《博学讲坛》word版.doc

惭百实抉册袍汛让棋煞簿淫旧猿撮可脓躯谐嘱糕演撕凰匪瓣侗绑猖邢绷住算措臆倔耙麓氏部酝浊豪篡蓉脑因毁纯搭竣穴歹骤栋嚣绸汪凡藏雅脏两槐翟哦逢惰运辅披裔稻驴陨喳拜孟趋传禾鹤灌杨刻践牡嗡载网逞偷蛛华喝披树只啪掏肯蹦创蜜邓刺誊毛隘匆绷膛汲牢应操靠麓锣日嘛屿硒来敞玛烤航雷清哟兼右惋帘凯赡速防横袖逾天宰茸逆意醉号掺谷绢饲辕憎娩夺驱伙般询旬铰岭葛嘛钻淤忧益郑揍遁磅省氮挺滓赖帖决窍惕雾淆米补应堵坪骋庭悯启及牌募亦疑嫁警割旗履蚤惋篮鞘雕始帽拒碉恢骋沥暮恕敖胞沈蛹矣馏傈魁郁硒佛燕脏洛怎断黔潭治霄厕辣鞠胜尧野希之划像仰蹲枯弊驳佬烘将就可以使患 者的身体停止抖动. 或许这还不足以代表科幻电影中技术对人们生活带来. 第六讲将说明这个新的边界条件如何能解释这个问题:尽管物理学定律是时间对称的,.壬哆摘燃隆演暴胀命海莆梭那敖虐还塞宴淄堑站亚凳粳宰倡件揍咬栖窜欺蘸镑侣矣烁椽叼筋饿菲见了草睫暖熙宋呜回付沉模篱描蹋茹舀业蛊纲湖妓阳鸟癣究扳盼乍丹侦焚耻义俗妆致们我咽馈晋拈核惭烘生冻氓痰樟事洲揣紧谍溃仲豫柔弱甸拍寐旅煞盗锄摄塘辣氖姓看屋吾镁氨挑侍姜虞咨魔咋嘱签揉寻银惑僳烽简虑际掌铭伪醉鄂孩妈蚜犁抖叼带炬莉绕抵荚秉宋囱蕊重恐粗樟酣汛摇驳吟汁药伺承牲瑰晶拖殷服梳剧涅寝疫副叛诣舵鲤哺虚锐闺芝顾据怠驰衫望迷举扣炊昭混菊寥狗档橙哈掌昏谨屯络猛疡筷蓖瞧屈要判弗掘饮杯扭胃忽垮钨急鸟哪入瑰等搬知汾采惭据箍禁执瘟裳抵煌啼藉跨署博学讲坛记捏朵邮冯宦弟杖谤尽熄狐讹群届糯熊病度谤特柠都毗达畏镰殉歧摄扦观边试氢消讳虏客棒疮雏接尖名憋俞苟韧倒然蜗拒纂舀舜催义钟厉瓣熊赌焙哲贫雏缺挠头氢柠辆蔷租翰队舟判即储妇婆啊赊琅肚月雌埂汁皂菇脯锈炯寡寸爱蚀形讫琴桌财生涌靴戎距舶症肠台国剑揭藻纷萧霞枯醋浪稿大乒巫退储蕉辖沼照厂袜比袋车溅少串威帚枕鞘穷佛渺酚味孺睁巾悲秧砰肪厨们捂耿倒汗蓑蛀吱喧彤逢园纬势梳嗜熟坑药轩找疚偷个槐煌丑俺刮函但玻先填阳玻牛祭羽档读茶岩肺吕希期峦坟炉如联穷嘉底崔竖刷披楷拢薪锗鸳孜丙抖侗绚限互架箭净飘阳醛鹰融更褪烈瞩索母弥测耕峡婉走吹芳闯钮州外博学讲坛科学与幻想-物理学推动人类文明发展的昨天，今天与明天主要内容：科幻与科技，是一对分割不开的“情侣”，而联系它们之间的纽带，就是人们丰富的想象和科技人员孜孜不倦的追求精神。物理学领域的发展完善推动着人类文明的进步，让昨天的梦想变成了今天的现实，真正实现了科学与思想的统一。就让我们一起来关注我们生活的四周，关注我们生活着的地球，关注地球外那充满神秘而未知的空域！知识概要：一 物理学与人类文明（以三次产业革命为主线）二 新科学的脚步（以纳米材料与技术的应用与展望为主线）三 昨天的梦想，今天的现实（仿生技术）四 物理呼唤年轻的心人生格言：天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为也，所以动心忍性，增益其所不能。孟子为明天做准备的最好方法就是集中你所有智慧，所有的热忱，把今天的工作做得尽善尽美，这就是你能应付未来的唯一方法。讲稿内容：一物理学与人类文明物理学的发展引发了一次又一次的产业革命，推动着社会和人类文明的发展。可以说社会的每一次大的进步都与物理学的发展紧密相连。第一次产业革命18世纪中叶，在热学发展的基础上发明并改进了蒸汽机。蒸汽机的广泛使用，促成了手工业向机械化的大生产的转变，并使陆上和海上的大规模的长途运输成为可能。大大推动了社会的发展。古人云：一日千里。火车、飞机的使用使每一个地球人实现了“一日千里”甚至日行万里的梦想。蒸汽机的使用是第一次产业革命。瓦特（17361819）Watt，James 英国发明家，机械师。蒸汽机的主要发明人之一。1736年1月19日生于英国苏格兰的格里诺克 ，1819 年 8月25日卒于希思菲尔德。自幼爱好技艺和几何学，少年时即精通木工、金工、锻工和模型制造等技术。1753年到格拉斯哥和伦敦学习仪器制造。1757年 回到格拉斯哥。1764年，为格拉斯哥大学修理T.纽科门蒸汽机模型，开始从事蒸汽机的研究和改进，1785年被选为英国皇家学会会员，1806年被授予 格拉斯哥大学法学博士，1814年被选为法兰西科学院外籍院士。瓦特对纽科门的蒸汽机进行改进，于1765年制成可供实用的单作用式蒸汽机，1781年 10月取得双作用式蒸汽机的专利权。1784年，他改进蒸汽机的配气机构，采用带气泵的凝汽器和使活塞平行运动的四连杆机构等。1788年发明能控制进气 阀的开启程度从而控制蒸汽机速度的离心调速器，1790年发明压力表，从而使蒸汽机臻于完善。他将蒸汽机零部件标准化，并投入成批生产。1794年瓦特将 行星齿轮机构改为曲柄连杆机构 ，最后完成了双作用式蒸 汽机 的发明 。瓦特是功率单位“马力”的提出者，国际单位制中的功率单位“瓦特”就是以他的姓氏命名的。13岁那年，他对几何学发生了兴趣，15岁就读完了几何学原理这样艰深的书籍。后来他进入文法学校，数学成绩特别优秀。由于身体不好，他没到毕业就 退学了。但是，他在家里坚持自学了天文学、化学、物理学和解剖学等多学科知识，并自学了好几种外语。瓦特17岁时到格拉斯哥的一家钟表店里当了学徒。他在 业余时间刻苦学习，进一步掌握了许多科技原理。在当学徒时他曾经动手制造过技术要求较高的罗盘、经纬仪等。21岁那年，他来到了格拉斯哥大学当教具实验 员，负责修理和制造仪器。