纳米技术在宇航领域的运用

leevihua

自从Blackbird版主出了两个题目给我，我就成了网中人。。。  为何呢？当然是因为Blackbird版主给的题目太有水准了，让我成天在搜寻相关资料，不能自拔。。。

终于找到一些文章片断。。。  有谈到纳米技术在宇航领域的运用。。。  在此小弟抛砖引玉，开个题目，希望会刺激票房啦


*** *** ***

科学家们正在探索一种新的技术，它可以使传统的化学火箭变得更加“苗条”。例如有一种像蛛丝一样的材料（是一种超薄的薄膜），可能用于制作天线或光电线路板，以取代现在正在使用的大而重的部件，甚至可以用于建造提供飞船能量的太阳能帆板，使它每平米只有4-6克重。

　　一些合成材料，例如像用于碳化纤维网火箭和高尔夫球棒的合成材料，目前已经在保证安全性的条件下，广泛用于宇宙飞船的设计，它可降低飞船重量，但不降低其强度。一种被称为“碳纳米管”的新型碳材料发展很快，最好的合成材料的强度仅是钢材的3到4倍，而碳纳米管则是钢材的600倍。

兰利研究中心(美国著名的结构和材料研究中心)主任、科学家丹尼斯·布希纳尔解释说：“这个不同寻常的强度来自碳纳米管的分子结构，它们看上去有点像 鸡肉卷进了一个四周是碳原子的六角型圆柱”。典型的碳纳米管大约有1.2-1.4纳米(1纳米只有一米的十亿分之一），仅是碳原子半径的十倍。


在碳纳米管中，碳原子的格子像一个悬挂着的钉板。其他的原子和分子可以钉在上面并赋予纳米管特殊的化学、电子或热特性。

leevihua

碳纳米管的可拉长强度已经远远超过其他高强度的材料。上图的四个图柱(由左到右)分别代表碳纳米管，石墨纤维，芳香尼龙纤维B和不锈钢。注意垂直轴是它们的强度。图中的每一增量是10的乘方。

　　被国人在商业上大肆炒作的纳米技术在宇航科技中却是非常实际的东西。设想一下如果一个太空船自己有贮存能量的能力，不需要笨重的电池；或者它的表面不需要另加作用力就可以自动弯曲；或者电路可以直接接到航天飞机内部。当太空船使用的材料可以按照分子等级来设计时，就可能实现上述的整体结构。

　　人的皮肤可以自行愈合，有些性能先进的材料也可以做到这一点。能自行愈合的材料由被称为“离聚物”的长链分子构成，当像子弹这样的物体靠近它时，它就会有反应。太空船可以采用这样的“皮肤”，因为太空中到处都是从彗星和小行星发出的快速移动的像小子弹一样的碎片。一旦这些鹅卵石大小沙砾中的一个击穿太空船的盔甲，太空船就会出现危险。如果太空船的盔甲上有一层能够自己愈合的材料，就可以保证船舱万无一失。

　　人可以感受到他们身体任何部位的刺激，甚至最轻微的刺痛也可以引起人体的反应。这是一种令人惊奇的自我监控系统——可能是因为你的肌肤里有数百万用显微镜才能观察到的神经末梢，它们能将这些信号传递给大脑。

　　同样的，制造太空船应急系统的材料里，也可以装入纳米大小的传感器，这些传感器持续不断地监视材料的状况。如果某个部件出现故障——也就是它感觉到不妙时，这些传感器就会在事故发生前通知中央电脑。

http://ilovebsd.spaces.msn.com/blog/

leevihua

简单说来，纳米技术就是一种生物科技。。。  能随需求而量身订作。。。

如果真的有一种能自行愈合，轻便而坚固无比的物质，那绝对是宇航研究人员梦寐以求用来制造飞机和太空梭的材料！！！

大家有何看法？

blackbird

原帖由 leevihua 于 24-7-2006 12:47 AM 发表
简单说来，纳米技术就是一种生物科技。。。  能随需求而量身订作。。。

如果真的有一种能自行愈合，轻便而坚固无比的物质，那绝对是宇航研究人员梦寐以求用来制造飞机和太空梭的材料！！！

大家有何看法？

嘿嘿！本来这是我想做的毕业论文但是已换去合成物了！
纳米科技应不是生物科技或者以我的愚见称它为 压缩科技哈哈！ah chan的哥哥是这行的博士研究生！
其中一点你所提到的自动弯曲，我看过一篇讲是飞机的 removable control part （如 flap 副翼）没有分开的。

小声告诉你：如大家踊跃讨论及有更多相关研究 资料,我会将这帖列为精华！

加油哦！

blackbird

leevihua

原帖由 blackbird 于 24-7-2006 01:33 AM 发表

嘿嘿！本来这是我想做的毕业论文但是已换去合成物了！
纳米科技应不是生物科技或者以我的愚见称它为 压缩科技哈哈！ah chan的哥哥是这行的博士研究生！
其中一点你所提到的自动弯曲，我看过一篇讲是飞机的 ...

