现代利用先进仪器和微观技术探索微观世界 并正在利用什么技术制造出有特殊功
化学家们正在探索利用纳米技术制造出具有特定功能的产品,如纳米TiO 2 可制成性能优越的隐身型涂料,用于导弹等武器装备上.
故答案为:纳米.
运用纳米技术的产品
纳米材料以其独特的性能在各个领域都有广泛的应用,成为现代社会生活中衣、食、住、用各个方面不可缺少的一部分。
一、衣——传统的衣服一般是满足人们御寒、遮羞和散热等功能,而添加了纳米材料的衣物其功能就会完全不同:
1)添加纳米级的紫外线反射剂(二氧化钛、氧化锌、氧化亚铝、炭黑)和改善纺织物本身品质,可制造出抗紫外线纤维。
2)在纺织物中加入接触性抗菌剂,如金属元素、金属离子,光催化剂,如纳米二氧化钛,纳米氧化锌、纳米氧化硅可制造出抗菌、抑菌、除臭型化纤织物。
3)在纤维中加入一些远红外纳米陶瓷粉,可制造保温保健纺织品,吸收人体或外界的红外辐射并产生远红外,以促进血液循环,屏蔽红外线,起到保暖保健功效。
4)在纤维中添加超微细导电剂(炭黑、二氧化锡、氧化锌、二氧化钛)制成抗静电纤维,能避免在穿着中由静电引起的不舒适,并应用在特殊工作场合。
5)有机物纤维中的聚酚醛纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯二甲酰间苯二胺纤维都能经受高能射线的辐射,可以作为抗辐射纤维。
二、食——纳米材料在饮食方面也发挥着其独特的作用,相比于传统食材和厨具,具有巨大的优势:
1)用纳米技术对食物进行分子、原子的重新编程,某些结构会发生改变,从而能大大提高某些成分的吸收率,加快营养成分在体内的运输,延长食品的保质期。纳米食品具有提高营养、增强体质、防止疾病、恢复健康、调节身体节律和延缓衰老等功能.目前的纳米食品主要有钙、硒等矿物质制剂、维生素制剂、添加营养素的钙奶与豆奶、纳米茶和各种纳米功能食品等
2)用抗菌性纳米材料可以制作抗菌冰箱。纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装已经面世。
3)利用纳米粉末(比如二氧化钛),可以使废水彻底变成清水,完全可以饮用,实现水的净化处理。
三、住——纳米材料广泛应用于建筑材料以及装修涂料等方面,可显著提高人们的住宿水平。
1)将纳米三氧化二铁、纳米二氧化钛、纳米氧化锌加入到涂料中,可以使墙面涂料的耐刷性能提高近十倍并且使涂料有一定的自洁能力。
2)玻璃和瓷砖表面涂上一层纳米薄膜,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,根本不用擦。
3)含纳米微粒的建筑材料还可以吸收对人体有害的紫外线。
4)使用纳米碳化硅可以制造防火建筑材料。
5)纳米二氧化钛及一些纳米金属材料加入到混凝土中,可以制造出功能性的电磁屏蔽混凝土。
四、行——纳米材料可以提高和改进交通工具的性能指标。
1)纳米陶瓷有望成为汽车、轮船、飞机发动机部件的理想材料,大大提高发动机效率、工作寿命和可靠性。
2)汽车制造中应用的塑料数量将越来越多。增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、碳酸钙、二氧化硅等,这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用,可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度、抗冲击韧性和弹性模量上升,使塑料的物理性能得到明显改善
3)纳米卫星可以随时向驾驶员提供交通信息,帮助其安全驾驶。而且,由于纳米技术将使现代人不可想象的星际旅行变为现实
五、用——在电子信息领域,纳米技术应用广泛。
1)可从硬盘上读取信息的纳米级磁读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米级存储器都已投入生产。
2)纳米电子学使量子元件代替微电子器件,“深蓝”、“银河”等巨型计算机就能装入口袋。
3)在商品包装方面,科技人员把我国原材料比较丰富的陶土制成纳米尺度添加到聚合物中,制成了神奇的纳米塑料,这种塑料耐高温、耐磨,像金属、塑料、陶瓷共同的优点,用它制成的啤酒瓶烤不坏,摔不碎而且比玻璃瓶轻一半以上。
纳米技术的运用可以生产出那些产品?(举5例,说明其神其之处)
纳米技术
纳米是长度单位,原称毫微米,就是10的-9次方米(10亿分之一米)。纳米科学与技术,有时简称为纳米技术,是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。从具体的物质说来,人们往往用细如发丝来形容纤细的东西,其实人的头发一般直径为20-50微米,并不细。单个细菌用肉眼看不出来,用显微镜测出直径为5微米,也不算细。极而言之,1纳米大体上相当于4个原子的直径。 纳米技术包含下列四个主要方面:
⒈纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
⒉纳米动力学,主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。