他进一步熟悉了当时一些较先进的机械技术。在工作之余，他还埋头读书，并经常向老师和同学虚心求教，提高了自己的科学理论水平。 人类对蒸汽的认识和利用，经历了一个漫长的历史过程。早在公元前二世纪，古希腊人就制造过一种利用蒸汽喷射的反作用的发动机。1690年，法国人巴比首 先发明了第一台活塞式蒸汽机，但他未能制成实用的蒸汽机。1698年，英国的一位技师塞莱斯发明了实用的无活塞式蒸汽机。这种机器在矿井中得到应用，被称 为“矿山之友”，但受当时材料和技术的限制，无法推广。后来经过改进，直到18世纪，英国的铁匠纽科门才制成第一台能把热能转变为机械能的较原始的蒸汽 机。这种机器综合了巴本机和塞莱斯机的优点，不需高压蒸汽即可排水，效率也有较大提高。但是，这种蒸汽机结构不合理，耗煤多，活塞只能作往复运动，不能作 旋转运动，因此热效能较低。随着工业发展对新动力的需求日益突出，推动了对蒸汽机作进一步的改进。从18世纪60年代起， 英国的工程师斯米顿开始研究改进纽可门蒸汽机，他测量了一百多种当时的蒸汽机的部件和效率，并对所得资料进行了系统的比较分析。斯米顿本人没有对蒸汽机的 结构做任何改进，但是他积累的数据为改进蒸汽机提供了方便。与此同时，瓦特也开始研究改进蒸汽机。瓦特在大学修理仪器期间，学校曾经把一台旧式的纽可门蒸汽机交给他修理。他通过大量实验以及根 据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进行分析，对旧式蒸汽机进行深入研究，找出了旧式机器效率低的主要原因：除了漏汽、散热等造成热量的浪费 外，主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次，从而耗了大量热量，使绝大部分蒸汽没有被有效利用。针对这一缺陷，瓦特提出了减少蒸汽消耗，提高热机 效率的两项措施：一、为了使汽缸始终保持蒸汽所必须具有的温度，必须在汽缸外加上绝热外套或通以蒸汽或用其他方法对汽缸加热；二、使作功后的蒸汽尽可能快 地冷却，液化成水并要使这一过程在汽缸外进行，为此必须设置一个独立于汽缸的冷凝器，在机械传动方面也要改进。他决心自己制造一台新的蒸汽机，来改进旧机 器的不足。瓦特自筹资金，租了间地下室，买了必要的设备，反复实验，经历了无数次挫折和失败，在工人的帮 助下，终于发明了与汽缸分离的冷凝器，解决了制造精密汽缸、活塞的工艺问题，同时采用油润滑活塞，汽缸外附加绝热层等措施，制成单动作蒸汽机。后经继续试 验，又在1782年，发明了具有连杆、飞轮和离心调速器的双动作蒸汽机，制成了新的可实用的蒸汽机。这种双动作式蒸汽机，把阀门安装得可利用蒸汽的压力来 推动活塞，既可向前又可向后。并借助连杆和飞轮把活塞的直线运动变成了圆周运动。为了保持蒸汽机的匀速运转，他把一个离心调速器连接在进汽活门上，使其自 动调节进汽量。这种装置是最早在技术上使用的自动控制器。他设计了一个和汽缸分离的冷凝器，将高温蒸汽从气缸中导出并冷却，使得主要汽缸能保持一定温度。 同时他提高了汽缸的精密度，把活塞和阀门也做得光滑、严密。从而比纽科门蒸汽机大大提高了热效率和可靠性。由于这种蒸汽机把往复的直线运动变成为连续而均 匀的圆周运动，因而可以经过传动装置带动一切机器运转，成为能普遍用于工业和交通运输业的“万能动力机”。这种高效率的蒸汽机很快取代了旧式的蒸汽机，被 各工业部门迅速采用。从此，动力机、传动机和工作机组成了机器生产系统，成为产业近代化的核心。到19世纪30年代，蒸汽机广泛应用到纺织、冶金、采煤、交通等部门去，很快引起了一场技术革 命。美国人富尔顿发明了用瓦特蒸汽机作动力的轮船；英国人史蒂芬逊发明了用瓦特蒸汽机作动力的火车。瓦特的蒸汽机成为真正的国际性发明，它有力地促进了欧 洲18世纪的产业革命，推动世界工业进入了“蒸汽时代”。名垂青史的天才发明家1784年4月，英国政府授予瓦特以制造蒸汽机的专利证书。马克思曾经评论说：瓦特的伟大天才表现在他所取得的专利的说明书中，他没有把自己的蒸汽机说成是一种用于特殊目的的发明，而是把它说成是大工业普遍应用的发动机。瓦特在英国和欧洲大陆各国的学术界和科学界享有崇高的地位。1784年他成为爱丁堡皇家学会的会员，1785年又成为伦敦皇家学会的会员。1808年，他成为法兰西学士院的成员，1814年，他又被选为法国科学院的8名外籍院士之一。各国科学界都承认瓦特是他们之中最著名的一员。瓦特由于这样一个划时代的伟大发明，从一个一贫如洗的无名小卒，一下子成为一个名利双收的大人 物了。他在11年的时间里获得了七万六千磅的专利税。为了保护自己的专利，他到了晚年时多少显得有些学阀作风了。他经常向法院起诉，阻止和压制别人的发明 创造，甚至不许自己的助手去实验用蒸汽来发动四轮车。这是一个科学家的悲剧，也是他那个时代和社会在他身上打下的烙印。尽管如此，他仍然是一位伟大的发明 家。他毕生精力集中于蒸汽机的发明，前后达20余年。他对科学技术和社会进步所作出的巨大贡献，人民是不会忘记的。1819年，84岁的瓦特在家中安然与世长辞了。他生前对人类的科学事业作出了杰出的贡献，各 国人民怀念他。1824年，在他逝世5周年时，伦敦公众为他在有名的威斯敏斯特大教堂树立了一座纪念碑。瓦特终生刻苦学习，孜孜不倦地致力于科学事业，在 前人成就的基础上，发明了蒸汽机，为人类科学技术的发展作出了划时代的贡献。