书城自然微观世界的故事
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第7章 探索永无止境——量子、光子、中微子

物理学和化学及其他科学的最坚实的基础,是建立在对构成世界物质本质的认识上。这些认识是基于对物质微观结构的推理和验证。这一过程并没有因为原子分子论的确立而停止,也没有受到既有理论的约束,而是在不断有创新思维指导下的科学实验中,催生出新的理论。

从牛顿到爱因斯坦,每一个新的体系最终都被证明不是终极的理论,所有这些揭开物质奥秘的探索都精彩而又枯燥,远离常人的生活而又和人类的生活息息相关,这种奇怪的若即若离的现象,多少能从大家熟悉的物理学诺贝尔奖的获得者那里得到解释。

当关于原子的探索经由仑琴、贝克勒尔、居里夫人、汤姆逊和卢瑟福等著名科学家的努力,展示出清晰的图景时,另一位物理学家翻开了原子探索的新的一页,或者说打开了物质本原探索的另一扇大门。这个人就是普朗克。

这扇大门通向的是一个新的时代,一系列探索亚原子的故事一次又一次雄辩地证明,科学探索是永无止境的。

普朗克(Max Carl Ernst Ludwig Planck),于1858年出生于德国基尔(Kiel)的一个书香门第。他的祖父和曾祖父都是神学教授,他的父亲则是一位著名的法学教授,曾经参与过普鲁士民法的起草工作。1867年,普朗克一家移居慕尼黑,小普朗克便在那里上了中学和大学。在俾斯麦帝国蒸蒸日上的时候,普朗克却保留着古典时期的优良风格,对文学和音乐非常感兴趣,同时他也表现出了非凡的天赋。

1900年12月14日,大多数人们正忙碌着准备欢度圣诞节。这一天,普朗克在德国物理学会上提出了他的大胆假设。他宣读了那篇名留青史的《黑体光谱中的能量分布》的论文,其中,改变历史的是这段话:“为了找出N个振子具有总能量Un的可能性,我们必须假设Un是不可连续分割的,它只能是一些相同微粒的有限总和”。

这个相同的微粒,普朗克把它称为“能量子”。但随后很快在另一篇论文里,他就将其改称为“量子”,英语就是quantum。这个字来自拉丁文quantus,本来的意思就是“多少”,“量”。量子就是能量的最小单位。一切能量的传输都只能以这个量为单位来进行。它可以传输一个量子,两个量子,任意整数个量子,但却不能传输一又二分之一个量子,那是不可能的。

那么,这个最小单位究竟是多少呢?普朗克的方程可以容易地推算出这个常数的大小,它约等于6.55×1027尔格·秒,换算成焦耳,就是6.626×1034焦耳·秒。这个单位相当地小,也就是说量子非常小,非常细微。因此,由它们组成的能量自然也十分细密,以至于我们通常看起来,它就好像是连续的一样。这个值,现在已经成为了自然科学中最为重要的常数之一,并以它的发现者命名,称为“普朗克常数”,用h来表示。

也许普朗克自己并没有意识到,他的这次宣示,竟然开启了一个物理学的新时代——量子力学时代。

在普朗克宣读论文的这一年,一位当时并不起眼的青年人阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)刚从苏黎世联邦工业大学(ETH)毕业,正在为将来的生活而四处奔波。1902年,爱因斯坦被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员,从事发明专利申请的技术鉴定工作。他的工作性质使他不能从事实用技术发明方面的工作,以避免抄袭别人发明的嫌疑。他把眼光投向了理论物理学。他利用业余时间开展理论物理的科学研究,并且取得了非同寻常的进展。

1905年3月18日,爱因斯坦在《物理学纪事》杂志上发表了一篇论文,题目是《关于光的产生和转化的一个启发性观点》。这篇文章是爱因斯坦有生以来发表的第六篇正式论文。这篇论文将给他带来一个诺贝尔奖,也开创了属于量子论的一个新时代。

爱因斯坦的理论是从普朗克的量子假设那里出发的。普朗克假设黑体在吸收和发射能量的时候,不是连续的,而是要分成一份一份的,有一个基本的能量单位在那里。这个单位,他就称为“量子”,其大小可由普朗克常数h来描述。如果我们从普朗克的方程出发,很容易推导出一个特定辐射频率的“量子”究竟包含了多少能量,最后的公式是简单明了的:

E=hν

其中,E是能量,h是普朗克常数,ν是频率。例如,对于频率为1015的辐射,对应的量子能量是多少呢?那么,就简单地用10×15h=6.6×1034,算出结果等于6.6×1019焦耳。这个数值很小,所以我们平时都不会觉察到非连续性的存在。因此,普朗克的设想被大部分权威不屑一顾,就连他本人也最终冷落了自己的这个论断。

