【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】 ———————————————— 纳米技术——一次新的工业革命 田长霖 主持人: 各位来宾、同仁及其同学,早上好。今天,我们在这里举办中关村青年创新论坛 的第七讲。这个论坛是由中国科学院青年联合会、中科院青年创新联合会和中科 院团委共同主办的,定期邀请国内外著名的科学家和青年科学家作为论坛的主讲, 共同探讨科技发展的一些前沿问题。还有科技创新的最新思路和进展。那么,今 天我们非常荣幸得请到了美国国家工程院院士、中国科学院外籍院士田长霖先生 到我们的论坛的主讲。首先,我代表我们科技论坛对田先生的到来表示衷心的欢 迎和感谢。然后,让我们用热烈的掌声欢迎田院士不辞长途旅行的辛劳特地来参 加我们的论坛,并给我们做报告。下面,我首先把田长霖院士的情况做个简介: 田院士是著名的美国工程热物理学家,国际传热学界的权威学者,著名的教育学 家。1935年7月出生于湖北省武汉市,1955年毕业于台湾大学,1957年获美国路 易威尔大学机械工程硕士学位,1959年获普林斯顿大学机械工程博士学位,现任 加州大学校籍讲座教授和伯克里校区杰出工程讲座教授。1966年以来,历任美国 伯克里加州大学机械系助理教授、副教授、教授、系主任、副校长、执行副校长。 1990年7月到1997年7月出任校长,是全美著名学府中首位亚裔校长。1998年3月, 田长霖教授受董建华先生委任,出任香港创新科技委员会主席。1999年7月被克 林顿总统任命为国家全国科学委员会委员。田院士长期以来在热辐射、热传导、 低温技术、热管理论等领域进行了大量的、深入的研究,取得了许多创新成果, 发表论文论著数百篇,培养了60多名博士研究生。那么,基于天先生大量的研究 成果,他曾获得三十多项重要奖励,代表性的有:传热学界最高荣誉的 AICHEASME纪念奖、传热学科学奖、AIAA热物理奖、美国国家科学院金质奖以及 德国、日本等有关学会的重要奖励。鉴于田院士在科学研究、人才教育方面的卓 越贡献,他被选为美国国家工程院院士、美国文理科学院院士、中国科学院外籍 院士、台湾中央研究院院士、第三世界科学院院士和香港科学院协会最优秀中国 学者等。以上是田院士的一个比较简单的简历。我这个简历没有事先得到田先生 的修改,所以,说得不对的地方请指教。下面有请田长霖院士给我们做报告。他 今天报告的题目是:纳米技术--一次新的工业革命 谢谢华社长,今天非常高兴能够到这儿来跟大家随便、很自由地切磋一下。我想 我也不会讲太久,然后希望大家有些讨论。刚刚华社长说他介绍我并没有给我看 一下,如果让我看了,决不会讲那么长。因为我是一个非常普通的、生在湖北武 汉,老家是武汉市黄陂县,然后在很小的时候,因为中日战争,1936年末期逃难 逃到重庆,后来家里人太多,生活艰难。于是,又从重庆到了上海的法租界。所 以,就在上海念得小学、初中。1949年,因为我父亲背景不太好,所以我们那时 又要逃难,逃到了台湾。然后我在台湾念的高中,在台湾大学念大学。我小时侯 不爱念书,我的爱好是打球。后来到了台湾大学,我的梦想是做美国的职业篮球 球员NBA Basketball player,那时,我一天大概要花6小时的时间在球场上。因 为大家是、都知道,如果要想成为一个职业球员,你必须要锻炼身体。原来我一 直想的都是这些。那个时候,我只有五尺六寸,但我那时想,我15岁是五尺六寸, 到了二十岁一定是六尺五寸。所以,我想没有问题,一定能打到美国职业篮球。 后来我20岁时,还是五尺六寸。后来到了美国,我在美国的第一个学校是路威尔 大学,恐怕大家没有听过,尤其在中关村,可能不会听到美国这个比较不入流的 大学,但那个大学是唯一的给我奖学金的,而且是体育奖学金。我是准备去打球 的。但是,在美国有一个问题,他们把球员放在一起,这样我就糟糕了,每天跟 我住在一起的球员都比我高很多,我觉得我没有前途了。所以我那时就说赶紧拿 个学位改行,改个比较容易的。后来转到普林斯顿大学,才开始做学术研究。从 普林斯顿大学转到加州大学,我现在讲这个,主要是说,不要以为我现在做的这 个不热门,以后可能就没有机会。这个世界变化很快。我从来没想到我会做热物 理。我第一个到美国的时候,他们问我要念什么,我说我要念纺织工程。因为那 时候纱厂是最赚钱的,但他们说纺织工程在美国几乎没有了。于是,我说我要念 汽车工程,他说汽车工程大概也没有了。都是一些原来的老项目。后来我说我念 自动空调,他说这个也没有了。