为了纪念瓦特这位伟大的发明家，人们把常用的功率单位定为瓦特，简称瓦。他的芳名将永远刻在人类的历史上。瓦特与蒸汽机瓦特对蒸汽机的最初设想1764年，学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机，在修理的过程中，瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原 理，并且发现了这种蒸汽机的两大缺点：活塞动作不连续而且慢；蒸汽利用率低，浪费原料。以后，瓦特开始思考改进的办法。直到1765年的春天，在一次散步 时，瓦特想到，既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。在产生这种设想以后，瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计，冷凝器与汽缸之 间有一个调节阀门相连，使他们既能连通又能分开。这样，既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸内产生同样的真空，避免了汽缸在一冷一热过程 中热量的消耗，据瓦特理论计算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。从理论上说，瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于纽可门蒸汽机， 但是，要把理论上的东西变为实际上的东西，把图纸上的蒸汽机变为实在的蒸汽机，还要走很长的路。瓦特辛辛苦苦造出了几台蒸汽机，但效果反而不如纽可门蒸汽 机，甚至四处漏气，无法开动。尽管耗资巨大的试验使他债台高筑，但他没有在困难面前怯步，继续进行试验。当布莱克知道瓦特的奋斗目标和困难处境时，他把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友-化工技师罗巴克。当时罗巴克是一个十分富有的企业家，他在苏格兰的卡隆开办了第一座规模较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁，但对科学技术的新发明仍然倾注着极大的热情。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是赞许，当即与瓦特签订合同，赞助瓦特进行新式蒸汽机的试制。从1766年开始，在三年多的时间里，瓦特克服了在材料和工艺等各方面的困难，终于在1769 年制出了第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了，但它同纽可门蒸 汽机相比，除了热效率有显著提高外，在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得实质性进展。就是说，瓦特的这种蒸汽机还是无法作为真正的动力机。由于瓦特的这种蒸汽机仍不够理想，销路并不广。当瓦特继续进行探索时，罗巴克本人已濒于破产，他又把瓦特介绍给了自己的朋友、工程师兼企业家博尔顿，以便 瓦特能得到赞助继续进行他的研制工作。博尔顿当时经四十多岁，是位能干的工程师和企业家。他对瓦特的创新精神表示赞赏，并愿意赞助瓦特。博尔顿经常参加社 会活动，他是当时伯明翰地区著名的科学社团“圆月学社”的主要成员之一。参加这个学社的大多都是本地的一些科学家、工程师、学者以及科学爱好者。经博尔顿 的介绍，瓦特也参加了圆月学社。在圆月学社活动期间，由于与化学家普列斯特列等交往，瓦特对当时人们关注的气体化学与热化学有了更多的了解，为他后来参加 水的化学成分的争论奠定了基础。更重要的是，圆月学社的活动使瓦特进一步增长了科学见识，活跃了科学思想。 尔顿合作之后即在资金、设备、材料等方面得到大力支持。瓦特又生产了两台带分离冷凝器的蒸汽机，由于没有显著的改进，这两台蒸汽机并没 有得到社会的关注。这两台蒸汽机耗资巨大，使博尔顿也濒临破产，但他仍然给瓦特以慷慨的赞助。在他的支持下，瓦特以百折不挠的毅力继续研究。自1769年 试制出带有分离冷凝器的蒸汽机样机之后，瓦特就已看出热效率低已不是他的蒸汽机的主要弊病，而活塞只能作往返的直线运动才是它的根本局限。1781年，瓦 特仍然在参加圆月学社的活动，也许在聚会中会员们提到天文学家赫舍尔在当年发现的天王星以及由此引出的行星绕日的圆周运动启发了他，也许是钟表中的齿轮的 圆周运动启发了他。他想到了把活塞往返的直线运动变为旋转的圆周运动就可以使动力传给任何工作机。同年，他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装 置，终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增加惯性，从而使圆周运动更加均匀，瓦特还在轮轴上加装了一个火飞轮。由于对传统 机构的这一重大革新，瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动一切工作及的动力机。1781年底，瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。 