趣味科學(xué)實驗

內(nèi)容概要

《趣味科學(xué)實驗：神奇的納米世界》在充分考慮實驗趣味性和安全性的前提下，選取能源、環(huán)境、生物醫(yī)藥、紡織、建材等方面21個貼近生活的納米科學(xué)實驗，輔以大量圖片，使實驗方案與原理淺顯易懂，目的是拋磚引玉，激發(fā)讀者探究納米科技的興趣?！度の犊茖W(xué)實驗：神奇的納米世界》在詳細的實驗方案之外，還設(shè)有實驗原理、實驗問題、背景知識、應(yīng)用實例、拓展閱讀部分，增加了知識性、可讀性、趣味性和思考性。
《趣味科學(xué)實驗：神奇的納米世界》可供中小學(xué)、大專院校非納米科技專業(yè)師生使用，也可供從事納米科技的科普人員、管理人員以及廣大的納米科技愛好者閱讀和參考。

書籍目錄

編者的話
納米科技漫談
實驗一比表面積實驗
實驗二納米鋼皂去除異味
實驗三納米四氧化三鐵(Ⅰ)：超順磁性
實驗四納米四氧化三鐵(Ⅱ)去除污染物
實驗五納米四氧化三鐵(Ⅲ)催化制氧
實驗六納米二氧化鈦(Ⅰ)光催化
實驗七納米二氧化鈦(Ⅱ)：防霧鏡子
實驗八納米防霧眼鏡
實驗九納米自清潔玻璃——荷葉效應(yīng)
實驗十納米自清潔紡織品實驗
實驗十一防指紋印記納米涂料效果
實驗十二納米粒子的光散射——丁鐸爾現(xiàn)象
實驗十三產(chǎn)生熒光的納米半導(dǎo)體材料——量子點
實驗十四納米金層析試紙檢測三聚氰胺
實驗十五超長余輝發(fā)光納米材料
實驗十六短余輝稀土熒光納米材料 
實驗十七低輻射玻璃隔熱效果實驗
實驗十八LED燈節(jié)能效果實驗
實驗十九納米材料增注性能實驗 
實驗二十石墨烯制備實驗
實驗二十一納米剪切增稠液 
附錄Ⅰ四氧化三鐵納米顆粒的制備 
附錄Ⅱ納米金膠體的制備
附錄Ⅲ納米二氧化鈦的合成

章節(jié)摘錄

　　在物質(zhì)世界里，目前人類所能觀測到的宏觀尺度宇宙范圍是10億光年（圖0-1），如果以米為單位來表示，是1025米；地球的直徑約一萬千米，也就是107米（圖0-2）；足球的大小是22厘米左右，即約0.22米；跳蚤的大小是1毫米左右，即約10.3米；人頭發(fā)的直徑在80微米左右，即約8×10.5米；繼續(xù)縮小觀測范圍，透過光學(xué)顯微鏡把目光聚焦在1微米，也就是10.6米上，人類紅細胞便呈現(xiàn)在我們眼前。好，讓我們繼續(xù)向微觀世界推進，到0.1微米，也就是10.7米，借助電子顯微鏡，就可以看到病毒的模樣；再小的話，到了10.9米，也就是1納米（nm），在這個范圍里，可以看到DNA的圖像！　　納米到底是怎樣的一個度量單位呢？讓我們插上想象的翅膀，進入奇妙的納米世界吧！　　納米是一個長度單位，如果把1米和1納米作比較，它們相差109倍。109是個什么概念呢？把一個高爾夫球放大109倍，它就和地球一般大?。▓D0-4）；人們常用細如發(fā)絲來形容纖細的物體，實際上一根發(fā)絲的直徑約為8萬納米；把10個世界上最輕的原子―氫原子排列成一條線，就是一個納米的長度。　　圖0-4放大109倍的高爾夫球與地球比較　　科學(xué)家們把1～100納米的特定范圍稱為納米尺度（圖0-3）。那么，在納米尺度范圍內(nèi)研究物質(zhì)的特性和相互作用，包括對原子、分子的操縱，就叫做納米科技?！　∪藗儾唤獑枺杭{米尺度那么小，我們?nèi)绾斡^察和操縱呢？這就要用到被譽為納米科技研究“手”和“眼”的掃描隧道顯微鏡(STM）了?！　±肧TM，可以實時地觀測單個原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)以及與表面電子行為有關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì)；操縱原子和分子，并重新排列和組裝，能讓它產(chǎn)生奇異特性（圖0-5）。　　其實具有納米結(jié)構(gòu)的物質(zhì)在自然界中早已存在，只是在沒有電子顯微鏡的條件下，我們不曾發(fā)現(xiàn)它們。荷花表面為什么不易染塵沾水？飛行的昆蟲為什么有自潔功能？海豚、蜜蜂、鴿子為什么能找到回家的路線？孔雀、蝴蝶的翅膀以及蛋白石為什么會呈現(xiàn)五彩繽紛的色彩(圖0-7）？這都是“納米”的鬼斧神工?！　‖F(xiàn)在，我們借助電子顯微鏡一類的工具，已經(jīng)搞清楚其中的一部分奧秘了，那就是它們的體內(nèi)或者體表都存在著納米級的粒子或者納米結(jié)構(gòu)。所以，探索它、發(fā)現(xiàn)它、制造它，就成為人類仿生學(xué)的重要內(nèi)容之一?！　〖{米科技是一門多學(xué)科交叉的科學(xué)技術(shù)，它包括電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)以及信息學(xué)、工程技術(shù)學(xué)等幾乎所有學(xué)科。因此，納米科技的健康發(fā)展將給人類社會帶來一場深刻的、革命性的變革?！　】茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，普通材料加工到納米尺度后會表現(xiàn)出一系列奇異的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性。比如，原本導(dǎo)電的銅加工到某個納米尺寸就不再導(dǎo)電，而絕緣的二氧化硅在達到某個納米尺寸后開始導(dǎo)電。這是因為物質(zhì)在納米尺度下具有納米效應(yīng)，即：表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。　　假設(shè)物體是球形實心微粒，密度是固定的，它的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，由于比表面積是單位質(zhì)量（或單位體積）物質(zhì)所具有的表面積，故其比表面積與直徑成反比。所以，隨著顆粒變小，比表面積將會顯著增大（圖0-8和表0-1）。　　在電子顯微鏡的電子束照射下觀察這些超微粒，你會發(fā)現(xiàn)，它們的表面仿佛處于“沸騰”狀態(tài)，有很多不飽和鍵，具有很高的活性。這是納米級物質(zhì)具有表面效應(yīng)的根源。　　隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒的質(zhì)變。由顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)?！　∥镔|(zhì)尺寸變小其比表面積增加，從而會產(chǎn)生一系列新奇的性質(zhì)，這包括特殊的光學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)等。比如：當(dāng)黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在其尺寸小于光波波長時都呈現(xiàn)黑色。再比如，當(dāng)金屬被加工到納米級別時，其熔點比大塊金屬的熔點大幅度降低(見表0-2）。以銀為例，150納米以上的銀的熔點是962℃，當(dāng)被加工到5納米時，熔點就降低到100℃，放到沸騰的水中即可熔融。　　……

圖書封面

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