我后来认为美国简直糟糕到极点了,想学的东西 都没有。没办法,只有那一个给我钱我就念那一个,于是去了普林斯顿大学念传 热,等到我念完传热并且拿了博士学位之后,当时是1959年,我花了41年时间拿 博士。 当时美国产生一个很大的科技热,因为苏联1957年发射了一颗伴侣号人造地球卫 星,升入太空之后,美国很是恐慌,就开始全部做诸如空气动力学、固体力学、 材料学等。我当时念传热,有一个很好的资深的教授跟我说,你年纪还很轻,干 吗念传热,这个学问已经死掉了,你赶快换。他是念介质学的,与当时的流体力 学、空气力学在当时是非常红的。但我那时进去的时候,助理教授的这个缺就是 传热学,没办法,只好做传热学。过了十年二十年不到,那个教授的领域完全黑 掉了,没有了,而传热学因为能源问题而变得非常红。我想,世界换来换去,不 要太担忧你是在那一个领域。但是,不管在什么领域,一定要记住不断创新,这 是最最重要的,我常常在国内外讲,对我一生影响最大的两件事是:一个是我在 做研究生博士生时,考博士口试时,是1957年,结果其中有一个教授,是喷射领域 中最为权威的,前两年刚刚过逝。他来参加口试。我那时念的传热学是我的主修, 传热学当时只有对流传热和热传导(heat conduction)或者有一点向变(boiling composition),从来没有人谈到辐射(formal radiation)。那时是1950年,除了 在很老的书《mediastinum heat transmission》中有一个chapter four的内容 外,几乎没有东西,也没有课程。所以我就去问传热学的老师,是否要看辐射。 他说,你不要看,辐射你没上过课,也没教科书,现在也没有太多的活动,你可 以不要预备。所以,我就没看辐射。等到我去参加口试的时候,这位很出名的权 威,他来给我考试,他拿了一张纸头,跟我说 question No 1:辐射。我一听糟 了。我就对他说,我对辐射不太懂,可不可以再问别的。他说No 2,又是辐射。 我以为我英文不太好,他听不大懂,所以我讲得很慢,我说,"professor, please ask some other questions in some other fields",他说,question No 3,又是辐射。我那时就以为他一定是听不懂我讲的话之外,还耳聋。我就在 他旁边大声地说"professor, please ask some else",他说Ok,No four,还是 辐射。完了,我就一个劲出冷汗,站在前面,下面几个教授在问我,我说我答不 出来。他说,No five,又是辐射,我说我答不出来。他说,No six,又是辐射。 我这个心里气了,我想他一定是歧视有色人种,我都说了我不能答,你为什么还 要一再地使我尴尬,站在前面一直到了10个问题,我一个都答不出来,他一直不 断地问,使其他教授都很难堪,尤其是那个叫我不要预备的那个教授。还好,我 那时有中国东方的宽恕之道,所以我没说,是这个教授不要我看辐射。但那个教 授就想,他一定要帮我忙,好让我不要因为这十个问题而涮掉。于是,他就暗中 帮忙。后来,他告诉我说,我那时在开会是跟他们讲,田长霖这个人我对他印象 是非常好,但那天的表现竟然出奇地差,他怎么可能十个问题一个都不会,这太 令人失望了。我们应该再给他一次机会(second chance),让他再表现一次。这 样我就算勉强通过了。出来以后,我对教授意见大极了,我认为他一定是歧视黄 种人了。我便跟他说,why do you have to insist asking ten question, ……。 他说,我不能够回答,young man, 我那十个问题我也不懂,我也不能回答,但我知道,辐射将来会是一个非常重要的 项目。他说,我们来考试并不是我测试你懂得多少,考试是一个learning chance,我今天来就是让你用一生都记得,辐射是一个很重要的研究项目,新的 会开出来的项目,这样,你就不会忘记。那时我听不进去。我想,我一生都不要 做辐射。结果,我第一天去伯克里加州大学,系主任是做对流传热的,也是世界 知名的权威。很有意思,第一天进去,他说,我们找你来是要做辐射,我想完了。 我好象碰上邪门了,想离开都没办法。我就说,我不要做辐射,我要做三维的不 稳定的对流传热。他说,你现在认为好的,再过几年就都不行了,你现在来就是 要做辐射。这也是表示他们的宽宏大量,他自己是作对流的,他不但不让你一定 要做传热,而是让你一定要做辐射。