什么是纳米? 纳米是一个长度单位,符号为nm,是nanometer 的缩写。米作为国际单位制基本长度单位,符号为 m,是meter的缩写,1nm=10-9m。 在我们日常生活中经常使用到尺子,一般学生用直尺或者三角板的最小刻度为毫米,符号为mm,是millimeter 的缩写,1nm=10-6mm,更直观的表达就是 1nm=0.000 001mm。 用类比来感知纳米长度 那么1nm到底有多长?用书本中常见的1nm=10-9m 和1nm=10-6mm这种表述方式还是不够形象,因为它太小了。现在我们换一种方式理解纳 米的大小,1nm=10-6mm,即1mm=106nm,即1mm 是1nm的106倍。 如今学校的标准操场的跑道,一圈是 400m,如果我们将 1nm 类比 为上式中的 1mm,那么 1mm 就是 2.5 圈操场的长度。进而,我们可以 想象出 1nm 到底有多长,即如果将绕 400m 操场走 2.5 圈这个距离类比 为 1mm 的话,1nm 就是你手中尺子上 1mm 的大小。 用科学仪器来观测纳米长度 以上我们已经用简单的类比来感知了纳米尺度的大小,那么研究工作 者是怎样更严谨地用科学仪器的方法来表征一种东西是纳米尺度呢?现在人们可以用多种检测手段获得物体微观纳米尺度。这里我们来阐述两种方法:第一种是通过透射电子显微镜来观察纳米尺度;第二种是通过原子力 显微镜来感知纳米尺度,再展现在人们的眼前。 在研究工作中,透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)之所以能够让人们观察到材料的纳米尺寸大小,是因为其放大倍 数可达几十万倍,好的 TEM 放大倍数可以达到近百万倍。这里我们需要 了解人肉眼的分辨率,即人能够分辨出两个黑点的最小距离。人肉眼观察物体距离为25cm时,正常肉眼的分辨率为0.06mm~0.12mm,平均分辨率为0.09mm,约为0.1mm。当我们把纳米级别的物体放大到我 们肉眼能够观察的地步,我们就可以从科学的角度上说我们看到了所观察 物体的纳米尺度上的微观形貌。 比如一个10nm长的物体,我们将其放大20 万倍,20万倍是TEM能轻松办到的事情,该物体放大后就成了2000000nm,换算成毫米就是2mm。10nm 是我们肉眼无法感知的, 但是经过TEM20万倍的放大之后成了2mm,此时我们能够感知其大小了。而我们的光学显微镜的放大倍数一般是几百倍,最大能达到上千倍,比如光学显微镜放大1000倍,那么10nm 的物体放大1000倍后为10000nm,即0.01mm,前面已经表述了人的肉眼分辨率为0.1mm, 显然光学显微镜无法达到要求,所以在观察纳米微观尺度的时候,人们采用TEM 而不是光学显微镜。 人闭上眼睛通过手来触摸物体,可以感知物体的轮廓。同样原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)也是通过触摸的方式来感知物 体的表面,它靠一个悬臂,悬臂的一端固定,悬臂的另一端有探针,其基本工作原理就是靠探针在物体表面移动,遇到高低起伏,探针与物体表面 的相互作用力会有所变化,进而造成悬臂弯曲,悬臂的弯曲程度转化为光信号,光信号再转化成电信号,进而转化为电脑端输出图像。