来源：环球科学
撰文 埃德·里吉斯（Ed Regis）
翻译 郭凯声
纳米技术堪称“下一代科技{lx}”最热门的候选者。最激进的倡导者宣称，纳米技术其实就是一套分子制造系统，可以通过机械方法让一个一个分子彼此相连，自动构架出各种各样的结构，最终制造出各种结构复杂的成品。
然而，事实却并非如此。“纳米”这个术语已经被过度滥用，几乎任何微小物件都在用“纳米”这个名字为自己脸上贴金，甚至连机油、防晒霜、唇膏、滑雪蜡之类的商品都号称含有“纳米粒子”。 即使如此，谁又能料想得到，{dy}批真正可以发挥作用、能够对宏世界产生明显影响的纳米器件当中，居然会有收音机呢？
2007年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的物理学家亚历克斯·策特尔（AlexZettl）及其同事发明了一种纳米管收音机，拥有一身令人称奇的好功夫：单单一根碳纳米管就可以接收广播信号，放大并转换成音频信号，发送到外接扩音器上，让人耳能够轻松识别。不信？好吧，请登录www.sciam.com.cn，亲耳听听它播放的歌曲《Layla》。纳米收音机的发明者指出，这种收音机或许能催生一系列全新的应用，比如可以xx放进耳道（earcanal）的助听器、手机和iPod等等。策特尔宣称，纳米收音机将“轻松嵌入一个活细胞。到时候，制造一个与大脑或肌肉功能接口的装置，或者能用无线电控制在血管中游动的器件将不再是梦想”。
纳米管的魅力
纳米器件体积极小，重力和惯性效应影响甚微，而一些微弱的电场却能在纳米世界里兴风作浪。
策特尔率领30多名研究人员，致力于分子尺度器件的研究工作。纳米管具有不同寻常的结构，成了他们的研究重点。尽管谁先发现纳米管仍具争议，但纳米管能在科学界大出风头，应归功于日本物理学家饭岛澄男（SumioIijima）。1991年，饭岛教授宣布，他在发出电弧（即放电所形成的明亮弧状闪光）的石墨电极顶端发现了一些“针状碳管”。
这些纳米管的特性令人称奇。它们大小相差悬殊，形状多种多样，包括单壁管、双壁管和多壁管等。其中有的直，有的弯，有的甚至首尾相接形成环，就像一个面包圈。但所有纳米管都具有一个共性，那就是拥有相当高的抗拉强度（tensilestrength，材料被拉断前能承受的{zd0}应力）。
策特尔指出，纳米管之所以具有这种非凡特性，是因为“一种自然界中最牢固的化学键将碳纳米管内的碳原子结合在一起”。单壁纳米管还具有优异的导电性能，不但大大超过铜、银等金属，甚至还超过了超导体（superconductor）。“这是因为电子在纳米管中移动时不会撞上任何东西，”他解释说，“纳米管的结构简直是太xx了。”
策特尔决定要打造一种能够通过无线方式彼此联系，并能无线发送探测结果的微型传感器，纳米收音机的创意由此产生。他说：“这类器件将监测环境状况。”把这些传感器件安置在一座工厂或炼油厂周围，它们便会把探测结果发回到某个收集站。任何人只要登录谷歌，“点击某城市名称，就能查看当地的实时空气质量了”。策特尔希望发明一种纳米管质量传感器，在以此为目标的实验中，他的研究生肯尼思·詹森（KennethJensen）发现，如果将碳纳米管一端固定于某一表面，形成一根悬臂梁（cantilever），当一个分子落在悬臂梁的自由端时，悬臂梁就会振动。分子质量不同，振动频率也就不同。策特尔注意到，这些振动频率覆盖了某些商业无线电频段，于是把这种悬臂式纳米管做成收音机的构想就变得再诱人不过了。策特尔知道，一台收音机至少有四个基本部件：天线，用来接收电磁波信号；调谐器，从所有正在广播的频道中选择想要收听的频道；放大器，用于增强信号；解调器，将信号中的有效信息从携带信息的载波中分离出来；有效信息被传送到外接扬声器上，由扬声器将这部分信号转换成可以听得到的声音。
碳纳米管注定会成为这种收音机的核心器件，它集优秀的化学特性、几何特性及电气特性于一身。只要把这个微型装置放在一组电极之间，便能同时具备上述四种功能，而无需其他部件。
策特尔和詹森首先制定了一个总体设计方案。此方案要求在电极末端做出一根多壁碳纳米管，就好像是插在山顶上的旗杆。之所以选用多壁管，是因为它比其他碳纳米管略大，而且更易安置在电极表面，不过后来他们也曾用单壁碳纳米管制作出一台纳米收音机。这种多壁管长约500纳米，直径10纳米，大小与形状都同某些病毒差不多。它可以通过纳米操控技术（nanomanipulation）安置在电极上，或者通过所谓化学气相沉积法chemicalvapordeposition，从电离气体（ionized gas）中沉积出一层又一层碳原子直接在电极上生长出来。
电极头圆圆的，就像半个巴基球（buckyball），不远处有一个反电极（counterelectrode）。在这两个电极间施加一个很小的直流电压，便会产生一股从纳米管端头流向反电极的电子流。这个发明的想法就是，无线电广播中的电磁波会撞击纳米管，使纳米管随着电磁信号的振动而发生机械振动。既然纳米管能与入射的无线电波共振，它就能起到天线的作用，当然这种天线的工作原理与传统收音机天线不同。
解剖最小收音机
只用一根纳米管，便可实现部件众多的普通收音机的所有功能。由于纳米管极其微小，因而它一遇到无线电信号便会快速振动。把这根纳米天线与外围电路接通，我们便可以操纵它完成选台、放大，将音频成分同无线电波的其他成分分离开来（解调），最终使我们能听到“海滩男孩”或乔治·弗雷德里克·汉德尔的音乐
下一步就是解调（demodulation），也就是把声音或音乐等有用信息从无线电台发射的载波中提取出来。在调幅（amplitudemodulation，AM）无线电广播中，这种分离是靠整流滤波电路来实现的，这种电路只对载波信号的振幅有反应，对频率则xx无视。策特尔的团队推想，纳米管收音机也可以实现这一功能：当纳米管随着载波频率发生机械振动时，它同样也会响应载波中编码的信息成分。说来也巧，整流正好就是量子力学场致发射与生俱来的一项特质。这就意味着，从纳米管流出来的电流仅随信号中的编码成分（即被调制的信息成分）而变，载波则被拒之于门外了。这一功能的实现不需要任何额外电路。
简单地说，电磁信号到来时会引起纳米管的振动，纳米管在这一过程中起着天线的作用。纳米管振动端将信号放大，同时依靠内建整流装置的场致发射特性使载波与信息成分分离。然后反电极将探测到场致发射电流的变化，并把歌曲或新闻等广播内容传送到扬声器，由扬声器把信号转变为声波。
本文作者：
