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taijijian_6610
2010-12-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《百家讲坛电子书pdf》,可适用于高等教育领域

百家讲坛TXT电子书txt大师语录白春礼解读纳米纳米技术的现在和未来在炎热的暑季大家从不同地方赶来听这个报告首先我对各位听众表示欢迎!那么我这个报告题目是纳米科技的现在与未来。因为这个暑期作一个科普报告所以我今天这个报告也是从科普的角度上来讲这个问题报告我想分为这么几个内容第一我想介绍一下关于纳米科技它的意义和发展过程。第二介绍一下关于纳米科技的研究领域它包括哪些研究领域第三个方面介绍关于纳米科技它的发展的前景和展望。然后第四第五方面简单的介绍一下发达国家在纳米科技方面的研究水平和部署情况以及我们国家纳米科技一个发展状况。那么纳米科技为什么要进行这方面研究它的意义何在呢我们知道著名的科学家爱因斯坦曾经说过他说未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军那么宏观世界是什么宏观世界就是说我们人类的肉眼可以分辨出来的物体当然大至宇宙宇宙的深处。那么微观世界我们指的是原子分子以及原子分子以下那些层次那么纳米大家知道是个长度单位那么这个长度单位如果说我们把我们科学家目前所研究的这个物质世界的对象都给予一个长度单位来表征出来。比如以米作为单位那么个次方米这个大约十亿光年这个十亿光年这个范围是我们人类目前已经观测到的这个宇宙大致的范围。如果减小到的次方米这个大约是十万光年这个范围我们可以看到银河系的全貌到的次方米这是一千亿公里可以看到冥王星的完整轨道那么到的次方米这是一万公里我们就可以分辨出地球的一部分像从航天飞机上可以看到那么到的次方米是一公里从飞机上我们看到分辨城市建筑物的排列街区到的次方米这是十米那么我们就可以看到足球场上运动员看得很清楚如果说我们把我们目光聚焦在运动员的腿部膝盖这山继续缩小我们的观测范围到的-次方米是一个厘米就可以看到他腿上汗毛孔了皮肤表面的皱纹就可以看到。再继续往下走到的-次方米是一百个微米就可以分辨细胞细胞大小在十几个微米到的-次方米是一个微米那么我们就可以看到染色体当中聚集着染色质如果再继续往下到的-次方米这是一百个纳米我们可以分辨染色质的两个部分。那么再往下到的-次方米这就是一个纳米我们可以分辨出DNA里边的分子结构到的-次方米是一百个皮米那我们可以看到电子云笼罩下的原子的轮廓大家学物理的知道一个原子它是由原子核和电子构成的外围的电子它有一个大概的轮廓。再继续往下到的-次方米是一百个飞米那么我们从整体上可以分辨出原子核。继续往下到的-次方米是十个飞米我们就可以看到原子核当中的质子和中子原子核是由质子和中子组成的再往下到的-次方米是一个飞米我们就可以分辨出组成质子和中子的夸克六个夸克来组成原子核。那么再往下到的-次方米是一百个阿米我们可以进一步看清夸克那么一个夸克的大小大概在的-次方米就是个阿米左右。那么刚才这个就是用一个长度单位从我们宏观的宇宙深处一直到我们构成物质最基本的粒子夸克都可以把它连接起来那么纳米是处于一个宏观世界和微观世界中间所衔接点上交接点上那么在目前我们以米作为单位这个尺度上从米分米到下面纳米那么我们从这里可以看到一个纳米是的-次方米十亿分一之米是一毫米的一百万分之一如果说用它这个单位来表征作为常见单位这个人一米八那就是亿纳米手指上一点黑色的墨点就几百万个纳米所以一个红细胞得几千个纳米这个DNA分子这个双螺旋我们知道DNA分子的双螺旋你看螺旋每一股螺旋的宽度是一个纳米两个螺旋宽度差不多两个纳米那么氢原子是最小的原子氢原子的直径大概一个纳米这个里边你看这个绿的原子就是氢原子十个氢原子排成一条线连在一起就一个纳米长。那么什么是纳米科技呢我刚才讲纳米是长度单位那么纳米科技定义是什么定义就是指的纳米科技是指再纳米的尺度上那么这个尺度有一个范围是到个纳米并不是指的就在一个纳米上是有一个范围到个纳米在这个范围上来研究物质的特性和相互作用那么这个也包括原子分子的操纵。那么这个特性可能主要是以量子特性为主由量子特性产生的特性不一样那么在纳米的尺度上来研究物质的特性和相互作用以及利用这些特性的这么一个多学科交叉的科学技术。纳米科技它使我们人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子那我们知道现在有纳米热为什么会出现纳米热呢这也就是说纳米科技它的重要意义何在我觉得可以把它分成两个大方面。一个纳米科技可以促使人类的认知革命另外一方面纳米科技的发展会带来一场产业革命那么什么会促使人类认知革命呢就是它的科学意义在什么地方呢刚才我前面我做了一个介绍就是说纳米科技就是说一个长度单位可以表示宏观到微观。在宏观上研究比如地球我们人类研究宇宙研究天体我们有很多的理论包括牛顿的力学包括我们现在研究的天文学地球物理物理学、地质学等等有很多理论研究原子核微观的我们有量子理论也有很多研究通过高能物理的现象粒子物理研究原子核以下层次的基本粒子。那么在宏观和微观的理论充分的完全之后那么在纳米的尺度上还有很多新的现象新的规律有待发现新的理论有待建立。那么这个新的规律新现象的发现和在纳米尺度上新理论的建立它也并不是一个仅仅是基础科学的问题。