这个我想很多地方都使我们觉得国内山头很 厉害,每个人都像是守住自己老的本钱一样。这个一定要改观。让年轻人自己发 展。于是很无奈地,我就做了辐射。后来碰到教授,他说,你瞧,我把你变成了 世界权威,就是因为那时我逼迫你。这件事对我印象很深,就是我们自己不要以 为现在这个就是最好的,一定要open mind,要开放。第二个对我印象最大的就 是,碰到世界上一个知名的教授,他是从不回答你的问题,而是你问他,他永远 是反问你。我那时年轻,是1963年,他已经是美国传热学科学之父了。那时他做 院长,他本来是伯克里的教授,有一回来演讲,我就找他,我说,我现在做传热, 你是美国的第一把手,你能告诉我应做那一方面的。这个问题本身就很stupid, 他说,let me ask your question,你说传热里面最最重要的函数是什么。我那 时想,传热最重要的是温度,我就说是温度(temperature)。他说对了,你要做 研究永远要走极端,你在政治、社会、哲学中讲中庸之道,但做研究永远要走极 端。什么是温度的极端?我说,是高温低温。他说对,我很高兴。我想以后做高 温传热、低温传热。我就准备走了。他说,没有没有,还没问完。他说,我现在 问你,传热学第二个重要的函数是什么。这下我呆了。他说,你现在是教授了, 你应该念过微积分,你想,除了函数之外,另一个重要的是什么。我想,当然是 微分和积分了。我说是微分,他说对啊,什么是微分。我说是,D(t) D(y) D(t) D(x)与热流量有关。那极端呢?就是最高热流量、最低热流量。我高兴极了。他 还要问我,我就赶快走了。我想他要问我第三个函数呢?后来,我几十年都在想 这第三个函数是什么,我常常问我的学生,积分是什么?这个很有意思,温度的 积分是什么?是热含量CPT,什么是最大的热含量,最小热含量,这都是最好的 极端。还可以再问下去。后来我就说我几十年来受了这两个知名教授的影响。你 跟他们讲两句话,你就受益匪浅。后来我做了许多比较极端的研究。 今天我要讲的也是很极端的。因为我做了很多年极端的各方面的研究,诸如:最 高热流量、最低热流量或者是高温传热、低温传热等,做完之后,还有什么其他 的。后来,我就开始一个最重要的极端--唯小化。就是什么都要变得越来越小。 这是我最近在美国白宫做得许多科技规划,我也推动纳米技术。今天我跟大家讲一 下纳米技术。当然,大家知道,美国最近的经济非常好。我想二十世纪末期到二 十一世纪初期,最最重要的转化,国内现在很清楚,知识经济就是开始真正地崛 起,而且,以后真正在战场上较量的时候很少,主要的是市场经济。那一个国家、 那一个地区,经济繁荣的话,尤其像中国也要加入世贸组织,很多问题,以后都 要靠经济的较量。现在的经济完全是知识挂帅,要最创新、最先进的知识挂帅。 所以,现在大家竞争的话,就是科技教育。把这些做好,经济自然会非常强大。 大家知道,所谓硅谷,怎样把硅谷做成世界最最繁荣的前进的地方,最简单的是, 找几个最好的、了不起的大学放在那里,找几个最好的科研机构放在那里,然后 找一些资金运用的人放在一起,其他事情都不用管,他自然而然永远不衰。大家 都认为硅谷是运气,其实硅谷上下起伏好多次。我是1959年参加到旧金山去的, 那是最重要的是航空国防工业,后来变成电子计算机工业(computer),现在计算 机工业在美国是夕阳工业,后来又变成微电子--芯片,下一个将是无线通信 internet。再下一个就是,有人说是生物科技。再下一个将是……这个我们都得 想。在美国,我们做科技规划,就在想这下一个。我们定案了。克林顿总统一月 时在加州理工学院做了一个很有名的演讲,他就讲美国的科研最主要的就是三个 方面,今后美国10年科研是:一是信息技术information technology,二是生物 技术bio technology,但令人惊讶的是,他说第三个是纳米技术。很多人没有想 到他会提出这个,而且这个并不是我好像令人catch attention才说工业革命, 这是美国最近一个报告的题目就叫: nano technology -A new industrial revolution,关于这个领域,我推动很多,因为我在科学委员会推动这一领域, 后来很高兴克林顿完全接受了这一方面的建议。下一个我想最主要我们看一下历 史上的演变:minimization就是唯小化,这个用三个大的项目来看,一是, power engine 叫动力系统,过去是steam tuber,后来变成gas tuber ,又变成 gas engineering,就越来越小,现在我们已经说mechanical engineer nano engineering ,大家知道几年前,麻省理工开始做一个mechanical gas tuber, 现在大家很多人都在做。