材料与人类文明选修课论文[大全5篇]

第一篇：材料与人类文明选修课论文

材料与人类文明结课论文

—浅谈纳米材料

摘要：纳米是一种长度单位，现在这种长度尺寸的材料越来越广泛地运用在科学研究、新技术、新产品、以及日常生活中。所以作为21世纪的大学生，我们应该关注纳米材料的研究新进展。本文简要的介绍了纳米材料的概念，特异性能，以及其发展现状和发展趋势。

关键字：纳米材料 特异性质 现状 发展趋势，一纳米材料及其特异性质

什么是纳米材料呢？从尺寸大小来说，通常产生物化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在０.１微米以下，即１００纳米以下。因此，颗粒尺寸在１～１００纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米级的结构材料简称为纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，从大学物理课程中我们得知，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。纳米材料主要的特殊性能有以下几个方面： 1.特殊的热学性质

所有材料尺寸到纳米级后其性质都将发生变化，其中一项就是材料越小熔点越低。例如金的熔点本是1064度，但制成10纳米的粉末后，熔点就会降至940度，而2纳米的金粉末，熔点就和室温差不多，只有33度了。2.特殊的光学性质

各种纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率将显著降低，一般低于1%。粒度越细，光的吸收越强烈，利用这一特性，纳米金属有可能用于制作红外线检测元件、隐身飞机上的雷达波吸收材料。3.特殊的电磁学性质

电导率低，纳米固体中的量子隧道效应使电子运输表现出反常现象，纳米材料的电导率随颗粒尺寸的减小而下降。当晶粒尺寸减小到纳米级时,晶粒之间的铁磁相互作用开始对材料的宏观磁性有重要影响，使得纳米材料具有高磁化率和高矫顽力，低饱和磁矩和低磁耗纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍，而饱和磁矩是普通金属的1/ 2。4.特殊的力学性能

陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而并不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3~5倍。至于金属一陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。二．纳米材料发展的现状

在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境和国防的高速发展必然对材料提出新的需求。新材料的创新、新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。从纳米研究论文来说，美国以较大的优势领先于其他国家，日本、德国、中国和法国位居其后。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。在制造方法上，日本不断改进现有方法，同时还积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。

中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。

纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料取得了引人注目的成就。纳米的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。

三 纳米材料的发展前景

对于纳米复合材料来说，由于纳米复合材料具有一系列的优异特性，系统地研究纳米粒子对聚合物的改性作用，发展纳米材料和纳米结构的新型产品，具有非常重要的实用价值，再者，无机纳米粒子改性的聚合物材料在非线性光学材料、光电转换材料、化学工程、感应、催化等方面具有许多重要用途，表现出高性能、多功能等特点，具有广阔的应用前景。当今重视发展纳米技术的国家很可能在21世纪成为先进国家。纳米技术对于我们既是严峻的挑战，又是难得的机遇，必须加倍重视纳米技术和纳米基础理论的研究，为我国在21世纪经济腾飞奠定坚实的基础。整个人类社会将因为纳米技术的发展和商业化而产生根本性的变革。

为了在这一领域继续迅速进步，我们必须提高在空前微细的尺寸进行视觉化和化学分析的表征能力，要在实际生产中得到推广，我们需要更多地了解纳米结构大小的控制、大小分布、组合与组装，同时，在应用中，必须要搞清与所需的材料或器件性能之间的关系，也需要重视由此制得的纳米结构材料和器件的热、化学和结构稳定性，要求这些纳米结构材料的功能不受环境温度与不断变化的化学条件的影响。

参考文献：[1]邵刚勤，魏明坤，等.超细晶粒WC硬质合金研制动态 [J].武汉理工业大学学报，1999，21（6）.[2]卫英慧，纳米材料概论，化学工业出版社，2009.[3]许并社，纳米材料及运用技术，化学工业出版社，2004

第二篇：物理学与人类文明论文(选修课)分解

物理学与人类文明论文

——浅析相对论与现代时空观

学生姓名： 谢 云 艺 所在学院： 管 理 学 院

专业年级： 工商管理111班

学生学号： 1111010141 指导老师: 唐延林老师

2013 年 12 月 13 日

摘要

物理学是一门探究一切物质的组成及运动规律揭示它们之间的联系和各种运动之间的关系的广博而丰富的学问。作为自然科学的一门重要基础科学，物理学历来是人类物质文明发展的基础和动力。物理学史上最具影响力的理论——相对论，是一个关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)创立，相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，共同奠定了现代物理学的基础。在本文中，笔者将从狭义相对论、广义相对论的相关原理和现代时空观以及他们在当今社会中的巨大影响方面，来论述“相对论与现代时空观”，笔者初次题写物理学类文章，多有不足之处，望广大读者朋友们海涵。

关键字：相对性原理 光速不变原理 等效原理 四维时空的不变论 狭义相对论 广义相对论 现代时空观 洛伦兹变换

目 录

一、前言....................................................................1

二、相对论的概念............................................................1

三、狭义的相对论............................................................3

1、狭义相对论概念.......................................................3

2、狭义相对论的提出背景.................................................3

3、狭义相对论的基本原理.................................................4

4、狭义相对论的主要结论.................................................5

5、四维时空中的不变量...................................................6

6、质能关系、质能转化...................................................6

四、新引力理论——广义相对论................................................7

1、广义相对论概念.......................................................7

2、广义相对论的基本原理.................................................8

3、广义相对论的主要结论及一些预言.......................................9

4、相对论的时光观.......................................................9

五、相对论对当今社会的影响.................................................10

六、论文小结...............................................................11

附：参考文献...............................................................13

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一、前言

时光飞逝，转眼之间又过了半个学期，这半年来，在唐老师兢兢业业的教学下，我们完成了物理学与人类文明课程的学习，临近期末，是课程结束的时候，也是我们的知识用到实处的开始阶段。还记得老师讲授物理学与人类文明第四章的内容——相对论与现代时空观。由于个人的原因，对爱因斯坦有着莫名的崇拜，同时也对他老人家的相对论非常感兴趣，以至于本人对这一堂课印象非常深刻。本来就有想写点东西的想法，再加之老师交给我们完成课程论文撰写的任务，同时我们也务须对本次课程的学习总结反思一番，鉴此，笔者作如下小论一篇------浅析相对论与现代时空观。

