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讲义一纳米材料简介.DOC第一章迷人的纳米材料和纳米科学纳米材料简介(讲义)如果有人告诉你,铁会在空气中11动燃烧起来,你一定不会相信。在现实生活中,人民即使将铁钉、铁丝烧的发红,它们也不会燃烧起来。可是,如果把粉末状的还原铁粉撒在酒精灯的火焰上,这些铁粉就会燃烧起来,在光线较暗的室内,可以见到灯焰周围形成许多明亮的火星。不进入四,化学家们还能用化学方法制得一种微粒更细小的乌黑色铁粉,平时放在密封性好的容器内,如果将它们撒到容器中,立刻就会11燃,形成一簇簇的火花。由此可见,由于铁物质颗粒大小的变化,会改变铁原有的一些性质。而纳米材料和纳米科学正是源于微粒大小的不同而造成性质不同,从而成为当今科学界研究的热点。火中取钻蜡烛的火焰总是闪动着钻石一样的光芒。英国华人学者周午纵和同事最近完成的一项研究显示,在蜡烛火焰屮确实存在着纳米尺度的钻石颗粒,将来可能因此发现新的生产钻石的途径。这一成果已经发表在英国《化学通讯》杂志上。这个吸引人的“钻石级”发现,其源头却是一次跨学科的闲聊。英国圣•安徳鲁斯大学化学系教授周午纵说:“我是做物质微结构分析的,而朋友谢菲尔徳大学的张阳教授是研究燃烧的,有一次就聊到蜡烛火焰中究竟有什么,结果发现己有学术文献对此还不是很清楚,于是决定想办法看看。”周午纵在接受新华社记者采访时说,以前研究蜡烛火焰多釆用两种方法,一种是使用光谱等手段的原位分析法,但分辨率常常不够,另i种是用探针伸进火焰获取样本,虽然探针进出火焰只有零点几秒,但获取的样本也会在此期间因为火烤而发生变化。因此从事微结构研究的周午纵就想出了一个新的办法,即用电化学方法处理氧化铝薄膜,使其上分布有直径为几十个纳米的微小孔洞,将这种薄膜放入蜡烛火焰屮,火焰中存在的物质就会钻进纳米孔洞,同时也就避开了火焰,可以获得较好的样本。研究小组的苏梓学I専士进行了实验,结果发现,这些纳米孔洞中含有碳的所有四种形态,即无定形碳、石墨、富勒烯和钻石。过去人们知道,在蜡烛火焰底部是碳水化合物,火焰顶部的产物是二氧化碳,而对火焰之中发生了什么,细节并不清楚。本次研究首次揭示了碳元素在火焰之中还会发生如此丰富多彩的变化。周午纵说:“据估计,在蜡烛火焰闪动的每一秒,都会产生大约1507J个纳米尺度的钻石颗粒。”除蜡烛火焰外,周午纵的团队还用煤气和木头做了实验,在其火焰中也发现了钻石颗粒。对于中国人常用的煤炭,虽然还没有进行测试,但他也认为其火焰中“很有可能存在钻石颗粒”。不过,要从火焰中取出钻石来现在还有难度。因为这些钻石颗粒极为微小,很快就在火焰中燃烧了。对于“火中取钻”的前景,周午纵表示,将来如果有研究者顺着这个方向继续深入探索,有可能找到一种成本较低的生产钻石新途径。科学家从电子层面上研究石墨烯英国曼彻斯特大学教授安徳烈•海姆与康斯坦丁•诺沃肖洛夫因制备石墨烯而获得2010年诺贝尔物理学奖。现在,他们乂从电子层面上研究了这种被认为是硅终结者的“神奇材料”,并声称这是石墨烯迈向实际应用的“巨大跃进”。石墨烯是从石墨材料屮剥离出来的、由碳原子组成的二维晶体,只有一层碳原子的厚度,是迄今最薄、同吋也是最坚硬的材料,导电、导热性能超强,几乎完全透明。很多人认为,石墨烯可能将取代硅成为未来的电子元件材料,在超级计算机、触摸屏和光子传感器等多个领域“大显身手”。海姆和诺沃肖洛夫7月24日在英国《自然一物理》杂志上发表论文说,为