第三节 材料的开发和利用2

• 纳米，有时也会带来伤害 • 不少专家对纳米概念的炒作表示出担心。纳米技术可能 出现负效果，纳米材料是非常小的微粒，如果应用不得 当，比如在一些药物中任意应用，也可能突破人体内的 一些屏障，对人类的健康造成伤害。 • 课题组曾在一项中药研究项目中提出纳米的方向，但有 专家表示疑虑：这种药材需要做到那么细吗？具体微小 到什么程度能有最好疗效？……这些都值得商榷。全面 看待纳米技术带来的技术进步和可能出现的弊端，表明 人们对纳米技术的认识更加理性、成熟。 • 皮教授的观点与近日英国科学家针对纳米危害提出的一 份报告的观点相近。该报告呼吁重视这种微粒给人类生 活带来的影响，建议规范和检验纳米产品，把纳米产品 对人体健康和环境的潜在危害降到最低限度。
• 纳米科技· 历程 者理查 德· 费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的 机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原 子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。 • · 20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有 关纳米科技的构想，1974年，科学家唐尼古奇 最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。 • · 1982年，科学家发明研究纳米的重要工具—— —扫描隧道显微镜，揭示了一个可见的原子、分 子世界，对纳米科技发展产生了积极的促进作用。
超导体
1．超导现象和超导体：当温度降低到绝对零度附 近时，某些材料的电阻率突然减小到无法测量的 程度，可以认为其电阻率突然变为零，这种现象 叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超 导体． 2．转变温度 TC ：材料由正常状态转变为超导状 态的温度，叫做超导材料的转变温度． 3、超导体的两个基本特性：零电阻性、抗磁性
• 高温超导材料的用途非 常广阔，大致可分为三 类： • 大电流应用（强电应 用）、电子学应用（弱 电应用）和抗磁性应用。 • 大电流应用即前述的超 导发电、输电和储能； 电子学应用包括超导计 算机、超导天线、超导 微波器件等；抗磁性主 要应用于磁悬浮列车和 热核聚变反应堆等。
• 超导列车是在车上安装强大的超导磁体， 地上安放一系列金属环状线圈。当车辆行 进时，车上的磁体在地上的线圈中感应起 相反的磁极，使两者的斥力将车子浮出地 面。车辆无摩擦地前进，时速可高达500千 米。
• · 1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积 钢的六分之一，强度却是钢的100倍，成为纳米技术研 究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，碳纳米 管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微 导线、超微开关以及纳米级电子线路等。 • · 1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写” 下斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公 司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学 院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国” 二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之 地。 • · 1999年，巴西和美国科学家在进行碳纳米管实验时发 明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的 物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学 家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西 科学家联合创造的纪录。 • · 到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的 营业额达到500亿美元。近年来，一些国家纷纷制定相 关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。
二、纳米材料
1、纳米是一个长度单位：1nm=10-9m
2、1nm小到什么程度？(10个分子紧密排布 的尺度，大约是一根头发丝的1%) 3、纳米材料除了其基本单元空间尺度小 外，在力、热、声、光、电、磁等方 面还表现出许多特殊的性能。
4、纳米材料
纳米机械零件
药物做成纳米颗粒 纳 米 镜 面
将来人们可以用纳米技术 一个一个地将原子组装起 来 制成各种纳米机器
• 人们一直希望自己的衣料能像荷花般出污泥而不 染，现在这种梦想已由中国科学家实现。昨天， 中科院化学所专家宣布研制成功一种不粘油污、 不粘水的新型纳米材料--超双疏性界面材料。使 用这种材料的纺织品和建材，不用洗涤，也不沾 染油污。这标志着中国在纳米材料研制方面的又 一新突破。纳米是一种长度单位，一纳米等于十 亿分之一米，大约相当于几十个原子的长度。科 学家发现，当材料组成的精度达到纳米级时，物 质就能表现出一些新特性，从而为新材料的产生 创造条件。最具有说明性的例子就是，改变碳原 子的排列结构，能把廉价的石墨变成价值连城的 钻石。因此，纳米技术是当今各国科技界竞争的 焦点。
• 目前的问题是，人们不清楚人造纳米微粒 及纳米管被人体吸入、通过皮肤吸收及在 环境中蓄积，会给人体健康和环境带来什 么危害。他强调，目前国内对纳米产品的 监控还是一片空白，对于涉及到普通市民 安全的纳米产品，人们对应当怎样防护考 虑得还不够。纳米技术是美好的，但我们 应该把未来的不确定性和风险性降到最低， 在这样的情况下逐步发挥纳米技术的应用 潜力，为人类造福。