另外一个是computer,可以看出,最早是vacant tube computer,大的不得了。我做研究时,computer大的很,后来就小了许多。现在 我们要谈quantum computer。然后从installation来讲。过去有很多mechanic devices installation,后来又唯小.现在很多用electronic,很简单。最新当 然是libertarian on chip,甚至于可以把information储存在一个小小的chip上。 这主要是nano technology on prior way,给他一个基础去做installation , 这是一个趋势,将来会发展很快的一个领域,它会影响到很多方面这些我都稍微 简单地讲一下。什么叫nano technology ,在美国讲,纳米技术分科学的和工 程的。基本上从理论基础上讲,它是lower the mend of classical message, 用过去的classical mechanic,它已经都不行了,但也开始进入 up the limit of quantum affect ,就是量子的分析现象。最重要的一个地方就是line scale。 后来的发展几乎是到了一个极限,当然将来可能有其他 出现。第三个很重要的 就是:nano technology。它是多领域的,是inter disposition或cross disposition ,要分成一个很细的领域的话,就得对每一个多了解一点。现在我 们先谈一下它的应用。我想,应用一定不能忽略掉,特别是在市场经济的时代, 即使你做基本的科研,也要想到怎样对将来的经济、社会的应用产生很大的影响。 现在主要的应用在nano technology 中的,有nano materials。譬如,我们现在 已经知道的quantum line ,已经有很多新的出来,要真正做到应用的话,还不 是那么多,但已经开始有了。然后是engine convention ,photo photic,譬如 说,现在在美国,热电变成非常红的一门,因为过去热电如果用一种自然材料的 话,都会没有灵活运用的地步,尤其我们讲得那个所谓figures merit fact,如 果是一个自然物体的话,只有一个number,但现在发现你如果用quantum material,你可以增加用一个很小的温度差产生一个很大的电流,因为它有不同 的特性。现在我们可以用设计性的材料design material来增加它的热量,在很 小的热的T度之下就可以。所以现在这个是一个很红的项目,很多人都在做,尤 其是如果和太阳能有一个大的突破的话,影响会很大。Instillation这方面,尤 其是最近拿了好几个诺贝尔奖。如果从另外一方面环境来看,也有跟biology有 关系,touch with break down 用biology 的means have mental remove,都可 用nano technology,然后最重要的恐怕以后发展很快,A quantum computing an communication。现在我们大家都知道,我们已经在通信方面、信息技术方面, 已经从微电子、电子为主的光通信。现在当今市场经济中最红的是光纤、光通信, 但光通信过几年,下面一定是quantum communication,这是今后的发展。当然 我们大家都知道,研究不外乎是用理论、模型、试验和数据模拟,然后研究 field 的nano material ,纳米电池学、纳米biology。这个在我们学校现在搞 得很好,是得到大家重视的一个课题。比如,一个细胞的皮,如果把电流通到它 里面去,发现你可以控制它的pour size,即可以控制它的孔的大小。这个以后 的应用将不得了。比如,你有什么病,就可以把一种治疗的药进入病体的细胞内, 这个技术就可以应用。这个是在机械系内,用电流去控制细胞膜的空切度,然后 从这个你能控制什么可进入细胞,什么不能,这简直是开创了一个新的天地。很 多新的发现,而且很多是在工程方面,这使你得了解biology、电极,你怎么样 使一个细胞通过电。我这个都稍微很快地讲一讲。 