金石博览|纳米?武器!

 

  金石博览  

探索知识的奥秘,在“金石”的闪耀光芒中追寻其中蕴藏的“智”与“慧”,读者们不仅能够领略科学的魅力,也能体悟到博览群书、收获新知的喜悦。
 
 

小金

 

 
 
书友们,好久不见!今天我们先从几种超级厉害的武器讲起!
 
“麻雀”卫星:这种卫星比麻雀略大,质量不足10kg,具有可重组性和再生性,成本低、质量好、可靠性强。
“蚊子”导弹:利用纳米技术制造的形如蚊子的微型导弹,可以起到神奇的战斗效能。纳米导弹直接受电波遥控,可以神不知鬼不觉地潜入目标内部,其威力足以炸毁敌方火炮、坦克、飞机、指挥部和弹药库。

“苍蝇”飞机:这是一种如同苍蝇大小的袖珍飞行器,可携带各种探测设备,具有信息处理、导航和通信能力。其主要功能是秘密部署到敌方信息系统和武器系统的内部或附近,监视敌方情况。这些纳米飞机可以悬停、飞行,敌方雷达根本发现不了它们。

 

“蚂蚁士兵”:这是一种通过声波控制的微型机器人,这些机器人比蚂蚁还要小,但具有惊人的破坏力。它们可以通过各种途径钻进敌方武器装备中,长期潜伏下来。一旦启用,这些“蚂蚁士兵”就会各显神通:有的专门破坏敌方电子设备,使其短路、毁坏;有的充当爆破手,用特种炸药引爆目标;有的释放各种化学制剂,使敌方金属变脆、油料凝结或使敌方人员神经麻痹、失去战斗力。

此外,还有被人称为“间谍草”或“沙粒坐探”的形形色色的微型战场传感器等纳米武器装备。所有这些纳米武器组配起来,就建成了一支独具一格的“微型军”。纳米武器的出现和使用,将大大改变人们对战争力量对比的看法。纳米技术还具有很高的电磁波吸收系数,将纳米材料加入飞机、坦克中,用以吸收雷达波,于是隐形飞机、隐形坦克问世了。隐形武器在战场上神出鬼没,出现于战场的不同角落。

 

 

 

上面这些武器真是超级厉害!

 
 
没错!而且它们都有一个共同点,那就是用到了纳米科学技术!

纳米科学技术是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新技术,它的基本含义是在纳米尺寸(10-9~10-7m)范围内认识及改造自然,通过直接操作及安排原子、分子来创造新的物质。纳米科技是研究由尺寸在0.1~100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及其在实际应用中的技术问题的科学技术。

 
 
 
随着新的研究方法与新仪器的问世以及学科间的渗透,人们对纳米科技、纳米材料的研究与应用越来越深入。纳米晶体材料的特点是晶粒极其细小,缺陷密度高,界面所占体积百分数很大。纳米晶体材料结构上的特性使其具有诸多传统粗晶、非晶材料无可比拟的优异性能。如光、热、电、磁等物理性能与常规材料不同,电阻随尺寸下降增大,电阻温度系数下降甚至变为负数;绝缘体的氧化物达到纳米级时,电阻下降;纳米氧化物对红外、微波有良好的吸收;纳米氧化物、氮化物在低频下,介电常数增加几倍,能极大地增强效应;纳米氧化铝、钛、硅等有光致发光现象;由于比表面积显著增加,键态严重失配,化学性质与化学平衡体系出现很大的差异,可用于化工中催化效应、不相溶材料的合成、复合材料的开发、改善物理及力学性能等。因此,纳米结构的出现不仅为人们研究晶体缺陷提供了模型材料,而且为材料的技术应用开创了广阔的前景。

不光在军事领域施展本领,

纳米材料在诸多领域都有所建设!

纳米材料在机械方面的应用

纳米碳管是目前材料领域最引人关注的一种新型材料,纳米碳管是由碳原子排列成六角网状的石墨薄片卷成具有螺旋周期的多层管状结构,直径1~30nm。长度为数微米左右的微小管状结晶。科研人员在研究纳米碳管的过程中发现,纳米碳管具有很高的杨氏模量、强韧性和高强度等力学性能。因此,将其用于金属表面复合镀层可获得超强的耐磨性和自润滑性,其耐磨性要比轴承钢高100倍,摩擦系数为0.06~0.1。
此外,纳米碳管材料复合镀层还具有高热稳定性和耐腐蚀性等优异性能。利用纳米碳管的高耐磨性、耐腐蚀性和热稳定性,可用其制造刀具和模具等,不仅能够延长使用寿命,还可提高工件的加工精度,为机械工业带来巨大效益。

