飞速裂变的时代中看纳米科技-程曜-第1章
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飞速裂变的时代中看纳米科技—程曜
主持人：会当凌绝顶，一览众山小，欢迎收看世纪大讲堂节目。在去年的时候呢，清华大学新建了一个大型的实验室，为了这个实验室，清华大学跑到台湾的清华大学聘请了一位在那边特别有名的教授，他叫程曜，程曜博士。那么程曜博士来到北京以后呢，就在这边协助实验室的研究。那么内地大学到台湾，去挖台湾的墙角，程博士是第一位，因此震动了台湾。不过今天程博士来到我们的现场，不是来谈这个事件，而是为我们来谈纳米技术。
我们先看一下程先生的简历。
（掌声）
欢迎程先生，看到您的这个小片子，我发现您是从1989年从德国拿到博士学位去台湾，一直干到了2001年您还是副教授，这是你离开台湾选择北京的一个重要原因之一吗？
程曜：其实不能这么讲，我离开台湾到北京来，有基本上两个原因，第一个原因，其实我们可以讲，在上个世纪变动最快的地方是在哪里？是在美国。这个世纪，二十一世纪变动最快的可能就在亚洲，而且是在中国。所以要回来，这本来就是已经定的事实，只是什么时候回来。1998年，我母亲中风，然后不能动，科研也就被耽误了，因为我们家的保姆是从菲律宾来的，没有亲戚在台湾。
主持人：我们叫菲佣。
程曜：对，叫菲佣，没有亲戚在台湾，所以菲佣会跑，所以连出国讲学都很困难。
主持人：菲佣怎么会跑呢？你给她钱，她就不会跑吧？
程曜：她会跑到别人那儿去工作，别人给更多钱，不知道，有各种原因，他们可以弃保（放弃保金），这在台湾还是常见的。因为这个原因，后来就决定，其实从我母亲生病以后，我已经慢慢地把科研工作减少，就已经准备到这里来。
主持人：好，看到一些散篇的一些文章，我发现您除了关心纳米、关心科技以外，好象还很关心社会生活。
程曜：是的。
主持人：但是您读书十多年全都是理科、工科。
程曜：我大概受到家里面的影响，对历史一直非常关心。我一离开台湾，离开台湾一到德国，我那时候念书在德国有汉语系，所以有非常丰富的中文图书，我第一件事情就是把范文澜的这个《中国通史》借出来整个看一遍，整个看一遍，大概从另外一个角度在看中国的历史。
主持人：我听说您说过一句话，说您仍然是生活在“五四时代”的一个古人。给我们解释一下这句话吧？
程曜：可以这么讲，因为“五四”就是改革，还有另外一个，就是中国为什么被欺负，为什么不会强大。我去德国念书，念书回来以后，我妈妈也问我，我哥哥也在德国，他的薪水非常好，他在西门子，他做通讯，我妈就问我说，你是不是在德国留不下来才回来的，我说，我回来的目的正是不想让我的后代再到德国去念书，当然梦想，其实我回到北京来也是梦想，未来大家不需要再到国外去念书，能够留在国内，如果说我们能够供应那么好的教育环境，那么好的创造力的环境。因为使用中文的人口是现在世界上最多的人口，所以你可以让这个语言更丰富起来，有一天我们的教育都在这个地方的时候，你大概已经知道中文已经是世界语言，而且主要的学术期刊都是以中文发表，对不对，这是我们的梦想。（掌声）
主持人：好，接下来我们就由这位生活在“五四时代”的古人，跟我们讲一讲《飞速裂变的时代，这其中的纳米科技》。欢迎！（掌声）
程曜：我今天选择这个题目的目的，也就是我在想从大陆，现在国内变化这么快的一个环境里面，怎么看未来的整个纳米科技。所以我们从一个比较宏观的角度来看这件事情，这是我定这个题目的目的。
我们先谈，现在大家都知道，科学上我们很早就已经预测，说宇宙中有黑洞这个东西存在，黑洞，所有的物质进去，一进去连光都出不来，不断地把东西吸进去。然后最近，大概在近十年来，我们已经找到一些迹象，很可能黑洞是存在的。可是现在的理论反而讲，说这个宇宙大部分都是黑洞所组成的，要是没有这些黑洞，可能这宇宙就不稳定。那我为什么从这个角度来跟你们讲呢？1985年，英国人科劳特（Kroto）跟美国人斯马利（Smalley），他们想要合成宇宙的这个尘埃，就用电弧加工石墨来制造这个尘埃，在这里面他发现了纳米碳球，这个碳球总共只有60个碳原子组成的一个分子，像一个足球一样，像一个足球一样，大小不到一个纳米，那么小。在1991年，日本科学家饭岛澄男（Sumino Iijima），有一次他发现了在寻找这个纳米碳球的过程中，他发现了纳米碳管，花了六年之后我们从纳米碳球之后发现了纳米碳管，之后速度就越来越快，我们现在，那时候以为这个纳米的结构或纳米的这些东西是很少的，现在发现到处都是。像你们汽车，也许开汽车放出来后面的黑烟，你当时如果知道，你好好地去把它捕捉起来，放到电镜上去看，你也许就发现碳球跟碳管，那你就拿到诺贝尔奖了。斯马利拿到了诺贝尔奖了。