物理学是一门探究一切物质的组成及运动规律揭示它们之间的联系和各种运动之间的关系的广博而丰富的学问。作为自然科学的一门重要基础科学，物理学历来是人类物质文明发展的基础和动力。同时作为人类追求真理、探索未知世界奥秘的有力工具，物理学又是一种哲学观和方法论。在人类文明漫长的岁月中，这种古老而又生机勃勃的学科为我们造就了一个又一个光辉的里程碑。

物理学对科学技术和生产力的发展起着最直接地推动作用，几次工业革命便是最好的验证。其都是由于物理学深刻地揭示了自然规律，构成了认识自然、改造自然的巨大力量，为科技发展提供了方法和技能。近一个世纪以来，物理学又有了崭新的进展，带来相应的新技术革命。

二、相对论的概念

相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论和 贵 物理学与人类文明论文

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量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，共同奠定了现代物理学的基础。相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。

狭义相对论和广义相对论建立以来，已经过去了很长时间，它经受住了实践和历史的考验，是人们普遍承认的真理。相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题，从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学 贵 物理学与人类文明论文

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而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。

三、狭义相对论

1、狭义相对论的概念

狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间——绝对空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的），即绝对时空观。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。

2、狭义相对论的提出背景

在19世纪末，人们知道光速是有限的，在测量光速时发现，木星卫星发出的光，到达地球的时间是相同的，而不管地球是朝向卫星运动还是背向卫星运动。这不符合物体运动的速度叠加原理（A参照系相对于B参照系速度为v1,A上发出相对A速度为V2的物体，物体相对于B速度为V1+V2），而符合波的性质，因为当时已知的所有波都有介质，因此人们假设光也有介质，定名为“以太”，光在以太中稳定传播，所以与地球的运动无关。

由于地球并非宇宙中的特殊天体，以太应该对地球有相对运动，而著名的迈克耳孙（A.A.Michelson）和莫雷（E.W.Morley）实验证明了相对地球运动的以太不存在，也就是说，如果存在以太，以太就是对地球静止的，这里和一些人认 贵 物理学与人类文明论文

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为的证明了以太不存在，叙述上有一点点区别。

1905年，爱因斯坦提出两条假设：

1。相对性原理：物理学在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式，也就是说，所有惯性系对于描述物理现象都是等价的。（够绝对的）

2。光速不变原理：在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参考系中，所测得的光在真空中的传播速度都是相等的。

1964年到1966年，欧洲核子中心（CERN）在质子同步加速器中作了有关光速的精密实验测量，直接验证了光速不变原理。实验结果是，在同步加速器中产生的一种介子（写法是派的0次方）以0.99975c的高速飞行，它在飞行中发生衰变，辐射出能量为6000000000eV的光子，测得光子的实验室速度仍是c。

3、狭义相对论的基本原理

（1）相对性原理——所有的物理规律在不同的惯性参照系中均一样。

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（2）光速不变原理——光在真空中的传播速度，在所有惯性参照系中均相同。

4、狭义相对论的主要结论（1）同时的相对性

在车厢上同时发生的两件事，在地面上看来并不同时发生。

同时性具有相对性。

（2）时间延缓

（3）长度缩短 贵 物理学与人类文明论文

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表明空间也是相对的，在不同参照系有不同的空间结构。

在一个参照系看物体是一个正方体，在另一个参照系可能是长方体；在一个

参照系是球形，在另一个参照系却是扁球形的。

表明物体的形状是相对的。

5、四维时空中的不变量

狭义相对论中，距离和时间在不同的参照系是不同的。然而 s(ct)(r)（1）质能关系 22是四维时空中的不变量。表明时间和空间不是独立的，相互间存在联系！

6、质能关系、质能转化

在化学反应中，例如氢与氧结合生成水，水的质量等于参加反应的氢和氧的质量之和。在反应中放出的热量，被认为是氢和氧原子中储存的化学能，在整个反应过程中，能量和质量分别守恒。贵 物理学与人类文明论文

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爱因斯坦要使物体运动定律既满足光速不变和相对性原理，又要求低速下与牛顿定律一致，得到了一个令人意外的结果：物质可以转化为运动能量，能量也可转化为物质。

物质与能量相互等价

Emc2质量包括静止质量和运动质量

静止质量可以转化为运动质量：如正负粒子相互湮灭成光子，而光子只有运动质量没有静止质量.反之亦然。

（2）质能转化

氢与氧结合生成水时放出的热量来源于氢与氧的质量和与水的质量之差（也称质量亏损）。

化学反应的质量亏损比例约为一千亿分之一到十亿分之一。核反应的比例约为一万分之一到一千分之一。

50克物质全部转化为能量，可将西湖中的所有水加热到沸腾。

四、新的引力论——广义相对论

1、广义相对论的概念

广义相对论是爱因斯坦在1915年发表的理论。爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上(目前实验证实,在10 − 12的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无关，只取决于时空局域几何性质。贵 物理学与人类文明论文

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而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表。

2、广义相对论的基本原理（1）广义协变原理

自然规律对于任何参照系而言都应具有相同的数学形式。（2）等效原理

匀加速参照系可与均匀引力场中静止的参照系等效。

比萨斜塔实验 m引＝m惯 贵 物理学与人类文明论文

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3、广义相对论的主要结论及一些预言（1）结论

引力大的地方时间过得慢 ；

引力导致空间弯曲。（2）预言

恒星光的引力偏转；

雷达回波延迟；

水星近日点的进动。

4、相对论的时光观

（1）牛顿的绝对时空观认为时间和空间是绝对的、均匀的，相互独立的；根据相对论,时间和空间是相对的。即在不同的参照系时间是不同的，物体的形状，质量等都是不同的；“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。”（苏轼《题西林壁》）

（2）时间和空间是相互关联的。

一个参照系中的所有钟都校准了，即相互同步的，在另一参照系看这些不同地点的钟都不同步了。（3）四维时空中的“不变论”

相对论（relativity）不同于“公说公有理，婆说婆有理。”没有是非标准的相对主义（relativism）的理论。

寻求不同参照系中各观测量之间的联系，重点是不同参照系中的共性，即所谓的“不变性”

