第三節(jié)材料開發(fā)和利用第1頁材料與社會第2頁人類社會發(fā)展與人們對材料認識、開發(fā)和利用親密相關，人類發(fā)展過程中先后經歷了石器時代、青銅時代和鋼鐵材料時代。第3頁材料導電性依據材料導電性能，材料可分為導體、半導體及絕緣體三大類。第4頁輕易導電材料是導體不輕易導電材料是絕緣體半導體能夠制成二極管、三極管等半導體元件和集成電路半導體二極管有單向導電性，半導體三極管能夠用來放大電信號第5頁其中有一個性能很好材料叫超導材料為了制造物美價廉、性能更加好物品，人們正在不停地研究性能更加好、更輕易制造材料。19，昂內斯在研究汞電阻隨溫度改變時，觀察到在測試溫度降低到4.2K時，汞電阻突然降低到測量不到微小值。從而發(fā)覺超導現(xiàn)象。一、超導材料開發(fā)新材料第6頁超導體1.超導現(xiàn)象和超導體：當溫度降低到絕對零度附近時，一些材料電阻率突然減小到無法測量程度，能夠認為其電阻率突然變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象叫做超導現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導現(xiàn)象物質稱為超導體。2.轉變溫度TC：材料由正常狀態(tài)轉變?yōu)槌瑢顟B(tài)溫度，叫做超導材料轉變溫度。3.超導體兩個基本特征：零電阻性、抗磁性第7頁超導材料出現(xiàn)以后，人們首先想到是利用超導體零電阻性實現(xiàn)遠距離大功率輸電。很細超導絲就能夠輸送強大電流第8頁超導材料不但電阻為零，而且還有其它令人注目標特征。超導磁懸出現(xiàn)象使人們想到能夠利用超導體來實現(xiàn)交通工具無摩擦運行，大大提升交通工具安全性能和運行速度。第9頁1.納米是一個長度單位：1nm=10-9m2.1nm小到什么程度？(10個分子緊密排布長度，大約是一根頭發(fā)絲1%)3.納米材料除了其基本單元空間尺度小外，在力、熱、聲、光、電、磁等方面還表現(xiàn)出許多特殊性能。二、納米材料第10頁納米材料納米顆粒材料碳納米管第11頁納米超晶格想象中納米“機器人”計算機芯片中納米導線第12頁納米機械零件第13頁藥品做成納米顆粒未來人們能夠用納米技術一個一個地將原子組裝起來制成各種納米機器納米鏡面第14頁

納米衣服不用洗、“納米水”喝出健康……從上世紀90年代起，試驗室里尖端科技納米技術一下子被媒體推到了市民面前，它神秘又令人憧憬：納米終究是種什么“米”？怎么“種”出來？對我們生活將產生怎樣影響？武漢“種植納米”水平怎樣？帶著這些問題，本報記者探訪了武漢一些高校和科研機構，請科學家來揭開“納米”面紗。第15頁納米是種什么“米”？近日，中國地質大學（武漢）材料科學與化學工程學院納米研究課題組再次接到了深圳某美容機構傳真“納米硫”訂單。去年，地大在世界上首次研制出“納米硫磺”，在面膜、膏霜等化裝品中應用納米硫材料，對治療脂溢性皮炎、螨蟲、青春痘等有奇效。第16頁“納米”譯自英文“nanometer”，它并不是什么特殊物質，而是一個度量單位。1納米等于十億分之一米，相當于針尖大小百萬分之一，約相當于45個原子串起來那么長。納米技術就是指在納米尺寸范圍內，經過直接操縱單個原子、分子來組裝和創(chuàng)造含有特定功效新物質。當物質顆粒小到100納米以下，這種物質就可被稱為納米材料。其物理性能與化學性質就會較原來有意想不到巨變，這些“巨變”正在生物學、材料學、信息技術等各個領域展開，它們將對人類未來生活產生重大影響。第17頁納米帶來美好生活最近，新加坡科學家在利用納米技術治療裂骨方面取得突破。試驗中，教授在大鼠腳骨上制造了大約3毫米裂縫，然后把用納米材料制成骨頭構架植入裂縫中，結果5個月后成功讓骨頭完全愈合。這是納米技術在醫(yī)學領域又一次成功應用，但“納米”終究會給我們帶來怎樣新生活呢？第18頁從第一次工業(yè)革命到現(xiàn)在，真正稱得上主導技術只有4次，而“納米”技術將成為第五次推進社會各領域快速發(fā)展主導技術。更主要是，傳統(tǒng)技術進步往往會花費巨大自然資源，而“納米技術”則將在知識經濟中成為最大節(jié)約再生資源和能源標志。第19頁教授預言，借助納米技術，未來我們有可能用基因芯片、蛋白質芯片組裝成“納米機器人”，經過血管送入人體去偵察疾?。粩y帶DNA去更換或修復有缺點基因片段。有可能用納米藥品來阻斷血管餓死癌細胞。使用納米診療儀只需檢測微量血液就可從蛋白質和DNA上診療出各種疾病。利用碳納米管，我們能夠搭建強度比鋼高一百倍，但重量只有鋼六分之一新型建筑，摩天大樓將修得更高。而用碳納米材料替換硅芯片，將引發(fā)電腦行業(yè)革命……第20頁未來會出現(xiàn)很多自然界并不存在強度高、對環(huán)境友好、節(jié)約能源和資源新型材料，這一影響不會低于現(xiàn)在計算機、微米技術給人類帶來影響。第21頁納米雖是一個尺度單位，但卻成為近年來最時髦商業(yè)“亮點”——“納米家電”、“納米水”、“納米服裝”等概念盛行一時。它們都是真納米嗎？當前市場上納米產品，往往給人們帶來一些誤解。比如納米冰箱，通常是添加了氧化鈦納米無機物，具備了一定抗菌性能；所謂納米洗衣機，也只能說是添加了納米材料洗衣機，而且納米材料還只是應用在滾筒洗衣機外桶內壁上，對于最輕易產生污垢內桶外壁還沒有很好處理方法。第22頁在當前我國相關行業(yè)、產品技術標準還是空缺情況下，這些產品能否被稱之為“納米產品”還是一個問題，而炒作相關納米概念顯然不是科學和負責任態(tài)度。第23頁從世界范圍看，納米研究正在向應用和產業(yè)化努力，這也從側面說明“納米技術”離大規(guī)模應用還有一個過程。比如美國前總統(tǒng)克林頓曾提出用一個方糖大小存放器可存下國家圖書館資料，這就是“納米晶體管”技術，但其當前還僅是試驗室產品，不能用于大規(guī)模生產，原因在于改造成本過于昂貴、產品可靠性和耐久性難以驗證，“納米科技展示前景非常美好，但要想使納米材料真正大批量應用在現(xiàn)實生活中，還需要科學家和政府不停努力?！钡?4頁納米，有時也會帶來傷害。不少教授對納米概念炒作表示出擔心。納米技術可能出現(xiàn)負效果，納米材料是非常小微粒，假如應用不得當，比如在一些藥品中任意應用，也可能突破人體內一些屏障，對人類健康造成傷害。課題組曾在一項中藥研究項目中提出納米方向，但有教授表示疑慮：這種藥材需要做到那么細嗎？詳細微小到什么程度能有最好療效？……這些都值得商榷。全方面對待納米技術帶來技術進步和可能出現(xiàn)弊端，表明人們對納米技術認識愈加理性、成熟。第25頁皮教授觀點與近日英國科學家針對納米危害提出一份匯報觀點相近。該匯報呼吁重視這種微粒給人類生活帶來影響，提議規(guī)范和檢驗納米產品，把納米產品對人體健康和環(huán)境潛在危害降到最低程度。第26頁當前問題是，人們不清楚人造納米微粒及納米管被人體吸入、經過皮膚吸收及在環(huán)境中蓄積，會給人體健康和環(huán)境帶來什么危害。他強調，當前國內對納米產品監(jiān)控還是一片空白，對于包括到普通市民安全納米產品，人們對應該怎樣防護考慮得還不夠。納米技術是美好，但我們應該把未來不確定性和風險性降到最低，在這么情況下逐步發(fā)揮納米技術應用潛力，為人類造福。第27頁納米科技·歷程