所以到处都是，就像我们清华大学化学系的李亚东教授，他用水热合成法，现在，各种材料，各样的纳米管、纳米球或者是纳米粒、纳米颗粒，他都可以合成。这个合成讲起来，我们用更通俗的方法来讲，就是用压力锅，用水煮一下，用科学的方法放正确的材料进去就煮出来。所以，我现在要讲的纳米其实存在于到处都是，到处都是。我再讲一个例子，比如说纳米工程，我们每天都在做纳米工程，什么样的纳米工程，你的细胞在分裂，你的基因在复制，这个基因它的大小就是纳米基因。这些基因的复制，它的变化到目前，它为什么会完全地复制自己，这么神奇的，整个神奇的作用，我们现在慢慢地可以透过我们对纳米科技的了解，我们可以慢慢把它解析开来。这个是我今天要讲的整个框架，纳米科技，它背后的含义。
那么回顾一下，二十世纪，二十世纪有两个理论上重大的发现，第一个我们讲说上个世纪初的量子力学跟相对论，在物理上，我们现在很多的现代的科技都完全只是在这两个基础上面所建立起来的。然后在1960年左右，发现了基因的双螺旋，我们在几年前，才刚刚把人类的基因码全部解析开来，对不对？我们在大量地做这些事情。这两件事情是重大的科学发现，之后就再也没有非常重大的科学发现，都是在沿着这两个道路在前进。除了这两个重大发现之外，我们可以讲在上个世纪有两个主要的新材料，我们不谈之前陶瓷啊、金属啊，这已经发展了几千年，发展了几千年。现在在上个世纪主要的，我们可以讲第一个是塑料，塑料我们现在放眼看去，哪个东西不是塑料所组成的，它的影响力，它只不过一百年，一百年前，在一次世界大战的时候，英国人才用人工产生塑料做雨衣，那时候这个雨衣还不好，放久了以后，它就会脆掉，拿起来就会裂开。现在你们用的这个雨衣都没有这个问题了。
另外一个，非常重要的是半导体，现在我想每一个人手上都有手机，这手机里面，你今天能够拿着手机，在行走当中或开车当中，跟很远的地方的人通话，靠的是什么？靠的就是这半导体科技，半导体的这些晶体管，所以这个是上个世纪最重要的发现。
那我们再回到来谈纳米到底是什么东西？纳米它是一个单位，是一个尺度，我们讲一个人，像我的高度大概是一米多，姚明当然是两米二六，这是我们算以米来作单位。一个水果，苹果、桃子大概就十分之一米，就是十公分，我们一个蚂蚁大概是一个毫米这么大小，我们头发，我们的头发大概是一百分之，也就是十分之一的毫米，就是一百个微米。我们的细胞大小大概是十个微米，我们一直数下来，病毒，我这里病毒其实还要更小，病毒应该是在十个纳米左右，十个纳米左右到一百个纳米左右，这是病毒的大小。一个原子，像氢原子的大小就十分之一纳米，所以我们知道，我们讲的纳米尺度，或者纳米的材料指的是什么？指的就是一千个到一百万个，到上亿个，这样子的一个数目，它所产生的这些团簇，原子所形成的分子团簇，它产生一些非常奇妙的特性，非常奇妙的特性，这有多奇妙，就好象我刚才讲的，你的基因会复制，你的身体是透过蛋白质，透过一些激素，透过这些东西，这些纳米级的团簇的分子在控制你整个生命的发展，所以你说它奇妙不奇妙。
当然，我们现在各位所看到的一些，常常看到比如说纳米冰箱，纳米冰箱是什么？纳米冰箱是它在冰箱里面上了一层纳米粉，这层纳米粉它是二氧化钛的纳米粉，二氧化钛它没有毒，所以我们会放到你的牙膏里面，你的牙膏白白的，那个白色的是来自于二氧化钛的粉末。在以前用的是微米级的粉末，微米级的粉末比较便宜，现在我们越做越细，做到纳米级了以后，它会吸收紫外线，吸收紫外线产生光催化的作用。光催化之后，它会帮助你去分解一些不好的臭味，甚至去分解一些对环保有害的，所以现在日本他们可能在建筑物上面要进行纳米的涂料，来使得协助，比如说废气的这个分解啊，或者其他这些不愉快的东西的分解。所以纳米，的确是当你做到纳米级了以后，它就发生了一些，跟在微米更大，就是巨观状态下不一样的这个现象。这个我用一个例子来讲，比如说像粉末，我们讲说一个微米这么大小的粉末，它里面大概，我们可以讲说几兆亿的原子在里面，几兆亿的原子里面大部分都在内部，我们在内部的每一个原子，就像你们现在坐在这里的同学，坐在中间的同学你四面一看都是同学，可是你坐在边边的同学，你会看到一边是同学，另外一边没有同学，对不对，这是不对称。所以在表面的这些原子，它的活性特别大，它跟在整个纳米粉末内部的这些原子的行为不一样，当我们纳米粉末小到比如说只有十个纳米的时候，它的原子大部分都是表面，所以它会有一些特殊的性质产生。我们现在讲的纳米科技和纳米技术是这些东西。
我们再来谈在这些产业结构里面，第一次工业革命，它的象征是什么？第一次工业革命的象征是人类控制了能量，我们控制了能源，我们可以生产，我第一张图，这边左上角给各位看的是一个纺织机，瓦特使用这个，就是把这个蒸汽，水蒸气的这个能量来变成一个机械的运动，在最早的时候，在英国他们就建造了这些纺织机，纺织机，它的影响力有多大？在没有纺织机之前，几乎所有的妇女都必须要呆在家里面织布，你可能一天织不到一匹布，那时候布是很贵的。可是有了纺织机以后，我们有一半的人口就被解放出来，可以到社会上参加工作，参加工作就可以对整个文明的进步，当然有更大的贡献。当然，第一次工业革命除了这些生产，就是把一些重复性的生产力用机器来取代之外，我们有了运输，我们有了汽车，更快的运输，我们有了火车，我们有�
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