但是,爱因斯坦在阅读了普朗克的论文后,量子化的思想深深地打动了他。凭着一种直觉,他感到,对于光来说,量子化是一种必然的选择。虽然有电波波动理论权威麦克斯韦理论高高在上,但爱因斯坦没有被权威所吓倒。相反,他认为麦克斯韦的理论只能用于一种平均情况,而对于瞬间能量的发射、吸收等问题,麦克斯韦是和实验相矛盾的。从光电效应中已经可以看出端倪来。

爱因斯坦在自己的论文中写道,“……根据这种假设,从一点所发出的光线在不断扩大的空间中传播时,它的能量不是连续分布的,而是由一些数目有限的、局限于空间中某个地点的‘能量子’[energy quanta]所组成的。这些能量子是不可分割的,它们只能整份地被吸收或发射。”

爱因斯坦后来把组成光的能量的这种最小的基本单位称为“光量子”[light quanta]。一直到了1926年,美国物理学家刘易斯才把它改成了今天常用的名词,称为“光子”[photon]。

当然,爱因斯坦的功绩远不止只是论证了光子的存在。而是他提出了著名的相对论原理,使物理学由牛顿时代进入到爱因斯坦时代。

尽管爱因斯坦的理论对现代物理包括核物理和宇宙物理的发展都极有贡献,但它也并不是物理科学的终极理论,探索一直都未停止,直到现在和今后。

1950年,随着粒子加速器及粒子探测器的发展,科学家们可以研究高能粒子间的碰撞。他们发现中子和质子是强子的一种,由更小的夸克微粒构成。核物理的标准模型也随之发展,能够成功地在亚原子水平解释整个原子核及亚原子粒子之间的相互作用。

1985年,朱棣文及其同事在贝尔实验室开发了一种新技术,能够使用激光来冷却原子。威廉·丹尼尔·菲利普斯团队设法将钠原子置于一个磁阱中。这两个技术加上由克洛德·科昂·唐努德日团队基于多普勒效应开发的一种方法,可以将少量的原子冷却至微开尔文的温度范围,这样就可以对原子进行很高精度的研究,为玻色·爱因斯坦凝聚的发现奠定了基础。

一直以来,因为单个原子过于微小,被认为不能够进行科学研究。最近,科学家已经成功使用一单个金属原子与一个有机配体连接形成一个单电子晶体管。在一些实验中,通过激光冷却的方法将原子减速并捕获。这些实验能够使我们对于物质更好的理解。

对中微子的探索非常重要。

中微子是1931年由德国著名的物理学家泡利最先预言存在的一种亚原子。在微观世界中,中微子一直是一个无所不在、而又不可捉摸的过客。中微子产生的途径很多,如恒星内部的核反应,超新星的爆发,宇宙射线与地球大气层的撞击,以及地球上岩石等各种物质的衰变等。尽管大多数科学家承认它可能是构成我们所在宇宙中最常见的粒子之一,但由于它穿透力极强,而且几乎不与其他物质发生相互作用,因此,它是基本粒子中人类所知最少的一种。因此,对它的发现与研究一直延续到了当代。

人们一直想尽办法希望能捕捉到中微子的身影。由于地球环境中各种粒子的干扰,要想探寻到中微子是极为困难的事。为了尽量排除干扰,科学家在远离地面的深坑中安放一个极大的容器,容器内装满纯度极高的纯净水,容器周围安装一些高灵敏度的质子探测器。这样,既排除了宇宙射线的干扰,也防止杂质微粒的干扰。科学家希望用这种装置捕捉到单个衰变所产生的信号。日本在神冈的锌矿深坑里,以及美国俄亥俄州的盐矿深坑里,都安放了这样的装置。人们在耐心地观测和等待奇迹。

1987年2月23日的夜晚,在智利安第斯山上的拉斯坎伯纳斯天文台外,加拿大天文学家伊恩·谢尔顿的助手正在户外散步,在他漫不经心地扫视熟悉的星空时,忽然发现了一个以前所没有的新星。他立即向谢尔顿报告了这个发现。他们进行了认真的观测,确定这是一颗超新星。很快,这一消息传遍了全世界的天文学界。这是自1604年开普勒记录到超新星以来第一颗肉眼可见的超新星,随后许多天文台都对这颗编号为“1987A”的超新星进行了最详尽的观测和记录。

就在这件事发生的前一天,也就是1987年2月22日,前面提到的日本神冈的探测器在11秒内被触发了不止11次。而在地球另一端的美国俄亥俄州盐矿里的探测器也记录到了8次闪烁。这些质子反应事件的出现绝不是偶然的,一定是有什么不速之客出现在了这些容器里,当然,这正是人们希望捕捉的中微子现身的证据。超新星的出现与神冈和俄亥俄测到的质子反应绝不是某种巧合。这既验证了超新星爆炸理论,也证明了中微子的存在。恒星在其运行的某个阶段发生爆炸是超热核反应的过程,原子将被粉碎而产生无数亚原子碎片,包括大量的中微子。