真空中的光速在不同参照系中是不变的，物理规律的数学形式在不同参照

2GMT12tcr 贵 物理学与人类文明论文

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系中是一样的。

时空会影响物质的“内在的特性”！

物质也会反过来改变时空!时间与空间不仅是相对的、相互关联的，而且与物质存在有关，与观察者的运动状态有关

五、相对论对当今社会的影响

从爱因斯坦的相对论出现后,大家都知道时间也是相对的,是和质子裂变的速度的比较.这个事情推论到人的身体要素上也是成立的.当人体机能所进行的分子裂变超过正常的时候,也就是新陈代谢大量造物的时候,即新造的多而代谢的少的时候,那么这个人的体内质子裂变将明显超过时间相对的质子裂变的速度,因此在这个人的内心的心理时间就会比外界的正常时间长.比如小孩子,由于他们的新陈代谢旺盛,因此他们的内心就我们正常人的时间感觉长,因此他们表现的好动.不过这个心理时间可以通过人的意念,欲望所控制,因此有些小孩子在很小的时候就表现的比较安静,比较镇定,那是他们从心理上把肌体质子裂变的比例因子用意念给缩短了.如果这种意念能够长久的保持和利用,这样的孩子在成人以后多能表现的临危不乱,很容易成大事.而且这个肌体质子裂变的,在特定情况下,可以受到临时或者外部环境的影响,比如人在焦虑,忧愁,烦恼,悲伤的时候,此时人的体内的质子裂变激烈,质子的剧烈裂变导致激烈的心理暗示.这个心理暗示是在加速质子裂变的情况下产生的影响,因此此时的心理暗示比正常情况下普通的心理暗示强烈的多,因此人 贵 物理学与人类文明论文

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们在危难,忧愁,烦恼前的心理暗示往往是极其激烈的,激烈的可以摧毁一个人的精神支柱,理念信仰.相反的,如果人类利用这个心理暗示加速自己的战斗决心和意志力,这将无形的增大这个人的意志力.就象说“爱情的力量是伟大的”,其实不是爱情有力量,而应该是质子裂变下心理暗示所造成的能量的累计.因此21世纪更伟大的生命科学将从浅层次的人类心理意识行演变成引导这种心理意识革命的更伟大的战斗中去.到那时,人类的很多极限将需要重新谱写.六、总结

我们的物理学有许多的哲理性的解释、原理和概念，它都可以被借鉴推广到人类社会各个领域，实现多领域的创新，使我们社会、个人健康发展过程中积累智慧，不断合理前进。当前不管是社会、民族、科技都朝着和谐统一的方向发展。爱因斯坦、莱布尼茨、波尔、费曼、杨振宁等世界物理学大师都很欣赏中国古代的系统而有机的思维，并试图用系统的东方思维方式寻找自然界中各种矛盾理论的大统一理论。爱因斯坦为这一方向做出了前期的贡献。狭义、广义相对论正是统一各前期各学科理论矛盾后得出的伟大物理理论。他还历史性地提出“爱因斯坦质能方程”。事实上这种表现方式在中国的古代就已经有了，并且早已成功地运用到中医学中。在中医学中，爱因斯坦的“质”被解释为“血”，“能”则被解释成“气”。质能的辩证统一，早在两千多年前的古代中国就已经以“气血”的辩证理论，为世世代代中国人的健康问题而服务。贵 物理学与人类文明论文

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我们在学习各领域学科时，应该不忘记与自然、历史、思想、文化、人类社会和积极的处世哲学相联系。在学习自己的学科时，真正成为一个全面发展的人。

综合以上论述，物理学自其诞生便作为一门能够不断改写和更新人类文明的学问而存在并不断丰富发展着；它对人类社会进步的贡献是每一位科学家有目共睹的。物理学不仅满足了人们探索未知世界的好奇心与求知欲，同时在其理论发展过程中对工业科技进步及其它自然科学发展潜移默化地起着举足轻重的作用。物理学的发展，不仅为人类物质生产开拓了新的空间，而且为人类精神世界积淀了丰富的宝藏，对人类社会的生产方式、生活方式和思维方式产生了深远的影响。

另外，通过这一次的理论实习，我受益匪浅，老师的精彩授课，让我们习得很多平时都见不到的物理学理论，真的好不容易。同时，我也在反思，我们学习的目的是什么，并不是为了学习理论而来的，更重要的是要将课堂的理论运用到实际啊，我想老师授课的初衷也是这样的。所以，我们不仅要学会很多相关专业的理论基础知识，更应该学会自己实践，用现实实践来补充书本理论，用理论与实践的结合来武装自己，是自己真正成为一个有作为的现代知识分子。

正如俄国科学家德米特里·门捷列夫曾所言：没有经过实践检验的理论，不管它多么漂亮，都会失去分量，不会为人所承认；没有以有分量的理论作基础的实践一定会遭到失败。所以，这一次，我学会了物理学理论，也理会了要将其与实践相结合。所以，接下来的时光里，我们任重道远，然我将继续奋斗到底，争取有一天能够将物理学继续发扬光大。

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附录

参考文献：

【1】马文蔚.物理学[M].高等教育出版社 第五版上册

【2】理查德•费恩曼.费恩曼物理学讲义[M].上海科学技术出版社 新千年版第一卷 【3】胡盘新、汤毓骏、钟季康、程守洙.普通物理学[M].高等教育出版社 第六版上册 【4】哈里德.时代教育国外高校优秀教材精选.物理学基础[M].机械工业出版社 第六版 【5】哈里德.哈里德大学物理学[M].机械工业出版社 第六版上册

【6】[EB/OL]相对论：http://baike.baidu.com/subview/4243/8836415.htm 【7】[EB/OL]洛伦兹变换：http://baike.baidu.com/view/33340.htm 【8】爱因斯坦（著）刘道军（译）.相对论的意义[J].上海科技教育出版社 【9】R.P.费曼.费曼讲物理：相对论[J].湖南科学技术出版社