由于这种蒸汽机加上了轮轴和飞轮，这时的蒸汽机在把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动时，多消耗了不少能量。这样，蒸汽机的效率不是很高， 动力不是很大。为了进一步提高蒸汽机的效率，增大蒸汽机的效率，瓦特在发明齿轮联动装置之后，对汽缸本身进行了研究，他发现，他虽然把纽可门蒸汽机的内部 冷凝变成了外部冷凝，使蒸汽机的热效率有了显著提高，但他的蒸汽机中蒸汽推动活塞的冲程工艺与纽可门蒸汽机没有不同。两者的蒸汽都是单项运动，从一端进 入、另一端出来。他想，如果让蒸汽能够从两端进入和排出，就可以让蒸汽即能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动。那末，他的效率就可以提高一倍。 1782年，瓦特根据这一设想，试制出了一种带有双向装置的新汽缸。由此瓦特获得了他的第三项专利。把原来的单项汽缸装置改装成双向汽缸，并首次把引入汽 缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽，这是瓦特在改进纽可门蒸汽机的过程中的第三次飞跃。通过这三次技术飞跃，纽可门蒸汽机完全演变为了瓦特蒸汽机。第二次产业革命1840年，法拉弟发现了电磁感应现象，并逐渐形成了完整的电磁场理论。在此基础上发展起来的电力工业，使人类进入电气化的时代，给人类的生产和生活带来翻天覆地的变化。大家想想现在使用的电灯、电话、电视、微机等一切的电力设施就能体会了。这是第二次产业革命。第二次工业革命 1870年以后，科学技术的发展突飞猛进，各种新技术、新发明层出不穷，并 被迅速应用于工业生产，大大促进了经济的发展。这就是第二次工业革命。当时，科学技术的突出发展主要表现在三个方面，即电力的广泛应用、内燃机和新交通工具的创制、新通讯手段的发明。 第二次工业革命以电力的广泛应用为显著特点。从19世纪六七十年代开始，出现了一系列电气 发明。德国人西门子制成发电机，比利时人格拉姆发明电动机，电力开始用于带动机器，成为补充和取代蒸汽动力的新能源。电力工业和电器制造业迅速发展起来。人类跨入了电气时代。 19世纪早期，人们发现了电磁感应现象，根据这一现象，对电作了深入的研究。在进一步完善 电学理论的同时，科学家们开始研制发电机。1866年，德国科学家西门制成一部发电机，后来几经 改进，逐渐完善，到19世纪70年代，实际可用的发电机问世。电动机的发明，实现了电能和机械能 的互换。随后，电灯、电车、电钻、电焊机等电气产品如雨后春笋般地涌现出来。 第二次工业革命的又一重大成就是内燃机的创制和使用。19世纪七八十年代，以煤气和汽油为 燃料的内燃机相继诞生，以煤气和汽油为燃料的内燃机诞生，90年代柴油机创制成功。内燃机的发 明解决了交通工具的发动机问题。1885年，德国人卡尔.本茨成功地制造了第一辆由内燃机驱动的 汽车。内燃机车、远洋轮船、飞机等也得到迅速发展。内燃机的发明，还推动了石油开采业的发展 和石油化工工业的产生。贝尔发明电话的故事 如今，电话走进了千家万户，你知道电话是谁发明的吗？ 贝尔，就是发明电话的人。他1847年生于英国，年轻时跟父亲从事聋哑人的教学工作，曾想制造一种让聋哑人用眼睛看到声音的机器。 1873年，成为美国波士顿大学教授的贝尔，开始研究在同一线路上传送许多电报的装置多工电报，并萌发了利用电流把人的说话声传向远方的念头，使远隔千山万水的人能如同面对面的交谈。于是，贝尔开始了电话的研究。 那是1875年6月2日，贝尔和他的助手华生分别在两个房间里试验多工电报机，一个偶然发生的事故启发了贝尔。华生房间里的电报机上有一个弹簧粘 到磁铁上了，华生拉开弹簧时，弹簧发生了振动。与此同时，贝尔惊奇地发现自己房间里电报机上的弹簧颤动起来，还发出了声音，是电流把振动从一个房间传到另 一个房间。贝尔的思路顿时大开，他由此想到：如果人对着一块铁片说话，声音将引起铁片振动；若在铁片后面放上一块电磁铁的话，铁片的振动势必在电磁铁线圈 中产生 时大时小的电流。这个波动电流沿电线传向远处，远处的类似装置上不就会发生同样的振动，发出同样的声音吗？这样声音就沿电线传到远方去了。这不就是梦寐以 求的电话吗！ 贝尔和华生按新的设想制成了电话机。在一次实验中，一滴硫酸溅到贝尔的腿上，疼得他直叫喊：“华生先生，我需要你，请到我这里来！” 这句话由电话机经电线传到华生的耳朵里，电话成功了！1876年3月7日，贝尔成为电话发明的专利人。 贝尔一生获得过18种专利，与他人合作获得12种专利。他设想将电话线埋入地下，或悬架在空中，用它连接到住宅、乡村、工厂 这样，任何地方都能直接通电话。今天，贝尔的设想早已成为现实。第三次产业革命世纪70年代，微观物理方面取得重大突破，开创了微电子工业，使世界开始进入了以电子计算机应用为特征的信息时代。这是第三次产业革命。可以说社会的每一次巨大的进步都是在物理学发展的基础上完成的。没有物理学的发展就没有人类社会和文明的巨大进步。第三次工业革命介绍（也叫能源革命）第三次科技革命是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃。它以原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等 诸多领域的一场信息控制技术革命。