当我们回顾世纪科技的发展的时候我们大家都公认量子论和相对论的诞生是奠定了我们现在通讯信息技术它是基础尽管它当初是一个纯粹的一个基础科学的发现。我们年建立的DNA的双螺旋结构模型那就是一个分子的结构模型但是它奠定了现在分子生物学的基础。没有这个DNA螺旋结构模型就没有我们今天的基因技术所以转基因技术等等都不会有的基于这么一个DNA的双螺旋结构模型。那么同样在纳米的尺度上我们发现了新的现象新的规律建立了新的理论它肯定也会是新技术发展的源头会带来很多新的技术革命那么很重要一点纳米科技也是目前引起政府和企业极大关注的一个重要原因就是说它会引发一场新的工业革命那么纳米科技它引发的工业革命最主要的驱动力是来源于我们现在的信息产业。大家在这一点上意识不足报纸上炒得或者群众认识大部分都是关于纳米材料并不知道最最主要的驱动力是来自这个方面另外我们生命科学研究当追DNA蛋白质包括生物分子马达它都在纳米的尺寸上所以说纳米科技它的发展是未来信息科技与生命科技进一步发展的共同的基础。它会对生命科技信息科技产生非常重大的影响还有一个方面就是说纳米科技它不仅仅是一个未来高技术的问题高新技术的问题它也可以促进传统产业的技术改造纳米技术现在已经渗透到一些传统的产业中去也已经形成了相当的市场规模年我们在北京组织了扫描隧道显微学的国际会议那么这个诺贝尔奖获得者Heniroler(罗雷尔)他参加了这个会这个会议受到江泽民总书记接见的与会的部分中外代表那么他回国以后给江泽民主席写了一封信这个信我翻译了以后这是其中一段。他讲他说许多人认为纳米科技仅仅是遥远的未来基础科学的事情而没有什么实际意义但我确信纳米科技现在已具有与年前微米科技所具有的希望和重要意义。年前微米成为新的精度标准并成为工业革命的技术基础最早和最好学会并使用微米技术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势同样未来的技术将属于那些明智接受纳米作为新标准并首先学习和使用它的国家我们应当记住微米技术曾同样被认为对使用牛耕地的农民无关紧要。他说的确微米与牛和耕犁毫无关系但它却改变了工作方式带来了拖拉机这个纳米科技的概念最早提出来是第页GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftwarehttp:wwwfoxitsoftwarecomForevaluationonly百家讲坛TXT电子书txt一个诺贝尔奖获得者物理学家理查德·费因曼他是美国加州理工学院的教授他年做了一个很激动人心的演讲他说我们加工材料来制造装置他说我们都是从大到小就是说我们要加工一个桌子需要把木头不断的切磨锯把它锯掉再刨光如果说我们加工一个工具那车磨洗刨都要来做都是从大往小里做那么车下来的东西浪费了很多他说我们知道人类目前世界上任何东西都是由原子分子组成的包括我们人类自身包括空气大气、海洋桌子麦克风包括你的茶水什么都是原子分子组成的他说既然都是原子分子组成的他说我们能不能够通过一个一个的把原子放在一起把原子分子就像砖一样盖房子那样我就把它盖成任何你想要的东西就是由下至上bottomup我来做你想要的东西。如果这样的话你就没有污染了因为你需要什么我就拿什么放对不对而且非常高效率而且你要是由上往下加工太小了没法控制你可以由下往上长如果说一个人抚养一个小孩比如从一个受精卵发育到一个孩子或者从小动物培养或者你植一棵树从小长到大这个大家比较容易理解都但知道这东西自己都能长出来的但现在我们不了解这东西那么我们如果了解了我们就可以控制这个事情是不是就更好。那么真正提出纳米技术这个英文词的是年Taniguchi他最早用纳米技术这个词NanotechnlogyNanotechnology这个词最早使用它完全是为了描述精细机械加工他说微米微米技术微米加工精度不够得用纳米技术来加工他只是这么一个含义那么年代后期美国麻省理工学院的德雷克斯勒他提倡纳米科技的研究就是指的刚才说的通过原子分子组装来制备装置。那么年第一届国际的纳米科技会议在美国的巴尔的磨与第五届的国际扫描隧道显微学的会议同时举办那么纳米技术这个专业的学术刊物Nanotechnology(纳米技术)在年创刊年创刊了Nanotechnology(纳米技术)这两个专业刊物那么大家认为说年代是纳米科技诞生的时候年代初但是也有人不同意见像美国科学家他们认为纳米科技诞生的时候就是年或者年是扫描隧道显微镜诞生的时候就是纳米科技的诞生之日有人有这么一个观点。这是年在美国巴尔的磨召开的第一届的纳米科技的国际会议接着年莫斯科年在丹佛尔年在北京年在伯明翰去年在美国波斯顿目前已经开了六界的纳米科技的国际会议那么在纳米尺度上这种多学科的交叉性展现了巨大的生命力迅速的形成了一个具有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。我是把纳米科技的应用领域把它分为三个大的方面第一个是纳米材料第二个是纳米装置第三个是纳米区域的探测和研究表征分析。下面我就分别介绍这三个大的领域这个纳米材料是纳米科技的基础它的主要类型分为这么四个大的方面一个是纳米颗粒与纳米分体就是纳米材料它这尺寸颗粒或者粉体都在纳米的量级都是粉状的东西颗粒状的东西那么这是第一类。