用,這些“納米士兵”就會各顯神通:有的專門破壞敵方電子設(shè)備,使其短路、毀壞;有的充當(dāng)爆破手,用特種炸藥引爆目標(biāo);有的施放各種化學(xué)制劑,使敵方金屬變脆、油料凝結(jié)或使敵方人員神經(jīng)麻痹、失去戰(zhàn)斗力。 此外,還有被人稱為“間諜草”或“沙粒坐探”的形形色色的微型戰(zhàn)場傳感器等納米武器裝備。所有這些納米武器組配起來,就建成了一支獨具一格的“微型軍”。據(jù)美國國防部專家透露,美國第一批“微型軍”將在5年內(nèi)服役,10年內(nèi)可大規(guī)模部署。 與傳統(tǒng)武器相比,納米武器具有完全不同的特點。人們必須對其“刮目相看”,充分認(rèn)識其對未來戰(zhàn)爭的影響。 首先,納米武器實現(xiàn)了武器系統(tǒng)超微型化,使目前車載機載的電子戰(zhàn)系統(tǒng)濃縮至可單兵攜帶,隱蔽性更好,安全性更高。 其次,納米武器實現(xiàn)了武器系統(tǒng)高智能化,使武器裝備控制系統(tǒng)信息獲取速度大大加快,偵察監(jiān)視精度大大提高。 再次,納米武器實現(xiàn)了武器系統(tǒng)集成化生產(chǎn),使武器裝備成本降低、可靠性提高,同時使武器裝備研制、生產(chǎn)周期縮短。 因此,納米武器的出現(xiàn)和使用,將大大改變?nèi)藗儗?zhàn)爭力量對比的看法,使人們重新認(rèn)識軍事領(lǐng)域數(shù)量與質(zhì)量的關(guān)系,產(chǎn)生全新的戰(zhàn)爭理念,使武器裝備的研制與生產(chǎn)更加脫離數(shù)量規(guī)模的限制,進(jìn)一步向質(zhì)量智能的方向發(fā)展,從而徹底變革未來戰(zhàn)爭的面貌。未來戰(zhàn)場,巨型武器系統(tǒng)和微型武器系統(tǒng)將同時存在,協(xié)同作戰(zhàn),大有大的作用,小有小的妙處,作戰(zhàn)手段更加機動靈活,戰(zhàn)斗格局更加詭譎多變。人們更多看到的將是“螞蟻啃大象”、“小鬼擒巨魔”、“以小制大”、“以微勝巨”的奇異戰(zhàn)爭景觀。(作者:樂俊淮/中國國防報) |
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