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碳纳米管:个性十足的神奇材料 小狗狗的衣服 广东高考志愿填报指南 上古封神官网 夏日情深深 老夫子漫画电影 432影院 无锡闯红灯扣几分 cj frost 大闹天竺百度云资源 手机口袋精灵 嫦娥四号踏上奔月征程 她与“三姐”有何不同?
您当前的位置 :首页 > 影视 正文 来源: vvreqfb.cn 太仓新闻网 发布时间:
2019-11-12

  近日中国科学技术大学化学与材料学院杜平武教授课题组首次利用纳米管稠环封端“帽子”模板构建出纵向切割的纳米管弯曲片段。这种通过三个弯曲型分子连接两个石墨烯单元的方法可直接得到纳米笼状结构为构建封端锯齿型碳纳米管提供了新思路。相关研究成果发表在最新一期〖德国应用化学〗上。

  无独有偶。几乎在同时以研制出世界上第一颗原子弹而闻名于世的洛斯阿拉莫斯实验室的研究人员使用功能化碳纳米管生产出首个能在室温下使用通信波长发射单光子的碳纳米管材料。神奇材料碳纳米管为何如此受各国科学家追捧?

  空间结构像“挖空的足球”

  1985年“足球”结构的C60一经发现即吸引了全世界的目光。将“足球”挖空保持表面的五角与六角网格结构再沿着一个方向扩展六角网格并赋予平面网格以碳—碳原子与共价键就形成了具有中空圆柱状结构的碳纳米管。

  碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料。其主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管层与层之间保持固定的差距约0.34纳米直径一般为2—20纳米。

  “可以将碳纳米管联想为头发丝而实际上它的直径只有头发丝的几万分之一即几万根碳纳米管并排起来才与一根头发丝相当。”杜平武教授告诉科技日报记者作为典型的一维纳米结构单层碳原子与多层碳原子网格卷曲而成的单壁与多壁碳纳米管直径通常为0.8—2纳米与5—20纳米目前报道的最细碳纳米管直径可小至0.4纳米。

  杜平武告诉记者碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成因此按照石墨烯片的层数可分为:单壁碳纳米管与多壁碳纳米管。若依其结构特征碳纳米管则可分为扶手椅形纳米管与锯齿形纳米管等几种类型。

  制备方法是挑战

  “通常的碳纳米管制备方法主要有电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。”杜平武告诉记者电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现的碳纳米管。“这种方法比较简单但很难得到纯度较高的碳纳米管并且得到的往往都是多层碳纳米管而实际研究中人们往往需要的是单层碳纳米管。”

  “随后科研人员又发展出了化学气相沉积法在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷得到的碳纳米管纯度比较高但管径不整齐形状不法则。”杜平武说后续逐步发展起来的固相热解法等均受限于环境与条件。

  “碳纳米管的制备过程与有机合成反应类似其副反应复杂多样很难保证同一炉碳纳米管均为扶手椅形纳米管或锯齿形纳米管。”杜平武说在强酸、超声波作用下碳纳米管可以先断裂为几段再在一定纳米尺度催化剂颗粒作用下增殖延伸而延伸后所得的碳纳米管与模板的卷曲方式相同。

  “假如通过类似于DNA扩增的方式对碳纳米管进行增殖那么只需找到少量的扶手椅形纳米管或锯齿形纳米管便可在短时间内复制、扩增出数量几百万倍于模板数量的、同类型的碳纳米管。”杜平武说这可能会成为制备高纯度碳纳米管的新方式。

  性能及尺寸超越硅基材料

  “碳纳米管具有完美的一维管式结构碳原子以碳—碳共价键结合形成自然界中最强的化学键之一因此轴向具有很高的强度与韧性。此外六角平面蜂窝结构围成的管壁侧面没有悬挂键所以碳纳米管具有稳定的化学特性。”杜平武说碳纳米管优异的性能表现在电学、热学与光学等方面具有超越传统的导电、导热特性等等。

  2013年斯坦福大学科学家制备了由平行排列的单壁碳纳米管为主要元器件的世界上最小“计算机”。近两年碳纳米管电子器件的性能及尺寸又一次次被突破势在超越并最终取代目前商用的硅基器件。

  碳纳米管还可以制成透明导电的薄膜用作触摸屏的替代材料。且原料是甲烷、乙烯、乙炔等碳氢气体不受稀有矿产资源的限制。碳纳米管触摸屏具有柔性、抗干扰、防水、耐敲击与刮擦等特性可以做成曲面已在可穿戴装置、智能家具等领域得到应用。

  碳纳米管还给物理学家提供了研究毛细现象的最细毛细管给化学家提供了进行纳米化学反应的最细试管科学家甚至研制出能称量单个原子的“纳米秤”。“我国在碳纳米管材料的基础研究方面处于领先地位结构均一性的控制方法与理论不断创新控制指标也逐年刷新。”杜平武说。记者 吴长锋

