从纳米层面解密穿墙术,纳米层面穿墙术

纳米是什么？纳米技术又是什么？准确回答这个问题其实很难。纳米技术不像数学、物理、化学那样，限制在某个领域，它涉及的只是一个尺度。

1纳米等于10^-9米，一根头发丝的直径大概为30000～50000纳米，根据图1-1你可以想象一下“1纳米”到底是多长，而且你很可能想不出来。当常态物质被加工到纳米尺度时，它们会表现出与大块物质或者原子、分子完全不同的性质。这种粒径在0.1～100纳米范围内的超微细材料，和相同组成的普通材料差异可太大了。

最典型的例子可能就是黄金了。

它天生一副富贵颜色，一直被用来代表皇家风范，但在纳米尺度下，严格地说，当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，就呈现出黑色了。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色越黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。不知道你会不会因为你的铂金戒指可能会变成黑色而失望呢？不过这种纳米材料可不是用来做成首饰佩戴的，它们的特殊性质比起做首饰来可有用得多了。

因为金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，它们小到几微米（1微米=1000纳米）的厚度时，基本上就不反光了。不反光，我们就看不到亮闪闪的戒指和项链，但是这个性质让多少科学家梦寐以求。因为利用这个特性可以高效率地将太阳能转变为热能和电能。而红外敏感器件、红外隐身技术当然就更加需要把光彻底消除掉。1991年春的海湾战争中，美国F-117A型隐身战斗机外表所包覆的材料中就包含有多种纳米超微颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力，可以欺骗雷达，达到隐形目的。一种材料足够微小的时候，作用却足够强大。

除此之外，这些微小的材料还表现出电、磁、热、吸收、反射及生物活性等特性，具有抗菌、防污、保鲜、高强度、耐磨等功能，可以用在各种地方。

话说回来，金这样的贵金属受热捧，除了其数量和颜色之外，最重要的原因之一就是其化学稳定性：在正常尺度下，金是出了名的“极不活泼的”金属之一，不易被氧化，也不易被腐蚀。常见铁生锈，银变黑，你的金首饰就永远没有这个后顾之忧。

不过到了纳米尺寸，金会“性情大变”，除了变黑色，还表现出全新的、令人吃惊的化学、机械、电子和磁特性，而且这些特性根本不可能从正常的大尺度下推断或预测。

魔术师刘谦曾表演过著名的魔术“斗转星移”，他可以让一枚硬币从在严丝合缝的杯子里“跑”出去，有点类似传说中的“穿墙术”。而纳米金的“穿墙术”却不是魔术，而是事实。

砷化铟（InAs）是制造激光器和各种探测器等的常用的半导体材料。如果将砷化铟和金制成一种稳定的结构：杂化结构，此时的砷化铟全都会规规矩矩地保持在各自的“岗位”上，其中砷化铟保持在核心位置，金则围绕在砷化铟核的表面，如图（a）所示。但此时，如果再加入含有金的另一种物质时，你会惊奇地发现，原来稳定结构中的金居然“穿越”到砷化铟核的中间（如图（b）所示），而这只能发生在纳米的尺度上。

HAuCl4除了正穿，纳米金还能表演逆穿。原本在硫化银（Ag2S）纳米球内部的纳米金，在溶液中陈化72小时后，纳米金就“不知不觉”地钻出来了。而且表面的金，不甘于分离，还会“熟”化成一个颗粒。下图是更复杂的结构铂-金-硫化银核壳结构中的纳米金的穿越过程。