采访孔向阳博士有点偶然。在做《世界科学》3月号封面时，编辑调阅了最新的国际科技期刊，很快一幅漂亮的纳米环照片跃入眼帘，这是2月27日的Science网站上配文刊登的一幅照片，非常吸引人。仔细读文发现完成这一工作的是几位中国学者，当即决定把这幅纳米环照片刊印在当月《世界科学》的封面上。《世界科学》 3月号杂志出刊一周后，编辑部接到一个电话，交谈中才知道拍摄这幅照片的作者以及Science 论文的第一作者孔向阳（Xiang Yang Kong）先生，是刚刚回国的上海交通大学材料学院青年教师，而且是2002年人选的上海市科技启明星。意外之余，编辑部拟约孔向阳先生作一采访，孔先生同意接受采访，并希望《世界科学》杂志能进一步介绍纳米环的研究工作。

就这样，几天前在上海交大材料学院孔先生所在的办公室里，我们有了一次见面交谈的机会。

一见面，个子挺高、戴一副眼镜的孔先生给人一种很安静的第一印象。他告诉我们，他非常高兴《世界科学》杂志能以封面介绍纳米环的工作，并打开电脑向我们展示了一系列他拍摄的精美科学图片。进一步交谈之，我们了解到孔向阳今年2月2日刚刚回国，此前一年半时间他与佐治亚理工学院材料系王中林教授进行合作研究。正是在那里，他作为第一作者或主要完成人先后有10篇论文被国际材料、物理学界的权威杂志发表，最近一篇即是在今年2月27日的Science杂志上的有关自组装单晶纳米环的研究论文。同一期的Science杂志还为这篇论文配发了评论，称孔向阳等所作的这一研究是该领域一个重要里程碑。此外，一些国际材料、物理学界权威刊物（其中包括Physical Review Letters、Applied Physics Letters、 Advanced Materials、 Nano Letters、Journal of Physical Chemistry B）均把他们的研究论文作为封面文章发表，刊物的当期封面均配以他们论文中的精美图片。

谈及这些事情时，孔向阳本人显得有点矜持，也很冷静，但我们还是能感觉到他的心中有一种难抑的激情。是啊，对一个刚步入35 岁的年轻教师来说（孔在32岁时被聘为上海交大副教授），在一年多的时间里有如此大而多的收获，能在科学上有如此美妙的发现，特别是目睹纳米环那极为美丽的影像时，那种快慰和成就感非亲身体验很难意会，用孔先生自己的话说“人生有此足矣！ "。

目前，如果你在网上用Google以Nanoring为关键词搜寻，你可以得到与孔向阳发现的纳米环相关的条目有上百条，许多重要的国际科技新闻杂志或网络站点纷纷以头条或亮点报道，所用的纳米环图片也都是孔向阳拍摄的。国内的媒体与此热烈反应相比，似乎显得很平淡，也许是因为由中国学者参与的工作在国际顶尖杂志上发表的事情已经见的较多了，大家对此的心态已经平和，果期如此，当然不失为一种值得称道的现象。但我的个人感觉是孔向阳等人所从事的这一研究的重要性应该得到国内同道的更多关注。越来越多的研究报道表明，围绕纳米线（前一阶段更热的是碳纳米管，现在依然是热点方向之一）、纳米环研究的国际竞争已经成为当今纳米科技领域最激动人心的挑战之一。今年2月号的美国《技术评论》杂志（由麻省理工学院主办）曾刊文，列举了十项将对人类生活有根本性改变的技术，其中之一就是纳米线（请读者参阅本刊今年3月号的相关文章）。已经有人预言，这一领域的竞争将造就出多位诺贝尔奖获得者。

单晶纳米环的研制是孔向阳与王中林合作，在美国佐治亚理工学院完成的，这一成果将会在纳米科学与技术领域掀起一个新的热点。作为个人，孔向阳的名字也已经同纳米环连在一起。但他此刻更想做的是要在中国（上海）的实验室续写这一辉煌，对此孔先生有很强的信心。

交谈中我们知道，孔先生的信心来自于他自己对科研方向独特的看法，来自他多年在材料晶体生长方面的知识积累，此外也来自于已经建立的国际合作网络。谈起回国后的打算，孔先生说他对目前已经取得的成绩保持矜持，无需张扬个人的成功而争名得利，眼下最为迫切需要的是，有一批志同道合的青年科学家共同在这一热点领域进行更深人的研究，无论在理论研究，还是研制实用器件，从而把它推向下一个里程碑。采访至此，我们知道孔先生愿意接受采访的缘由之一也正是希望借助媒体的力量能做一点推动，期望国内志同道合者能在此领域走得更远。他一再强调，这项研究成果可能产生的名利是无所称道的，而对这一研究本身可能在科学上产生的影响，以及今后可能的研究方向，却是非常值得关注的。孔先生还建议我们不妨多找几位国内相关领域的专家，听听他们的意见。

采访中，孔先生也大致介绍了这个研究领域的发展历史，以及有关他个人的研究经历。孔向阳告诉我们，纳米线的工作实际上从上一世纪50年代起就有人开始做了，当时叫晶须（whisker）。70年代起与此相关的晶体生长方面的工作已成为热点。但由于表征手段的限制，在物理性能的认识上难以突破，也没有看到实际的应用前景；90年代初，随著日本科学家饭岛在碳纳米管方面的开创性工作，这一领域再度兴起高潮，并吸引了很多化学家加人。化学家们采用一系列先进的合成手段，控制或组装碳纳米管/纳米线，组成一定的阵列，研制纳米器件。这方面的研究做得最好当推美国哈佛大学的Charles Lieber 教授，这位哈佛教授目前还培养出的一批在纳米领域非常活跃的年轻的中国学者，其中有些人已成为纳米领域里广泛关注的科学家，如戴宏杰、杨培东等。