第二类是以组的纳米材料就是它有一个方向在纳米量级比如说碳纳米管是一个直径再纳米量级但是非常长的这么一个管状的东西或者以维的纳米材料纳米线纳米硅之类的以维纳米材料就是一个方向上两个方向上是纳米尺寸还有一个方向上是纳米尺寸。比如纳米薄膜纳米薄膜分成几个方面一个是纳米的颗粒膜就是说颗粒大小都在纳米量级表面上构成一层膜另外一种膜就是纳米的层状膜就是涂层的厚度在纳米的量级一层一层的纳米薄膜。第四种是纳米块材就是把纳米的材料给压制成一个整体的宏观上看着跟一块一块一样的东西这是纳米块层大概分成这么四个大的类。纳米材料的性能它是与传统的材料有非常大的不同有的是传统材料所没有的有的是传统材料的特性有了很显著的提高比如说纳米金属固体的硬度一般要比传统的粗晶材料就是不是纳米的要硬到倍纳米固体铁的断裂应力它比常规的铁材料会提高近倍那么纳米的固体铜它比一般的铜材料的热扩散增强近一倍那么纳米的磁性金属的磁化率是普通磁性金属的倍。你想想看它同样东西材料品质不变把它做成一个纳米量级它很多性能就发生了非常重要的显著的改变比如说我们知道铜或者铝宏观上铜和铝什么样子我们都知道铜线铝材铝线铝材但是如果你把铜和铝给加工成纳米颗粒时候你把纳米铜纳米铝你放到桌面上的时候它自己会燃烧起来会着起来会爆炸它跟铜和铝宏观就不一样所以它可以作为火箭推行剂的燃料你想想这同样是铜和铝。陶瓷耐高温很好的硬度但是它易碎掉地上会摔碎但是如果把陶瓷的颗粒做成纳米量级或者这里面掺杂一些纳米量级它具有很高的硬度和耐高温它同时掉地也不会摔碎那么这样比如做陶瓷发动机它可以耐高温它就不必像现在的发动机需要水的冷却它的热效率会提高。另外一个纳米材料纳米氧化物这个纳米氧化物它可以在电场作用下可以改变颜色不同光不同电场就改变不同颜色那么可以丰富多彩做广告板。另外像纳米氧化物在催化及环境保护方面都有广泛的应用前景比如说用纳米的二氧化钛可以广泛的应用于防晒霜防晒化妆品当中用的纳米二氧化钛它可以吸收紫外线防晒另外它可以做轿车金属色的面漆可以做高压绝缘材料做银光管等等。还有纳米二氧化钛具有催化性质它可以降解汽车尾气所以像日本已经在高速公路的两侧在公路的隧道之内设置了涂有二氧化钛的这种光催化板来防止汽车尾气汽车尾气到催化板上二氧化钛就把汽车尾气可以给它催化变成性另外一种无毒的东西。那么自清洁材料那么这也是一个纳米材料很重要的应用科学院化学所的江雷他们做的这个纳米的自清洁材料通过自己建立一套理论进行超的界面材料这个设计可以设计成比如说粉色的是输水绿色的是输油那么做成这样的材料表明输水这样表明输油但是可以通这样就是说这块东西是输水但是里面这块输油或者这块输水这里面这个输油就使它具有既输水又输油的特性界面的材料。那么用这种方法可以制备一些东西比如说这种超的双氢的材料涂在玻璃上那么这面涂了这面没有涂了浴室里洗完澡以后这面没有沾水珠这面雾气就涂上了这个不光是说家里镜子上只是为了洗澡的时候不沾这个雾气但是还有一种比如汽车的玻璃后视镜你保持清洁还有窗户比如窗户玻璃经常脏北京土也很大你擦窗户很难涂上这个东西以后它有土落上去那么一下雨或者拿水一冲它马上下来了冲完以后玻璃上不留下一圈一圈水印就不用你再去擦去了因为我是到他实验室(他实验室)安了这么一块玻璃玻璃上涂了这么块涂料我看了看这个确实不错他拿矿泉水一冲就不脏其它地方还有很多水珠脏东西留在那儿尤其北京沙尘暴一来擦洗工作量比较(大)。现在他们正在做瓷砖表面瓷砖也是一样就是说能够有自清洁效果当然衣服上也可以做具有自清洁的这种功能那么这个它仿照比如说荷叶荷叶它为什么出污泥而不染它表面上水不沾它有很微小的纳米结构另外纳米塑料也是这样比如说之我们这个塑料瓶可以装可乐装雪碧装矿泉水但是塑料瓶不能装啤酒但是啤酒玻璃瓶装很容易爆炸伤人玻璃瓶一炸了把谁眼睛给炸伤了要索赔或者很重运输也很不方便。那为什么不能拿塑料瓶装呢就是塑料瓶氧气透过率比较高一般塑料瓶装啤酒以后当天变质马上就坏掉了但是纳米的塑料瓶它可以有效隔绝氧气的透过率它可以装啤酒那么现在据说美国已经有这种纳米的塑料瓶装啤酒我们国家化学所已经做出了这种材料也出口到日本去现在在合作在考虑能不能把它也作为我们国家的装啤酒的塑料瓶。但是吹这个瓶的技术美国人有专利所以说这个可能还得看如何突破美国人的专利所以这里做报告我就希望我们今天还有很多年轻的科学家工程师希望你们特别注重专利的保护要不然最后你有技术出来以后专利覆盖了也没办法。第页GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftwarehttp:wwwfoxitsoftwarecomForevaluationonly百家讲坛TXT电子书txt那么也可以做纳米的尼龙材料做帘子线做薄膜等等还有利用它做一些纳米的管材具有自阻燃的特性有些纳米的材料它自己烧不起来不能燃烧这样火灾的发生很多由于它是有毒气体熏死了而不是真正烧死的那么塑料的东西燃烧以后产生有毒的气体那么如果这个塑料东西它不着你做室内装饰材料它就不会产生火灾造成那么大的危害。所以在材料的发展上要想做材料的目标还是要做更轻更强可设计的材料使材料提高它的使用寿命从而降低维修的费用那么再一个就是以新的原理和新的结构在纳米的层次上来构筑特定性质的材料或者自然界不存在的材料。那么做生物材料和仿生材料还有对材料破坏过程当中做纳米级的损伤的诊断和修复等等。