在美国,纳米技术很红,但很多基础研究还很薄弱,有许多东西可以去研究,其 中包括fundamental、nano material 、nano system,一谈到纳米,一定有 science composition 等,这就是说你要怎样使特性与其大小、形状、成分的关 系适当,怎么样有一个比较适当的量子的deposition,然后它的structure,最最 重要的是:现在我们大家认为transition vision,从属于classical力学领域。 另外一个,要在应用方面得到特别方便的话,把量子的理论简化到工程应用方面, 这是很简单的,也是很重要的研究方向。我们刚才讲了,experiment这方面,基 本有一个type,它要经过表面,有一定的不同位移,从而看出其大小,但这只是 表面。另外,如何制造很小的、精细的的器械是很重要的,现在有很多人做这方 面了,并且,用同一个仪器可以测量很多不同的特性,一个实验可以得到很多不 同的数据。第三个领域是:numerical数字的模拟。过去很多年,很多人都用 molecule method,这个在有些领域还好,但是,因为计算机的普及,使人们很 少用了,用几千个分子、上万个分子来了解情况。比如说,这是一个很薄的膜, 我们来如何模拟它的传热问题、机械特性问题,各种各样的问题,都用它来完成。 现在因为我们要做classical与quantum之间的一个简单的mixed。 这个基本上是 用过去的经典力学的立场。但是,你到了一个很小的尺寸之下,很多都有量子的 特性,怎么样把量子的特性加入进去。但要真正用量子力学去算,在现在是不可 能的。所以,怎么样有一个mixed quantum classical md。我的实验室在这方面 会做一些研究。 Nano materials current starts现在很重要,尤其是应用方面,怎么样去了解 电磁在纳米的材料中产生的。这些都不是我的本行。这在以后还需要继续研究。 你们年轻人应该去新的领域发展,不要局限在自己的思想框框里,尤其是那些新 的领域,都是很简单的东西,去做是最好的,等到你知道大家都进去了时,那时 too late,而且"吃力不讨好"。 最后,我稍微讲一下我的实验室的情况。我几十年来做得都是extreme of length-time scale,走极端。length的极端是越来越小。所以,五年前我在热 物理所讲micro ,现在讲nano ;五年前讲time scale,是pickle second,现在 要讲fantal second tental minor fifteen 。最主要我是formal transfer phenomena为止。第二个level是experiment technology competition technical,然后这个是做devices a application。 下面我稍微讲一下我的实验室里最近的一些项目。Thermal physical public micro materials ,thin film 怎么样去characterize thin film dynamic theory,我们主要是一方面做实验,一方面也做molecule ,dynamic simulation the molecule very complicated .尤其做solar thin film .我们用最最简单的 方法,就是用organ做model,在美国,大家过去是thin film,但它有一个很不 好的就是它的optical publics ban。所以,几年前大家说,gallon arsenal一 定会取代前者。结果发现后者有其他许多毛病,尤其是机械特性非常坏,很容易 破碎,所以,到现在美国微电子多数还是以后者为主。但最近有人发现,就是有 多孔性的thin film可以有新的通信,现在有很多人研究这方面。 Micro devices我们实验室也做,最新用一个bubble(气泡)为主,来控制整个的 micro motion,最主要的是气泡有两种,一个是气泡在水里面,在气泡两侧加不 同的温度,产生一个温差,则产生很多新的现象,尤其是surface tension,它 可以推动气泡带动的器械,这也是利用流体力学和热放在一起做。我们那时说, 我们用这个做,就没人和我们竞争。但气泡也会产生许多新的问题,气泡能做到 最小是多少,这个我们正在做,有没有稳定性的气泡。相反地讲,如果有一个颗 粒,最小的颗粒是多少?极限。人们会问,这个你找到又有什么用?这个用途大 了,如果颗粒能越变越小,你的resolution就会越来越好,就可以变得很小很细 的。