⒊纳米生物学和纳米药物学,如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子),则可溶于水。
⒋纳米电子学,包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。
在1998年的四月,总统科学技术顾问,Neal Lane 博士评论到,如果有人问我哪个科学和工程领域将会对未来产生突破性的影响,我会说该个启动计划建立一个名为纳米科技大挑战机构,资助进行跨学科研究和教育的队伍,包括为长远目标而建立的中心和网络。一些潜在的可能实现的突破包括:
把整个美国国会图书馆的资料压缩到一块像方糖一样大小的设备中,这通过提高单位表面储存能力1000倍使大存储电子设备储存能力扩大到几兆兆字节的水平来实现。由自小到大的方法制造材料和产品,即从一个原子、一个分子开始制造它们。这种方法将节约原材料和降低污染。生产出比钢强度大10倍,而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便,更省燃料的陆上、水上和航空用的交通工具。通过极小的晶体管和记忆芯片几百万倍的提高电脑速度和效率,使今天的奔腾?处理器已经显得十分慢了。运用基因和药物传送纳米级的mri对照剂来发现癌细胞或定位人体组织器官去除在水和空气中最细微的污染物,得到更清洁的环境和可以饮用的水。提高太阳能电池能量效率两倍。
什么是纳米科技?
纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内,原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问;同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。
纳米科技的研究内容
创造和制备优异性能的纳米材料
设计、制备各种纳米器件和装置
探测和分析纳米区域的性质和现象
什么是纳米?
纳米是尺寸或大小的度量单位:
千米(103 )→米→厘米→毫米→微米→纳米( 10-9)
4倍原子大小,万分之一头发粗细
纳米科技研究什么问题?
生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。生物科学技术中对基因的认识,产生了转基因生物技术,可以治疗顽症,也可以创造出自然界不存在的生物;信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事,因特网几乎可以改变人们的生活方式。
纳米科学是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内,原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问;同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。
还原论:把物质的运动都还原到原子、分子这一层面上。原子论和量子力学取得了巨大的成功。有机合成;分子生物学;转基因食品、克隆羊;原子光谱和激光;固体电子论和IC;几何光学到光纤通讯。
宏观世界上经典物理、化学、力学的巨大成就:计算机和网络、宇宙飞船、飞机、汽车、机器人等改变了人们的生活方式
科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上的裂缝。裂缝的一边是以原子、分子为主体的微观世界,另一岸是人类活动的宏观世界。两个世界之间不是直接而简单的联结,存在一个过渡区--纳米世界。
例:分子合成 ≤1.5nm, →活体
微电子技术在0.2μm,
显微外科只能连接大、小、微血管
≤ PM10和PM1.5的微粒
50年代,钱老“物理力学”是企图连接两个世界的前驱工作之一
图中显示用扫描隧道显微镜
的针尖在铜表面上搬运和操
纵48个原子,使它们排成圆
形。圆形上原子的某些电子
向外传播,逐渐减小,同时
与相内传播的电子相互干涉
形成干涉波。
几十个原子、分子或成千个原子、分子“组合”在一起时,表现出既不同于单个原子、分子的性质,也不同于大块物体的性质。这种“组合”被称为“超分子”或“人工分子”。“超分子”性质,如熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和染、颜色及水溶性有重大变化。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,像真是一些长不大的孩子。
在10nm尺度内,由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合及探测、应用它们---纳米科学技术的主要问题。
原子和分子的微观世界和宏观世界的过渡区内的新现象和新规律
探测纳米长度内物理、化学生物信息的新原理和新方法
新概念和新理论:强关联、强场、快过程、少粒子的量子体系
应用
新科学还是老理论的翻版?