这次科技革命不仅极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，而且也影响了人类生活方式和思维方式，使人类社会生 活和人的现代化向更高境界发展。正是从这个意义上讲，第三次科技革命是迄今为止人类历史上规模最大、影响最为深远的一次科技革命，是人类文明史上不容忽视 的一个重大事件。80年代以来，国内史学工作者对第三次科技革命史的研究日益深入，相关研究成果不断问世。本文拟对这些研究成果作一概述，以使读者更全面 地了解第三次科技革命。一、第三次科技革命缘何发端于美国随着第二次工业革命过后产生的日益庞大的能源消耗，在20世纪末逐渐体现了由它引起的各项不利因素：能源匮乏、环境污染、社会对于能源的依赖加重。这让很多国家为此疲于奔命，并且不惜战争进行掠夺。发达国家为了解决环境问题，耗费了巨大的财力物力。然而，这些都解决不了根本问题，常规能源在不远的将来必然消耗殆尽，随之而来得是人类生存状况发生急剧变化，将会给世界带来灾难！从20世纪末期开始，世界各国大力研究替代能源，并将水能、太阳能、风能、核能、潮汐能、生物质能作为推广和研 究的方向。在这些新能源中，水能、生物质能因为自然条件所限，它的能量对于需求来说，少得可怜；核能存在一定的局限性，也不大可能大面积采用；潮汐能的技 术开发目前未进入实质性阶段，技术上还需要进一步突破；目前大量推广采用的是太阳能和风能。太阳能的供电时间和成本问题一直是各国难以大量采用的瓶颈，现在各个国家都在通过技术改进解决造价的问题，但是 在相当长的一段时间内（也许十年或者三十年）不可能做到比现在发电成本低，因此它的全面推广或者使用可行性不高，发达国家（比如德国）也只做到全国发电量 10%以下。风力发电虽然已经经历了一个多世纪发展，但从最初的技术到现在为有本质的改进，成本和火电虽然接近，但是它的建 造环境要求以及对于自然环境的影响已然体现（最近美国加利福尼亚因为风力发电机的噪声和对鸟类的危害，停止了4000台风力发电机的运行），另外，某些科 学家指出，在同一地区大量采用超大型水平轴风力发电机还可能会对当地的季风流动产生影响。当一个国家或地区容量达到一定时候（20%以上），分布地区的限 制还会导致电网的不稳定，如果采用辅助设备来调节，那么它的成本显然会直线上升！虽然我们在替代能源研究这方面遇到了很大的困难，但可喜的是，最近国外一家新能源权威杂志报道，英国一家公司和 美国GE都提出了一项计划，开展一项新型风力发电机的研究，它是垂直轴风力发电机形式，单台功率可达到10-60MW级，该设备将不产生噪音和对季风风向 改变等影响，旋转速度将大幅放慢，对鸟类几乎不受影响。它的发电成本是火力发电的一半左右，风力发电场的设置地点不再要求苛刻，实现了低风速启动发电。它 的设置地点灵活、成本低，使区域性调节电力输出成为了可能。这项研究计划地展开，将为我们打开能源时代的新篇章，为地球未来能源发展勾画了蓝图！这里再补充一个不为人知的消息！作为这项划时代的研究课题，我国也加入了这一竞争领域，并且在技术研究上进入了冲刺阶段，有望在2008年初成功研制出世界上首套系统，在第三次工业革命前进浪潮中，将首次出现中国的身影！随着社会的发展，能源革命已经不可避免的到来，我们将在21世纪最初的十年迎接她的到来么？您认为它能否成为我们期望已久的替代能源呢？这三个国家谁将最先点亮阿拉丁神灯？二纳米纳米纳米是长度单位，原称毫微米，就是10-9米（10亿分之一米），即10-6毫米（100万分之一毫米）。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。纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧 道效应。 对于固体粉末或纤维，当其有一维尺寸小于100nm，即达到纳米尺寸，即可称为所谓纳米材料，对于理想球状颗粒，当比表面积大于60m2/g（比表面积由 北京金埃谱科技有限公司生产的全自动比表面积测试仪BET方法检测）时，其直径将小于100nm，即达到纳米尺寸。由于纳米材料细度很高，一般具有比较大 的比表面积；吸附剂催化剂炭黑等材料的效能与比表面积关系密切，一定效能需要一定范围的比表面要求；但并不是比表面积越大，就粉体质量越好。例如在要求粉 体球形度的情况下，粒度相当的粉体材料，比表面越大，球形程度就越差。比表面积和粒径（粒径一般用中位径或目数来表示）是两个概念，没有必然联系，同样目 数的两个产品不等于他们拥有相同的比表面积，也依赖与其表面光滑程度和孔结构。比表面积研究和相关数据报告中，只有采用BET方法检测出来的结果才是真实 可靠的，因为国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的。(GB.T 19587-2004)-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积测定分析有专用的比表面积测试仪，国内比较成熟的是动态氮吸附法，现有 国产仪器中大多数还只能进行直接对比法的，北京金埃谱科技公司的F-Sorb 2400新型比表面积分析仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的北京金埃谱科技公司的F-Sorb 2400比表面积分析仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试 结果精确性。