• 6.1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-SrCa-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温 区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。 这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K） 以上，因此被称为高温超导体。 • 超导技术与昂内斯持久电流实验 • 为了证实（超导体）电阻为零，科学家将一个铅 制的圆环，放入温度低于Tc=7.2K的空间，利用 电磁感应使环内激发起感应电流。结果发现，环 内电流能持续下去，从1954年3月16日始，到 1956年9月5日止，在两年半的时间内的电流一直 没有衰减，这说明圆环内的电能没有损失，当温 度升到高于Tc时，圆环由超导状态变正常态，材 料的电阻骤然增大，感应电流立刻消失，这就是 著名的昂内斯持久电流实验。
• 纳米虽是一个尺度单位，但却成为近年来最时髦的商业“亮 点”———“纳米家电”、“纳米水”、“纳米服装”等概念盛 行一时。它们都是真纳米吗？目前市场上的纳米产品，往往给人 们带来一些误解。比如纳米冰箱，通常是添加了氧化钛的纳米无 机物，具备了一定的抗菌性能；所谓纳米洗衣机，也只能说是添 加了纳米材料的洗衣机，而且纳米材料还只是应用在滚筒洗衣机 外桶的内壁上，对于最容易产生污垢的内桶的外壁还没有很好的 解决办法。 • 在目前我国相关行业、产品技术标准还是空缺的情况下，这些产 品能否被称之为“纳米产品”还是一个问题，而炒作相关的纳米 概念显然不是科学和负责任的态度。 • 从世界范围看，纳米研究正在向应用和产业化努力，这也从侧面 说明“纳米技术”离大规模的应用还有一个过程。比如美国前总 统克林顿曾提出的用一个方糖大小的存储器可存下国家图书馆的 资料，这就是“纳米晶体管”技术，但其目前还仅是实验室产品， 不能用于大规模生产，原因在于改造的成本过于昂贵、产品的可 靠性和耐久性难以验证，“纳米科技展示的前景非常美好，但要 想使纳米材料真正大批量应用在现实生活中，还需要科学家和政 府的不断努力。”
第三节 材料的开发和利用2
2014年02月17日
一、超导材料
为了制造物美价廉、性能更好的物品，人们 正在不断地研究性能更好、更容易制造的材料。
其中有一种性能较好的材料叫超导材料 1911年，昂内斯在研究汞 电阻随温度的变化时，观 察到在测试降低到4.2K时， 汞的电阻突然降低到测量 不到的微小值。从而发现 超导电性。
• 从第一次工业革命到现在，真正称得上主导技术的只有 4次，而“纳米”技术将成为第五次推动社会经济各领 域快速发展的主导技术。更重要的是，传统的技术进步 往往会耗费巨大的自然资源，而“纳米技术”则将在知 识经济中成为最大的节省再生资源和能源的标志。 • 专家预言，借助纳米技术，未来我们有可能用基因芯片、 蛋白质芯片组装成“纳米机器人”，通过血管送入人体 去侦察疾病；携带DNA去更换或修复有缺陷的基因片 段。有可能用纳米药物来阻断血管饿死癌细胞。使用纳 米诊断仪只需检测微量血液就可从蛋白质和DNA上诊 断出各种疾病。利用碳纳米管，我们可以搭建强度比钢 高一百倍，但重量只有钢的六分之一的新型建筑，摩天 大楼将修得更高。而用碳纳米材料替代硅芯片，将引发 电脑行业的革命…… • 未来会出现很多自然界并不存在的强度高、对环境友好、 节省能源和资源的新型材料，这一影响不会低于现在的 计算机、微米技术给人类带来的影响。
• 在"超级纤维"领域实力不弱的我国科学家近年来也开展 了相关研究，并于今年7月取得突 破。西安交通大学朱 长纯教授率领的小组采用新的技术途径，引导碳纳米管 有序、定向生长 在导电的硅片衬底上，并进而研制出 功能完备的场发射像素管，因纯度高，有序性好，场发 射性能也大大提高，在碳纳米管平板显示器的实用化进 程中做出了中国人的独特贡献。 和传统显示器比，这种显示器不仅体积小，重量轻， 大大省电，显示质量好，而且响应时间 仅为几微秒， 从零下45度到零上85度都能正常工作，因此拥有极广 阔的潜在市场前景。 碳纳米管可制成极好的微细探针和导线、性能颇佳 的加强材料、理想的储氢材料。它使壁挂 电视进一步 成为可能，并在将来可能替代硅芯片的纳米芯片中扮演 极重要的角色，从而引发计算机行业革命。
超导材料出现以后， 人们首先想到的是利用 超导体的零电阻性实现 远距离大功率输电。
超导材料不仅 电阻为零，而 且还有其它令 人瞩目的特性。
超导磁悬浮现象使人们想到可 以利用超导体来实现交通工具的无 摩擦运行，大大提高交通工具的安 全性能和运行速度。
超导体的发展史
• 1. 1911年，荷兰科学家卡末林—昂内斯(Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞，当温度下降 到4.2K（﹣268.95℃）时，水银的电阻完全消失， 这种现象称为超导电性。 • 2. 1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家 发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料 电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出， 不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。 • 3. 1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临 界超导温度为23.2K（﹣249.95℃），这一记录 保持了近13年。
• 纳米衣服不用洗、“纳米水”喝出健康……从上 世纪90年代起，实验室里的尖端科技纳米技术一 下子被媒体推到了市民面前，它神秘又令人憧憬： 纳米究竟是种什么“米”？怎么“种”出来的？ 对我们的生活将产生怎样的影响？武汉“种植纳 米”的水平如何？带着这些问题，本报记者探访 了武汉的一些高校和科研机构，请科学家来揭开 “纳米”的面纱。 • 纳米是种什么“米”？ • 近日，中国地质大学（武汉）材料科学与化学工 程学院的纳米研究课题组再次接到了深圳某美容 机构传真的“纳米硫”订单。去年，地大在世界 上首次研制出“纳米硫磺”，在面膜、膏霜等化 妆品中应用纳米硫材料，对治疗脂溢性皮炎、螨 虫、青春痘等有奇效。