第二个大的领域讲纳米器件刚才讲的是纳米材料刚才我前面说了我说纳米科技会带来一场产业革命很重要一个因素是来源于信息产业对它的需求器件的发展是非常重要的所以说我们说如果说将来纳米科技我们到了纳米时代纳米技术产生像微米技术这样对于我们人类的生活和生产方式产生这样深刻而广泛的影响那么这才叫纳米时代时候到来了那么这个到来的标志就是纳米器件的研制水平和应用程度。比如有科学幻想预期说将来做纳米的材料纳米器件说可以做成微小机器人到你血管里头爬行说里面血管内壁有胆固醇给你清除或者给你进行微小的治疗那个时候就是说分子马达是非常重要的因为分子马达它是不需要外接的电力或者很粗的东西它必须靠那个来进行运动因为在体内就有。那么用纳米器件制成的计算机计算能力可以提高上千倍那么所需功率仅是目前的百万分之一这个纳米的光电的学可以使通讯带宽增强百倍那么利用纳米技术也可以使信息存储量成千倍的提高还有制成集成纳米的传感器等等。第三个我来介绍一下关于纳米科技前景的展望这个纳米科技它的应用领域可以分为几个大的部分比如在材料和制备上面这个前面我已经讲了应用将来以后还有更有进一步发展那么在微电子和计算机技术方面我也举了它可能发展的例子那么这里面我就不再讲了。那么在医学与健康航天与航空环境与能源生物技术国家安全可以讲一点可能的展望比如环境和能源发展绿色能源和环境处理技术来减少污染或者恢复被破坏的环境用纳米技术可以去除水和空气当中极小颗粒的污染物质说这水脏了你如何给它去除呢可以在水当中小于个纳米的污染物和空气当中小于个纳米的污染物来同时把它去除掉。那么另外假如说你要通过纳米技术把药物很多人认为药物你吃完以后实际上很多东西并没有被吸收排出体外的如果做成纳米级颗粒以后会有助于药物的吸收当然在介入治疗当中也非常有作用比如说我举个例子说关于食道镜胃镜检测对人损伤很痛苦现在还没有用纳米技术用微小制备技术把检测的这种探头做成一个药丸那么大你可以吞下来吞下来以后腰带上别一个像BP机那么大的接收机那么这个东西进到你的食道胃里头以后肠道里头以后它不断向外发射它这里面观察到图像这时候你就可以知道食道胃里边它的内部的结构就不需要非常痛苦的来吞食一个非常大的内窥镜检测的这样给病人自己痛苦的这样一种观察治疗方式。所以如果把药物或者治疗器械做得非常小的话可能都不用纳米技术都会给人类造福使疾病的检测和诊断起到更好的作用那么在生物技术上在纳米尺度上如何按照预定的对称性排列来制备具有生物活性的蛋白质核酸等等如何加强通过纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其它功能来打破生命物质与非生命物质的界限以及生物仿生学药品和生物的可降解材料等等。纳米技术在这方面也会有所作为那么航天和航空那么肯定是一样你把器件做得非常之小它不仅仅是减少体积它会减少能耗因为很多航天的器件航空的器件是需要提供太阳能电池提供能源耗能越少就会增加航天器的有效载荷成指数倍的降低耗能指标像美国NASA(国家航空航天局)就希望航天器采用纳米材料以后发射费用可以从目前的每磅一万美元降至二百美元那么其制造成本也将只需万美元做一个航天器体积也会大大减小缩小。那么国家安全就是我们现在这种微电子技术对我们战争这种方式对国家安全影响我们就可以知道纳电子技术同样会对国家安全产生非常重要的影响那么不仅仅是在这方面就是说它对国家经济安全和国防安全都是谁掌握了纳米技术的知识产权和广泛应用都会处于非常有利的地位。那么纳米科技对于维护国家安全的重要性从当前的微电子技术对信息战的影响就可见一般所以纳米科技的发展会给未来战争带来比目前信息技术更大的影响从战场上的大容量信息包括数据图像的实时传递战争的指挥导弹的预警核武器的防护到纳米技术制造的微型侦查装置等等。都会对国家安全产生非常重要的影响。现在美国国家纳米技术倡议在国家安全方面又包含很多的内容那么纳米的发展也可能经历过几个阶段美国一个公司预期纳米科技发展可能经历五个阶段它说第一个阶段是要准确的控制原子数量在个以下的纳米结构物质这需要使用计算机设计制造技术和现有工厂设备超精密电子装置那么这个阶段市场规模大约是五亿美元。第二个阶段是生产纳米结构物质这个阶段纳米结构物质和纳米复合材料的制造将达到实用化的水平其中包括从有机碳酸钙当中制取的有机纳米材料等等这些市场规模大约在亿到亿美元之间第三个阶段就是大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能那么这个要求有高级的计算机设计制造系统目标设计技术计算机模拟技术和组装技术等等这个阶段市场规模将达到一百亿到一千亿美元到第四阶段就是纳米计算机将得以实现那么这一阶段的市场规模将达到两千亿到一万亿美元那么第五个阶段是将研制出能够制造动力源与程序的自律化的元件和装置市场规模将达到六万亿美元。他预计在年之前纳米技术有可能发展到第三个阶段就是超越量子效应障碍的技术将达到实用化水平这超越量子效应障碍的技术什么意思就是前面我讲的就是说由于微电子技术的发展量子效应会越来越显著线条宽度越小的话那么量子效应对微电子技术的发展会产生技术局限或者叫量子效应障碍那这么一说十年左右时间超越这个障碍的技术也可以会达到实用化的水平。任何一个国家他们都为了争夺纳米技术领域的领先地位每个国家都纷纷的实施了纳米科技的研发计划在不同的方面各有特色有些方面比如美国在纳米结构的组装体系纳米颗粒制备合成纳米生物学方面处于一个领先地位欧共体在纳米器件纳米仪器超精度工程等方面具有领先地位那么德国在分子电子学技术在纳米材料方面超薄膜方面有很强优势那么日本在纳米器件和复合材料方面有较强实力说每个国家自己优势方面可能不尽一样他们就是以未来的经济发展和国家安全的需求为目标来推动纳米科技领域的基础研究义务研究和开发研究。