第三篇：西安交大材料与人类文明选修课论文

超导材料

姓名： 学院： 专业： 学号：

内容摘要：

超导是超导电性的简称，是指某些物体当温度下降至一定温度时，电阻突然趋近于零的现象。具有这种特性的材料称为超导材料。自从超导发现至今，超导的研究和超导材料的研制已迅速发展，超导材料的物质结构及性质已逐渐研究清楚，其具有优越的物理性质和优越的性能，目前已被广泛的接受和认同，超导材料也得到了广泛的应用，特别是高温超导材料的广泛应用将会给社会带来的巨大变革。关键词：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）、抗磁性应用

引言：

超导技术是21世纪具有战略意义的综合性高新技术，可广泛用于能源、信息、医疗、电力工业、交通、国防、科研及国防军工等重大工程方面。21世纪的超导技术会同20世纪的半导体技术一样具有开创新时代的意义。首先，高温超导线材通电能力超出相同截面积的铜导线100倍以上，因而在能源领域潜力巨大，并有可能引发电力系统的革命；其次，超导元器件的高灵敏特性（约瑟夫森效应）使得其在移动通信、航空航天、资源勘探、医疗诊断及军事国防等领域有广阔的应用前景；与此同时，超导材料的完全抗磁性（迈斯纳效应）也使将得其在交通运输行业有着出色的表现。

美国能源部认为高温超导电力技术是21世纪电力工业唯一的高技术储备，是检验美国将科学发现转化为应用技术能力的重大实践；日本认为超导电力技术是在21世纪全球竞争中保持尖端优势的关键所在；我国自20世纪60年代即开始超导技术和超导材料的研究经过30多年的努力，在超导磁体及其应用、超导材料研究、超导电子学以及超导基础研究等方面都取得了很大成绩。

本文试简述超导材料的前沿科技发展及其未来的应用。正文：

超导材料的突破性发展，将促进超导技术的突飞猛进，预示着一个崭新的电气化时代。实际上，超导技术的应用遍及能源、运输、基础科学、资源、信息和医疗等科学技术的广泛领域。

A.大电流应用（强电应用）一．超导发电机与电动机

使用超导材料只需消耗极少的电能，就可获得稳定的强磁场。可用于制造交流超导发电机，利用超导线圈磁体可将发电机的磁场提高到5万~6万高斯而没有能量损失，且单机发电容量比常规发电机提高5~10倍，达1MW，而体积却减少1/2，整机质量减轻1/3，发电效率提高50％；也可用于磁流体发电机，利用高温导电性气体做导体，并高速通过5万~6万高斯的强磁场而发电，而且这种发电机具有结构简单和高温导电性气体可重复利用的优点。

同时，未来的高温超导材料可用于直驱式风力发电机，可使发电机的质量和体积减小到常规电机的1/5~1/3；还可通过降低转速省掉变速装置，避免大量齿轮箱变速时带来的机械损耗，并节省齿轮箱的维护费用，这些优势使得制造更大功率的风力发电机成为可能。有一家著名的欧洲生产风力发电机的公司宣称，将来该公司生产的2MW以上的风力发电机都将是高温超导发电机。德国西门子公司也制成了4MW的高温超导电动机，目前正在研制5MW的高温超导发电机。

二．无损耗变压器

发展超导变压器，可提高电力变压器的性能。从经济上看，超导材料的低阻抗特性有利于减小变压器的损耗，高电流密度可提高电力系统的效率，采用超导变压器会大大节约能源，减少运作费用；从绝缘运行寿命上看，超导变压器的绕组和固体绝缘材料都运行于深度低温下，不存在绝缘老化问题，即使在两倍于额定功率下运行也不会影响运行寿命；从对电力系统的贡献来看，正常工作时超导变压器的內限很低，增大了电压调节的范围，有利于提高电力系统的性能；从环保角度看，超导变压器采用液氮进行冷却，取代了常规变压器所用的强迫油循环冷却或空冷，降低了噪音，避免了变压器可能引起的火灾危险和由于泄露造成的环境污染。超导变压器于2001年应用于部分铁路机车上，我国2005年也研制出高温超导型530kVA、10.5Kv的变压器，并已投入使用。

三．超导输电

当前，我国电网的电能损耗约占总发电量的8％，其中90％左右是由电缆损耗掉的。可以这么说，当前中国每年在输配电网上损失的电量，相当于两到三个三峡电站的发电量。而在美国，每年仅在输电线路上的损失就高达40亿美元之多。

美国物理学家波恩特·特奥·马梯阿斯指出：“电能的输送是超导体最重要的应用之一。”超导材料可用于制作超导电缆，超导电缆具有载流能力大、损耗低和体积小的优点，其传输容量将比常规电缆提高3~5倍，可把电力几乎无损耗地输送给用户，尽管在交流运行状态下存在交流损耗，但其输电损耗也将比常规电缆降低20％~70％。因此高温超导电缆输电无需高压，可将输电损耗、电磁污染、占用缆沟宽度降至最低，真正代表了世界最先进的技术方向。

目前世界上建成和在建的高温超导电缆项目有20多个，而世界上已建成的20余根高温超导电缆项目中，绝大多数是铋系高温超导材料，原因是其工业级的产量能力、电流密度、价格成本、磁场性能等方面都是现阶段最符合电缆运行要求的高温超导材料。国家电网公司正规划一条千米级的高温超导输电电缆，如能利用我国自有的相关技术和高温超导线材，不但可向世界展示我国高温超导先进的技术水平，而且将对我国高温超导产业的发展与技术升级带来巨大的积极作用。（据我所知，在高温超导线材方面，2008年中国科学院电工所马衍伟领导的研究组研制成世界首根10米量级铁基超导长线，为我国超导线材的产业化奠定了基础。）

四．医疗器械方面的应用 ①核磁共振成像装置

它是20世纪80年代发展起来的先进的医学影像技术，目前应用于医院中的核磁共振成像装置近80％是采用超导磁体，他不仅磁场强，稳定性好，而且体积小，质量轻，几乎不消耗电能。

② 高温超导心磁图仪

近年来，有科学家以YBCO陶瓷为材料，做成的高温超导心磁图仪（HT-MCG）已应用于临床，通过计算机将信号收集和处理后，绘制出病人的心磁图波形等心电图形，帮助医生更好地了解病人的情况。该仪器成本低，效果好，对冠心病的无创伤诊断，心肌缺血诊断，心肌影像形成等效果良好，具有很好的应用前景。