结果,现在这个问题还没解决。研究最最小的稳定的气泡,这个极限的问题 是很有意思。 二维和三维有什么不同?里面有很多新的东西可以去研究,如果你有一个薄膜, 你到底能不能维持一个stable的薄膜,这个取决于两边的界面会不会有相互的交 叉影响,如果产生交叉影响,你就break up,这个其实是非常基本的。 这个是最主要的活动,现在我的micro scale变成了micro nano scale ,现在你 告诉我一个特性,你要什么样的材料,我可以设计出一个材料给你,这方面很重 要。 Emergence新的产生的材料、特性、性能、过程。Revolutionary concern technology devise numerous in the stress最最重要的现在我们发现在美国很 大问题就是:怎么样去教?现在我们讲信息技术或bio technology,现在有很多 课程,而nano technology还很欠缺,现在美国下很多工夫在这方面,怎么样把 学校里面、研究院里面的课程改变,怎样设立nano technology research system,现在我们学校也正在设立这一内容,把physics chemistry、biology engineer 、materials全部放在一起,专门做纳米的材料技术的问题,然后nano technology transfer commercial,你做了这些纳米技术的新的以后。怎么样 technology transfer,怎么样转化,怎么样商业化。当然现在已经有很多商业 化的问题,因为以后的世界会把许多东西越变越小。就如,美国总统顾问尼尔莱 所说: "If I will ask an every sense of engineering than will most likely produce the a breakthrough of tomorrow, I will point to nano scale engineering"这是一个非常好的结尾,他认 为现在如果总统要问他,将来最重要的方向是什么?他说:"I will have to say nano scale". 我就讲到这里为止,大家若有问题,提出来我们一起讨论。我今天讲的内容比较 笼统,希望大家能够指教,谢谢各位。 田长霖先生的现场问答 主持人: 田先生在美国倡议和推动纳米技术,在这个立场上,为我们讲了纳米技术的背景 和最新的一些进展的情况。田先生作为我们的老前辈,从他科研的经历给我们谈 了一些科学研究,尤其是在创新的研究过程当中的一些经验,我觉得给我们带来 了非常多的新的思考。下面大家可以提问。 问:田先生,你好,我想问一下,bio information 在美国很热,你认为生物学 科在最近五十年能有什么样的发展?谢谢。 答:bio information 据我所了解,是一个发展很快的学科,有很多不同的领域, 最主要的当然跟information technology有关。但是怎么运用到 bio面,但 bio 方面有很多种。比如说,保健、医疗系统。另外一方面, bio information 从 真正biology这方面去做的话,就怎么样运用 information technology 去 underlines biology方面的许多问题,我想,在美国因为是市场经济挂帅,怎么 样能赚钱最多、赚钱最快,当然是与保健有关的,就是怎样把这个系统化,现在 美国的健康保险系统怎么样把它都信息化,这个是很重要的。但是各个领域不同。 Bio information 是一个rapid expanding area。 问:田先生,你好。我想请问一下,你对国内的纳米研究有什么印象?国内做纳 米研究的规划,你有什么建议? 答:这个比较敏感,而且最重要的是我对国内的情况不是很了解。不过,我大概 的印象也是美国的印象。其实我想,在学术领域大家都差不多的。在美国,现在 我们认为,纳米的basic science 是be ahead of engineer ,所以在国内的话, 我想做纳米研究的人做的非常之好。在国际上不错。但真正做到有直接,有市场 应用的,很大影响的不多,这个我想可能是因为需要有这个环境。如果一下子做 出来会赚很多钱的话,会有很多庸夫进去做这个。在美国,也有这个问题。这可 能是我的一个 bias ,因为我是工程方面的。我们认为美国的nano physics chemistry 已经做的非常先进。很多很好。