历史悠久的新科学技术
西汉铜镜和黑漆鼓
徽墨
漆器
催化剂材料
感光材料和彩色胶片
含有高岭土颗粒的轮胎
WHY?不清楚
近十年,计算机和材料设计;探测技术STM、AFM、SNOM;IC和生命科学的推动;制备技术发展;理论的发展
高强度和高韧性、可自修复、有智能、可再生→新一代纳米材料
为什么小尺寸会有如此重要的影响?
表面效应
小尺寸效应
量子限域效应
研究目标和可能的应用
材料和制备:更轻、更强和可设计;长寿命和低维修费;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;生物材料和仿生材料;材料破坏过程中纳米级损伤的诊断和修复;
微电子和计算机技术:2010年实现线条为100nm的芯片,纳米技术的目标为:纳米结构的微处理器,效率提高一百万倍;10倍带宽的高频网络系统;兆兆比特的存储器(提高1000倍);集成纳米传感器系统;
医学与健康
快速、高效的基因团测序和基因诊断和基因治疗技术;用药的新方法和药物'导弹'技术;耐用的人体友好的人工组织和器官;复明和复聪器件;疾病早期诊断的纳米传感器系统
航天和航空
低能耗、抗辐照、高性能计算机;微型航天器用纳米测试、控制和电子设备;抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料
环境和能源
发展绿色能源和环境处理技术,减少污染和恢复被破坏的环境;
孔径为1nm的纳孔材料作为催化剂的载体;MCM-41有序纳孔材料(孔径10-100nm)用来祛除污物;纳米颗粒修饰的高分子材料
生物技术和农业
在纳米尺度上,按照预定的大小、对称性和排列来制备具有生物活性的蛋白质、核糖、核酸等。在纳米材料和器件中植入生物材料产生具有生物功能和其他功能的综合性能。,生物仿生化学药品和生物可降解材料,动植物的基因改善和治疗,测定DNA的基因芯片等
化学家们正在探索利用纳米技术制造出具有特定功能的产品,...
【答案】C
【答案解析】试题分析:根据在化合物中正负化合价代数和为零,可得TiO2中Ti元素的化合价为:x+(﹣2)×2=0,则x=+4;
考点:有关元素化合价的计算.
现在人么利用化学技术制造出具有特定功能的产品有哪些
现在,化学家们已经能利用各种先进的仪器和分析技术对化学世界进行微观的探索,并正在探索利用纳米技术制造出具有特定功能的产品,使化学在材料、能源、环境和生命科学等研究上发挥越来越重要的作用。
纳米技术的作用是什么?