·1959年，著名物理學家、諾貝爾獎取得者理查德·費曼預言，人類能夠用小機器制作更小機器，最終將變成依據人類意愿，逐一地排列原子，制造產品，這是關于納米技術最早夢想?！?0世紀70年代，科學家開始從不一樣角度提出相關納米科技構想，1974年，科學家唐尼古奇最早使用納米技術一詞描述精密機械加工。第28頁·1982年，科學家創(chuàng)造研究納米主要工具——掃描隧道顯微鏡，揭示了一個可見原子、分子世界，對納米科技發(fā)展產生了促進作用?！?991年，碳納米管被人類發(fā)覺，它質量是相同體積鋼六分之一，強度卻是鋼100倍，成為納米技術研究熱點。諾貝爾化學獎得主斯莫利教授認為，碳納米管將是未來最正確纖維首選材料，也將被廣泛用于超微導線、超微開關以及納米級電子線路等。第29頁·1993年，繼1989年美國斯坦福大學搬走原子團“寫”下斯坦福大學英文名字、1990年美國國際商用機器企業(yè)在鎳表面用36個氙原子排出“IBM”之后，中國科學院北京真空物理試驗室自如地操縱原子成功寫出“中國”二字，標志著我國開始在國際納米科技領域占有一席之地。第30頁·1999年，巴西和美國科學家在進行碳納米管試驗時創(chuàng)造了世界上最小“秤”，它能夠稱量十億分之一克物體，即相當于一個病毒重量；今后很快，德國科學家研制出能稱量單個原子重量秤，打破了美國和巴西科學家聯(lián)合創(chuàng)造紀錄?！さ?999年，納米技術逐步走向市場，整年納米產品營業(yè)額到達500億美元。近年來，一些國家紛紛制訂相關戰(zhàn)略或者計劃，投入巨款搶占納米技術戰(zhàn)略高地。第31頁在“超級纖維”領域實力不弱我國科學家近年來也開展了相關研究，并于今年7月取得突破。西安交通大學朱長純教授率領小組采取新技術路徑，引導碳納米管有序、定向生長在導電硅片襯底上，并進而研制出功效完備場發(fā)射像素管，因純度高，有序性好，場發(fā)射性能也大大提升，在碳納米管平板顯示器實用化進程中做出了中國人獨特貢獻。第32頁和傳統(tǒng)顯示器比，這種顯示器不但體積小，重量輕，大大省電，顯示質量好，而且響應時間僅為幾微秒，從零下45度到零上85度都能正常工作，所以擁有極遼闊潛在市場前景。

碳納米管可制成極好微細探針和導線、性能頗佳加強材料、理想儲氫材料。它使壁掛電視深入成為可能，并在未來可能替換硅芯片納米芯片中飾演極主要角色，從而引發(fā)計算機行業(yè)革命。第33頁人們一直希望自己衣料能像荷花般出污泥而不染，現(xiàn)在這種夢想已由中國科學家實現(xiàn)。9月27日，中科院化學所教授宣告研制成功一個不粘油污、不粘水新型納米材料——超雙疏性界面材料。使用這種材料紡織品和建材，不用洗滌，也不沾染油污。這標志著中國在納米材料研制方面