B.电子学应用（弱电应用）一.超导探测器

根据超导约瑟夫森效应制成的超导量子探测器，是极其灵敏的磁场探测仪器，可分辨相当于地球磁场十亿分之一的变化，可广泛应用于无损探伤、大地探测、生物磁学找矿的行业。与传统的半导体探测比较，高Tc超导探测器在大于20um长波探测中将成为优良的接受器件填充了电磁波段中远红外至毫米波段的空白。这一技术将在天文探测、光谱研究、远红外激光接收和军事光学等领域有广泛的应用。

二.无损检测

SQUID磁强计的磁场灵敏度优于100ft，完全可用于无损检测。由于SQUID能在大的均匀场中探测到场的微小变化，增加了探测深度，提高了分辨率，能对多层合金导体材料的内部缺陷和腐蚀进行探测和确定，这是其他探测手段无法办到的。工业上可用于探测导体材料的缺陷、内部的腐蚀等，军事上可用于水雷和水下潜艇等的探测。

三.超导计算机

利用超导材料的隧道效应可使计算机体积变小，能耗降低，计算速度极大提高。与传统计算你相比，至少可提高数百倍的速度。它有许多明显的优点： a.器件的开关速度比现存半导体器件快2—3个数量级，比普通半导体Si集成电路要快1000倍左右。

b.很低的功率，只有半导体器件的千分之一左右，几乎没有散热问题。

c.输出电压在毫伏数量级，而输出电流大于控制线内的电流，具有一定的增益，型号检测更方便。同时体积更小，成本更低。

d.因超导抗磁效应，电路布线干扰完全消失，信号准确五畸变。C.抗磁性应用 一.超导磁悬浮列车

磁悬浮列车大致可分两种：一种以德国为代表的，利用磁体吸引力的电磁悬浮；一种以日本为代表的，利用磁体排斥力的电动悬浮。相吸式是把电磁铁安装在车体上，通电后产生电磁力与导轨相吸引而使列车悬浮，再用电动机牵引列车前进。相斥式则是在列车上安装超导磁体，轨道上安装磁浮线圈，超导磁体与地面线圈之间产生强大磁力而使列车悬浮，再用电动机牵引列车前进。其优越性：高速度，低振动，低噪音，少维修，安全可靠，无污染。2009年6月15日，我国首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车在中国北车唐山轨道客车有限公司下线，完成调试。这标志着中低速磁悬浮技术已悄然走上产业化实施道路。

二.磁悬浮轴承

高速转动的部位由于受轴承摩擦的限制转速无法进一步提高。利用超导体的完全抗磁性可制成无摩擦悬浮轴承。磁悬浮轴承是采用磁场力将转轴悬浮。由于无接触，因而避免了机械磨损。降低了能耗、减小了噪音，进而具有免维护，高转速，高精度和动力学特性好的优点。磁悬浮轴承可使用于高速离心机，飞轮储能。航空陀螺仪等高速旋转系统。

结语：

超导材料的研究是当今世界上一门新兴的科学技术。自1911年荷兰科学家卡末林、昂尼斯发现“超导”现象至今，世界各国的科学家从未间断过对“超导”的研究，特别是进入20世纪80年代以来。随着1987年中国、日本和美国科学家采用金属氧化物，将超导临界温度提高，使超导体前进了一大步，从而引起了一场前所未有的“超导大战”。由于超导材料能影响人类生存的许多重要领域，各国的材料科学家都在竞相探索它的结构，研究它的性能，以求率先找到具有高临界温度的超导材料。近年来，世界各国纷纷投入巨资加紧研究与开发，不断推动超导技术产生新的飞跃。

超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。随后高温超导材料克服了常规低温超导材料的不足之处，于是高温超导材料随即替代了低温超导材料。至今，高温超导的研究已经有20多年的历史，在20多年的广泛研究中,人们积累了大量的实验数据和理论方法。到目前为止，虽然已经有许多很好的理论模型，但是高温超导机理问题仍然没有完全解决，许多实验的结果还存在争议。因此，要用高温超导材料来改进现有的科技工程又决非易事。高温是相对于低温而言，即使是高温依然远低于冰点。所以在实际应用中超导材料需要制冷等操作，大大提高了成本，也使得超导材料不能大量应用。科学家和工程师们所遇到的困难就是如何使超导材料实用化，即提高临界转变温度、临界电流密度和改良其加工性能，制造出理想的超导材料。可以这样说，高温超导材料的突破，必将深刻地促进尖端科学技术的发展，从而加速人类文明的进程。现如今，高温超导的研究也不再局限于认识高温超导电性本身，而是要理解强关联效应背后所有的物理现象以及如何建立研究强关联体系的范式。因而强关联体系中的超导现象也就成为高温超导的研究范围，并且吸引了人们极大的兴趣。尽管如此，超导材料仍处于试验研究阶段。但人们相信，随着超导材料临界温度的提高和材料加工技术的发展，它将会在许多高科技领域获得重要应用。

综合以上分析可以看出，高温超导材料作为一种新型材料，将广泛应用于国民经济、军事技术、医疗卫生和各种高新技术产业的各个领域，其前景有可能如当年的晶体管取代电子管一样。未来十年是高温超导市场发展和材料产业化的十年。据预测，2020年，世界超导市场将达到2440亿美元/年。我们可以看到，超导技术广泛应用的时代即将来临，含苞待放的超导之花，必将带来一个缤纷的世界。

参考文献： 1.李全林主编.前沿领域新材料.南京：东南大学出版社.2008.12 2.齐宝森，吕宇鹏，徐淑琼编.21世纪新型材料.北京：化学工业出版社.2011.7 3.田永君，曹茂盛，曹传宝编著.先进材料导论.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2014.12

第四篇：选修课《化学与人类文明》

选修课《化学与人类文明》

题目： 现代生活化学的论文 院系： 医药商学院 专业班级：医药营销学生学号：指导老师：

刘环宇 1 现代生活化学

在高中学习化学时，我们不仅要像初中学习化学那样，注重化学实验的作用，掌握有关化学基础知识和基本技能...你如何理解“化学——人类进步的关键”这句话？ 化学成为一门独立学科的时间虽然不长，但化学作为一种实。