Blackbird版主给了一个好大的萝卜，可是这个课题还真不好搞。。。  前途茫茫。。。  大家帮帮忙啦~  这可是博士论文份量的题目哦

leevihua

先从简单的谈起吧！


纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。它是在0.10～100纳米（即十亿分之一米）尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。由于纳米技术将最终使人类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，所以被认为是对21世纪一系列高新技术的产生和发展有极为重要影响的一门热点学科，被世界各国列为21世纪的关键技术之一，并投入大量的人力物力进行研究开发。

纳米技术的思想是1959年美国物理学家费曼（Feynman R.P.）提出。到了70年代后半期，有人倡导发展纳米技术，但是当时多数主流科学家对此仍持怀疑态度。在70年代中期到80年代后期，不少科学家相继在实验室制备得到纳米尺寸的材料，并发现这种材料具有不少奇妙特性。1990年，当国际商用机器公司（IBM）的科学家运用扫描隧道显微镜将氙原子拼成了该公司商标"IBM"，这是第一次公开证实在原子水平有可能以单个原子精确生产物质，纳米技术开始成为媒体关注的热点。1990年7月，在美国巴尔的摩召开的第一届国际纳米科技大会，标志着纳米科技的正式诞生。


找到费曼的玉照


费曼在教课



取自R. P. Feynman的书 ``Space-time approach to Quantum Electrodynamics''



目前，纳米科技主要包括纳米生物学、纳米机械学、纳米电子学、纳米材料学以及原子、分子操纵和纳米制造等很多领域。扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）在其中起着重要作用。


http://www.itelab.com/chinese/concept/nanometer.htm

[ 本帖最后由 leevihua 于 25-7-2006 11:15 PM 编辑 ]

leevihua

纳米、纳米材料、纳米技术

    纳米（nanometer)原自拉丁文，意思是“矮小”。数学符号是：nm。它如同厘米、分米和米一样，是度量长度的单位，一纳米等于十亿分之一米，将一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。

    纳米材料是指尺寸小于100nm（0.1-100nm)的超精细颗粒构成的材料的总称。由于纳米尺寸的物质具有突出的表面效应、小尺寸效应和量子限域效应，因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。

    纳米技术是指在微观环境下，通过直接操纵和安排原子、分子、原子团和分子团，使其重新排列、组合，创造出新的物质或物品的高新技术。纳米的确微乎其微，然而纳米构建的世界却是神奇而宏大的。21世纪，信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术是科学技术发展的主流。人们普遍认为，纳米技术是信息和生命科学技术能够进一步发展的共同基础。纳米技术所带动的技术革命及其对人类的影响，已远远超过电子技术。

leevihua

纳米的历史及其发展现状


    一纳米是一米的十亿分之一。纳米科技中以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界，最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。

    1959年，著名物理学家、讷贝尔奖获得者理查德费曼预言，人类可以用小的机器制作出更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个的排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。

    20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出的有关纳米科技的构想，1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。

    1982年，科学家发明研究纳米的重要工具--扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子、世界，对纳米科学技术发展产生了促进作用。

    1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。

    1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点。讷贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。

    1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。

    1999年，巴西和美国科学家在进行碳纳米管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。

    到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额达到500亿美元。近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。科学家为我们勾勒了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子器件，巨型计算机就能装入口袋里；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的，成为一种重要材料；世界上还将出现1微米以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点等。

    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。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。中国科学院在知识创新试点工程中，也将纳米材料的研究和开发列入首批20个重大项目之一，并投巨资予以支持。



转载自《科学新闻》周刊

[ 本帖最后由 leevihua 于 25-7-2006 11:37 PM 编辑 ]

leevihua

纳米带来美好生活


最近，新加坡科学家在利用纳米技术治疗裂骨方面取得突破。实验中，专家在大鼠脚骨上制造了大约3毫米的裂缝，然后把以纳米材料制成的骨头构架植入裂缝中，结果5个月后成功让骨头完全愈合。这是纳米技术在医学领域的又一次成功应用，但“纳米”究竟会给我们带来怎样的新生活呢？

皮振邦教授介绍说，从第一次工业革命到现在，真正称得上主导技术的只有4次，而“纳米”技术将成为第五次推动社会经济各领域快速发展的主导技术。更重要的是，传统的技术进步往往会耗费巨大的自然资源，而“纳米技术”则将在知识经济中成为最大的节省再生资源和能源的标志。