但是,你要问他怎么应用,他一点都 不懂。就是我们说的怎么样有。Nano technology transfer commercialize, 这 点,美国很欠缺,但是我想中国可能更欠缺,这个要怪学工程的,他们比较保守。 不愿意去别的领域。形成一个gap 这个不但在国内,在美国也是这样。所以我尽 量提倡工程界engineering science 应进入与应用有关的领域。这时,国内的纳 米技术应关注的。 问:田先生 你是热传导的权威,我想问一下,就是在这种纳米材料中,热传导 的一些基本使用与常规热传导有什么差别?温度在高温时是否也有一个极限? 答:传热在纳米材料中其实很难发现,在这中间它与辐射有关。分子结构运动, 震动,到后来,你很难再讲热。而讲engineer transfer 。很少谈到heat ,现 在其实很多都不是用heat 可以来代表。而需要用molecule 来代表,你刚刚问第 二个问题极限。我们讲温度,高度。高温当然没有什么极限,因为到了高温,分 离现象分子,电子化的现象便产生了,真正的高温的极限的现象比低温的极限要 少。 问:温度不可能无限增大,也是到一定程度 答:你的问题就更广了。深层讲,就象我们讲温度、讲热到一个分子的领域,热 就很难定义了。温度其实也是一个definition。但是,你到了某个领域,根本无 法定义什么叫温度。尤其我们现在作分子动力学计算。100个分子是不是就有一 个温度。压力都有一个极限的问题。很高温的话,它有离子、电子你怎么样 ? 我们现在说电子温度是不是真正的,这只是一种取代。因为用惯了。如果是绝对 零度,永远不能达到。其实是是完全正确的。这是因为过去的错误一直没有改, 人们也已习惯了,人们有很多这种问题。你刚才说的速度、光速,大家说光速是一 个极限,现在有很多人说已经打破了。最近在物理学上面说,可以有光速超过真 空的光速极限。这句话以后都会有不同的进展。 问:田先生,你好,我想问一下,你刚才介绍了许多纳米技术的运用,我想问一 下纳米技术的副作用。另外,美国国内对科技的负面影响采取什么措施? 答:我想你这个问题很好,这也是一个哲学问题,人在不断的进化过程中,一定 会产生正面的作用,也会产生负面的作用。但我想进化的方向不会变。我们会不 断调整。比如说,有了生物技术,有了信息技术,information technology , 产生很多负面作用。但是,信息技术也带来很多正面的作用。关键是我们怎样把 它平衡。纳米技术可以应用到很多方面。比如:改善环境,改善人的生活。信息 技术也产生积分的分离。知识经济有一个很大的危机:有知识就有力量,没有知 识的人永远没有翻身的余地,就是贫富不均。如何把这种digital divide 改掉。 同样的信息技术也解决distance learning 。有很多看我们如何运用,一定要注 意正面与负面的平衡。在美国,我们非常担忧,class structure 。现在美国的 贫富差距非常大,阶级越来越厉害。如何把这种消极性消除,纳米技术不得不考 虑这一点。 问:我想问一个问题。我知道,你是搞传热学的。刚才你已经讲到了当scale到 nano 时,它的概念一发生了变化。比如说,heat ;刚才你也讲到了研究方面: 理论研究实验研究,那么在实验上,也有这个问题。如果一个物体变的特别小时, 我们要检测它的温度就变的特别困难了。这时,是不是也有不同的界限区分? 答:这个问题非常好。因为在任何一个技术环境变化时都产生一个新的环境,测 试手段不能和理论分离。它们要配合起来,不能单独从噎嗝概念来测度一个概念, 而要将有关概念结合起来,采取开放的态度来看待。 问:在科技上有一个新的增长点是,你们是如何推动它的?假如让你把美国的 推动机制与中国的推动机制作一个比较,是一种什么样的情况。 答:中国的推动方法我不太清楚。在美国,其实推动也不太容易。美国说起来是 比较民主的,其实也不太民主。但是因为号称民主,国会是一个的大问题。中国 的人民代表大会可能要好一点。美国的众议院、参议院真正理解科学的人少得不 得了。整个众议院多半没有这个背景。他们都是对传媒(媒体)非常重视。所以 我们推动技术时,说:"这个必须推动。因为这些议员什么都不懂,但唯小化他 懂。所以你只要说他懂一点,他就特开心。"美国的众议院只想自己身体。你说 防癌,他就加钱。 美国是一个商业文化、市场文化,美国的教授也是一个salesman ,他得想怎 sale他的idea ,否则没法拿到钱,许多美国教授本领特别大,但讲话却不太行, 这也是一个问题。