1、中国化肥市场的营销渠道模式

(1)化肥市场营销渠道演变

从新中国成立初至今，在很长一段时间内，国家对化肥生产、流通采取了严格的管理模式，先后经历了供销社农资流通系统专营、“一主两辅”即以供销社农资公司为化肥流通的“主渠道”，农业“三站”—农业植保站、土肥站、农技推广站和生产企业为辅渠道、“三足鼎立”即三条渠道共同经营，及“百花齐放”即多种渠道并存等主要阶段。化肥是一种典型的全年生产、季节销售产品，在计划经济时期，供销合作社所属农资企业按照政府委托，承担了国家化肥统购统销、粮肥挂钩等支农扶农政策的落实工作。农业生产资料经营有着完整的网络和稳定的模式，即按省市县乡设臵经营机构，层层计划分配货源。1992年国务院出台了《国务院关于加强化肥、农药、农膜经营管理的通知》，此次通知使得化肥流通由“专营”制度变为“主渠道”经营制度。中国农业生产资料公司和各级供销社的农资经营单位是农资经营的主渠道，农业“三站”和生产企业为辅渠道。

1998年n月.《国务院关于深化化肥流通体制改革的通知》(国发„1998‟39号文件)出台，国家开始对化肥流通的管理由直接计划管理为主改为间接管理为主，化肥生产企业可以将自产化肥销售给各级农资公司和农技推广站、土肥站、植保站及以化肥为原料的企业，也可以设点直接销售给农民。化肥流通体制的改革使化肥从农资部门垄断中解脱出来。国内化肥市场放开后，供销合作社的农资经营经历了市场经营主体多元化的竞争和撞击。农资经营企业通过深化改革，积极转换体制，激活机制，大力整合、改造传统农资经营网络，培养、锻炼现代经营管理人才，实现了从计划经济时期农资流主渠道到市场经济条件下农资流通主 渠道的重大转变。随着市场经济的发展，农资流通体制改革将进一步加快步伐，过去在计划经济条件下的条块分割、地方保护、划地为牢将成为历史，农资系统的一、二、三级批发体制己被摧毁，重构适应市场经济条件下的现代销网络己迫在眉捷。2001年12月n日，我国政府在多哈会议上郑重承诺:我国对外商逐步开放分销领域，化肥的零售、批发和佣金代理市场，在入世后5年内对外商开放，并取消限制。2006年的12月11日后，我国将向外商全面放开化肥的批发零售业务以及有关服务。

(2)中国化肥市场营销渠道模式特点

与绝大多数工业产品市场一样，我国化肥市场也从卖方市场转变为买方市场，原有的化肥流通体制和经营方式已不适应新形势的要求。1998年以后，部分大型企业尝试采取了化肥特许经营和自建阵地的方式。但总体来看，仍无法摆脱旧的分销模式，销售渠道单

一、层次偏多、细而长，化肥真正到农民手中时价格和企业出厂价相比仍偏高。据统计，目前各农资公司和供销社系统仍占化肥企业全年销量的60%，批发商约占35%，各企业直销部分不足5%。长远来看，化肥产品批量大，市场范围广，企业间竞争激烈，因而企业营销体系的共同特征是密闭性较好，营销渠道MBA学位论文作者:高朝辉建峰化工营销渠道策略研究既要短而宽，又要多元化，市场覆盖面足够大，渠道稳固而通畅，便于开展服务性促销活动，达到较高的营销效率。但针对不同企业的发展历史和现状、财力大小、市场经验、品牌知名度、地理位臵、目标市场定位等状况，企业应因企制宜探寻自我模式。①“代理商”为主要形式的销售体系企业在目标市场寻找并培养自己的代理商，使自己的产品完全通过代理商和经销商下放。这种体系由总分销商、地区分销商和零售商组成。各层之间产权和管理权限清晰，便于按现代企业制度操作。在市场划分上采取市场责任区制度，各地区分销商和当地代理商可以形成良好关系，便于采用商业特许连锁经营的模式。和其他模式相比较，销售体系的投资成本相对较少，建设周期相对较短。其难点是由于化肥经营困境，合适的代理商较难寻找。另外，由于化肥企业普遍缺乏零售经验，品牌知名度和美誉度不高，企业难以给代理商足够的经营管理技术支持，对代理商的控制难度较大。独立的经销商(批发商)是目前化肥销售的主力军，是企业在市场中最重要的战略合作伙 3 伴，培养、挖掘及与经销商建立良好的合作关系是当前化肥企业的重要工作。这种体系的缺点是:企业自身压力较小，营销人员积极性不高;在目标市场的营销活动较难开展，容易引起市场短期行为;对经销商基本不存在控制，经销商在化肥淡季和困难时期易抛弃企业。③以“自建渠道”和“联营型直销”为主的销售体系这种体系的优势在于:减少销售渠道的中间环节，增强企业对营销渠道的控制能力和信息反馈能力，使市场最终需求信息的清晰度加大;便于开展营销和促销活动，如农化服务、测土配方等，改变过去化肥生产企业和农民严重脱节的问题;增强企业技术创新资料来源，有助于改变目前国产化肥品种单

一、质效低下的通病。这种体系适合资金充裕、有一定市场经验和人力的大型化肥企业，是企业克服目前市场低迷和分销渠道失控的较好办法。缺点是所需资金成本较大，且易受到地方保护主义的冲击。

