簇状物和十边形──类晶体结构的新规则

典型的晶体中的景象是出名的单调的。一排整齐的原子相隔固定的间距一个接一个地出现。你可以想象这样一个以结构单元堆叠而成的有序固体。一种特定晶体的单元有完全相同的原子结构。用这些晶胞构造晶体很象砌砖筑墙。直到1984年，科学家们认为所有的有序固体都有这样简单、周期性的结构。之后，在位于盖萨斯堡的国家标准和技术学会的一个项目中，以色列技术研究院的丹·谢兹曼（DanShechtman）吃惊地发现，看上去象晶体的铝锰合金不服从晶体结构的一般规则。使这种材料不同于普通晶体的是原子排列间的距离。这种被称为类晶体的物质的原子…     

纳米时代的到来为什么这么快

诺贝尔物理学奖获得者理查德·费因曼在 1 95 9年发表了一次传奇式的演讲 ,他认为物理学的定律并不限制人类操纵单个原子和分子的能力 ,并描述了对未来的憧憬 ,即利用一项自下而上而不是自上而下的方法来构筑物质。我们用不着削木头、熔制金属、制造塑料或者通过用硅蚀刻越来越细的电路来制造最新的电脑芯片 ,而是可以把原子放在我们恰恰想放到的地方 ,就像一个马铃薯知道如何从周围的泥土、水和空气中把原子加以安排来创造自身一样。这一憧憬现在就要实现了。科学家们现在已开发出足够灵敏的工具 ,“来看到我们正在干什么并且在原子水平上…     

不含碳原子的类富勒烯分子

迄今为止,所有已知的空心笼状分子多少总含有碳分子。但是最近材料科学家发现了一种不含碳原子的二硫化钨笼状分子。这种无机半导体分子也会卷曲而形成圆柱形或封闭的多面体结构(图1,2)。以色列科学家R.坦纳及其同事已研制成功了长度不足10纳米到100纳米以上的微管,还有各种不同尺寸的笼。因为这种二硫化钨晶体是一个无机笼,它可能有与富勒烯不同的     

DNA与黄金合成新材料

就象雕刻师一点点地加粘土来制作雕像一样，科学家们也尝试着一点点地用纳米级的粒子来制造新的材料。现在，有二个研究组已经找到一种制造这种新材料的方法：他们用DNA将一串小金珠连接了起来，结果形成由无机粒子和有机分子组成的混合物。这些混合物在生物检测和生物电子学上有着很大的应用前景。他们采用的都是利用DNA碱基对的特性的方法。伊利诺斯州埃文斯顿西北大学的查德·米尔金（ChadA．Mirkin）、罗伯特·利辛格（RobertL．Letsinger）和他们的同事将二种不同顺序的DNA串附加在悬浮在水中直径为13纳米的金粒于上。看起来这些…     

科技前沿

<正>科学家成功用金属造出"玻璃"长久以来,材料科学家一直在探索使用纯净的、单原子金属来制造"玻璃"。匹兹堡大学机械工程与材料科学系的研究者完成了这一"壮举"。金属玻璃十分特别,它的结构并不是透明的(因为主体为金属),原子随机排列。这种材料商业用途广泛,因为它具备较高的强度,且制造工艺简单。研究者声称,该发明涉及到一项新技术——在原位投射电子显微镜下进行纳米级冷凝,这一技术是研究取得成功的关键。     

聚芳醚酮晶体的高分辨象

为了从原子或分子水平了解高分子材料的晶体结构,我们利用高分辨电子显微镜对刚性链高分子聚芳醚酮进行研究。得到了聚芳醚酮晶体中分子链堆积的直观物理图象。 高分辨电子显微术既具有直观性又具有微观性特点,近年来这种方法在材料的结构研究方面发挥了巨大作用。对某些材料已得到了原子水平结构象。而高分子材料由于晶体不完整     

从鲸鱼皮肤到环保船舶用油漆

据英国《新科学家》杂志报道,德国科学家经过长期研究最近得出结论,海洋中巨头鲸对自身皮肤进行卫生清洁的秘密,有可能为人类制造一种有利于环保的船舶用油漆提供关键性的借鉴。科学家们认为,巨头鲸有一层特殊的皮肤,能够防止海洋中那些有可能成为其“食客”的水生动物的侵害,人们根据这层皮肤的构造和原理,可以制造出一种环保型的船舶用油漆。     

改变科学的50个亮点(下)

物理、太空与科技26.石墨烯:奔向未来在这个三维世界中存在着一种最基本的认知,那就是任何事物都被赋予了深度、广度和高度。但这样的概述似乎很容易掩盖一类物质,即原子或分子的晶体薄膜,特别是从传统原子中剥离出来的二维晶体。这一想法一直在指引科学界不断地向"未来材料"进军。     

原子计数新方法

直径只有几亿分之一英寸的原子实在太小,即使用最大倍率的显微镜也无法观察它们。现美国橡树岭国立实验室的科学家们已研究成功一种新的激光法,采用此法能准确数出原子,每次可数一个原子。研究人员认为,这种奥秘方法对他们从事各种实际研究工作很有帮助。每个原子系由被轨道电子所围绕的一个原子核所组成。科学家们知道电子的     