那么重视纳米技术和纳米材料改造传统产品和产业产业和产品提高技术含量生产能力那么美国已经开始推动了一个国家级的纳米科技的研究计划政府投入将近亿美元完全是联邦政府的投入德国和法国也分别建立了国家级的纳米科技中心配备了很多的人给予了很强的投资德国也有六个中心美国有十几个中心日本也是有大的国家计划另外也推动新的研究中心的建设那么我们国家实际上在年代就已经通过攀登计划科学院的部门基金委就投入了一些钱来资助纳米科技研究但是在前一阶段我们总共投入大概七百万美元跟发达国家相比有很大差距我们国家国际上地位可能在纳米材料方面还比较好在其他方面比较弱材料在第四位左右现在最近又有进展是年统计的最近我们纳米材料领域还有更多进展。那么国内也成立了很多大学有大学科学院成立了一些研究中心那么两会通过的十五纲要把纳米材料纳米科学的进展作为十五规划当中科技进步和创新的一个重要任务所以国家也是制定了这方面的计划现在刚刚发了一个国家级的纳米科技发展的纲要。我们认为就是说为了我们国家科技的发展提高我们国家科技竞争力我们认为只要我们能够决策得当决策正确措施得当突出重点我们完全可以在国际纳米科技舞台上占有一席之地并且在某一方面实现跨越式的发展。第页GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftwarehttp:wwwfoxitsoftwarecomForevaluationonly百家讲坛TXT电子书txt我们国家目前成吨级以上的纳米粉体的生产线已经有将近条现在不完全统计有多家企业从事所谓纳米科技的发展当然%以上都是以下的小企业民办企业比较多所以我们国家希望通过这个总体的目标希望能够建成若干具有国际一流水平的科研创新基地大幅度提高纳米科技的创新能力能够形成一批具有市场竞争力的骨干企业。那么在这方面我们可能还要围绕国家目标加强基地建设同时要把基础研究和应用研究相结合尤其对市场需求要以市场需求为导向加强应用技术的开发促进产业化同时还要注重知识产权知识产权的保护尤其在纳米器件方面国外申请了很多很多的专利那么在这方面我觉得我们国家应该特别注重知识产权的保护不要再过几年以后我们自己即使开发出新的技术来但是已经被人家所涵盖。国家现在已经成立了国家的纳米科技指导协调委员会来加强对纳米科技研究与开发的领导与协调同时准备实施国家的纳米科技专项行动计划有助于调动各方面积极性集中精力和条件能够在某一方面取得重要突破我想我今天就把关于纳米科技它的概念它的定义它的发展的历史它的研究的领域以及发展的展望以及国外国内以及我们科学家对纳米科技发展的一些基本情况跟大家做了一个简要介绍我想我就讲到这谢谢大家!大师语录陈一坚引航“飞豹”主讲人简介:陈一坚西北工业大学教授。中国工程院院士年出生“飞豹”歼击轰炸机总设计师曾获得国家科技进步特等奖。内容简介:飞行器随着技术的发展、科技的发展飞行器的性能是不断地提高。提高的速度也是非常快光从速度来看现在都已经是超音速都不在话下了。然后要突破热胀将来要搞高超音速飞行器。所谓高超音速的飞行器M数是以上就是高超音速飞行器。从速度这个例子来看呢它发展非常快。一百年里面跨越很大一个步伐由于这样一个武器装备性能的提高影响了军事理论的发展。从第一次世界大战开始用手枪、用步枪、用机关枪、用手榴弹作为进攻武器开始就出现了新的军事思想就是立体战争、就是制空权的战斗。一直到今天由于我们飞行器的本领大大提高军事理论也逐渐得到发展。战斗机的未来之路也就是高科技的发展之路是战斗能力更强、战场生存能力更高的发展之路。以信息化为基础的飞行器就把飞机变为网络里面一个接点再一个趋势就是飞行器本身的各个组成部分都智能化、自动化、集成化这是将来发展的一个趋势。再一个就是飞行器的无人化、飞机设计的数据化、一体化这是将来的大方向。再一个就是飞行器的制造全部数字化、精益化精益化的效率非常高像美国精益化的设计部件零件可以减少百分之二三十它的成本降低%挺厉害的!精益化三分之二这个效率非常高!所以高科技有非常高的黄金含量道理就在这儿。《战斗机的未来之路》(全文)飞行器随着技术的发展、科技的发展飞行器的性能是不断地提高。提高的速度也是非常快光从速度来看现在都已经是超音速都不在话下了。然后要突破热胀将来要搞高超音速飞行器。所谓高超音速的飞行器M数是以上就是高超音速飞行器。从速度这个例子来看呢它发展非常快。一百年里面跨越很大一个步伐由于这样一个武器装备性能的提高影响了军事理论的发展。从第一次世界大战开始用手枪、用步枪、用机关枪、用手榴弹作为进攻武器开始就出现了新的军事思想就是立体战争、就是制空权的战斗。一直到今天由于我们飞行器的本领大大提高军事理论也逐渐得到发展。而且现在的战争越来越是不对称的、非接触的所谓非接触就是看不见了。你在哪儿、我在哪儿你都不知道。过去肉搏的时候是面对面的枪对枪刀对刀。后来格斗还看得见或者说远距离格斗看不见我还用雷达来瞄准。现在的战斗越来越发展为非接触的另外就越来越是非对称的。非对称的概念很广泛实际上最简单的概念就是技术上的差距太大了。所以说从这个角度来看呢再加上现代信息科学的发展使过去单机与单机编队与编队的制空权作战发展为空、天、地、海、电五维立体战争。