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  国防科工局、国家航天局消息12月8日2时23分我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器开启了月球探测的新旅程。

  嫦娥四号将经历地月转移、近月制动、环月飞行最终实现人类首次月球背面软着陆进行月球背面就位探测及巡视探测并通过已在使命轨道运行的“鹊桥”中继星实现月球背面与地球之间的中继通信。

  记者从该探测器抓总研制单位中国航天科技集团五院了解到嫦娥四号与嫦娥三号是一对“双胞胎”当“三姐”圆满完成任务后原本作为替补的“四妹”被赋予了新的担当将成为在月球背面软着陆与巡视勘察的先锋。

  为了应对全新任务带来的新问题、新挑战五院科研团队对嫦娥四号进行了精心设计与研制改进。因此“四妹”虽然与“三姐”外貌一样其实已经脱胎换骨。归结起来主要有几大方面不同。

  科学目标不同

  2013年实施的嫦娥三号任务以“测月、巡天、观地”为科学目标即进行月球形貌与地质构造检查、进行月表物质成分与可利用资源检查、进行月球内部结构研究以及日—地—月空间环境探测与月基天文观测。

  而嫦娥四号任务的科学目标都将在月球背面完成包括实现月基低频射电天文观测月球背面巡视区形貌、矿物组份探测月球背面巡视区浅层结构探测等。

  “因为过去没有别的探测器在月球背面降落过所以不论是探地形还是探月壤成分都将是人类首次获得一手数据。”该探测器项目执行总监张熇说。

  工程目标不同

  通过实施重大航天实践推动工程的进步是中国航天跨越发展的重要途径与经验月球探测工程更是如此。

  嫦娥三号任务的工程目标有3个:突破月面软着陆、月面巡视勘察;研制月面软着陆探测器与巡视探测器建立地面深空站;建立月球探测航天工程基本体系形成重大项目实施的科学有效的工程方法。习近平总书记曾评价:“嫦娥三号任务圆满成功为我国航天事业发展树立了新的里程碑在人类攀登科技高峰征程中刷新了中国高度。”

  站在这样的起点上嫦娥四号将向着更高的目标攀登。其任务工程目标锁定在两个“国际首次”:首次实现月球背面软着陆与巡视勘察;首次实现地月L2点中继星对地对月的测控、数传中继。

  着陆环境不同

  嫦娥三号着陆区是月球正面的虹湾地区。那里布满了月海玄武岩地势较为开阔、平坦。作为大型撞击坑、月海、高地的交汇地区那里既便于选择科学勘察目标也有利于与地球通信联系。

  而嫦娥四号的首选着陆地点是位于月球背面南极艾特肯盆地中部的冯·卡门撞击坑。探测器系统项目产品保证经理吴学英说该着陆区面积比虹湾地区小了许多但是月球背面山峰林立、大坑套小坑很难找出更大、更平坦的地方供嫦娥四号安身。

  要在这样的环境条件下平安降落嫦娥四号需要有比嫦娥三号更高的着陆精度并要采取几乎垂直的降落方式。

  通信方式不同

  无论探测器飞多远都需要测控通信系统作为联络的纽带。深空探测任务周期长、通信时延大、链路带宽有限、信号衰减明显测控通信难度很大对星上设备、地面设备都有很高要求。

  而落在月球背面的嫦娥四号通信信号完全被月球遮挡与地面通信更是难上加难。

  既然无法像嫦娥三号那样直接与地面联系“飞鸽传书”的任务只能落到中继卫星身上。今年5月21日我国成功发射“鹊桥”中继卫星并架设在地月拉格朗日2点。通过它实现通信信号“接力”嫦娥四号才能够跟家乡的亲人联络。

  有效载荷不同

  嫦娥四号与嫦娥三号有一样的“身形”与“骨架”携带的装备却不一样。

  嫦娥三号有效载荷大致可以分为三类:第一类用来观察月球包括全景相机、地形地貌相机、测月雷达等;第二类用来观测宇宙主要由月基光学望远镜承担;第三类用来观察地球周围的等离子层。三种载荷各有所长也能相互配合。

  而月球背面可以屏蔽地球无线电干扰对许多科学研究项目来说具有天然优势。根据着陆区域与科学目标的变化科研团队为嫦娥四号配备了8台有效载荷。其中着陆器携带了地形地貌相机、降落相机、低频射电频谱仪等巡视器装有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达等。值得一提的是此次任务还搭载了“国际范儿”装备分别与荷兰、德国、瑞典、沙特进行科学载荷方面的国际合作。

  除了上述区别科研团队还在轨道设计、动力下降策略、休眠唤醒策略等方面进行了系统设计突破一系列关键技术并制定了符合任务特征的故障预案以全力保障嫦娥四号顺利完成这次非凡之旅。(记者 付毅飞)

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