2、科学技术对人类的积极影响

由于科学技术在社会生产及其他领域中的广泛应用，人类在自然界面前获得空前的主动地位，人类的生产、经济、军事等实践活动对自然生态环境产生着越来越巨大而深远的影响。脑科学、神经病理学、认知心理学的迅速发展为进一步揭开大脑秘密积累了许多新的实验材料，也提出了种种脑工作模型。生命科学、遗传学的发展，特别是生物工程技术(基因工程、细胞工程、酶工程、微生物工程)的产业化，在不断地揭示生物遗传和变异规律的基础上为人类创造着新的生产力，给人类带来了显著的经济和社会效益。现代科学技术和人类生活紧密地结合在—起，社会的科学化技术化速度不断加快，规模也不断扩大。目前，信息技术已成为世界各国实现政治、经济、文化发展目标最重要的技术。由于计算机互联网的产生与普及，使得全球经济一体化，货物、技术、服务等各种信息都在全球范围内流动。政府信息化有利于提高政府的行政效率，推动政府机构的改革，使政府依据精简、统一、效能的原则，进行机构改革，建立办事高效、运转协调、行为规范的行政管理体系，能为公众提供更有效的服务，并开启了一扇公众参政议政的窗口。由于信息技术的不断发展和广泛应用，教育将呈现出现代化的特征和发展趋势。多媒体教学正在走向普及，教育方式个 4 性化、远程化。随着信息高速公路计划的实施，人们广泛地利用信息网络，自觉或不自觉地使日常生活便捷化，居家上班、网上购物、远程医疗、网上交友等。总之，信息技术的巨大进步是人类在科学上取得的最具有历史意义的成就之一，人类文明将越来越多地通过信息技术被创造和发展。

3、科学技术对人类的消极影响

科学技术会积极推动人类社会的发展，但它也有另一面，会给社会带来潜在的不良响。主要有以下几方面：

首先，科技异化的问题。科技成果应用不当，会异化为一种破坏人类生活，违背人的本意，制约人压迫人的“异己”力量。目前人类掌握的核武器可以毁灭地球几十次，“克隆人”会不会成为一支可怕的异己力量也很难断言。其次，科学技术的发展，尤其是科技在综合国力竞争中地位突显，知识经济初露端倪，掌握科学技术者会不会逐步集中，形成其自身特定的利益范畴，上升为一个阶级？若果如其然，那么社会又一次趋向于阶级的简单化——技术阶级与非技术阶级，那么就会出现一系列问题。第三，科技的进步带动全球性问题的出现。因特网的建立，电子计算机的普及使网络安全、高技术犯罪成为不可不防的问题。经济发展造成的生态环境的破坏已然严峻。宇航技术的发展，移民月球并非遥不可及，人们对月球甚至太空的开发是否会造成许多太空生态灾难亦未可知。

生物工程技术也向人的传统形象、传统价值和社会伦理观念提出了重大挑战，提出了急待解决的社会伦理问题。如基因工程会不会对人类带来危险，遗传重组的生物杂种会不会引起生物公害、破坏生态平衡；人工授精、胚胎移植、体外孕育也提出了夫妇双方生育权问题、血缘关系问题、父母亲的确定问题、“代理母亲”的社会合理性问题、对待胚胎的道德问题、无性繁殖是否可以应用于人的问题等。

信息商品化也有负面影响。第一，它可以削弱社会的凝聚力。由于信息商品化促进了社会的分工专业化，因此它使得社会成员越来越成为一个一个的“经济人”，变成只顾自己利益，不顾他人和社会利益的自私自利者，从而大大削 5 弱了社会的凝聚力。信息的多样化或分散化导致了不同社会成员的思想观念、价值观和行为方式的多样化，也不利于社会内部的整合和团结。第二，使社会的许多犯罪和腐败现象更加隐蔽。当信息成为商品，成为社会财富后，有人就可能利用自身的有利地位或采用非法手段非常容易地攫取他人或社会信息，并用来进行交换，而把所得占为己有。还有人可能通过炮制假信息来非法谋利。由于信息的非物质性和非有形性，因而利用信息进行犯罪和非法占有属于他人或社会的信息就具有极大的隐蔽性，不易被察觉，惩治起来也较困难。

4、全面认识科技的影响，正确认识微技术

科学技术本身是中性的。许多事实表明，同一种科学技术的同一种用法在一些条件下起着正面的积极影响，而在另一些条件下则起着负面的消极影响。科学、技术、社会的关系问题已成为科学技术专家和哲学家共同关心的热点问题，出现了诸如唯科学主义、技术决定论和反科学主义、悲观论等不同观点。人们特别严肃地提出了这样的问题，即人类应该以什么态度和价值目标来从事科学技术活动，科学家在“求真”的过程中应不应该承担道德义务和责任。科学技术是在人类社会漫长的发展过程中长期积累而成，既有其自身的不以人类意志为转移的发展规律，也会受到社会力量、社会条件的制约。先进的科学技术也可能造成灾难性后果，关键看它为谁所用和怎么用。

科技是人类文明发展的动力，给科技一点人文关怀，让人“诗意地栖居在大地上”，这是每一个人追求的现代科技生活理想。同时，在经济发展日益全球化的今天，每个人有权利、有义务去了解科技发展的新动态，从而能够估量它们对于人类有什么利害。原因很简单，今天科技发展与每个人息息相关。

不能否认，科技在很大程度上改变了我们的生活方式，并将进一步改变我们的生活。就拿微技术来说吧。现在，有些人在谈论“培育人类”，有些人在设计机器人的“进化”步骤，使它们能与人脑相当，甚至超过人脑。在这一潮流中，人们把微技术当做革命先锋。美国科学家雷恩在给美国国会的一封信里说，与信息和生物技术相比，微技术将对21世纪的人类社会产生深远的影响，它正式向我们宣告“微技术时代”已经到来。美国科学家麦克尔是推动微技术 6 发展的一个重要人物，他说再过十几年我们就能生产出微型电脑，生产出比细胞还要小的微机器人用于医疗，这些小机器人能穿过人的身体，为我们清理血液，清除影响我们长寿的不利因子。他还说，非常便宜的微太阳能设备将代替煤炭、石油和核能。他介绍说，不久将制造出一种材料，糖块大的面积就可以把美国国会图书馆的全部信息存进去，饥饿、营养缺乏这些问题将成为过去。这是一个梦想，但按科学家们的说法，这种梦想有可能在今后十几年内变为现实。我国的科学家已经注意到了这一点。这件事不仅涉及微技术，也涉及电脑学、遗传技术、人脑和人工智能研究，还涉及生物化学、分子生物学等学科与技术。它也涉及社会学、心理学、政治学、法学、经济学等学科。我们要全面地看待这一现象，从整体上看待这一过程，在更大的范围内讨论这一问题。这种讨论还不够多，人们对技术的了解和技术的发展之间还不成比例。为此，德国总统也不得不呼吁，要加大这一工作的透明度。

