科幻电影中的科学

纳米材料的特性： 体积效应 表面与界面效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应
纳米材料的特性
1 1 1ຫໍສະໝຸດ 23 1 2333 - 1 96.3% 33
43 - 23 87.5% 43
53 - 33 78.4% 53
表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数
100 80
粒径(nm) 原子总数Ｎ 表面原子百分数% 比表面积(m2/g)
一. 表面与界面效应 纳米材料的重要特征是纳米颗粒具有较多的表面原子。 粒径越小，表面原子数越多，比表面积越大 表面能、表面结合能增大，原子扩散提高 化学和物理活性增强 用高倍率电子显微镜对金纳米颗粒进 行实时观察，发现这些颗粒没有固定 的形态，随着时间的变化会自动形成 各种形状（如立方八面体，十面体， 二十面体多晶等），它既不同于一般 固体，又不同于液体。在电子显微镜 的电子束照射下，表面原子仿佛进入 了“沸腾”状态，尺寸大于10 nm 后 才看不到这种颗粒结构的不稳定性。
纳米金属铜的超延展性
另一方面，纳米微粒材料的比表面积比 常规粗粉大3～ 4个数量级，对红外光 和电磁波的吸收率也比常规材料大得多， 这就使得红外探测器及雷达得到的反射 信号强度大大降低，因此很难发现被探 测目标，起到了隐身作用。
APG-77雷达扫描跟踪示意图
纳米激光器：
2001年《Science》报道了美国加利福尼亚大学伯 克利分校的研究人员在只及人的头发丝千分之一 的纳米光导线上制造出世界最小的“室温紫外辐 射的纳米激光器”，声称是世界上最小的激光器。 这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质， 提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。由 于光纤激光技术目前广泛应用信息通讯领域，这 一新的技术成果无疑会使纳米激光器的实用性大 为增强。
纳米科技与我们的日常生活:
我们现在生活在微米时代。在微米时代，我们用计算机，录像机、电视，都是微 米技术的结晶。比如奔腾芯片已经做到了0.17-0.18个微米，相当于几百个纳米。 也就是说，从尺度上来讲，微米技术已经逐渐进入到纳米尺度。所以从某种意义 上讲，从微米科技到纳米科技是科学发展的必然结果。 纳米科技的精髓：是从对原子分子的精确控制出发，构建具有全新分子、全新排 列形式的人造结构。也就是说，纳米技术希望能够操纵一个一个原子、一个一个 分子，并用这种办法来做成一些材料和器件。
卢米埃尔兄弟---“现代电影之父”
卢米埃尔的活动电影机
《工厂大门》 ---电影诞生
科幻电影简介
何为科幻电影？
科幻电影（science-fiction movie, sci-fi movie） ：包含科学与幻想因素 这些因素是基于科学（包括现有科学和假设科学）而假想出来的 科幻片与奇幻片、魔幻片不同: 幻想出来的因素必定有一个科学理性的支持。
科学怪人剧照
《弗兰肯斯坦》（1910 、1915 、1931、2004、2012） 《弗兰肯斯坦的新娘》（1935） 《弗兰肯斯坦之子》（1939） 《弗兰肯斯坦的幽魂》（1942） 《弗兰肯斯坦之家》（1945） 《弗兰肯斯坦的咒语》（1957） 《邪恶的弗兰肯斯坦》（1964） 《弗兰肯斯坦创造了妇女》（1966） 《弗兰肯斯坦的恐怖》（1970） 《弗兰肯斯坦和来自地狱的怪物》（1973） 《玛丽· 雪莱的弗兰肯斯坦》 (1994)
《迪克森的问候》，美国第一部 向公众放映的电影（1891年）
电影的诞生：
1891年，爱迪生发明了活动电影放映机 1895年，法国的卢米埃尔兄弟，研制成功了“活 动电影机”。同年12月28日，他们正式向社会公 映了他们自己摄制的一批纪实短片：《工厂大门》 《火车到站》、《水浇园丁》、《婴儿的午餐》 等12部影片。
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时光倒流七十年Somewhere in Time (1980)
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土拨鼠日Groundhog Day (1993)
科幻=科技&幻想
电影：以技术为手段，以画面和声音为媒介，在银幕上运动的时间和空间里创造形象， 再现和反映生活的一门艺术 ----------《电影艺术词典》 科幻电影---来自于生活中真实的科学技术和有理有据的幻想
紫外光照射移动水源： 将纳米线覆盖在表面上，成功地仅凭紫外光 照射就能移动水滴。这项技术未来可望应用 在微流元件上，或许将有助于药物输送等。
纳米材料的应用：
材料世界中的大力士—纳米金属块体 金属纳米颗粒粉体制成块状金属材料， 它会变得十分结实，强度比一般金属 高十几倍，同时又可以像橡胶一样富 于弹性。
科幻电影中的科学
张欣
e-mail：zhangxinchem@
科技之光照进电影工业
动画的原理： EVENTS