从过去单机对单机编队对编队发展到今天体系对体系的战争。所以说航空器在军事领域里面的贡献那是非常重大的。这是什么意思呢?大家都知道CISR就是美国人开发的一个通讯联络系统实际上它就是指挥、控制、通讯、计算、情报、监督、侦查还有对抗。这五六个功能在整个系统里面都体现出来了将来是怎么样一个局面呢?就是天上有卫星、空中有预警机、有加油机、有电子对抗机、还有我们的战斗机、攻击机、轰炸机、运输机、海面有军舰、有潜艇、地面还有防空的雷达、雷达站、有指挥部、有陆军指挥部、有空军指挥部、有海军指挥部、有总指挥部就是这么一个整个立体的系统。都要把它串起来有了信息以后就有可能把它串起来。串起来通过什么手段呢?实际上就是信息里面的一个组成部分就是一个数据链用数据链把信息串起来。以信息作为载体数据链作为一个手段把这么多东西包括空间、地、海全部把它连在一起那效率就非常高。就是说我飞机是一个载体也是一个信息载体也是一个信息的接点。它在天上看见敌人有一个目标它可以把实时敌人的目标传到指挥部去了。或者说看到敌人有一个军舰编队就传给我们的海军的军舰就实时的把信息都传给它了。这样子的话呢就可以减少很多人为的环节大大节省时间。加快了战斗的决策加快决策的时间和它的力度。这样子的话就是打胜仗就有了保证。时间在战争的概念里面比经济的概念还要厉害它是争分夺秒的一个概念你抢了一分钟你抢了一秒钟你就抢了主动权。所以今天的战争已经跟过去大不一样是一个五维的立体战。因此我们要在整个飞机、或者攻击机、或者轰炸机等等都作为立体里面的一个组成部分。因此现在设计飞机不能像过去那样子只考虑到自己飞机的性能就完了。它应该放到整个五维的立体里面去考虑飞机性能应该是怎么样应该是怎么设计它。就是我数据链上下行数据链我应该是怎么设计?接口怎么设计?和机体里面的计算机怎么匹配?这些问题是很大的一个题目可能一个人搞一辈子也不一定能搞得好。第二个飞行器和航空、航天过去好像分得比较开为什么?过去我们航空高度基本上是二十公里以下作为我们的领域在那儿奋斗。航天一般在四五十公里以上接近地球轨道作为航天部门的一个领地他们在那儿攻克它的难关。因此当中有一个断档从高度上有一个断档现在航空的发展呢它往高发展。那就要占领三十、四十公里高度的领域。这样航空和航天由于信息的基础有了因此我们高度再提高一点通过信息呀就把航空跟航天的界限就模糊化了。这样航空和航天就融合了。你譬如空间飞机实际上既是航空的也是航天的这是由于有了信息这个手段以后你飞得高就有这种可能。第三个就是机载设备全部信息化大家都知道机载设备很多大概主要的是三个系统一个雷达火控系统再一个就是综合电子系统再一个就是电子战的系统。战斗机或者战斗轰炸机还有很多系统但是这三个系统是最突出的跟信息有联系的可以建立立体战的一个手段。这个也把信息数据的技术都融化在许许多多的系统里面去大大改善了系统的性能。所以飞行器的设计飞行器的使用对军事作战的影响将会以五位的立体战作为考虑这是我要讲的趋势第一个问题。第二个问题呢就是飞机一体化的设计技术。我是搞飞机设计的飞机设计应该说是随着科学技术的发展它在不断地变化。我搞“飞豹”飞机的时候最后句号划在“飞豹”飞机上搞“飞豹”飞机设计呢那就是一个专业一个专业大家分头去设计、分头去优化。比如说我搞雷达的我把雷达设计得最好、功能最多、最准确、最好操作、最好控制每人都有每人专业自己都把自己专业设计最好这是每人必然的一个趋势。让你干活你肯定想干得最好在这样一个基础上由各级总师最后由总设计师协调这里面所有专业的谁应该服从谁谁应该砍掉一点做一个协调和取舍。这里面呢就比较多了有一些主观的臆断在里面。所以没有一体化综合设计的这么一个概念是不行的。大家都知道数学上面、优化理论里面实际上已经说清楚了就是很多局部的东西局部的专业所有专业都优化完了之后把它加起来变成一个飞行器它不一定是最佳。这飞行器不一定最佳就是局部最佳的机械之和不等于说总体最优。因此今天由于有了计算机技术有了信息技术我们就可以把许多专业分开优化变成一体化的优化。说简单一点就是第页GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftwarehttp:wwwfoxitsoftwarecomForevaluationonly百家讲坛TXT电子书txt综合设计。我举几个例子过去设计飞机单搞飞机设计发动机单搞发动机。现在设计的时候飞机和发动机就可以一起优化发动机设计到什么样的油耗?什么样的推力?什么样的重量?能够满足我这个飞机的需要。还有你譬如说飞机发动机加上飞行控制系统我这个总设计师要求这个飞机有多少个控制率这个都定下来了。然后你飞机和控制系统就可以集体去优化它因此在这地方大家就可以看气动布局加上动力再隐身。这些东西呢就是飞机的几个主要的总体布置的几个主要的一些需求把它综合到一起搞一体化设计。正因为有了计算机、有了软件过去人不可能综合人用那个手摇计算机都解决不了回答不了这个问题。那个方程式太大了解不了我举这么个例子。后面当然还有很多了大家看结构、强度、工艺制造一体化将来我这个设计院设计出来的这个结构图纸通过计算机网络就给了工厂工厂接到这个数据流以后它就变成它的工艺装备的一个设计依据这就连起来了。过去不是过去是我们把图纸发过去它再消化图纸。再把图纸变成它的加工依据那不但效率低而且错误多。还有就是飞机的性能飞行的控制系统飞机的作战方案武器这五个一体化。那就是使我们的火控系统效率大大提高发挥集体的优势。