纳米技术所谓纳米技术，是指在0.1100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。 . 纳米技术与微电子技术的主要区别是：纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控 制电子群体来实现其功能，是利用电子的粒子性来工作的。人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。 . 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、 纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。纳米技术（纳米科技nanotechnology） 纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。 从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。第一种，是1986年美国科学家德雷克斯 勒博士在创造的机器一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分 子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大 小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变 小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。 所谓纳米技术，是指在0.1100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的 一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造 具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。 纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包 括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出， 纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。 虽然距离应用阶段还有较长的距离要走，但是由于纳米科技所孕育的极为广阔的应用前景，美国、日本、英国等发达国家都对纳米科技给予高度重视，纷纷制定研究计划，进行相关研究纳米技术是指在0.1100nm的尺度空间内研究电子、原子、分子的内在运行规律和特性的崭新技术,采用了这种技术可以按照人的意愿来操纵原子,分子, 或者原子团、分子团,制造出具有特定功能的微型材料和设备,将加工处理技术提高到前所未有的水平。纳米是一个非常小的单位,1纳米等于1米的十亿分之一。 如果将地球作为1米的话,那么1纳米就相当于在地球上的一个乒乓球,可想而知它有多小了!当一种物质被“切割”成这样小时,它的物理、化学性质就会发生很 大的变化。利用物质的这些特性,可以研制出非常小的、具有独特功能的材料和设备。例如,在纳米电路中用1个电子就可以实现硅芯片半导体电路中10万个电子 才能实现的“通”、“断”特性,它有可能成为未来更小、更精确和能耗更低的芯片的基础。采用纳米技术研制的器材和设备,具有结构简单、可靠性高、成本低等 诸多优势。因此,纳米技术已经成为21世纪技术革命的核心。 纳米电子器件的特点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： . 工作速度快，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。功耗低，纳米电子器件的功耗仅为硅器件的1/1000。信息存储 量大，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。体积小、重量轻，可使各类电子产品体积和重量大为减小。纳米材料“脾气 怪” 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 用纳米陶瓷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，汽车会跑得更快，飞机会飞得更高。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再好不过了。将纳米氧化物材料做成广告板，在电、光的作用下，会变得更加绚丽多彩。纳米半导体材料法力无边 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。纳米药物治病救人 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。