開發(fā)保護(hù)環(huán)境新材料

1、.：.；文章一師昌緒：我國應(yīng)加快開發(fā)維護(hù)環(huán)境新資料 兩院院士、有中國資料泰斗之稱的我國著名資料科學(xué)家?guī)煵w在貴州安順指出，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可繼續(xù)開展，我國應(yīng)加快開發(fā)維護(hù)環(huán)境新資料。2005年5月21日在貴州省安順市舉行的一場院士、專家巡講活動(dòng)上，師昌緒院士說，資料在消費(fèi)過程中是呵斥環(huán)境污染最重要的要素之一，特別是量大面廣的傳統(tǒng)資料，甚至破壞環(huán)境。如消費(fèi)噸鋼和噸水泥的二氧化碳排放量分別為2噸和1噸；有色金屬冶煉還要產(chǎn)生二氧化硫，呵斥酸雨；資料消費(fèi)對水的污染更為嚴(yán)重。治理環(huán)境需求開發(fā)新型資料，為了保證社會(huì)繼續(xù)開展，不能沒有資料；為了社會(huì)的可繼續(xù)開展，除了盡量少用資料以外，還要開發(fā)治理環(huán)境的資料。

2、師昌緒引見說，在上世紀(jì)，專家就提出了環(huán)境資料的概念。環(huán)境資料就是與環(huán)境相協(xié)調(diào)的資料；節(jié)約資源和能源，減少污染，可以回收，并提出全壽命環(huán)境協(xié)調(diào)性評價(jià)概念。近年來又強(qiáng)調(diào)生態(tài)設(shè)計(jì)，即以實(shí)現(xiàn)資源的有效利用、產(chǎn)品性能的提高、壽命的延伸、廢料的回收以及再制造工程的實(shí)現(xiàn)等循環(huán)經(jīng)濟(jì)的實(shí)施。根據(jù)這一理念以期使資源的利用率提高10倍。近年正在開發(fā)的低碳、低合金鋼提高強(qiáng)度一倍的任務(wù)(超級鋼)，初步證明這是可行的。師昌緒以為，隨著世界人口的添加，資源枯竭及環(huán)境破壞的加劇，正在制約著全球經(jīng)濟(jì)的增長。人類要想繼續(xù)生存和開展，就必需改動(dòng)目前的開展方式，走可繼續(xù)開展的道路，這就是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)開展。 文章二新資料產(chǎn)業(yè)

3、開展特點(diǎn)和趨勢 新資料在開展高技術(shù)、改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、加強(qiáng)綜合國力和國防實(shí)力方面起著重要的作用，世界各興隆國家都非常注重新資料的開展。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的開展、全球化趨勢的加快，新資料產(chǎn)業(yè)的開展呈現(xiàn)出以下主要特點(diǎn)和趨勢。1新資料多學(xué)科交叉性及多部門參與新資料與信息、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、交通、建筑等產(chǎn)業(yè)的結(jié)合越來越嚴(yán)密，資料科學(xué)工程與其他學(xué)科交叉的領(lǐng)域和規(guī)模都在不斷擴(kuò)展，如生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)等。對學(xué)科交叉的認(rèn)知和有力推進(jìn)將對一個(gè)國家資料產(chǎn)業(yè)的超前開展起到舉足輕重的作用。新資料的開展還跨越多個(gè)相關(guān)部門，因此各國都努力于把資料開展納入到產(chǎn)、學(xué)、研、官一體化的平臺(tái)，以滿足資料開發(fā)對各個(gè)部門提出的不同