1824年彼得罗杰(Peter Roget)发表了一本谈 眼球构造的论文《移动物体的视觉暂留现 象》(Persistence of Vision with Regard to Moving Objects)。书中提出了视觉暂留现 象理论，加速了影视的发展进程。
隐身材料
战斗机F117A型机身表面包覆了红外与 微波隐身材料，它具有优异的宽频带微 波吸收能力，可以逃避雷达的监视。 原因：一方面由于纳米微粒尺寸远小于 红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料 对这种波的透过率比常规材料要强得多， 这就大大减少波的反射率，使得红外探 测器和雷达接收到的反射信号变得很微 弱，从而达到隐身的作用；
纳米材料：
纳米材料(nano material)，即纳米级结构材料，在三维空间中至少有一维处于纳米尺 度范围或由它们作为基本单元所构成的材料，其结构单元的尺寸介于1～100 nm之间。
零维：纳米微粒、原子簇团
按维度数 一维：纳米丝、纳米棒、纳米管 二维：超薄膜、多层膜
纳米材料表现出超常规特性，既不同于微观原子、分子，也不同于该物质在整体状态 时所表现的宏观性质。
0 10 20 30 40 50
2 nm 350 86 450
5 nm 4000 40 180
10 nm 30000 20 90
100 nm 3×106 2 9
比 例 60 （ 40 ） 20
0
%
比表面积（ specific surface ）：单位体积或单位质量颗粒 的总表面积。
纳米材料的基本特性：
走马盘（Zoetrope）：
1834年，英国数学家威廉姆· 霍尔纳 （ William George Horner ）创制 “走马盘” （Zoetrope）
活动视镜（ Praxinoscope）：
查尔斯-埃米尔· 雷诺（Charles-Émile Reynaud） 法国发明家、艺术家，动画之父 1877年，发明了“活动视镜”（Praxinoscope） 1888年，发明光学影戏机（Thé tre Optique） â 1892年，他的第一部动画电影《可怜的比埃洛》 （Pauvre Pierrot）在巴黎蜡像馆放映。
第一部科幻电影：月球旅行记 Le voyage dans la lune (1902) 根据凡尔纳的《从地球到月球》和威尔斯《月球上的第一批人》改编
其他同时期科幻影片： 《太空旅行记》（THE IMPOSSIBLE VOYAGE,1904） 《太空船》(THE SKY SHIP,1917)
《月亮上的第一个男人》
诡盘 Phenakistiscope
走马盘 Zoetrope
活动视镜 Praxinoscope
活动视镜（ Praxinoscope）：
1876年，雷诺决定为一个孩子制作一个光学玩具：活动视镜（praxinoscope），该 设计用12面镜子拼成圆鼓形，彩色的图片条装在其中，当玩具旋转的时候，反射出 每一幅图片，图片条展现了清晰、明亮、不失真的动画效果，并且没有抖动。他在 1878年巴黎世界博览会展出，引起轰动。
迈布里奇的“运动的马
下楼梯的女人
马雷摄影枪：
1882年法国科学家艾蒂安-朱尔· 马雷（Étienne-Jules Marey）研制了连续摄影枪（chronophotographic gun）， 一秒能拍12张连续的照片，所有的图像都记录在同一张 照片上。
马雷摄影抢
马雷拍摄的飞翔的鹈鹕
活动电影放映机（ Kinetoscope ）：
海底两万里（1916、1954、2012） 八十天环游地球 （1956、1989、2004） 神秘岛（1961、2005、2012） 地心游记（1959、1999、2008） 格兰特船长的儿女（1996、2005） 气球上的五星期（1962、2001） 从地球到月球（1998）
科幻电影的发展：
科幻电影起源于欧洲，发达在美国（1902～1930） 早期的科幻电影都是科幻小说家儒勒凡尔纳（JULES VEME）和H.G.威尔 斯(H.G WELLS) 的综合，主题都集中在太空旅行和登月上 。
科幻电影的发展：
现代科幻小说的奠基人
儒勒· 凡尔纳 （ Jules-Verne） 赫伯特· 乔治· 威尔斯 （ Herbert George Wells ）
时间机器The Time Machine (2002)
隐形人 Hollow Man (2000)
世界大战War of the Worlds (2005)
1889-1895年，美国发明大王爱 迪生和他最有才华的员工威 廉 · 尼 迪 · 克 森 （ William 肯 迪 Kennedy Laurie Dickson ）发明 了活动电影放映机。他将摄制 的胶片影像在纽约公映，轰动 了美国。但他的电影视镜每次 仅能供一人观赏，一次放几十 英尺的胶片他的电影视镜传到 我国后被称之为“西洋镜”。
（THE FIRST MEN IN THE MOON,1919） 《月亮上的女人》（THE GIRL IN THE MOON,1929） 1969年7月20日，人类实现首次登月。
纳米材料
The Small World
基本概念：纳米
• Universe