专家预言，借助纳米技术，未来我们有可能用基因芯片、蛋白质芯片组装成“纳米机器人”，通过血管送入人体去侦察疾病；携带DNA去更换或修复有缺陷的基因片段。有可能用纳米药物来阻断血管饿死癌细胞。使用纳米诊断仪只需检测微量血液就可从蛋白质和DNA上诊断出各种疾病。利用碳纳米管，我们可以搭建强度比钢高一百倍，但重量只有钢的六分之一的新型建筑，摩天大楼将修得更高。而用碳纳米材料替代硅芯片，将引发电脑行业的革命……

皮振邦教授表示，未来会出现很多自然界并不存在的强度高、对环境友好、节省能源和资源的新型材料，这一影响不会低于现在的计算机、微米技术给人类带来的影响。

leevihua

纳米 - 商业炒作？！





专家认为，目前社会上已有对纳米商业炒作的不良倾向：有的趁大众对纳米的内涵还不太清楚之际，胡乱标榜自己的产品出自“纳米技术”；有的做了一点点皮毛的工作(例如涂料里加些细粒、织物里加点微粉等)，就自称对纳米技术的发展有“突破”；有的还进行虚假预测，企图使股民买其股票。

以“纳米洗衣机”为例，专家说，“纳米洗衣机”只能说是添加了纳米材料的洗衣机，纳米材料还只是应用在滚筒洗衣机外桶的内壁上，而对于最容易产生污垢的内桶的外壁还没有很好的解决办法，因为纳米材料不能单独附着在金属的表面，它需要用二氧化硅作为载体并用三氧化二铝作为稳定剂，才能保证银离子持续、稳定地向外释放。如果硬要在光滑如镜的不锈钢内胆外壁挂上纳米材料，还需要克服甩干时产生的巨大离心力以及材料表面的张力才有可能办到，这在经济上是很不划算的事情。另外，如果在全自动滚筒洗衣机的塑料桶上使用纳米材料，在技术上也存在着诸多困难。

对于“纳米冰箱”，专家说，其实只不过是添加了氧化钛的纳米无机物，产生了一定的抗菌性能。

最近甚至还有人打起了“纳米水”的主意，开发者声称，自来水里又有漂白粉，又有病菌，还有铅、水银等有毒重金属。看起来，自来水比毒药还可怕。而“纳米水”在开发者眼里，“能对高血压、糖尿病、老年痴呆、皮肤过敏等十几种疾病产生显著疗效。每天喝一杯纳米水，人们将不用吃药、打针”。按照开发者的演示：两杯清水里加入纯蓝墨水，然后抓起一把“纳米珠”放到其中一个杯子里，几分钟后，这杯水颜色变淡。这样一盒“纳米珠”，标价为300元。

事实上，要实现“化蓝为清”的表演效果，有许多种简单的化学反应都可以做到，与“纳米”技术没有任何关系。


http://www.cas.ac.cn/html/Dir/2001/12/04/5098.htm

[ 本帖最后由 leevihua 于 25-7-2006 11:41 PM 编辑 ]

leevihua

如何鉴别真伪纳米产品

伪纳米产品有什么特点?

中科院化学所漆综能教授说，真正的纳米技术必须具备两个条件，二者缺一不可：一是纳米尺寸。纳米是一米的十亿分之一，略等于45个原子排列起来的长度，是绝对微观世界的概念；二是自然界里所没有的新物性。

“伪纳米”一般来说都沾了第一条的边，但是它的纳米尺寸没有表现出自然界里所没有的新物物性——既不同于微观分子、原子，又不同于宏观物体的物理性质。以所谓的“纳米粉”为例，它完全是借纳米概念进行炒作，因为它没有新的物性，不具备上述两个条件中的第二条。

上海交通大学生命科学技术学院教授林志新说，从目前的研究成果来看，处在纳米状态的大部分物质的作用还没有被确定，因此将纳米技术运用到产品中尚需时日。


http://www.cas.ac.cn/html/Dir/2001/12/04/5098.htm

[ 本帖最后由 leevihua 于 25-7-2006 11:34 PM 编辑 ]

leevihua

纳米，有时也会带来伤害


不少专家对纳米概念的炒作表示出担心。皮振邦教授还提到了纳米技术可能出现的负效果，他表示：纳米材料是非常小的微粒，如果应用不得当，比如在一些药物中任意应用，也可能突破人体内的一些屏障，对人类的健康造成伤害。

他介绍说，他的课题组曾在一项中药研究项目中提出纳米的方向，但有专家表示疑虑：这种药材需要做到那么细吗？具体微小到什么程度能有最好疗效？……这些都值得商榷。皮教授表示，全面看待纳米技术带来的技术进步和可能出现的弊端，表明人们对纳米技术的认识更加理性、成熟。

皮教授的观点与近日英国科学家针对纳米危害提出的一份报告的观点相近。该报告呼吁重视这种微粒给人类生活带来的影响，建议规范和检验纳米产品，把纳米产品对人体健康和环境的潜在危害降到最低限度。

