14、纳米技术的未来方向：机遇与挑战

纳米技术的未来方向：机遇与挑战

1. 纳米技术概述

纳米技术领域呈现出巨大的发展潜力，预计在本世纪将对多个科学技术领域产生潜在影响，包括空间材料与仪器、国防、国土安全、生物光子学与分子纳米光子学、纳米化学与材料科学、电子/信息技术以及环境与能源技术等。纳米技术能够通过开发将分析物探针和治疗剂输送到细胞和细胞隔室的技术，在细胞水平上极大地促进癌症或肿瘤的诊断和治疗。与生物系统相互作用的有机和无机纳米粒子，最近在生物学和医学领域引起了广泛关注，催生了一门名为纳米医学的新学科。

纳米电子学和纳米光学将有助于开发高效的远程探测技术，用于生物和放射战，同时也能改善信息的收集和分发，为通信中心、通信线路和数据存储提供更强的保护。纳米级系统和纳米结构材料涵盖了广泛的材料，从无机和有机、无定形或结晶纳米粒子到纳米胶体悬浮液，再到富勒烯和碳纳米管（CNs）等纳米结构碳化合物。

光与物质的相互作用整合了光子学、纳米技术、光电子学、微流体学、电化学等主要技术，催生了如空间光学、生物光子学和生物分子纳米光子学等新的研究前沿。这些新兴前沿领域对众多学科和应用具有广阔前景，例如设计高效的空间传感器，用于天基监视和态势感知任务、导弹防御、国土安全、医学、生物学、生物工程、先进诊断和分析设备以及仪器（包括纳米仪器）。

2. 光子晶体与超材料

• 光子晶体 ：光子晶体通过在规则晶格中引入预先设计的缺陷来控制光波传播，可用于创建光谱滤波器、紧密弯曲波导、谐振腔和高效激光器。它们可以被视为超材料这一更大材料系统家族的一个子类，其特性主要源于结构而非材料本身。光子晶体具有周期性折射率，在可见光和红外波长范围内具有“光子带隙”，类