4、要求。2新資料產(chǎn)業(yè)上下游進(jìn)一步交融隨著高新技術(shù)的開展，新資料與根底資料產(chǎn)業(yè)結(jié)合日益嚴(yán)密，產(chǎn)業(yè)構(gòu)造呈現(xiàn)出橫向分散的特點(diǎn)。根底資料產(chǎn)業(yè)正向新資料產(chǎn)業(yè)拓展，世界上很多著名的新資料企業(yè)以前都是鋼鐵、化工、有色金屬等根底資料企業(yè)，利用積累的大規(guī)模消費(fèi)才干、消費(fèi)技術(shù)及充足的資金進(jìn)入新資料領(lǐng)域。伴隨著元器件微型化的趨勢，新資料技術(shù)與器件的一體化趨勢日趨明顯，新資料產(chǎn)業(yè)與上下游產(chǎn)業(yè)相互協(xié)作與交融更加嚴(yán)密，產(chǎn)業(yè)構(gòu)造出現(xiàn)垂直分散趨勢。這種趨勢減少了資料產(chǎn)業(yè)化的中間環(huán)節(jié)，加快了研討成果的轉(zhuǎn)化，降低了研發(fā)與市場風(fēng)險(xiǎn)，有利于提高企業(yè)競爭力。3新資料開展的驅(qū)動(dòng)力由軍事需求向經(jīng)濟(jì)需求轉(zhuǎn)變從20世紀(jì)來看，國防和戰(zhàn)爭的需求、核

5、能的利用和航空航天技術(shù)的開展是新資料開展的主要驅(qū)動(dòng)力。而在21世紀(jì)，衛(wèi)生保健、經(jīng)濟(jì)繼續(xù)增長以及信息處置和運(yùn)用將成為新資料開展的最根本動(dòng)力，工業(yè)和商業(yè)的全球化更加注重資料的經(jīng)濟(jì)性、知識產(chǎn)權(quán)價(jià)值和與商業(yè)戰(zhàn)略的關(guān)系，新資料在開展綠色工業(yè)方面也會(huì)起重要作用。未來新資料的開展將在很大程度上圍繞如何提高人類的生活質(zhì)量展開。4新資料市場需求旺盛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模急劇擴(kuò)展隨著社會(huì)科技的提高和新興產(chǎn)業(yè)的快速開展，對新資料需求的種類和數(shù)量都大大添加，新資料市場需求前景非常看好。以新資料為支撐的新興產(chǎn)業(yè)，如計(jì)算機(jī)、通訊、綠色能源、生物醫(yī)藥、納米產(chǎn)業(yè)等的快速開展，對新資料的種類和數(shù)量需求也將進(jìn)一步擴(kuò)展。例如：2003年全球半

6、導(dǎo)體公用新資料市場規(guī)模為200億美圓；磁性資料以15%的年增長率開展，估計(jì)到2021年，僅中國市場就需求永磁鐵氧體50萬噸，軟磁鐵氧體20萬噸，釹鐵硼磁體5萬噸。目前全球生物醫(yī)用資料的產(chǎn)值超越800億美圓，估計(jì)2021年將到達(dá)4000億美圓。目前世界納米技術(shù)的年產(chǎn)值為500億美圓，估計(jì)2021年納米技術(shù)將成為僅次于芯片制造的世界第二大產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值將達(dá)14400億美圓。5新資料向多功能、智能化方向開展，開發(fā)與運(yùn)用聯(lián)絡(luò)更加嚴(yán)密21世紀(jì)，新資料資料技術(shù)的突破將在很大程度上使資料產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能化、多功能化、環(huán)保、復(fù)合化、低本錢化、長壽命及按用戶進(jìn)展訂制。這些產(chǎn)品會(huì)加快信息產(chǎn)業(yè)和生物技術(shù)的革命性進(jìn)展，也可

7、以給制造業(yè)、效力業(yè)及人們生活方式帶來重要影響?？傮w來說，新資料的開展正從革新走向革命，開發(fā)周期正在縮短，創(chuàng)新性曾經(jīng)成為新資料開展的靈魂。同時(shí)新資料的開發(fā)與運(yùn)用聯(lián)絡(luò)更加嚴(yán)密，針對特定的運(yùn)用目的開發(fā)新資料可以加快研制速度，提高資料的運(yùn)用性能，便于新資料迅速走向?qū)嵺`運(yùn)用，并且可以減少資料的“性能浪費(fèi)，從而節(jié)約了資源。6跨國公司對新資料產(chǎn)業(yè)開展影響力加強(qiáng)跨國公司及其分支公司在新資料產(chǎn)業(yè)的開展作用顯著，這些企業(yè)規(guī)模大、研發(fā)才干強(qiáng)、產(chǎn)業(yè)鏈完善，它們經(jīng)過戰(zhàn)略聯(lián)盟、大量的研發(fā)投入、產(chǎn)業(yè)技術(shù)及市場規(guī)范制定并控制知識產(chǎn)權(quán)，尋求在競爭中處于優(yōu)勢甚至壟斷位置，一些新資料產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了被大型跨國公司壟斷的景象或趨勢。半導(dǎo)體