当然,被人们命名为“1987A”所谓“超新星”其实是一颗老年的恒星走向死亡前的一次宏伟壮观的爆发。它只不过是一个靠近银河系距地球17万光年的麦哲伦云的星系中的一颗恒星。天文学家通过查阅以前的星座观测底片,找到了这颗星的踪影。原来它的直径约为太阳的40倍,是一颗典型的蓝超巨星。

探测和研究中微子对原子物理和宇宙学的重要性举世公认,并因此产生了多个诺贝尔奖得主:

1956年,美国莱因斯和柯万在实验中直接观测到中微子,获1995年诺贝尔奖。

1962年,美国莱德曼、舒瓦茨、斯坦伯格发现第二种中微子——缪中微子,获1988年诺贝尔奖。

1968年,美国戴维斯发现太阳中微子失踪,获2002年诺贝尔奖。

1987年,日本神冈实验室和美国俄亥俄州实验室观测到超新星中微子。日本小柴昌俊获2002年诺贝尔奖。

2.3.1 中微子的应用

关于中微子的应用还只是设想。可能的应用之一就是中微子通信。由于地球是球面,加上表面建筑物、地形的遮挡,电磁波长距离传送要通过通信卫星和地面站。而中微子可以直透地球,它在穿过地球时损耗很小,用高能加速器产生10亿电子伏特的中微子穿过地球时只衰减千分之一。因此,从南美洲可以使用中微子束穿过地球直接传至北京。将中微子束加以调制,就可以使其包含有用信息,在地球上任意两点进行通信联系,无需昂贵而复杂的卫星或微波站。

应用之二是中微子地球断层扫描,即地层CT。中微子与物质相互作用截面随中微子能量的提高而增加。用高能加速器产生能量为一万亿电子伏以上的中微子束定向照射地层,与地层物质作用可以产生局部小“地震”,类似于地震法勘探,可对深层地层也进行勘探,将地层一层一层地扫描。

这些设想或更多的设想也许将由读者中的有志者变为现实。

2.3.2 “四中子”与“零号元素”

进入21世纪,探索物质结构的步伐并没有停止。几年前,法国里昂的科学家发现一种只有4个中子构成的粒子。这种粒子被称为“四中子”,也有人称之为“零号元素”。它与天体中的中子星构成类似。它的特性是不显电性,同时它与普通中子互称为同位素。

当然,这是充满争议的发现。因为它与现在公认的核物理理论有冲突。

法国科学家在一部粒子加速器上发现了6个不可能存在的粒子,它们拥有4个违背物理法则被捆绑在一起的中子,被称为“四中子”。

事情经过是这样的:

法国科学家米格尔·马克和他的同事们正在准备利用加内尔加速器再进行一次实验,如果他们成功的话,这些核团簇将迫使我们对原子核之间的结合力量进行重新考虑。在上一次实验中,研究小组向一个小型碳目标发射铍原子,对射入四周粒子探测器的残片进行分析,想要找到击中探测器的4个分离中子。结果他们仅在一个探测器中找到了射线的痕迹,证据表明有四个中子进入了探测器。

当然,他们的发现可能是个巧合,4个中子只是在同一时间击中了同一地方,但这在理论上是完全不可能的。很多人都会认为,四中子是无稽之谈,因为按照标准的粒子物理模式,四中子是不可能存在的。根据泡利不相容理论,即使是两个质子或中子都是无法在同一系统中拥有相同量子属性。事实上,核力再强也无法将两个中子结合在一起,更不用说4个了。因此,马克的小组自己也对他们看到的结果感到非常迷惑,在自己的研究报告中都没敢写出相关数据。还有很多更为有力的证据说明四中子的存在值得怀疑。如果修改物理法则允许四中子存在的话,这个世界将变成另外一个样子:大爆炸后各种元素的形成将不会按照我们现在看到的样子进行,更糟的是,这些元素会迅速变重,超出宇宙所能承受的范围,或许宇宙会在扩张成形之前就提前崩溃了。

然而,这种推断也存在漏洞。现有的理论的确支持四中子的存在,虽然只是一种随机的短命粒子。有科学家指出,4个中子同时击中探测器的可能性是存在的。另外,中子星的存在也支持了多中子物质的理论,这些星体中有大量的中子结合在一起,说明宇宙中存在一种无法解释的力量实现了它们的积聚。