再一个就是机载电子系统、电子战、人机工程显示一体化。这几个专业都给飞行员提供信息的过去我们也是分开干各干各的将来就是一体化了。第三个就是超音速巡航过去我们民用飞机除开“协和”号以外基本上都是高亚音速的。军用飞机我们现在能够超音速但是不能够超音速巡航就是我这个超音速时间有限制。过去的飞机第三代以前的飞机它这个阻力特性就是气动效率还不足以长时间超音速飞行再加上发动机性能不能够支持超音速长时间的巡航到了今天气动效率大大提高大家都知道过去我们声阻比七、八已经搞得很了不起了现在声阻比都是十几啊十二、十三预测二十年左右大概声阻比就可以达到二十气动效率大大提高了再加上发动机也很争气它这个推重比也很大因此就有可能提供超音速巡航的这种可能性大家都知道亚音速的阻力和超音速的阻力基本上是一倍的关系亚音速超音速是这个阻力系数大概是这么个量级就是一倍的关系所有的先进技术用上去以后发动机不推加力它就可以超音速飞行而且是长时间。像美国的F飞机它就可以在马赫数的情况下长时间的飞行这优越性大了。第三在相同的载油条件下有超音速巡航能力的飞机可以飞得更远。第四在空军作战里面有了超音速巡航能力它的飞行半径就可以扩大很大。如此等等有很多的优势。因此超音速巡航是第四代歼击机和超音速战略轰炸机一个追求的目标。再一个就是超机动能力这个机动大家都知道飞机作战的时候都是你追我打对不对?敌人在前面我在后面很多因素决定它机动的特性。我举两个例子一个爬升率“飞豹”飞机爬升率是每秒二百米要是敌人飞机的爬升率每秒米的话我就比它多了二十米那肯定我占优势。我早就占领有利的地域来瞄准你来发射导弹打你。第二个就是盘旋半径过去格斗近距离格斗的话还是你追我打尾追攻击为主。要是我的盘旋半径很好你的盘旋半径很小那我一下兜到你后面去尾部攻击马上就成功。再下面是高超音速飞行器这刚刚已经说过了飞机大概要突破几个障碍一个低亚音速然后高亚音速然后是通过音障M数等于这些都已经解决了。后面就M数到了的时候就遇到了热障。热障什么意思呢?是M数以后呢它气动加热很厉害一般“鼻子间”和机前缘温度都达到度到度这个范畴。在这个温度底下铝合金基本没有多少强度了所以说就出现了热障。就是你材料要不过关你超过M不可能。因此就出现了热障现在热障呢问题也解决了。美国人在七八年以前就开始搞M到的叫做超音速洲际轰炸机那就比音速大倍到倍的速度这种武器那是非常可怕的。就是比那个洲际导弹还厉害洲际导弹它还有一个过程。它是可以高可以低可以有人操纵、可以无人操纵带了很多精确制导武器那就是很有作用的。因此由于高超音速飞机出现了像乘波飞机。什么叫乘波飞机?大家都知道激波是一个消耗能量是一个坏事。激波对气动力来说本来是个坏东西现在要把坏事变好事把乘波的能量打到机翼上面提高机翼的升力坏事变好事。它呢还不增加阻力所以声阻比猛地又提高一个台阶。因此这个飞机美国人正在做我们也有这种远景的规划。由于高超音速飞机基本上最大的两个问题一个是动力一个是材料。刚刚我已经说过了马赫数越高温度越高这个问题就要解决。除非你不进大气层在外面那跟卫星一样。你一进大气层就有气动加热的问题。因此材料的问题很重要。第二问题就是发动机很重要我们将要发展超音速的超燃冲压发动机还发展超音速的燃气喷流发动机。我们现在喷气式发动机它加热以后燃烧以后那个喷流一般都是亚音速的在M数、。这个喷流要是能够大于M数的话那推进效率就高得多。后面还发展脉冲爆震发动机它是用的热力学脉冲波的原理产生推力。它这个压力可以达到十到一百个大气压。燃烧温度可以到度爆震波的频率大概是一百到一百二赫兹M数可以飞到大于四大于五都可以。最大的优点就是它可以在速度零的时候就可以启动。火箭倒是可以速度零上去但是火箭要带助燃器重量大一倍。这个冲压发动机马赫数不到四它是点不了火的。因此它是在马赫数三、四以后才能用冲压发动机而在爆震发动机M数等于零的时候它就可以点火就可以产生很大推力。高超音速飞行的时候它这个推力越来越好。因此将来高超音速飞机的推力它的推重比可以达到二十以上在五十公里以下M数可以从零飞到十做洲际攻击用。再一个就是隐身技术大家都很关心隐身像F和B这是第一代隐身。我刚才说了飞机有四代俄罗斯五代相当于美国的四代。实际上世界上公认的就是四代隐身飞机又有两代F、FB基本上是隐身飞机的第一代。然后F和F是隐身飞机的第二代。第一代是为了追求隐身牺牲了气动特性。F带棱带角的那阻力非常大所以F只能亚音速飞行它没法超音速飞行。到了第二代F它把隐身和气动力兼顾因此它既能超音速巡航也能高超音速飞行。隐身的手段有哪些呢?第一就是刚刚说的气动布局上面做了很多文章使敌人的雷达波大量丧失掉了回不到敌人的雷达站。因此敌人就看不见你这就叫隐身。很简单但是技术很复杂这是一种手段。第二种手段就是表面涂一个吸收雷达波的材料基本上是氧化铁之类的东西。它什么机理呢?就是敌人的雷达波到了这个涂层以后它就变成热能了把雷达波的能量都消耗掉了。因此它回去的雷达波很微弱敌人也看不见我。实际上就是激活表面电荷衰减雷达反射信息的强度。简单一点说定义就是这个定义就是涂层的定义。第三个就是红外隐身刚才我说了飞机超音速飞行有热度因此就有红外。发动机射流两千多度这个温度很高那敌人红外的仪器一下就抓到你了红外导弹一下抓到你了。因此我要想办法在喷流里面加入一些特殊的一些东西使喷流温度下降。还有就是把发动机背在背上下面看到至少隔了一层飞机。对不对?