8、硅資料市場和消費(fèi)曾經(jīng)構(gòu)成壟斷。2001年，信越、瓦克、住友、MEMC公司、三菱資料公司5家企業(yè)硅片銷售占國際銷售額的79.1%。有機(jī)硅資料那么是DowCorning公司、GE公司、Wacker公司和Rhone-Poulenc公司及日本一些公司根本控制了全球市場。有機(jī)氟資料那么是DuPont、Daikin、DN-Hoechst、3M、Ausimont、ATO和ICI等7大公司占據(jù)全球90%的消費(fèi)才干，在全球居于統(tǒng)治位置。7新資料開展和生態(tài)環(huán)境及資源的協(xié)調(diào)性倍受注重面對資源、環(huán)境和人口的宏大壓力，各國都在不斷加大生態(tài)環(huán)境資料及其相關(guān)領(lǐng)域的研討與開發(fā)的力度，并從政策、資金等方面都給予更大支持。資料的

9、生態(tài)環(huán)境化是資料及其產(chǎn)業(yè)在資源和環(huán)境問題制約下滿足經(jīng)濟(jì)可接受性、實(shí)現(xiàn)可繼續(xù)開展的必然選擇。開發(fā)新資料將更加注重從消費(fèi)到運(yùn)用的全過程對環(huán)境的影響，資源維護(hù)、消費(fèi)制備過程的污染和能耗、運(yùn)用性能和回收再利用的問題。生態(tài)環(huán)境資料的三個(gè)特征是優(yōu)良性能并節(jié)省資源、減少污染和再生利用。目的是實(shí)現(xiàn)資源、資料的有機(jī)一致和優(yōu)化配置，到達(dá)資源的高度綜合利用以獲得最大的資源效益和環(huán)境效益，為構(gòu)成循環(huán)型社會(huì)的資料消費(fèi)體系奠定根底。8新資料產(chǎn)品規(guī)范化出現(xiàn)全球化趨勢在經(jīng)濟(jì)全球化日益加強(qiáng)的背景下，能否在世界不同地方對同一資料采用一樣的規(guī)范是至關(guān)重要的。各國資料及其產(chǎn)品數(shù)據(jù)規(guī)范不一致將會(huì)引起混亂、低效并添加本錢，不利于市場運(yùn)用

10、的國際化。因此對資料供應(yīng)商和用戶來說，不同的國家以一樣方式測試資料特性是非常重要的，對于新興市場上的新資料，這種要求尤其劇烈。新資料產(chǎn)業(yè)開展熱點(diǎn)1信息資料信息資料是最活潑的新資料領(lǐng)域，微電子資料在未來1015年仍是最根本的信息資料，集成電路及半導(dǎo)體資料將以硅資料為主體，化合物半導(dǎo)體資料及新一代高溫半導(dǎo)體資料共同開展。光電子資料將成為開展最快和最有出路的信息資料，主要集中在激光資料、高亮度發(fā)光二極管資料、紅外探測器資料、液晶顯示資料、光纖資料等領(lǐng)域。2004年，在“國家半導(dǎo)體照明工程方案的推進(jìn)下，我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)開展加速，關(guān)鍵技術(shù)獲得突破，藍(lán)光功率型LED芯片發(fā)光效率到達(dá)90mW，處于國際先進(jìn)