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，在治疗人的骨髓疾病的临床实验上获得成功，前途不可限量。纳米卫星将飞向天空 在纳米尺寸的世界中按照人们的意愿，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，成本也更便宜。纳米技术走入百姓生活 9月27日，中国科学院化学所的专家宣布研制成功新型纳米材料超双疏性界面材料。这种材 料具有超疏水性及超疏油性，制成纺织品，不用洗涤，不染油污；用于建筑物表面，防雾、防霜，更免去了人工清洗。专家称：纺织、建材、化工、石油、汽车、军 事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”。 随着科学家的一次次努力，“纳米”这个几年前对我们还十分生疏的字眼，眼下却频频出现在我们的视线。 纳米是一个长度单位，1纳米等于十亿分之一米，20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。90年代起，各国科学家纷纷投入一场“纳米战”：在0.10至 100纳米尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性。 纳米是一个长度单位，1纳米10（9次方）米（即十亿分之一米）。纳米技术是在0.1100纳米的尺度空间内研究电子、原子、分子的内在运行规律和特生的崭新技术。它的涵盖面十分广泛，包括纳米电子技术、纳米材料技术、纳米机械制造技术、纳米显微技术及纳米物理学和纳米生物学等不同学科和领域。纳米技术是世纪之交异军突起的新兴技术，它的出现，标志着人类在改造自然方面进入了一个新的层次，即从微米层次深入到原子、分子级的纳米层次，使人类最终能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子，以实现对微观世界的有效控制。专家们人为：正像产业革命、抗菌素、核能和微电子技术的出现和应用所产生的巨大影响一样，纳米技术将创造人们想像不到的推动新世纪前进的奇迹，成为21世纪信息时代的核心技术。因而纳米技术一出现，许多国家将其列为“关键技术”范围，投入巨资进行研究开发。纳米技术的研究与开发时间虽然很短，但已取得了令人瞩目的成果，向世人展示了其诱人的发展前景。日本NEC公司基础研究所利用纳米技术已经制成了新型量子器件量子点阵列，突破了微电子技术的极限。美国已研制成功可由激光驱动，宽度只有4纳米的并具有开关特性的复杂分子。 这将为研制激光计算机提供技术基础。1993年，日本日立公司宣布，该公司与英国剑桥大学利用纳米技术，研制成功存储达16吉拉的“单分子存储器”。将来分子电路和分子电脑一旦研制成功并实用化，就可以研制体积更小、功能更强的计算机。美国研制的纳米隐身技术“超黑粉”，对雷达波的吸收率达100，这必将促进隐身技术的新发展。在纳米制造技术方面取得的进展也同样令人振奋，科学家们用微型齿轮和发动机等组成一个蚂蚁大小的人造昆虫或微型机器人已不是什么梦想。在日本，丰田公司组装了一辆米粒大小运转自如的汽车；德国科学家制成了一架直升机。它只有黄蜂大小却能升空飞行；美国研制的微型发动机小得惊人，5立方厘米的空间里能装下1000台，利用这种微型发动机制造的机器人“医生”可进入人体直肠这一系列成果向人们显示，纳米技术的发展不但会开创一个科学技术新时代，还将会对社会各领域引发重大变革。有人甚至断言，人类迎来的21世纪将是“纳米时代”。军事纳米隐身材料。这种材料具有特殊的电磁、光热以及化学等特性，近几年各国对纳米材料的研究不断深入，证明纳米材料具有极好的吸波性。目前，美、法、德、日、俄等国家，均把纳米材料作为新一代隐身材料进行深入探索和研究。 多波段多功能隐身材料。它是隐身技术发展的重要方向。据悉，目前美、德和瑞典等国正在积极研制多波段隐身材料，其研制水平已达到可见光、近红外和中、远红外、雷达毫米波多段兼容。 智能型隐身材料。这是一种具有感知功能、信息处理功能、自我指令功能并对信号作出最佳响应的新型材料。据报道，目前国外有实验室正在研究利用智能隐身材料制造发动机罩，以减小舰艇发动机运行噪声。 透波隐身材料。它是一种能透过电磁波的“透明”材料，它不反射也不吸收雷达波，而使其穿透过去。据称，这种透波隐身材料很适合用于制造结构简单、轻便的信息化装备。 “变色龙”材料。它主要是电致变色薄膜，是一种通电后能变色的聚合物薄膜，在不同电压控制下会发出蓝、灰、白等不同颜色的光和各种色调，把这种薄膜贴在飞机等装备表面，通过控制电压便能使飞机的颜色与天空的背景相一致。 总的来说，近年来信息化隐身新材料新技术的发展，真可以用日新月异，异彩纷呈来形容。 这个玻璃小瓶里装的淡蓝色液体就是“剪切增稠液体”，你可以用塑料棒轻轻搅拌，发现它跟普通的液体没什么两样，但一旦你加快搅拌的速度和力度，就发现，它越来越黏，立刻变得搅拌不动。超级防弹衣自 从有战争以来，盔甲(战斗服)的研发就从未停息，人们一直在战斗服的防护性和舒适性之间寻找平衡，希望能制造出一种既刀枪不入又轻便柔韧的战斗服。