补充纳米世界

第一章 绪论,第一章 绪论,1.1 对“小宇宙”的思考,自古以来，人类始终孜孜求解宇宙存在之迷，不倦地探索其他许多同样诱人的自然奥秘。 20世纪物理学，已能解释宇宙中的很多现象。从大宇宙到小宇宙，这两个极端尺度之间的物质运动的很多细节都能得到合理的解释。 这两个用极端尺度表征的世界，存在着微妙的联系，两个学科的理论互相渗透，相互依存，共同发展。,第一章 绪论,1.1 对“小宇宙”的思考,1932年发现中子之后，人们认为质子、中子、电子和光子，是组成物质的最基本的、不能再分的单元。 现代科学家认为组成世间万物最基本的粒子是6种夸克和6种轻子。当今对微观世界的认识已经深入到夸克层次。 小宇宙的深邃，奇妙无尽、奥秘无穷。,第一章 绪论,1.2 人类的第三度智慧空间,用几千年或更多的时间，人类开创了陆地和海洋文明第一度智慧空间（或称为中观领域）。 又用100多年的时间开创了人类的太空文明人类第二度智慧空间（或称为宏观领域）。 从20世纪末以来，随纳米技术为主导的微观科技成果的大量出现，人类开始步入微观物质的改造和创新领域，这是人类的第三度智慧空间（微观领域）。,第一章 绪论,1.2 人类的第三度智慧空间,第一大智慧领域，是人类生活的主要 栖息地陆地、大陆架和海洋。 陆地、大陆架既是创造文明、发展科学技术的主要基地，也是人类研究和开发的第一大知识领地。 在人类现代文明的进程中，海洋活动、海洋文化、海洋科学、海洋生命和海上建筑、海洋实验室等等，是人类社会的第一知识战场，形成又一座文明宝库和知识殿堂。从15世纪开始，人类进入了大海洋的世纪。,第一章 绪论,第二大智慧空间是太空。 20世纪中期开始，向太空进军的行动，是人类开辟新文明的第二大知识战场，是人类走向其他星球的第一步。 人类踏足太空领域是世界知识经济的开始。世界经济的内涵扩大，空间扩大，范围扩大。,1.2 人类的第三度智慧空间,1969年7月20日,美国宇航员尼尔阿姆斯特朗和埃德温奥尔德林乘“阿波罗11号”宇宙飞船首次成功登上月球,实现了人类登上月球的梦想。,1969年,美国“阿波罗11号” 飞船发射升空,宇航员阿姆斯特朗在 月球表面留下右脚脚印,宇航员奥尔德林在 月球上行走,第一章 绪论,第三度智慧领域是微观世界。 涉及所有人类研究和开发的领域。 它不同于前两个领域，也不是简单的物质合成。它是指使用纳米技术这一手段，从物质的分子和原子着手，是物质本质上的改造，性能上的改变，分子和原子结构的重组。,1.2 人类的第三度智慧空间,第一章 绪论,1.2 人类的第三度智慧空间,大陆地、海洋文明世纪是人类描绘太空文明的基础。 人类的智慧板块将不断形成立体式，扩大到更加广阔的领域。 工业经济时期开始的大海洋文明世纪是人类走向太空文明世纪的天然阶梯。 21世纪，是人类踏步进入第三大智慧领域的世纪，是人类开始实施微观文明战略的历史阶段。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德费曼（Richard Feynman）在一次著名的“在底部还有很大空间”的演讲中曾预言：“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，将会产生激动人心的奇迹。”随着纳米科技的发展，这个美好的梦想 即将称为现实。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,原子是构成物质的基本单元，纳米科学与技术的研究实际上就是在原子层次上认识世界。 1990年，世界上最小的“I-B-M”3个字母在实验室诞生了。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,原子操纵,1993年，中国科学院的科研人员将一个个原子像下棋那样自如地摆放，“写”出了“中国”二字。 用铅笔写上一个句号，很多人都不知道它是有大约3亿亿个碳原子组成。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,世界上最小的雪人仅有头发丝的五分之一宽，由两个微小的锡珠制成 使用聚焦光束雕刻雪人的眼睛和微笑，用铂做它的鼻子,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,有科学家设想：用特制超细纳米材料制成的治疗心血管疾病的“纳米机器人”，可以进入人的血管和心脏中，完成医生不能完成的血管修补等“细活”，这些机器人能耐大，但体积微小，甚至连肉眼都看不到，对人体健康不会产生影响。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,美国已经发明了携带纳米药物的芯片，使药物集中到患处，提高药物疗效。 