11、程度；封裝的功率型白光LED發(fā)光效率超越30lm/W，到達(dá)國際先進(jìn)程度。建立了上海、大連、廈門、南昌4個(gè)國家半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化基地，民營資本投資近37億元人民幣，我國LED產(chǎn)業(yè)迎來了快速開展的時(shí)期。2004年我國推出了激光電視樣機(jī)，技術(shù)程度到達(dá)國際先進(jìn)。在激光顯示DPL晶體資料研討方面獲得重要成果。例如，全固態(tài)激光資料的生長、后加工和鍍膜技術(shù)，高功率光學(xué)元件的鍍膜技術(shù)，鍍膜的直接檢測技術(shù)等。2新能源資料新能源資料是開展新能源的中心和根底，開展方向是開發(fā)綠色二次電池、氫能、燃料電池、太陽能電池和核能的關(guān)鍵資料。當(dāng)前的研討熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括高能儲(chǔ)氫資料、聚合物鋰離子電池資料、質(zhì)子交換膜燃料電池資料、

12、多晶薄膜太陽能電池資料等。2004年，我國在高性能鋰電池資料方面獲得艱苦進(jìn)展，為我國鋰電池產(chǎn)業(yè)更大開展，特別是鋰電池動(dòng)力電池的開展發(fā)明了有利條件，突破了日本一統(tǒng)天下的局面，成為世界第二消費(fèi)大國。我國自主開發(fā)的鈷鎳錳酸鋰本錢僅為鈷酸鋰的一半，高溫穩(wěn)定性也大幅度改善，改性天然石墨球負(fù)極資料已研制開發(fā)并投入批量消費(fèi)。近年來，我國太陽能電池開展很快，納晶太陽能電池資料研討獲得了重要進(jìn)展，其本錢估算0.5-1$/pW。假設(shè)效率到達(dá)5%，性能價(jià)錢比將超越非晶硅，有很強(qiáng)的市場競爭才干，成為值得關(guān)注的新型太陽能電池。3生物醫(yī)用資料隨著生物技術(shù)、醫(yī)藥技術(shù)、信息技術(shù)、制造技術(shù)、納米技術(shù)和資料科學(xué)技術(shù)的迅猛開展與交

13、互交融，新型和新概念生物醫(yī)用資料層出不窮。藥物控制釋放資料、組織工程資料、納米生物資料、生物活性資料、介入診斷和治療資料、可降解和吸收生物資料、新型人造器官、人造血液等代表了新的開展趨勢和方向。在國家科技政策和方案資助下，我國生物醫(yī)用資料已獲得了長足提高,主要集中在骨科修復(fù)資料、藥物控釋資料、介入資料、組織工程支架資料等。我國組織工程資料以骨資料研討為主，構(gòu)成了以四川、上海、武漢、北京等多家單位為代表的格局。隨著安泰科技股份、法爾勝等一些上市公司的介入及留學(xué)歸國人員的創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，我國介入診療資料與器械產(chǎn)業(yè)化獲得了較大進(jìn)展。國內(nèi)年產(chǎn)值到達(dá)2530億人民幣，國內(nèi)市場占有率也有了較大提升，其中非血管和

14、心血管介入治療產(chǎn)品國內(nèi)市場分別到達(dá)70%和50%以上。4納米資料與技術(shù)納米資料與技術(shù)開展趨勢一方面是開展納米加工、納米電子、納米醫(yī)療以及機(jī)器人等未來能構(gòu)成新興主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的根底研討；一方面是對如今的信息高科技產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)展改造和提升。目前，國內(nèi)規(guī)模較大的納米產(chǎn)業(yè)主要包括特種納米碳資料、納米粉體資料、納米復(fù)合資料、納米改性的紡織品及醫(yī)療保健等領(lǐng)域。納米資料的運(yùn)用尚處于初級階段，主要是利用納米粉體資料的功能特性，對傳統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)展晉級。在紡織行業(yè)，納米資料改性的功能纖維產(chǎn)品相繼問世；抗菌抑菌、紅外保溫、負(fù)離子釋放、自清潔、阻燃和防水防靜電產(chǎn)品已進(jìn)入市場；納米涂料市場份額進(jìn)一步擴(kuò)展。在最新的納米技術(shù)