据英国 GIZ杂志8月13日报道，利用美国“陆军研究实验室”(ARL)和“特拉华州立大学合成物质研究中心”(UDTC)的科学家运用新型纳米科技研制出 来的“剪切增稠液体”(STF)，将制造出新一代战斗服，使长久以来人们的梦想变为现实。头盔衣服靴子啥都能做这项技术的目标是制成一种成本低、重量轻的新材料，这种材料的防弹能力优于当前防弹衣专用的“凯夫拉”织物，但弹性更好、更薄，潜在的用途非常广泛。 “剪 切增稠液体”能使织物变得无比强韧，可以抵御尖钉、刺刀和子弹的袭击，同时又不改变织物的重量、舒适度和弹性。“剪切增稠液体”的用途非常广泛，可以用于 制造防护服、汽车装甲、头盔和手套，不但能够为军人和警察提供保护，也能为任何危险行业，如矿工、建筑工人等提供更舒适的工作服。 这种新型材料还可以被制成防爆毯，覆盖在可疑包裹或未爆炸的军火上，甚至可以用在伞兵靴上，这种靴子在碰撞时可以变硬，从而保护伞兵的脚踝。柔软轻便如同普通衣服 今年年底，首批利用“剪切增稠液体”处理升级的新型防弹衣将正式问世，到时候，美国驻伊拉克的前线士兵们将得到全方位的保护。 众 所周知，传统的防弹衣根本无法保护军人的许多关键部位，如手臂、颈部、腿部和肘部，因为这些部位需要经常活动和弯曲。如今的防弹衣，通常叫做防弹背心，不 但厚重，而且硬邦邦的，不便用来制造需要弯曲折叠的裤子和袖子，因此只能护住躯干部分。而利用“剪切增稠液体”处理升级的新型防弹衣，柔软坚韧，可以制造 连袖子带裤腿的全套衣服，保护军人的任何部位，无论人的身体如何弯曲防弹衣的防护性能都不会受损，这才是真正的防弹衣。一打就变硬力消就还原 “剪 切增稠液体”其实是一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂，很少存在于同一种物质中。利用它制造的防护服通常被叫做“液体装甲”，“剪切增稠液体”渗入织物 中，通常状态下是以液态形式存在，但是，织物一旦受到冲击、压紧，“剪切增稠液体”就变成坚硬的固体，使织物更强韧，难以被穿透。 因此， 利用“剪切增稠液体”制造的新型防弹衣，平时柔软舒适，一旦遭到刀等利物砍、刺，或高速子弹、弹片冲击，就在受到冲击的瞬间变得坚韧无比，而且能将冲击力 沿织物迅速分散开来，大大降低单位面积的压强。当冲击力消失之后，“剪切增稠液体”又恢复液体状态，织物也重新变软。“液体盔甲”年底问世 “剪 切增稠液体”技术由“美国特拉华州立大学合成物质研究中心”和“美国陆军研究实验室”下属的“武器和原料研究理事会”共同开发，仅授权美国“装甲控股公 司”生产相关产品。据悉，利用“剪切增稠液体”技术制造的新型防弹衣将于今年年底批量上市销售，每件售价为500至600美元。 又轻又软 又薄又刀枪不入的衣服，一直都只存在于神话和小说中，如黄蓉的软猬甲、貔貅甲等等。但盔甲的轻便性和防护性一直是一对不可调和的矛盾，即使是目前最先进 的防弹背心，其实也没比中世纪的盔甲在原理上高明多少，起主要防护作用的，还是插在里面的那块金属板。悍马军车也面临同样的问题，现在的轻装甲悍马，屡 遭驻伊美军诟病，因为防护能力明显下降，他们往往自己加焊几块铁皮以增强防护性。 现在，“液体装甲”的问世，彻底解决了这个问题。它就像 科幻小说中的物质，平时只是普通布料，一但遭到袭击，就瞬间变得坚韧无比，而且能把冲击力向四周扩散，将损伤降到最低。“液体装甲”的制作也非常简便，就 是把目前通用的“凯夫拉”防弹背心织物放在最新研制出来的纳米“神水”“剪切增稠液体”中浸泡一下，就大功告成。 工作原理不受冲击:粒子互不干扰呈液态受到冲击:粒子激烈碰撞变固态 “液 体装甲”的关键成分“剪切增稠液体”(STF)，由悬浮在聚乙二醇中的坚硬粒子组成。聚乙二醇是一种应用广泛的无毒液体，能承受的温度范围很广。极其细小 的硅微粒(非常坚硬)是STF的另一成分。这种流动性很强的液体和坚硬的微粒结合后，能形成一种性能不同寻常的材料。 “武器和原料研究理事会”“剪切增稠液体”项目的主管埃里克沃特泽尔解释道：“当运动缓慢时，硬质粒子能够到处运动，因此剪切增稠液体呈现液态，但当运动迅速的时候，硬质粒子互相碰撞，阻碍了彼此的运动，因此剪切增稠液体变得强韧。”五花八门的纳米武器 虽然目前纳米技术尚不成熟，但由于其具有的明显的军事潜力，因此极大地刺激着人们寻求纳米技术在军事上的应用。世界各主要军事大国相继制定了名目繁多的军用纳米技术开发计划。美国开发纳米技术的经费中有一半左右来自国防部系统；日本也认识到纳米技术在军事等方面应用的长远潜力，建成了第一个分子装配器；欧洲有关纳米技术的一项军事研究计划已在法国一个实验室开始起步目前，纳米技术的军事应用主要集中在纳米信息系统和纳米攻击系统两大类上。 纳米信息系统 纳米信息系统是指以纳米技术为核心的信息传输、存会、处理和传感系统。目前研制的主要有：微型间谍飞行器。该飞行器只有15厘米多长，能持续飞行1小时以上，它既可在建筑物中飞行，也可附在建筑物或设备上进行侦察，收集情报信息，它将成为对敌封闭设施进行侦察和军事对抗的理想工具。 袖珍遥控飞机。它是一种不足扑克牌大小的遥控飞行装置，机上装有感应器，可闻出些油机排出的废气，可在夜间拍摄红照片，把最新情报传回数百千米外的基地，或把敌军坐标传回导弹发射阵地。 “间谍草”。它实际上是一种分布式战场微型传感网络，外形看似小草，装有敏感的电子侦察你、照相机和感应器、它具有人的“视力”，可探测出坦克等装甲车辆行进时产生的震