将铁氧体微型粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞和磁性纳米粒子浓缩在一起，肿瘤部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47，慢慢杀死癌细胞，而周围的正常组织丝毫不受影响。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,美国已能制备出包含几百、几千个原子的颗粒，能够找到沉积于静脉血管壁上的胆固醇，然后一一分解，也可以清除心脏动脉脂肪沉积物，疏通脑血管中的血栓，因此，纳米技术在治疗心血管疾病上十分看好。 纳米生物导弹，就是具有识别肿瘤细胞和杀死肿瘤细胞双重功能的纳米药物。就像军事上的导弹一样，有望成为癌症病人的救星。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,“纳米服装”可阻挡95%以上电磁波、紫外线辐射。 香港科技大学2001年宣布，研制成功一种性能良好的防手机辐射源的纳米涂层薄膜。不仅可以降低成本，还部分解决了手机辐射对人体造成的危害。 将纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中，可以有效地遮蔽紫外线。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,“海湾战争”中，F-117A型隐形战斗机，其机身外表就是涂盖多种可吸收红外线和微波的超微粒吸波材料的，F-117A在战争中出动1271架次，击中了预定目标的40，然而飞机自身无一受伤害。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,用纳米技术制造的微型武器，其体积只有昆虫般大小，却能像士兵一样执行各种军事任务。 现代战争中的一种特殊军种微型军或称微型兵团，很可能取代称雄一时的重装备武器。 将是“未来驱动军事作战领域革命”的关键技术。 21世纪的战场上会出现 “以小制大”的奇异景观。,五角大楼成功试验黄蜂微型无人侦察机,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,细菌的大小为1微米，是利用光学显微镜所能看到的最小的东西。 尺度小于可见光的波长（0.4-0.76微米）的物体，靠光学一起是看不见的。 人们发明电子显微镜来观察更小的病毒（10-7米）。 如今的电子显微镜能够看到分子（10-9米）的划分并能扫描单个原子的表面。扫描隧道电子显微镜是研究纳米物质时必须要有的。,第一章 绪论,1.3 纳米科学离我们并不遥远,美国科学家尼尔莱恩说：“纳米技术是最可能在未来取得突破的科学和工程领域。这项技术并不只是向小型化迈进了一步，而是迈入了一个崭新的微观世界。在这个世界中物质的运动受量子原理的主宰。”,第一章 绪论,1.4 神奇的纳米世界举例,古人的智慧 1000多年前的炭黑原料以及用于着色的染料 中国古代的铜镜 奏响生命的旋律 传递生命遗传信息的DNA就是一件“纳米技术产品” 人体内的骨骼就是由纳米材料组成的,第一章 绪论,出淤泥而不染 美丽的荷花荷叶自清洁效应 蜜蜂的记忆 四处采蜜而不会迷失方向腹部存在磁性纳米粒子 海龟远航 佛罗里达海归环大西洋巡游 头部有磁性的纳米微粒,1.4 神奇的纳米世界举例,第一章 绪论,横行霸道 亿万年前螃蟹并非如此触角里的纳米小磁粒发生错乱 白毛浮绿水 白鹅戏水羽毛间隙小到纳米使水珠无法穿透 环绕四处皆纳米 朵朵白云；烟、尘、云、雾； 神奇纳米不神奇,1.4 神奇的纳米世界举例,第一章 绪论,1.4 神奇的纳米世界 长生不老梦重温,对酒当歌，人生几何。譬如朝露，去日苦多。 细胞修复机在纳米计算机的操纵下，可以逐个原子地进行修复，纠正DNA的错误。 衰老可以被终止，而且人类最终将战胜死亡！ 人类平均寿命的延长是可能的，只能是循序渐进的，长生不老仍然是个幻想。,第一章 绪论,1.4 神奇的纳米世界 一尘不染多保健,不脏的布料符合“懒人哲学”，减少污染 自清洁玻璃 超级战甲 智能宇航服,第一章 绪论,1.4 神奇的纳米世界 未来战争显身手,兵者，国之大事，死生之地，存亡之道，不可不察也。 在战争中，一方拥有比另一方先进的技术就可能意味着战胜与统治。 现代战争是隐身技术与精确制导的天下。 用纳米武器携带病毒也许就是第7代战争的模式。 以小博大不再惊奇。 并不遥远的纳米战争时代。,第一章 绪论,1.4 神奇的纳米世界 应用医疗克顽症,纳米机器人可以进行细胞与基因的修复，帮助人们治愈病痛，清理体内的垃圾等 纳米机器人还可以携带化学药物 纳米药物 纳米技术应用于中药,第一章 绪论,1.4 神奇的纳米世界 真伪纳米细分辨,在形形色色的纳米标签下， 有多少是名副其实的纳米技术产品