15、研討領(lǐng)域，我國也獲得了重要突破，如我國研制出高穩(wěn)定、可擦寫的有機(jī)分子納米存儲(chǔ)資料，存儲(chǔ)點(diǎn)尺寸為2個(gè)納米，存儲(chǔ)密度在1013比特/厘米2，是傳統(tǒng)存儲(chǔ)密度的105倍；在國際上初次創(chuàng)新提出GaAsSb/InGaAs非對稱雙量子阱構(gòu)造，并在實(shí)驗(yàn)上獲得室溫1.3微米發(fā)光納米資料在國內(nèi)初次勝利研制出性能良好的1.21-1.28微米室溫任務(wù)邊發(fā)射激光器。5超導(dǎo)資料與技術(shù)超導(dǎo)資料與技術(shù)的開展趨勢是不斷探求更高溫度超導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)資料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)在能源、電力、挪動(dòng)通訊、國防領(lǐng)域的運(yùn)用。從目前國際上高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用的趨勢來看，在繼續(xù)改善BSCCO帶材也稱為第一代帶材的同時(shí)，各國正在努力研討開發(fā)一種在柔性金屬基

16、帶上涂以YBCO厚膜的涂層導(dǎo)體第二代高溫超導(dǎo)帶材。鉍系高溫超導(dǎo)線材目前已實(shí)現(xiàn)商品化，主要產(chǎn)業(yè)化中心技術(shù)被美國、日本、中國、德國等少數(shù)國家所掌握。我國鉍系高溫超導(dǎo)線材已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，在超導(dǎo)資料的運(yùn)用方面如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)濾波器等方面獲得了突破性進(jìn)展。2004年7月，北京云電英納超導(dǎo)電纜的三相交流33.5米35kV/2kA高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)在云南昆明普吉變電站掛網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)勝利，標(biāo)志著我國曾經(jīng)掌握了超導(dǎo)電纜適用化的關(guān)鍵技術(shù)。這是全球第三組并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的超導(dǎo)電纜系統(tǒng)，綜合性能優(yōu)于前兩組，多方面擁有自主關(guān)鍵技術(shù)。2004年3月，清華大學(xué)研制的超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)在中國聯(lián)通CDMA挪動(dòng)通訊基站上現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)獲得圓滿勝利。這是我

17、國高溫超導(dǎo)技術(shù)在挪動(dòng)通訊中的初次實(shí)踐運(yùn)用，各關(guān)鍵技術(shù)目的到達(dá)國際先進(jìn)程度，成為繼美國之后、第二個(gè)擁有此類適用中心技術(shù)的國家。6化工新資料化工新資料向高性能化、多功能化、精細(xì)化、低本錢化、消費(fèi)全球化、工藝無害化、安裝大型化、運(yùn)用普及化、創(chuàng)新繼續(xù)化、競爭猛烈化方向開展。隨著催化劑技術(shù)、生物技術(shù)、納米技術(shù)、組合化學(xué)技術(shù)的開展，加強(qiáng)了技術(shù)人員對于微觀化學(xué)合成領(lǐng)域的控制才干，使得化工新資料新產(chǎn)品的合成更為靈敏，速度不斷加快，效率也大為提高。公用性、功能性產(chǎn)品日益成為化工新資料領(lǐng)域中開展最快、研討最活潑的領(lǐng)域?；ば沦Y料由于涉及面廣，與下游運(yùn)用結(jié)合嚴(yán)密，因此成為邊緣學(xué)科活潑的領(lǐng)域。如納米技術(shù)與資料技術(shù)的結(jié)

18、合，生物技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)與資料技術(shù)的結(jié)合，膜資料技術(shù)與過程控制的結(jié)合等等為新學(xué)科的不斷涌現(xiàn)提供了時(shí)機(jī)。7高性能構(gòu)造資料從世界上新資料的開展趨勢看，鋼鐵資料和有色金屬資料的消費(fèi)不斷在向短流程、高效率、節(jié)能降耗、干凈化、高性能化、多功能化的方向開展；高性能構(gòu)造陶瓷在堅(jiān)持原有耐高溫、高強(qiáng)度的前提下向強(qiáng)韌化、易成形加工方向開展；高分子資料向資料的微觀設(shè)計(jì)、多層次構(gòu)造調(diào)控、集成化、智能化、多功能化方向開展；復(fù)合資料以高性能、低本錢制造技術(shù)為開展重點(diǎn)，向資料設(shè)計(jì)-制造-評價(jià)一體化、功能化、智能化的方向開展。 文章三未來汽車：燒鐵不燒油納米金屬燃料有望成為新型清潔能源 人類在享用汽車帶來的便利的同時(shí)，也不得不