皮教授表示，目前的问题是，人们不清楚人造纳米微粒及纳米管被人体吸入、通过皮肤吸收及在环境中蓄积，会给人体健康和环境带来什么危害。他强调，目前国内对纳米产品的监控还是一片空白，对于涉及到普通市民安全的纳米产品，人们对应当怎样防护考虑得还不够。纳米技术是美好的，但我们应该把未来的不确定性和风险性降到最低，在这样的情况下逐步发挥纳米技术的应用潜力，为人类造福。


喷上致密金膜发丝拍成“水桶” 探秘地大“环境扫描电子显微镜”

2日，记者在皮振邦教授的研究生龙涛的引领下，参观了地大今年4月刚引进的一台荷兰产“环境扫描电子显微镜”(见上图），价值180多万元。这台显微镜是纳米材料研究的好助手，能将被观测物体放大700万倍，“将一根发丝拍成‘水桶’也不是问题！”

进实验室，首先要换上拖鞋，透过实验室的窗户可以看到工作人员正在三台液晶显示器前工作。环境扫描电子显微镜已经完全实现了电脑操作，研究人员只需点击鼠标，就能完成所有的调焦成像等一系列观察动作，最后被放大的图像将直接呈现在液晶显示器上。据介绍，观察物体前，还需在物体表面喷上一层致密的金膜，使被观测物体能够导电，加上这样一道昂贵的“工序”，“观察一次形成图片，费用大概在300元左右。”

科研人员介绍，这种显微镜的工作原理就是能够利用一定能量的电子束去轰击样品表面，使电子与样品表面发生相互作用（喷上金膜就是使样品能够导电），并产生有用信息，通过一定的技术手段分析数据并最终成像，可以直接观测到样品表面的微结构、形貌以及元素的分布等。据悉，这一设备对研究岩石、古生物化石、金属材料（包括飞机、汽车等）具有非常重要的作用。



http://www.dyyz.net.cn/chemistry/list.asp?id=752

[ 本帖最后由 leevihua 于 25-7-2006 11:43 PM 编辑 ]

blackbird

leevihua友， 我觉得你的帖有注重讲解纳米科技的发展可是没谈到应用到宇航科技内。
这和科学论坛的帖有相同的地方，请做调整！

无论如何，也得感谢你抽出时间因为这也不是简单的东西吧！

leevihua

原帖由 blackbird 于 1-8-2006 12:34 AM 发表
leevihua友， 我觉得你的帖有注重讲解纳米科技的发展可是没谈到应用到宇航科技内。
这和科学论坛的帖有相同的地方，请做调整！

无论如何，也得感谢你抽出时间因为这也不是简单的东西吧！

是是是...  網上很難找到纳米科技应用到宇航科技的資料...  唉~

我會留意...  準備長期考察

[ 本帖最后由 leevihua 于 1-8-2006 10:25 AM 编辑 ]

blackbird

如你有兴趣你可以短息你的email 地址给我后我电邮你一些资料。

leevihua

謝謝BLACKBIRD版主給的珍貴資料...  我會逐步將我的翻譯成果貼上...  希望會刺激票房啦


分子方面的研究將影響未來的飛機結構

- 碳納米: 比鋼鐵更堅硬,比鋁更輕的碳納米,將左右未來機翼和機艙的設計.

- 分子電子: 軟體置入建材,允許航空電子系統和機身融為一体.

- 納米感觀: 大量的 (機身?搭客?) 健康觀察能力

- 納米脈沖: 機身附有廣大而高敏感度的類似皮膚.


翻譯得不好,請BLACKBIRD版主更正...  其實第二點和第三點我也不太明白

blackbird

leevihua友，你的纳米科技如何了？为何没看到你的发帖的？

现在，我有个project 也是做关于纳米科技的但是应用在航太。
希望能交流

leevihua

原帖由 blackbird 于 5-9-2006 06:38 PM 发表
leevihua友，你的纳米科技如何了？为何没看到你的发帖的？

现在，我有个project 也是做关于纳米科技的但是应用在航太。
希望能交流

回BLACKBIRD版主,我對自己第一篇的翻譯翻得一頭霧水,分子電子和納米感觀是什麼冬冬?

這裡沒有几個人對NANO TECHNOLOGY有興趣,我自己翻得也不懂對不對...  所以最近怠慢了

blackbird

原帖由 leevihua 于 6-9-2006 09:44 AM 发表



回BLACKBIRD版主,我對自己第一篇的翻譯翻得一頭霧水,分子電子和納米感觀是什麼冬冬?

這裡沒有几個人對NANO TECHNOLOGY有興趣,我自己翻得也不懂對不對...  所以最近怠慢了

有英文吗？慢慢来吧！我会支持你的。