为什么叫nano technology ,因为他不懂,首先你得让他感觉 到他不懂,一旦不懂,他就觉得高深奥妙,但第二个你就说唯小化,他就好象一 点就通,非常得意,这样就可以了。 问:你刚才讲drug delivery的问题你讲了可以通过pore size 来把药物 delivery进去。我的问题是你的纳米技术怎样来发挥他的特异作用。 答:这个是最近两三个月才发生的事,是electricity portion 。利用电将药物 输送进去。但是什么药是没有研究至少发现可以用电流改变它的electricity portion 。这以后可以继续研究是一个新的领域。 问:你是一个很好的战略家,中国要想对纳米科学的发展有所贡献的话,你认为 年轻一代应采取什么样的strategy。 答:这个问题我们在美国也探讨,现在美国年轻一代也欠缺这方面的知识,还有 研究如何结合起来。比如,过去biology与engineering 很少有交往,不要说 physic science engineer 。普通交往就不太多。但现在到了纳米技术,需要什 么都放到一起,这样,大的发现都是在多领域之间发现的。国内的人才非常多, 而美国人才欠缺,国内应善用人才,国内的科研经费太少,即使最近有很大的提 高,但比起世界先进国家差太远了。按国民生产力的比例来看差得太远,教育经 费更欠缺,这方面若不能改善,其他的就更不用提了。另外,还有一个体制问题。 中关村是中国的硅谷了,一定要让他们发挥积极性了。 在美国,教授开公司与学校的关系各有不同。但有个前提条件:你在学校的服务、 教学与研究必须得完成。这样在外开公司是没有限制的,但另外有一条是一个星 期只能有一天去公司。 问:纳米科学到底离我们有多远?他未来会对我们产生什么影响,这种技术对我们将 来的研究方向会有什么影响? 答:纳米技术有些东西已经进入我们的生活,比如,computer disk大哥大等, 但它有很多问题。纳米技术正在渐渐进入生活中,但这只是个开始,不象信息科 技渗入民间。但纳米技术以后会加速地进入。讲到研究,很多方面都可以研究, 从不同领域来做这些研究。 流体力学方面做研究,比如 thin film 。怎样把它做到和分子一样大,这里面 有很多问题,尤其是做 DNA 的测试,很多流体力学的问题。 问:近年来市场经济的选择的情况下,非常多的中国学生到了美国后都转行。你 认为这种情况如何?你作为一个中国教授给学生的压力是否也非常大? 答:在美国,这种情况非常多,美国的股票市场也希望用有engineer science 等背景的人。因为股票与这些关系很大,有了这些人对它帮助很大,这没什么不 好的,是社会的变化。只要人能在一个领域尽自己最大力量去创新、去做,一定 可以做得很好. "Do the very best what everything you hope". 第二个问题在早年时一个很大的问题,尤其我作为学生时,中国教授都不敢见中 国学生,怕人说中国人搞小组织。"李文和事件"。但现在美国的教授多数是中国 人,所以这种情况改观了许多,我本人对中国学生有更高的要求,首先是英文要 好。 问:你提到用很小的温度可以产生很大的电流,这是否说在纳米尺度中热力学第 一定律、第二定律不再有效了?是否意味着可以将无序的温度起伏转化成有序的 电流输出? 答:这跟第二定律没有冲突,这是电导系数和导热系数及热容量,它们之间的关 系,在一个自然材料中,这三者基本上是恒定的。但若是量子材料,则可以调整, 使电导系数增加,导热系数降低。 问:纳米材料和水不易分离,该如何解决? 答:这是非常具体的问题,我做了一个这方面的实验,跟这个有点关系,我们做 medical structure,用激光打上,激光能量很大,它的表面的电子可以将水剔 掉,它可以自动分离。这个做实验可以,但从经济效益角度看不太实际。 主持人: 今天田长霖院士从纳米技术作为一个切入点,给我们谈了很多关于在技术的创新 中的一些很有趣的话题,也结合他自己的科研学习的经历,给我们谈了很多经验。 今天可能在座的有很多人还有很多问题要问,但由于时间关系,我们今天的这个 活动只能进行到这个地方。让我们再次感谢田先生给我们做了一场精彩的报告。 同时,也感谢各位在周末抽出时间来参加我们这个论坛。我希望今后有机会能再 邀请田先生回到我们的这个论坛,给我们做更精彩的报告。谢谢大家。 ———————————————— 【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】