19、忍受汽車尾氣呵斥的空氣污染，而全球變暖和油價(jià)高起更讓尋覓替代能源成了迫切的要求。太陽能汽車、氫燃料電池汽車、油電混合動(dòng)力汽車應(yīng)運(yùn)而生。雖然它們正在獲得越來越多的認(rèn)可，卻依然不盡如人意。比如售價(jià)不低或運(yùn)用本錢過高，再比如性能上仍無法和汽油或柴油動(dòng)力車媲美。有沒有其他處理方案呢？美國田納西州橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家也在研討這個(gè)課題，他們想到一種非常新奇的處理方法：以金屬作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。實(shí)驗(yàn)室的戴夫比奇博士以為，鐵、鋁、硼都可以用作新的替代能源。根據(jù)比奇的計(jì)算，運(yùn)用特制的發(fā)動(dòng)機(jī)和同等體積的金屬燃料，一輛轎車的行駛間隔 是普通汽油動(dòng)力汽車的3倍。而且由于熄滅的是金屬燃料，它幾乎沒有污染，也就是說沒有

20、二氧化碳、氮氧化物，也沒有灰塵和煤煙。這種金屬燃料甚至還可以被循環(huán)運(yùn)用。只需將用過的納米顆粒放到氫氣環(huán)境下進(jìn)展加熱，他們就會(huì)再次成為可用的燃料。沉甸甸、冷冰冰的鐵塊中通暢蘊(yùn)藏著能量，而且還能被點(diǎn)燃？這幾乎不可思議，這樣一來發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼要用什么物質(zhì)來制造呢？不過，既然汽車可以用各種各樣的燃料比如甲烷、煤粉以及火藥作為來源，那么它為何就不能以金屬作為燃料呢。現(xiàn)實(shí)上，正常形狀下的鐵是不能被用做燃料的，但是當(dāng)鐵塊被加工成納米級的微粒時(shí)，它就具有了很高的反響活性，將其點(diǎn)燃會(huì)釋放出大量能量。神奇的納米資料其真實(shí)燃料中運(yùn)用金屬并不是異想天開。由于納米粉末具有極強(qiáng)的儲(chǔ)能特性，將其作為添加劑參與到燃料中可大大提

21、高熄滅效率?；鸺?jīng)在運(yùn)用金屬粉末作為燃料添加劑了，將一些納米粉末添加到火箭的固體燃料推進(jìn)劑中，可大幅度提高燃料的熄滅熱和熄滅效率，以及改善熄滅穩(wěn)定性。研討闡明，向火箭固體燃料中參與0.5%納米鋁粉或鎳粉，可使熄滅效率提高10%25%，熄滅速度加快數(shù)十倍。此外，火箭動(dòng)力的魚雷也運(yùn)用了金屬粉末。當(dāng)然，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)用金屬的方法與這里討論的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)有很大差別。當(dāng)金屬顆粒比如鐵和鋁與空氣接觸時(shí)，它的外表會(huì)生成一層氧化物，只需將其除去才能夠點(diǎn)燃金屬。這普通需求一個(gè)溫度高于2000度的熱源，氧化層將在這個(gè)溫度下被汽化從而暴顯露金屬原子。這個(gè)要求對于火箭而言雖然容易，但對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)而言就成了一個(gè)難題。而對

22、于內(nèi)燃機(jī)來說，另一個(gè)難題那么是一旦汽化的金屬氧化物冷卻就會(huì)凝固成為灰燼。橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)科學(xué)家所羅門拉比諾夫?qū)@兩個(gè)問題非常熟習(xí)。早在20世紀(jì)80年代，當(dāng)他還在烏克蘭基輔的一個(gè)工學(xué)院做助教時(shí)，拉比諾夫的研討小組就嘗試在內(nèi)燃機(jī)中熄滅微米級的鐵顆粒。他們對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)展了改良使它可以耐受高溫，然而氧化物灰燼會(huì)堆積在活塞、汽缸壁和閥門上從而堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)。他們當(dāng)時(shí)因沒能找到處理方法只好放棄。后來拉比諾夫去了美國，開場在橡樹嶺任務(wù)。2003年，他建議比奇和實(shí)際家博比桑普特重新開場研討這個(gè)問題，這次他們運(yùn)用的是納米級的顆粒，比單個(gè)原子大不了多少。納米資料包含了假設(shè)干個(gè)原子、分子，使得人們可以在原子層面上進(jìn)展

