纳米_微乎其微_的神奇世界_解思深

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实 现 太 阳 能 汽 车 太 阳 能住 宅
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变成 只 能具 有 某动 量
世 界 中 自 由地 剪 裁 安 排 材 料 这 一 技 术 被 称为纳 米 加 工 技 术
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就 会成 为 现实 利 用 特种 半导 体 纳 米 材 料 使 海 水 淡 化 已 得到 应 用 ; 半 导 体 纳米材料做 成 的 各 种 传感 器 可 灵 敏 地 检 测 温度 湿
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过 监 狱 的 墙壁 逃 逸出 来 这 会使 芯 片 的动 作 不 可 控 制 同时
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”
“
”
米 世界 里 所有 的 加 工 都 必 须 在 原 子 尺 寸 的层 面上 考虑 纳米加
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工 技 术 可 以 使 不 同材 质 的 材 料
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还需 要 新 的 设计 使 单 电 子 器 件 变 成 集成电 路 所 以 尽管 电子 器 件 已 经 在 实验 室 里 得 以 实 现 但
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有 几 到几 十个纳 米 这 种材料 的 / 6 密 度是 钢的 1 而 强 度 却是 钢
的
10
倍 用这 样轻 而 柔 软 又 非
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常结 实的材料 做 防 弹 背 心 是最好
不 过 的了
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如 果 用 碳纳 米 管作 绳
索 球表 面 而不 被 自身 重量所拉 断 的绳 索 如 果 用它 做成 地 球 月 球 乘 人的 电 梯 人 们 到 月球 定 居就 很 容易 了 纳 米 管的细尖 极
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”
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对 相 互 运 动的 阻 力
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因此 在 纳
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易 发 射 电 子 用 于 做 电子 枪 可 以 做成 几 厘 米 厚 的 壁挂 式 电 视 屏 这 是 电视制造 业 新 的方 向 利 用 纳 米技 术 还 可 以 以 新 原 理 和 新 结构 在 纳 米层 次 上 构 筑 特 定 性 质 的 材 料 或 自然 界 不 存 在 的 材料 制作 生 物材 料 和 仿
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构将 再次 给信息技术带来 革命 把 自由运 动 的 电子 囚 禁在 一 个小 的纳 米 颗 粒 内 或 者 在一 根 非常 细 的 短 金 属线 内 线 的 宽
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千上 万 倍 会给 信 息 存贮 的 技 术 带 来 一场 革命
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纳 米 加 工 有待 人类 显 身 手
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度 只 有 几 个纳 米 会 发 生 十 分奇
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为 了研 究 纳 米科 学 和 应 用
纳 米 科 学 的研 究 成果 首 先 要 能 按 照 失 们 的意 愿在 纳 米 尺 度 的
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妙 的事 情
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由于 颗 粒 内 的 电子 运
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可 以 吸 收太 阳 光 中的 光 能 把 它 们 直接 变 成 电能 这 种技 术 一 旦
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动 受到 限制 原来 可 以 在 费米动 量 以 下 连 续具 有 任 意动 量 的 电 子状态
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狡
迅速改 变颜 色
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平常人们戴 的变
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色 镜变 色 的速度较 慢 用纳 米材 料做成 的变 色镜 就 不一 样 了 变 色 速度 很 快 用 它做 士 兵 的防护 激光 镜是 再好 不过 了 用 纳米氧 化物材 料 做成 广告板 在 电 光 的 作用 下 会变得更 加 绚 丽 多 彩 半 导 体纳 米 材 料 的 最 大 用 处 是 可 以 发 出各 种 颜 色 的 光 可 以 做 成超小 型 激光 的 光 源 它 还
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度 和 大气 成分 的变化 这 在 汽 车
尾 气 和 大 气 环 境保 护 上 已 得 到 应用
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目 前科 学 家 正 在 致 力 于 研 究 的 碳纳米 管 材料 是 一 种 非 常
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独特 的材料
