神通廣大的納米材料-鄭州市第一〇二高級中學

·脾氣暴躁、易燃易爆的納米金屬顆粒
　　納米材料是納米科學技術最基本的組成部分。現(xiàn)在可以用物理、化學及生物學的方法制備出只包含幾百個或幾千個原子、分子的“顆?！?。這些“顆?！钡某叽缰挥袔讉€納米。如果按照一般的經驗，原子與原子之間的距離為0．2納米左右?？梢怨烙嫵鲈诔叽鐬?納米的立方體“顆?！敝校傲⒎筋w?！钡拿恳贿吷现荒芘帕?個原子，總體可容納125個原子，但是其中98個原子在表面上。眾所周知，表面上的原子只受到來自內部一側的原子的作用。因此，它們很容易與外界的氣體、流體甚至固體的原子發(fā)生反應，也就是說十分活潑。實驗上發(fā)現(xiàn)如果將金屬銅或鋁做成幾個納米的顆粒，一遇到空氣就會產生激烈的燃燒，發(fā)生爆炸。有人認為用納米顆粒的粉體做成火箭的固體燃料將會有更大的推力，可以用作新型火箭的固體燃料，也可用作烈性炸藥。另外，用納米金屬顆粒粉體作催化劑，可加快化學反應過程，大大地提高化工合成的產率。

　　　　　
　　具有晶體管開關作用的芯片工作原理：當柵極上加以適當電壓時，關閉芯片電流中斷（見詳圖左）：當柵極開通時，電流流過中間的溝道（見詳圖右）。溝道越短開關時閏越短運行速度越快。

　　·材料世界中的大力士──納米金屬塊體
　　如果把金屬納米顆粒粉體制成塊狀金屬材料，它會變得十分結實，強度比一般金屬高十幾倍，同時又可以像橡膠一樣富于彈性。人們幻想在下一個世紀，總有一大會制造出具有如此神奇性質的納米鋼材和納米鋁材。用這種材料制造汽車、飛機或輪船，會使它們的重量減少到1／10。可以想像，一輛摩托車的重量會變成只有20－30公斤，一個女中學生會輕易地將它扛上樓去。

　　·剛柔并濟的納米陶瓷
　　人們日常生活中最常用的陶甕材料具有硬而脆的特點。硬是說它可以做刀具切削金屬，脆是說它耐不住沖擊，甚至一摔就碎。陶瓷的另一長處是耐高溫，在1000℃的高溫下也不變形?，F(xiàn)在，用納米陶瓷粉制成的陶瓷已經表現(xiàn)出一定的塑性，這個問題一巳被徹底解決，會在汽車發(fā)動機上大顯身手，徹底甩掉發(fā)動機的冷卻水套，使發(fā)動機工作在更高的溫度下，汽車會跑得更快，飛機會飛得更高。納米陶瓷粉體作為涂料的添加劑已得到廣泛的應用，這些特種涂料涂在塑料或木材上，具有防火、防塵和耐磨的性能。　　·善變顏色的納米氧化物材料　　氧化物納米顆粒最大的本領是在電場作用下或在光的照射下迅速改變顏色。平常人們戴的變色眼鏡含有一種光敏鹵化物材料，但是變色的速度慢。用納米氧化物材料做成的變色鏡就不一樣了。用它做成士兵防護激光槍的眼鏡是再好不過了。還有將納米氧化物材料作成廣告板，在電、光的作用下，會變得更加絢麗多彩。

　　·法力無邊的半導體納米材料
　　半導體納米材料的最大用處是可以發(fā)出各種顏色的光，可以做成超小型的激光光源。它還可以吸收太陽光中的光能，把它們直接變成電能。這種技術一旦實現(xiàn)，太陽能汽車、太陽能住宅就會使人們居住的環(huán)境更加美麗，空氣更加清新。利用特種半導體納米材料使海水淡化在中東已得到應用；半導體納米材料作成的各種傳感器，可靈敏的檢測出溫度、濕度和大氣成分的變化，在汽車尾氣和大氣環(huán)境保護上已得到應用。

　　·納米藥物和納米保健食品
　　把不容易被人體吸收的藥物或食品，如維生素等作成納米粉或納米粉的懸浮液極易被吸收。如果把納米藥物做成膏藥貼在患處，藥物可以通過皮膚直接被吸收，而無須注射，省去了注射的感染。

　　目前，納米材料在食品、化妝品、醫(yī)藥、印刷、造紙、電子、通訊、建筑及軍事等方面都得到越來越多的應用。

被囚禁的電子和未來的電子學器件

　　把自由運動的電子囚禁在一個小的納米顆粒內，或者在一根非常細的短金屬線內，線的寬度只有幾個納米，會發(fā)生十分奇妙的事情。由于顆粒內的電子運動受到限制，原來可以在費米動量以下連續(xù)地具有任意動量的電子狀態(tài)，變成只能具有某些動量值，也就是電子動量或能量被量子化了。自由電子能量量子化的最直接的結果表現(xiàn)在，當在金屬顆粒的兩端加上電壓，電壓合適時，金屬顆粒導電；而電壓不合適時，金屬顆粒不導電。這樣一來，原本在宏觀世界內奉為經典的歐姆定律在納米世界內就不再成立了。還有一種奇怪的現(xiàn)象，當金屬納米顆粒從外電路得到一個額外的電子時，金屬顆粒具有了負電性，它的庫侖力，足以排斥下一個電于從外電路進人金屬顆粒內，切斷了電流的連續(xù)性，這使得人們想到是否可以發(fā)展用一個電子來控制的電子器件，所謂單電子器件。單電于器件的尺寸很小，一旦實現(xiàn)，把它們集成起來做成電腦芯片，電腦的容量和計算速度不知要提高多少倍。然而，事情可不是像人們所設想的那么簡單。起碼有兩個方面的問題向當前的科學技術提出了挑戰(zhàn)。實際上，被囚禁的電子可不是那么“老實”，按照量子力學的規(guī)律，有時它可以穿過“監(jiān)獄”的“墻壁”逃逸出來，一方面在新一代芯片中似乎不用連線而相關聯(lián)在一起，當然，需要新的設計才能使單電子器件變成集成電路。另一方面也會使芯片的動作不可控制。歸根結底，在這一世界中電子應被看成是“波”而不是一個粒子。所以盡管單電子器件已經在實驗室用得以實現(xiàn)，但是真是要用在工業(yè)上，還需要假以時日。

1、大塊固體材料中的電子可以自由地在固體內運動電子之間相互碰撞使它們的運動速度達到熱平衡。
2、在納米顆粒內的電子數(shù)目大大地減少，所有的電子被囚禁在一個深勢阱內，只能占據(jù)不同的能量狀態(tài)。3、庫侖阻塞現(xiàn)象：納米顆粒上有了一個電子后電子的庫侖力阻擋下一個電子。只有這一電子逃逸后下一個電子才能到納米顆粒上。

電子云的波

　　被限制在納米尺寸的電子被“墻壁”往復發(fā)射形成的波。