“螺旋林”可望揭开薄膜超导体的神秘面纱

四年前,高温超导体首次发现以后,大量的高温超导材料相继问世。然而,其中仅有一种特殊类型的材料即薄膜超导体接近于现实应用。因为薄膜超导体较之块状超导体(比如金属导线)可以携载大得多的电流,该性能可导致薄膜超导体在快速通讯系统,电子元件,跟踪大脑活性传感器以及其他领域的应用。为什么仅有薄膜材料才能携载高额电流呢?科学家认为其物理机制至今尚属“神秘莫测”。然而最近有两个科学研究小组的研究对解开这个谜产生了轰动效应。这两个小组利用扫描遂道显微镜(STM)和原子强制显微镜(AFM)作为观察原子分子图象的工具,他们通过对薄膜的观察不容置疑地发现了分布在薄膜表面的螺旋粒状的“森林”。科学家认为这些逗弄人的“螺旋林”(Spiral Forest)绝不是什么艺术制品,相     

小粒子,大神通

<正>自从文明的曙光降临大地,人类便孜孜不倦地探求宇宙内在的规律。面对千变万化的自然现象,人类自古以来就企图用少数几种"元素"来归纳它们。到了19世纪末期,科学家们认为所有物质都是由不可分割的原子组成的。此后,在一段较长的历史时期里,科学家们都认为原子是不可再细分的基本单元。直至人们发现了"放射性"现象。     

介观科学,材料制造的新机遇

<正>世间物质,传统的观察视角是原子层面或者宏观层面,但科学家们提出,介于两者之间的一个状态,介观,是物质更值得注意并且对材料制造技术将会有极大影响的一种状态。跨越宏观-微观之间的鸿沟,世界上任何材料只要通过两个不同的镜头就可以进行检查——一个是可以观察到物质纳米级结构的镜头,另一个则是可以观察到该物质在日常     

塑料向硅的领地提出挑战

用一种导电的塑料材料聚乙炔制造电子元件的希望快要实现了,现在已到了真正的技术突破阶段。日本科学家已经研制成功第一个以加入添加剂的聚乙炔为材料的二极管(p-n结)。与原先的各种尝试不同,此二极管在空气中是稳定的。这一进展表明,二极管和晶体(三极)管很快就可能用塑料代替价格昂贵的超纯硅来制造。聚乙炔的导电性源于交叉双键的特殊排列。双键中的电子不是被特定的几个具体碳原子所占有,而是     

“LiF:F_2~-色心激光材料”通过成果鉴定

研究色心激光材料是光学晶体材料研究中的一项重要课题,鉴于色心材料制成的激光器具有在0.8～3.3μm波长的红外波谱段连续可调谐、线宽度窄、分辨率高等优点,比其他激光器更适用于时间可辨的高分辨原子和分子红外光谱学及多光子激发等许多方面,从而十分引人注目。     

纳米科技怎一个“小”字了得

因为小,所以棒对于纳米科学家而言,一个重要的事情是学会在原子的层面上去处理材料,人们可以通过熟练地控制单个的原子和分子制造各类分子机器、先进的纳米电子元器件以及各种“智能”材料。假若这种技术能够得以实现,你将看到许多新奇的东西:能在你指尖上运动的机器人、能自动“缝合”的太空服、先进的太空传感器等等,这些奇幻的纳米产品有些可能需要20年以后才能真正出现,而另一些则已经在今天的实验室中诞生了。纳米科技的神奇之处首先在一个“小”字,因为小,就产生了无穷无尽的技术优势,想想在火星探索中,假若漫游者、勇气和机遇只有甲…     

原子的秘密

<正>德国科学家马克斯·冯·劳厄因发现晶体中X射线的衍射现象而获得1914年诺贝尔物理学奖。正是这种现象的发现促成了X射线晶体学的诞生。从那以后,研究者们就开始用衍射法来研究日益复杂的晶体结构,研究范围囊括了简单的矿物质、高科技材料如石墨烯和包括病毒的生物结构。随着科技的进步,探索的步伐也加快了:每年都会形成成千上万的新结构的影像。蛋白质晶体影像的分辨率在1990年突破了分辨单个原子的临界点,新的X射线源为捕捉极具挑战性的蛋白质影像创造了条件,这些蛋白质几乎不可能成长为大型晶体     

我们还能把化学自组合推进至多运?

当今,多数物理学家主要关注于揭示自然之谜,而化学家却在"造物".至少迄今为止,尚无"合成天文学"或"合成物理学",可化学家们却热衷于想方设法地组合分子.在过去的100年间,化学家们多是通过形成或断裂原子间共用电子形成的强的共价键而合成分子的.用此手法,他们基本上可以随心所欲地将数以千计的原子结合成任意的分子构型.     

巨额投资石墨烯回报有望

去年．英国曼彻斯特大学的科学家因分离和发现石墨烯材料的神奇特性而获得2010年度诺贝尔物理学奖。一年后的今天．英国政府意识到这种物质——只有一个碳原子厚度的材料——的巨大潜力．用科学家和工程师们的话说．这种神奇材料可以更低的成本和更高的效率制造从触摸屏到塑料等材质。     

太空中的可疑分子

星际气体和尘埃在银河系内的分布是很不均匀的,有的地方很稀薄,有的地方却很稠密。最有趣的是,本世纪以来,天文学家运用光谱学在稠密的星际气体尘埃云里,发现了许多化合物的分子,到1980年止,已发现有55种之多,其中有12种是无机分子,43种是有机分子。有机分子大多由3至9个原子组成,个别的由11个原子组成。在太空中竟有这么多复杂的有机物存在,使科学家们感到非常吃惊。     

我们还能把化学自组合推进至多远？

当今，多数物理学家主要关注于揭示自然之谜，而化学家却在“造物”。至少迄今为止，尚无“合成天学”或“合成物理学”，可化学家们却热衷于想方设法地组合分子。在过去的100年间，化学家们多是通过形成或断裂原子间共用电子形成的强的共价键而合成分子的。用此手法，他们基本上可以随心所欲地将数以千计的原子结合成任意的分子构型。