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它是 石 墨 中一 层 或
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若 干 层碳 原 子 卷 曲 而 成 的 笼 状
纤维
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内部是 空 的 外部直 径 只
一
0 米 即 十亿 纳米 1 分之 一 米 大约相 当于 头发 粗细 的八 万 分之 一 源 自拉 丁 文 意思 是 矮小 纳 米 的确 微 乎其 微 然 而 纳 米构 建 的 世 界 却 1 世纪 信 息 是 神奇而 宏 大的 2 科学 技 术 生 命科 学技 术 和 纳米 科 学 技 术 是 科 学 技 术 发展 的 主 流 人 们 普遍 认 为 纳 米 技 术是 信 息 和 生 命 科 学 技 术 能够 进 一 步发 展 的共 同基 础 纳米技 术所 带 动 的技 术 革命 及 其 对 人 类 的 影响 远远 超 过 电子 技 术
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高化 工 合成 的 产率 如 果 把 金属 纳 米 材 料 颗 粒 粉 体制 成块 状 金 属材 料 它会 变 得十分 结 实 强 度 比 普 通 金 属 高 十 几倍 同 时 又可 以 像 橡 胶 二样
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发 展的新领 地 纳 米 材 料中包 含 了若 干 个 原 子 分 子 使得 人 们 可 以 在 原 子 层 面 上 进 行材 料 和 器件 的 设 计 和 制 备 几 十 个 原 子 分 子 或 成 千 个 原子 分 子 组 合 在 一 起 时 表现 出 既 不 同 于
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是 惟 一可 以 从 月 球 上挂 到地
值 也 就 是 电 子 动量 或 能 量 被 量 子 化 了 自 由电 子 能 量量 子 化 的 : 最 直接 的 结 果 表现在 当 在金 属 颗粒 的 两 端 加 上 合 适 电压 金 属 颗 粒 导电 ; 而 电 压 不 合适 时 金 属 颗粒 不导 电 这 样 一 来 原 来 在 宏观 世 界 内奉 为 经 典 的 欧 姆 定 律在 纳 米世 界 内 就 不 再 成 立 了 还 有一 种 奇 怪 的现 象 当 金 属 颗 粒具 有 了 负 电性 它 的 库 仑 力 足 以 排 斥 下 一 个 电 子 从外 电 路 进入 金 属 颗粒 内 从 而 切 断 了 电流 的 连续性 这 使 得 人们想 到 是 否 可 以 发 展 用 一 个 电子 来控 制的 电 子 器 件 即 所 谓 单 电子 器 件 单 电子 器 件 的 尺 寸很 小 把它 们集 成 起 来做成 电脑芯片 电脑 的 容 量 和 计 算 速 度 不知 要 提 高 多 少 倍 然 而 事情 可不 是 人 们
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通过对 物 质 反 应 传输 和 转变 的 控 制 来 实 现 创 造新 的 材料 器 件
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学 的 理解 对 由 数 量 不 多 的 电 ` 子 原 子 或 分 子组 成 的 体 系 中新
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可 加 快 化 学 反应过 程 大 大地提
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一”“ຫໍສະໝຸດ ,“~” 。 。
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纳 米技术 于 细 撤 之 处显 神奇
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纳米 技术 是 在纳 米 尺 度 内
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超 分子 的 性 质 如 它 的 熔 点 磁性 电 容性 导 电 性 发 光 性 和 颜 色及 水 溶性 都有 重 大变 化 当 超分 子 继 续 长 大 或 以 通 常 的 方式 聚 集成 大 块 材料 时 奇 特 的 性 质 又 会 失去 通 俗来 说 纳 米 材料 一 方 面 可 以 被 当作 一 种 超 分 子 充 分 地展 现 出 量 子 效应 ; 而 另 一方 面 它 也 可 以 被 当 作 一 种非 常 小 的 宏 观 物 质 以 至于 表 现出 前 所 未有 的 特性 同 时 许 多 化 学 和 生 物 反 应 的过 程 也 发 生 在纳 米 尺 度 的层 面上 因 此 探 测纳米 尺 度 内物 理 化学 和 生 物性 质 的 变化 将加 深对 生 命科
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规 律 的 认 识 和 如何 操 纵 或组 合 他们 是 当今 纳米 科 学技 术 的主 要问 题 之一 当前纳米 技术 的研 究 和 应 用 主要在 材 料 和 制备 微 电 子 和 计 算 机 技 术 医 学 与健 康 航天 和 航 空 环 境 和 能 源 生 物 技术 和农 业 等 方 面
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”
点 其 中最 应该 指 出 的是 纳米材
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”
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料是 将 量 子 力学 效 应 工 程 化 或 技 术 化 的 最 好 场合 之 一 可 能会 产 生全新 的 物 理 化学 现象 现 在 可 以 用 物 理 化 学 及生 物 学 的方 法 制 备 出 只 包 含 几 百 个或几千个原 子 分子 的 颗 , 粒 这些 颗 粒 的 尺 寸 只 有 几 个纳 米 它 们很 容 易 与外 界的 气 体 流 体 甚至 固 体 的 原 子 发 生 反 应 也 就 是 说 十分 活 泼 实 验 上 发 现如 果 将 金 属 铜 或 铝 做 成 几 个 纳 米 的 颗 粒 一 遇 到 空 气 就会 燃 烧 发 生 爆 炸尸 有 人认 为 用 纳 米颗 粒 的 粉 体做 成 火 箭 的 固 体 攀料将 会有 更大 的 推 力 另 外 用 纳米 金属 颗粒粉 体做 催 化剂