逍遥学能 2016-03-07 12:00
第三节 纳米材料
纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种新型材料。1nm是1m的十亿分之一，一个基本的碳纳米
管只有1.4nm，因此，科学家又把它们称为“超微粒”材料和21世纪新材料。
纳米材料的起源是一个叫格莱特的德国科学家在澳大利亚的大沙漠上旅游中的联想。那是1980年的一
天，当时他独自驾车横穿沙漠，空旷、寂寞和孤独的环境使他的思维特别活跃和敏锐。他长时间从事晶体
的研究，知道晶体微粒大小对材料性能有极大影响。他想，如果组成材料的晶粒细到只有几个纳米那么大
，材料将会是什么样子呢？这个想法令他兴奋不已，回国后立即开始实验，经过近4年的努力，终于在
1984得到了几个纳米大的超细粉末。而且他发现任何材料都可制成纳米大小的细微粉末，且性能发生了很
大的变化，不管原来是什么颜色，现在都变为黑色，熔点也显著降低。
现在，纳米技术已引起了一大批科学家的着迷，也引起了各国政府的高度重视。美国自1991年起把纳
米技术列入“政府关键技术”，美国国防部每年为此拨款3500万美元；日本从1995年开始实施为期10年的
纳米技术研究计划，并将它作为必须开发的四大基础科学技术项目之一；澳大利亚于1993年已将纳米技术
列为21世纪最优先开发的项目。我国对纳米技术的研究也相当重视，且在世界上进入先进行列，1993年中
国科学院研究人员操纵原子成功写出“中国”两字，是世界上第二个成功进行这方面实验的国家；2000年
中国科学院研究人员又首先发现了纳米材料的新特性——超塑延展性，纳米铜在室温下竟可延伸50多倍而
“不折不挠”。
纳米技术之所以受到如此关注，是因为它具有许多卓越性能：①纳米材料的熔点极低，如金的熔点通
常为1064℃，当制成2nm的细金粉后熔点仅为330℃，这使低温下制造合金产品成为可能，而且可把通常不
可熔的金属冶炼成合金。②有些药物制成纳米颗粒可以直接注射到血管内而顺利进入微血管，使药品疗效
更好。③纳米大小的催化剂分散在汽油中可提高内燃机的效率；纳米大小的铝粉加到火箭的固体燃料中，
可使火箭加速。④化纤中添加纳米微粒，可以除味杀菌，现在添加纳米材料的无菌餐具、无菌纱布已面世
。⑤由于哪材料能有效吸收紫外光，因此，在防晒油、化妆品中加入纳米微粒可达到防紫外线功能。⑥使
用纳米材料的微机械的出现对对子行业、机械行业等带来革命性的变化。例如一种小如跳蚤的微型手术机
械，将它送进人的动脉，它前端那微型手术刀能按照人的要求切除肿瘤、排除血栓等。
但纳米技术更激动人心的是人类牦在纳米尺度上重新认识和改造客观世界，这将会使人类建立一种崭
新的思维方式，即人类将利用越来越小、越来越精确的物质和越来越精细的技术生产成品来满足人类更高
层次的要求。例如，制造比现代微型计算机小几十亿倍的未来分子机器，这种机器能让原子按人的指令排
列，既能造宇宙飞船，又能制灵丹妙药……纳米计算机与分子机器相结合，能够使几乎所有可被设计出来
的东西都可用许多廉价的原料甚至灰尘、阳光和空气来生产。包含有纳米计算机的纳米机器人将会是一种
可以进行人机对话的装置，它可以进入人体内进行人体器官的修复工作，进行基因装配工作（即从基因中
除去有害的DNA或把正常的DNA安装在基因中）。这些并非是“天方夜谭”，现在国外正在研制针头大小的
纳米计算机，不久前英国科学家制成了纳米电路，这为纳米计算机的研制奠定了基础，人类正在日益接近
上述目标。
可以预言，随着纳米技术的发展，在不久的将来，人类的生产、生活方式将会发生翻天覆地的变化
，纳米技术将对人类文明的发展产生巨大影响，为人类创造美好的未来。
第四节 高分子材料
高分子化合物是衣、食、住、行和工农业生产各方面都离不开的材料，其中棉、毛、丝、塑料、橡
胶等都是最常用的。以往人们使用的高分子材料都取自天然产物，物质文明和精神文明都高度发展的今天
，天然高分子材料已经不能满足生产、生活和科技等各方面日益增长的需要。近代化学、化工科学技术的
迅速发展，创造了许多自然界从来没有过的人工合成高分子化合物，对满足各种需求做出了重要的贡献。
高分子是由一种或几种结构单元多次重复连接起来的化合物。它们的组成元素不多，主要是碳、氢
、氧、氢等，但是分子量很大，一般在10000以上，有的可高达几百万，高分子化合物因此而得名。如常
见的聚氯乙烯（PVC）是由结构单元氯乙烯（CH2＝CHCl）重复连接而成，其分子式可写成 ，n为结构单元
的重复数，通常称为聚合度。尼龙－66 ，是由两种结构单元 和 多次重复连接而成的。当物质的分子量
由小到大，成为高分子以后，就能表现出与低分子截然不同的性质。比如，它们有了可塑性，能够做成一
定形状；有了成丝性，可以把它拍成纤纤细丝；有了成膜性，能展成很薄很薄的膜片。