它红外的信号就衰弱了很多还有就是用燃油冷却的办法使喷流的温度降低下来然后燃油又回去点火。再一个呢就是等离子隐身等离子就是把飞机里面搞这个等离子发生器使飞机的周围被等离子包围了。大家知道等离子云对电波来说是一个非常大的吸收的东西。据说美国B是用这个办法所以你看B就是一个飞翼。光溜溜的一个飞翼它没有气动力特殊的措施但是它是用的等离子隐身的办法。等离子体本身是能够吸收电磁波的这样就能达到隐身的目的。再一个呢就是目光隐身。目光隐身大家都知道陆军穿迷彩服就是保护色飞机也喷迷彩的涂层也是为了使白天的时候人家看不见你。不是完全看不见你而是看见你很慢、很晚。还有一种做法就是把隐身的一些材料搞一个导电这个涂层导完不同电压它会变颜色变成变色龙了。这样子就可以起隐身的作用所以隐身现在是非常宽的范围从雷达波一直到可见光这个频带里面都有隐身技术。当然也有防隐身技术就是“魔高一尺道高一丈”也很多。我随便举个例子我们空气里面基本上是充满了电磁波的要是说一个雷达我发现不了我要是两个雷达、三个雷达定点雷达。这个飞机飞过电磁波的时候就把电磁波加以扰动。扰动以后三个雷达测出来的量是不一样的由这样一个原理我就可以用三个雷达或者两个雷达就把敌机的位置给它定下来。首先要打它首先要定位你既然看不见它我用这个办法定它的位。定它的位我就可以引导导弹去打它隐身效果大概一般是这样子。举个例子F在雷达上面就相当于一个玻璃弹球我小的时候也打过玻璃弹球。大家都知道就这么大。现在F的RCS就是隐身的指标就跟玻璃弹球一样大。第页GeneratedbyFoxitPDFCreator©FoxitSoftwarehttp:wwwfoxitsoftwarecomForevaluationonly百家讲坛TXT电子书txt下一个就是微型飞行器微型飞行器就是这些东西。它的定义多大它的定义就是大小不超过十五厘米巴掌大手掌可以托起来的。我给它起了一个名字叫做手掌型飞机。到了纳米级的飞机呢就变成昆虫一样、跟苍蝇一样大小那就是昆虫型的微型飞机。它最大的重量是一百克以下有效的载重呢大概是五十克。它的速度是二十米以下每秒二十米以下作战半径是十公里以下价格单机价格就是一千美元。那你说F是两亿美元它一架微型飞行器就一千美元那便宜得很。那就可以大量用将来步兵所有的士兵手上都可以拿这个东西。揣口袋里需要的时候拿出来。你譬如说你的敌人躲在墙根后面我看不见你那没办法了。那我把这个小型飞行器拿出来一飞马上就看见了。它上面有实时侦查实时就报回来。士兵这个笔记本就看见墙后面的敌人是什么个状态是吧!这是非常有用的第二个呢就是可以搞个信息的中继系统。那就是它飞到某个地方去它可以拐弯了。可以把信息通过它来给我中继还有一种呢就是特殊情况下你比如核环境生化环境、化学战的环境这个人进不去那只能派它。它没有人就可以进去了它可以把实时的情况都报回来。更大一个就是情报搞间谍活动。那将来就是跟苍蝇似的也没有声音。就落在你的窗台上你里面开会的所有声音它全部实时都传回去了。间谍活动过去大家都知道间谍活动是因为我们这个房子可以搞电磁屏蔽可以搞很多。但是我讲话那个玻璃总要震动吧。对不对?过去的间谍就把激光束瞄准玻璃然后把玻璃震动接收下来然后转换成声波这是过去的间谍活动。现在有了这么个小家伙那我随时都可以发出去随时都可以收到很多。我们想得到其他手段得不到的东西进不去!小家伙可以进去。再一个就是说你这个小东西还能够带高爆炸的弹药现在有一种弹药爆炸力非常大、非常轻它可以带五十克一个微型飞行器带五十克。我洒出去一千个那威力就非常大了敌人一片它就可以把你都炸平。这无非就是一千乘一千一千美元一个。无人机技术是现在发展的趋势大家都知道无人机有几个优点:它因为没有人对不对?那就是把这个空间和重量就可以装很多测试设备。第二个优点就是它没有人后可以过载。过去飞机有人过载只能到八到九这还得穿抗核服。飞机还要穿抗荷服才能飞才能拉过载。不然的话一拉过载血都从脑袋都到脚底下去了马上就晕就失去知觉了没法操纵飞机。这就是人受不了那么大的机动搞了无人飞机没有人所以它就可以过载。材料的趋势一句话:钛合金和复合材料含量大大提高钢和铝逐渐降低但是铝合金里面的铝锂合金比重提高。多电飞机那就是过去操纵飞机的时候搞液压和空气系统以后全都用电。这个多电系统可以发几兆瓦的电将来我这个飞机上面要搞激光器激光最耗能量了没有全电的新的发动机不行。有一种新的发电机叫做磁阻开关稀土发电机。和飞机发动机轴连在一起它的转速一般都可以到每分钟五六万转。这样一个发电机就可以提供大量的能源可以使我们飞机机载激光的系统得到实现。最后总结一下飞机发展的趋势大概有这么几条第一从大小来看往两极发展。你看大的像安飞机吨起飞重量商载吨你看多厉害!第二个从高度来看我刚刚已经说过了从低空到高空和航天器接轨模糊航空航天的界限这是我们的方向趋势。从速度来看从低速每秒钟二十米、十米的飞行速度一直到高超音速M大于音速的二十倍往两头发展。以信息化为基础的飞行器就把飞机变为网络里面一个接点再一个趋势就是飞行器本身的各个组成部分都智能化、自动化、集成化这是将来发展的一个趋势。再一个就是飞行器的无人化、飞机设计的数据化、一体化这是将来的大方向。再一个就是飞行器的制造全部数字化、精益化精益化的效率非常高像美国精益化的设计部件零件可以减少百分之二三十它的成本降低%挺厉害的!精益化三分之二这

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