23、資料和器件的設(shè)計(jì)和制備。幾十個(gè)原子、分子或成千個(gè)原子、分子“組合在一同時(shí)，表現(xiàn)出既不同于單個(gè)原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)，這種“組合被稱為“超分子或“人工分子?！俺肿拥男再|(zhì)，如它的熔點(diǎn)、磁性、電容性、導(dǎo)電性、發(fā)光性和顏色及水溶性都有艱苦變化。當(dāng)“超分子繼續(xù)長大或以通常的方式聚集成大塊資料時(shí)，奇特的性質(zhì)又會(huì)失去。通俗來說，納米資料一方面可以被當(dāng)作一種“超分子，充分地展現(xiàn)出量子效應(yīng)；而另一方面它也可以被當(dāng)作一種非常小的“宏觀物質(zhì)，以致于表現(xiàn)出前所未有的特性。在實(shí)驗(yàn)中，研討人員發(fā)現(xiàn)直徑50納米的鐵顆粒比拉布諾夫原來研討的微米級鐵顆粒更容易熄滅：加熱到250度，或者僅僅是一個(gè)火花就可以點(diǎn)

24、燃。隨著研討的深化，他們發(fā)現(xiàn)納米金屬顆粒有越來越多的神奇特性。納米顆粒的單位體積外表積比外表積很大，因此容易熄滅。鐵非常容易與氧氣反響，所以假設(shè)許多鐵原子同時(shí)暴露在空氣中，氧化過程將產(chǎn)生大量熱量從而點(diǎn)燃金屬。為了防止這種反響，在制造納米顆粒時(shí)普通要給它包覆一層氧化層。但即使有氧化層，極大的比外表積也使金屬納米顆粒只需少量熱量就能在氧氣分子中點(diǎn)燃。一旦點(diǎn)燃，納米顆粒會(huì)很快熄滅，最高溫度可以到達(dá)800度，在不會(huì)熔化合金發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)也能有足夠的能量供運(yùn)用。更為重要的是，納米顆粒與微米級顆粒不同，它熄滅的溫度不會(huì)高到使本人汽化或熔化，只會(huì)產(chǎn)生氧化物顆粒，所以不會(huì)粘在汽缸壁上以致堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)。熄滅留下的氧

25、化鐵粉末使比奇想到了金屬燃料的另一個(gè)優(yōu)勢：氧化鐵很容易再轉(zhuǎn)換成燃料。他在氫氣流中將氧化鐵加熱到425度，氧化鐵又變回了鐵原子，氫那么和氧結(jié)合生成了水。新燃料和新發(fā)動(dòng)機(jī)接下來的問題就是如何才干把金屬當(dāng)作燃料運(yùn)用。納米顆粒熄滅很快，在大約1毫秒中就釋放了全部熱量。但要用作發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，這么快的發(fā)熱速度使熱量無法被高效利用。在常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)中，每個(gè)熄滅的迸發(fā)時(shí)間可以繼續(xù)520毫秒。為了限制熄滅速度，研討小組把納米顆粒緊縮成更大的簇，在減緩納米顆粒與氧氣反響的同時(shí)減緩了散熱的速度。研討人員經(jīng)過控制簇的大小、外形和密度制造出了重1200毫克的納米顆粒簇。雖然單個(gè)顆粒的熄滅時(shí)間只需1毫秒，最大的簇卻能熄滅0.52秒。接下來，他們開場研制可以運(yùn)用金屬燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。比奇以為將噴氣飛機(jī)、車輛甚至發(fā)電站的燃?xì)廨啓C(jī)改裝成以金屬為燃料并不困難，關(guān)鍵任務(wù)在于尋覓搜集熄滅廢物的方法。另一種方案是采用斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)，這種外燃機(jī)經(jīng)過將汽缸中的氣體和液體交