经过科学家的研究和努力,“纳米”已不再是冷冰冰的科学词语,纳米技术已走出实验室,渗透到人们的衣、食、住、行中,悄悄地改变、影响着人们的生活。
传统的涂料耐洗刷性差,涂刷一段时间后墙壁就会变得斑驳陆离。现在有了加入纳米技术的新型油漆,不但耐洗刷性比传统材料提高了十多倍,而且有机挥发物极低,无毒无害无异味,有效解决了建筑物密封性增强、有害虫气体不能尽快排出的问题。
人体长期受电磁波、紫外线照射,会导致各种发病率增加或影响正常生育。现在,加入纳米技术的高效防辐射服装——高科技电脑工作装和孕妇装已经问世。科技人员将纳米大小的抗辐射物质掺入到纤维中,制成了可阻隔95%以上紫外线或电磁波辐射的“纳米服装”,而且不挥发、不溶水,持久保持防辐射能力。同样,化纤布料制成的衣服因摩擦容易产生静电,在生产时加入少量的金属纳米微粒,就可以摆脱烦人的静电现象。
白色污染也遭遇到“纳米”的有力挑战。科学家将可降解的淀粉和不可降解的塑料通过特殊研制的设备粉碎至“纳米级”后,进行物理结合。用这种新型原料,可生产出100%降解的农用地膜、一次性餐具、各种包装袋等类似产品。专家评价说,这是彻底解决白色污染问题的实质性突破。
以纳米技术制造的电子器件,其性能大大优于传统的电子器件。纳米电子器件的工作速度是硅器件的1000倍,因而可使产品性能大幅度提高。而纳米电子器件的功耗仅为硅器件的1/1000。在一张不足巴掌大的5英寸光盘上,至少可以存储30个北京图书馆的全部藏书。纳米材料体积小、重量轻,可使各类电子产品体积和重量大为减小。
纳米金属颗粒易燃易爆,几个纳米的金属铜颗粒或金属铝颗粒,一遇到空气就会产生激烈的燃烧,发生爆炸。因此,纳米金属颗粒的粉体可用来做成烈性炸药,做成火箭的固体燃料还可产生更大的推力。用纳米金属颗粒粉体做催化剂,可以加快化学反应速率,大大提高化工合成的产出率。
纳米金属块体耐压耐拉,将金属纳米颗粒粉体制成块状金属材料,强度比一般金属高十几倍,又可拉伸几十倍。用来制造飞机、汽车、轮船,重量可减小到原来的十分之一。
纳米陶瓷刚柔并济,用纳米颗粒粉末制成的纳米陶瓷具有塑性,为陶瓷业带来了一场革命。将纳米陶瓷应用到发动机上,发动机摩擦系数大幅下降,散热能力加强的同时,延长了发动机的使用寿命,而且还能减少污染物的排放,是新一代绿色产品。
纳米氧化物材料五颜六色,纳米氧化物颗粒在光的照射下或在电场作用下能迅速改变颜色。用它做士兵防护激光枪的眼镜非常适合。将纳米氧化物材料做成广告板,在电、光的作用下,效果会更加绚丽多彩。
纳米半导体材料可以发出各种颜色的光,可以做成小型的激光光源,还可将吸收的太阳光中的光能变成电能。用它制成的太阳能汽车、太阳能住宅有巨大的环保价值。用纳米半导体做成的各种传感器,可以灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化,在监控汽车尾气和保护大气环境上将得到广泛应用。
用纳米药物治病救人时,把药物与磁性纳米颗粒相结合,服用后,这些纳米药物颗粒可以自由地在血管和人体组织内运动。再在人体外部施加磁场加以导引,使药物集中到患病的组织中,药物治疗的效果会大大提高。同时还可利用纳米药物颗粒定向阻断毛细血管,“饿”死癌细胞。纳米颗粒还可用于人体的细胞分离,也可以用来携带DNA治疗基因缺陷症。目前已经用磁性纳米颗粒成功地分离了动物的癌细胞和正常细胞,并在治疗人的骨髓疾病的临床实验上获得成功。
在纳米的世界中,人们按照自己的意愿,自由地剪裁、构筑材料,这一技术被称为纳米加工技术。纳米加工技术可以使不同材质的材料集成在一起,它既具有芯片的功能,又可探测到电磁波(包括可见光、红外线和紫外线等)信号,同时还能完成电脑的指令,这就是纳米集成器件。将这种集成器件应用在卫星上,可以使卫星的重量、体积大大减小,发射更容易,成本也更经济。
纳米技术大力发展的同时,其安全性问题也不可忽视。因为材料在变成纳米级过程中物理、化学性质发生变化,比常规物质更容易穿透各种屏障,甚至透过生物体的皮肤、细胞膜,进入组织器官内部。如果生产和使用过程中操作不当,纳米材料有可能污染环境、危害健康。有研究结果显示,部分人造纳米材料具有毒性,可能会引起氧化刺激、炎症反应、心肺血管系统及其他组织器官的损害。因此,在发展纳米技术的同时,必须同步开展其安全性研究,使其成为安全造福人类的新技术。