说到这里，孔向阳深有感触地说了这样一句话：“实际，上一个年轻科学家的成长，他日后能在科学上有所建树，离不开一个好的导师和研究团队"。他的个人成长也是许许多多老师的心血，他非常感激培养他以及给过他帮助的许多老师，没有这些老师的支持与帮助，他不可能有任何科学上的成功。博士毕业后，他敏锐地关注到纳米科学发展的前沿动态，并希望自己能在这热点领城里开始自己的学术生涯。为此，他的博士导师、当时作为材料学院院长的吴建生教授，多方为他争取资助，从国家自然科学基金，到上海市科委的AM基金，以及上海市科技启明星计划，希望孔向阳能够在科学研究上有一定的建树。孔向阳也非常努力工作，从设计纳米材料的合成设备，到研究材料合成方法，以及合成材料的结构表征，整年累月地潜心研究。从1999年开始，孔博士在自己实验室中陆续合成了大量一维结构的纳米材料。可是尽管已经得到了许多样品，但由于分析手段限制，要获得高水平的研究结果困难重重。

2001年，孔向阳在一次国内学术会议上邂逅了远道而来的美国佐治亚理工学院的王中林教授。王教授是当今国际利用电子显微学进行纳米研究的世界知名科学家。孔、王两位相见，共同的学术想法和需求使他俩一拍即合。在上海交大的资助下，2002年7月，孔向阳博士以访问学者的身份到了王中林教授的实验室作访问研究。一系列重要文章的发表正是在自那以后的一年时间里。一开始孔博士是利用王教授的实验室设备分析自己带去的样品，然后又利用王教授实验室的设备合成了一些材料，并不断重复他的研究实验，纳米环的研究工作正是他一次次，不断反复试验研制成功的。几乎每次实验都能完全重复，合成的纳米环的产额也是不断提高，形成纳米环的机制也逐渐明朗。

对于纳米环的研制思路以及形成机制，孔博士这样解释说，通常一个纳米晶体的生长如果不加控制，它就会以自然的方式生长，这样长出来的纳米晶体往往得不到所设想的性能。这一研究的出发点是想控制纳米线，使其朝设定的方向生长，如此才能满足特殊的功用。研究的开始目的是想研制一种具有压电效应的带状纳米晶体，希望纳米带表面有极性。实验结果确实得到了这样表面有极性的纳米带。但不止于此，由于合成的纳米晶体非常薄（约为20纳米左右），在极化作用下纳米带产生自发弯曲缠绕，从而形成超结构，单晶纳米弹簧以及纳米环正是这一超结构的表现，这种生长现象以及生长机制是从前所未见报道的。在实验中最先看到这一现象的孔博士兴奋中不失清醒，为了证明这不是一种偶然现象，他与实验室的同事不断成功地重复了这一实验过程。

孔先生首次在实验室里目睹到纳米环是2003年7月的一个晚上（美国时间9点多），他按捺不住成功的喜悦给在中国的太太和当时在中国讲学的王中林教授分别打电话，让他们分享这一喜讯。

此后日子里，孔博士和王中林教授一起又做了一系列研究，他们的论文也陆续在《物理评论通讯》《应用物理快报》以及《科学》等杂志刊登，其中有5篇论文作为封面文章刊出。孔博士还与王中林教授共同公开了一项有关一维纳米压电晶体及其超结构的美国专利。

当我们问及纳米环可能的应用前景时，孔博士说，这种单晶纳米线/环结构具有优良的压电效应，将可能被开发成纳米传感器、纳米马达和纳米泵等器件，在纳米电子学、纳米生物学以及纳米医学等领域有着极广泛的应用可能性。孔博士透露，目前世界上这方面做得最前沿的哈佛大学的Charles Lieber 教授在他离美前，他向Lieber教授提供了一些样品，将是进行这方面的研究工作。

从2月2日回上海后已有近两个多月的时间，孔博士打算开展纳米复合材料以及纳米生物传感器研究。目前，孔博士最盼望的就是有志同道合的合作者，“这是现在最重要的"。他可以面对名利保持矜持，但对科学的探求应是直追其远，在这个竞争激烈的热点领域里，保持一种领先。当然孔向阳知道这需要时间，需要等待。

[江世亮采写自2004年3月28日]

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纳米技术

相关链接纳米是长度单位，原称“毫微米”，就是10-9（10亿分之一米）。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。

从具体的物质说来，人们往往用“细如发丝"来形容纤细的东西，其实人的头发一般直径为20~50微米，并不细。单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径为5微米，也不算细。极而言之，1纳米大体上相当于4个原子的直径。

纳米技术包含下列四个主要方面：

第一方面是纳米材料。包括制备和表征。在纳米尺度下，物质中电子的特性（量子力学学性质）和原子的相互作用将受到尺度大小的影响，如能得到纳米尺度的结构，就可能控制材料的基本性质如熔点、磁性、电容其至颜色，而不改变物质的化学成分。用超微粒子烧成的陶瓷硬度可以更高，不易破裂；无机的超微粒子灰分在加人橡胶后，将粘在聚合物分子的端点上，所做成的轮胎将大大减小磨损和处长寿命。

第二方面是纳米动力学、主要是微机械和微电机或总称为微型电动机械系统（MEMS） ，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通信系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。MEMS用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

第三方面是纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，DNA的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放人零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子） 则可溶于水。

第四方面是纳米电子学，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小，更快、更冷。“更小”是指响应速度要快。“更冷”是指单个器件的功耗要小。但是“更小”并非没有限度。