第六章 物理学与材料科学和信息技术.ppt

4、同位素效应 同位素的质量越大，起始转变温度越低。 BCS理论（超导的电性理论）由巴丁、库柏和施里弗三人攻克。 二、常规超导与高温超导 1.常规超导材料按化学组成可以分为元素超导体、合金超导体、化合物超导体三种. 实用材料为合金超导体和化合物超导体。 2.高温超导材料研究过程(提高超导转变温度) 134K(加压164K) 现在 125K 铊钡钙铜氧 1987年底 赵忠贤,朱经武 92.8K以上 钇钡铜氧材料 1987.2 美国贝尔实验室 40K 氧化物 1986年底 贝德诺兹,缪勒 35K 镧钡铜氧陶瓷 1986.4 23.3K 铌锗合金 1973 昂纳斯 平均每5年1K 常规 1911~1973 发现者 临界温度 材料 年份 3.高温超导应用 高温超导材料的应用大致可分为三类：大电流应用、电子学应用和抗磁性应用。大电流应用超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。 超导输电线路：超导材料可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。超导导线的运载电流比常规导线大100倍. 超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。 超导磁悬浮列车　 利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。 悬浮列车的优点是运行平稳，没有颠簸，噪声小，所需的牵引力很小。悬浮列车也配备了车轮装置，它的车轮像飞机一样，在行进时能及时收入列车，停靠时可以放下来，支持列车． 纳米长度的度量单位。一纳米等于十亿分之一米的长度，相当于4倍原子大小，万分之一头发粗细；形象地讲，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。这就是纳米长度的概念。 　　人类知识大厦上存在着裂缝。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。两个世界之间存在一个过渡区--纳米世界。 一、纳米材料及其特性 §6.4 纳米材料与C60结构 今天如果你不生活在未来明天你将会生活在过去今天如果你不关注纳米明天你将被纳米所抛弃。 　 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,其性质会有重大变化。当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。 现代材料和物理学家所称的纳米材料是指固体颗粒小到纳米尺度的超微粒子（也称之为纳米粉）和晶粒尺寸小到纳米量级的固体和薄膜。 ■超微颗粒的特性 (1）小尺寸效应：尺寸小于临界尺寸时量变引起质变。 表现在：特殊的光学性质(所有金属颗粒物质呈现黑色);特殊磁学性质(磁性颗粒失去磁性)；特殊热学性质(熔点显著降低);特殊的力学性质(如纳米陶瓷有良好的韧性)。 金属纳米颗粒粉体制成块状金属材料，它会变得十分结实，强度比一般金属高十几倍，同时又可以像橡胶一样富于弹性。 (2）表面效应： 随着颗粒直径变小，相同的体积表面积增大活性增强。超微粉末容易燃烧和爆炸。金属纳米颗粒表面上的原子十分活泼。实验上发现如果将金属铜或铝作成纳米颗粒，遇到空气就会激烈燃烧，发生爆炸。可用纳米颗粒的粉体作成固体火箭的燃料、催化剂. (3）量子效应： 低温时，超微颗粒表现出与宏观物体不同的特性。比如导电的金属可以变为绝缘体。 纳米技术这个词汇出现在1974年。纳米科学、纳米技术是在0.10到100纳米尺度的空间内研究电子、原子和分子运动规律及特性。是国际上竞争的热点和难点。 纳米技术应用前景十分广阔。美国权威机构预测，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。 纳米技术将给传统产生和产品注入新的高科技含量,纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域都将引发“材料革命”. 二、纳米技术 ■纳米材料的莲花效应 莲花生长于池塘的淤泥中，却出污泥而不染，它可说是运用自然的纳米科技来达成自我洁净的最佳实例。经过科学家的观察研究，终于揭开了荷叶叶面的奥妙：荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。 经过电子显微镜的分析，莲花的叶面是由一层极细致的表面所组成。叶面上布满细微的凸状物,凹陷非地方充满了纳米级厚度的空气,再加上表面所存在的蜡质，这使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的接触。 液滴在自身的表面张力作