另一方面，微技术也可能带来害处。而估量微技术的害处不只是一个技术问题，它还与人文学科密切相关，至少要考虑到“生活世界”这个问题。微技术可以生产出微武器，这种武器具有前所未有的杀伤力。谁拥有这种武器就等于拥有一种不寻常的优势。防备这种武器是否意味着另一种军备竞赛呢？更大的问题恐怕是在于这种武器被哪种国家和组织所掌握。谁也不能担保这种国家不会出现。根据销毁核武器的经验，即使要销毁这种武器，也可能会遇到难以想象的麻烦。在预防种种可能爆发的瘟疫时，要防止因此带来的前所未有的细菌与病毒，引出新的危险。要有未雨绸缪的思想准备，而且要坚持不懈。其实，微技术和其他新技术一样，即使防护和免疫系统也可能是利害双全。这是一个怪圈，仿佛是新科技的天生特性似的。微技术最大的危险不是它本身，而是人用这种技术来反对人。从历史经验看，不能把新技术简单地看作新福音。20世纪人类在这方面已有了惨痛的经验，我们无权说新技术带来的未来总是美好的。何况新科技理论家中的确有一些让人不放心的东西，有些东西现在就不能接受。今天，我们首先需要学习，比如学习分辨利害，因为一般说来，人在盲目地追求幸福与成功时而犯了重大的错误，但很少清醒地估量它带来的艰险与痛苦。《易经》中提倡明辨好坏，要有忧患意识。它不仅仅给我们设计好，而是同时也提示坏。如果要说什么是智慧的话，这就是一种智慧。这也关系到直接参与 7 研究、试验和生产的人。他们也是人，也处在这个由他们设计的为“自己复制自己”的系统之内。他们不可能逃脱这一系统。诚然，我们必须避免731细菌部队的暴行再发生，避免德国科学家在纳粹时期所犯的那种难以想象的罪行重演。但也不能接受像冰岛德考得生物技术公司这样的研究所这几年来的行为，事先不加说明和不经国际社会同意，就把几乎人类的遗传体与资料收集起来，进行分析试验，还把这些作为自己的专有财产，在国外上市，在全球进行交易。如果对这类做法听之任之，无异于把我们的命运交给一些缺乏社会责任感的人。在基因上没有一个人是单单的个人，我们都要重视并正确把握科技发展的方向，使科技真正为人类服务。

（文件来源于）http://wenku.baidu.com/view/67bf9ae881c758f5f61f6768.html 8

第五篇：材料与人类文明论文

西安交通大学

材料与人类文明论文

纳米材料及其发展前景

2014.05.16

纳米材料及其发展前景 摘要

纳米技术的发展和纳米材料的出现标志着人类认识自然达到了一个新的层次，人类的科学技术进入了一个崭新的时代——纳米科技时代。纳米技术在人类社会发展中日益显示的重要作用，对社会生产、生活都将产生深刻的影响。纳米技术的研究和广泛的应用，亦促进了人类认识领域的革命性飞跃。然而，纳米技术的发展也正如其他科技一样，必然同样受到人性的规约，这样才能保证现代科学技术发展的正确方向，才能为人类文明的进步服务。前言

材料是人类赖以生存和发展的基础。一种新材料的诞生，可以引起人类文化和生活的巨大变化。近年出现的纳米材料，是纳米技术和材料科学的产物。

基本概念

1990年在美国巴尔的摩召开的第一届纳米科技会议上统一了概念，正式提出纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学和纳米机械学的概念。纳米材料是指那些由尺寸小于100nm(0.1-100nm)的超精细颗粒构成的材料的总称。基本特性

纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等纳米技术就是利用纳米材料的奇妙性能，制造具有特定功能的零部件和产品的技术。如今，纳米技术已向我们走来，并将得到广泛应用。

1、力学性质：高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型。

2、热学性质：纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。

3、电学性质：由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点。

4、磁学性质：纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。

纳米材料的主要应用

1）纳米陶瓷——新型的组织工程材料。

纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工牙齿及牙种植体、耳听骨修复体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用前景。

2）纳米材料用于细胞分离和染色。

利用纳米微粒进行细胞分离技术很可能在肿瘤早期从血液中检查出癌

细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。

3）纳米材料可实现可控、靶向、缓释性给药。

伊利诺伊大学的Tajel Desai用可植入纳米技术发明了一种可以根据体内血糖水平分泌胰岛素的纳米植入物，将其植入糖尿病患者体内，可免除注射胰岛素的麻烦。

4）纳米材料成为新型抗菌材料。

目前已研制出纳米创口贴、纳米抗菌溃疡贴，具有护创作用，还能激活细胞，修复病变组织，加速伤口恢复，此外，还开发出具有抗菌功能的多种纺织品及广谱抗菌的新型医用棉。

5）纳米材料制造的医用超微型机器人。

未来的纳米机器人进入机体后可随血液流经全身，并借助其灵敏的传感器件和智能电脑系统对整个机体进行全天候实时监测，并能根据监测结果进行适时的改造和维护。

6）纳米技术将推动航空航天事业的发展。

纳米技术将使科学家和工程师设计并制造出用于飞机、火箭、空间站等的轻质、高强度、热稳定的材料，它们在航空航天领域的应用前景极为广阔。

7）纳米技术在能源和环境领域大显身手。

碳纳米管作为新型的贮氢材料、电化学贮能材料在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景。在环境保护方面，可以制造出具有高灵敏度、高选择、高稳定性和高重复性的应用于气体、化学和生物化学领域的纳米传感器，可以监视和检测环境。

纳米材料的发展前景展望

经过几十年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生；用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用；分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。

纳米技术目前从整体上看虽然仍然处于实验研究和小规模生产阶段，但从历史的角度看：上世纪70年代重视微米 科技的国家如今都已成为发达国家。当今重视发展纳米技术的国家很可能在21世纪成为先进国家。纳米技术对我们既是严峻的挑战，又是难得的机遇。必须加倍重视纳米技术和纳米基础理论的研究，通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用，为我国在21世纪实现经济腾飞奠定坚实的基础。整个人类社会将因纳米技术的发展和商业化而产生根本性的变革。