纳米碳管还具有高效吸收性能,可用其制造保鲜除臭产品。利用纳米碳管吸取氢分子的性质,可将氢分子储存在纳米碳管内,制成十分安全的氢吸留容器,这对于研制氢动力燃料电池汽车具有极大的实用价值。这种氢吸留容器可以储存相当于自重 7%的氢,汽车使用一个可乐瓶大小的氢吸留容器,就可以行驶500km。

纳米材料在电子方面的应用

随着纳米技术研究的不断发展,人们已考虑运用纳米技术制造电子器件,以使电子产品体积进一步缩小,而其性能更加出类拔萃。利用纳米碳管可自由变化的电器性质及“量子效应”现象,可将目前集成电路的元器件缩小100倍,研制出高速、微小、节能的新一代计算机。电子显像管是在真空中释放电子撞击荧光体后发光,由于发射电子的电子枪与光屏之间必须保持一定距离,显示器体积较大。此外,加热电子枪要消耗大量电能。而利用纳米碳管取向排列制成的场发射电子源具有较大的发射强度,可在低电压下释放电子,在荧光屏上激发出图像,为制造纯屏、超薄、节能的大型显示器提供了新选择,且其性能大大优于液晶显示器。

运用复合纳米碳管材料制成光电转换薄膜,应用于太阳能电池,可使现有的太阳能电池的效率提高3倍:将纳米碳管应用于锂离子电池的负极材料,有望大大提高其储锂量。以色列科学家在硅片上覆盖惰性材料单分子膜,使用原子显微镜和电子针的“分子刻痕”技术激活膜层分子,通过电子化学反应控制分子级信息载体,存储文本、图像、音乐等数据信息。这些信息可在原子显微镜下被复读,利用电子计算机解码还原,这项技术可用于开发更大储存量的纳米超级存储器。

纳米材料在医学方面的应用

对付癌症的“纳米生物导弹”:专家们采用一种非常细小的磁性纳米微粒,把它运用到一种液体中,然后让病人喝下去,通过操纵可使纳米微粒定向“射”向癌细胞,将其“全歼”,并且不会破坏其他正常细胞。治疗血管疾病的“纳米机器人”,用特制超细纳米材料制成,可注入人体血管内,进行健康检查,疏通脑血管中的血栓,爆破肾结石,清除心脏动脉脂肪积淀物,完成医生不能完成的血修补等“细活”。运用纳米技术,还能对传统的名贵中草药进行超细开发,同样服用一剂药,病人服用经过纳米技术处理的中药,可极大地吸收药效。

纳米材料在环保方面的应用

随着纳米技术的悄然崛起,纳米环保也会迅速来临,拓展人类利用资源和保护环境的能力。当物质被“粉碎”到纳米级细粒并制成“纳米材料”,不仅光、电、热、磁发生变化,而且具有辐射、吸收、催化、吸附等许多特性。新型的纳米级净水剂具有大的比表面积,因而吸附能力非常强,可将水中的悬浮物和铁锈、异味等污染物除去。通过纳米孔径的过滤装置,还能把水中的细菌、病毒去除。经过纳米净化后的水体清澈,没有异味,可以成为高质量的纯净水,完全可以饮用。
此外,纳米材料具有非常强的紫外光吸收能力,因而具有非常强的光催化能力,可快速将吸附在其表面的有机物分解掉。一方面纳米材料的高催化效率,可以帮助煤充分燃烧,提高能源的利用率,防止有害气体的产生;另一方面,高质量的碳纳米材料能储存和凝聚大量的氢气。而氢能是取之不尽、用之不竭的清洁能源,只是因为储存等方面的问题制约着氢能的开发利用。利用碳纳米材料的高储氢能力,可以利用其做成燃料电池驱动汽车,有效避免因机动车尾气排放所造成的大气污染。

当机器设备等被纳米技术微型化后,所需资源将大大减少,可实现资源利用的持续化。并且微型化机械互相撞击、摩擦产生的交变机械作用力将大为减少,声污染便可得到有效控制。

纳米材料在纺织物方面的应用

根据纳米粒子的微观结构和光谱特性,将其应用于纺织物中,可制造出各种功能性纺织物。经分散处理或抗氧化处理的纳米粒子与黏胶纤维相混合后,在一定条件下可以喷成功能性黏胶纤维,该功能性黏胶纤维再与棉纱等混纺,可织成各种功能性纺织物,如抗紫外线、抗可见光、抗电磁波以及通过红外吸收原理可以改善人体微循环等功能性纺织物。我国利用纳米技术已制成不沾水和油污的纺织物。

 
 
 

文章内容出自《材料制备技术》

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创建时间:2024-06-14
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