但是,有一点是可以肯定的,宇宙仍然在运动中,自组装过程仍然在继续,因此,人类对自然的探索也就不会停止,有更多更有吸引力的谜团将生成,等待着人们去解开。

例如,在认识了物质的最基本结构材料原子和分子后,人类是不是已经完全掌握了物质的微观结构模式呢?回答是否定的。在物质微观结构方面还有许多现象需要探究,在科学技术高度发达的当代,一些新的现象不断被发现,暗物质就是一个例子。当然,这还是正在探测中的一种物质形式,如果有实质性进展,将是极为轰动的事件。

不过地球人更关注身边的事情,特别是那些可以很快地转化为生产力的发现,这是人类急功近利的本性所致。纳米材料就是一个典型的例子。

从物质结构层次的角度看,由原子、分子组成的纯净物质并不是简单地将原子或分子堆集到一起。纯净物质中的原子或分子是通过一定的组织结构模式互相以原子或分子间的作用力结合成晶体,非晶体物质则组合成分子团,最终构成我们所见到的宏观物质。科学家对这个层次的物质结构模式已经有清楚的认识,以致于结晶学成为一门独立的学科分支。但是,一种新的物质结构形式的出现,让人们对微观世界的奇妙不得不再次发出惊叹,这就是纳米级的物质。

2.3.3 从纳米到纳米材料

纳米,是英文namometer的译名,源自希腊语nano。简单地说它只不过是一种长度单位,符号为nm。1纳米=1毫微米=109米(即亿分之一米),约为10个氢原子的长度。纳米这一词汇之所以转变成了一种材料的代称,是因为所有的材料当其尺寸大小在纳米的级别时,都会出现一些新的特性,大大地不同于处于宏观状态的同一种材料。这一奇特现象是上世纪80年代被发现的。

1980年的一天,在澳大利亚的茫茫沙漠中有一辆汽车在高速奔驰,驾车人是德国物理学家H·格雷特(Gleiter)教授。他正驾驶汽车独自横穿澳大利亚大沙漠。面对空旷、寂寞、孤独的环境,他的思维特别活跃。他是一位长期从事晶体物理研究的科学家。此时此刻,一个长期思考的问题在他的脑海中浮现,如何研制具有异乎寻常特性的新型材料。

在长期的晶体材料研究中,人们将具有完整空间点阵结构的实体称为晶体,在这种晶体材料中,点阵是晶体材料的主体,而把空间点阵中的空位、替位原子、间隙原子、相界、位错和晶界看作晶体材料中的附件甚至是缺陷。这个时候,他想到,如果从逆方向思考问题,把“缺陷”作为主体,研制出一种晶界占有相当大体积比的材料,那么世界将会是怎样的呢?

格兰特教授的这种新的思路马上就成为了科学探索者新的研究课题。经过4年的不懈努力,他领导的研究小组终于在1984年研制成功了黑色金属粉末。实验表明,任何金属颗粒,当其尺寸在纳米量级时都呈黑色。纳米固体材料就这样诞生了。

1989年,格雷特正式提出纳米材料的概念。

实际上,纳米材料作为一种微小尺寸的物质也并不是新发现,我国古代以松烟制作的高性能磨墨就是一种纳米材料。还有古代铜镜表面的防锈层,也是由纳米氧化锡制成的。但是当时的人们绝不可能有纳米这样一个微观尺寸概念的,只是一种自发应用而已。

纳米材料一诞生,即以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注。这是因为纳米材料具有与传统材料明显不同的一些特征。例如,纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍;气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度快几千倍;纳米相的铜比普通的铜坚固5倍,而且硬度随颗粒尺寸的减小而增大;纳米陶瓷材料具有塑性或称为超塑性等。

2.3.4 纳米材料的特性

那么,纳米材料为什么会有如此奇妙的特性呢?这与纳米材料的小尺寸效应有极大的关系,并且由于处在这种小尺寸状态而产生出诸如表面和界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,从而表现出各种奇特的性能。

1.小尺寸效应

所谓小尺寸效应也可以称为体积效应。当固体微粒的尺寸小到与光波的波长或电子传导的德布罗意波长等物理特征的各种量的尺寸相当或更小时,其原来的固体的边界条件将被破坏。这时,这种亚稳态的物质将在声、光、电、磁、热、力学等各个方面都表现出与大颗粒状态时不同的特性,这一效应就是小尺寸效应或体积效应。例如,可以通过改变涂料颗粒的尺寸来控制吸收波长的位移,制成具有一定带宽的微波吸收材料,用于隐形飞机、电磁波屏蔽材料等。

2.表面与界面效应

当材料表面尺寸减少而达到纳米级时,表面原子数与总原子数的比例会增加,其表面能与表面张力也增加,这就是表面或界面效应。纳米材料的这种结构特点使材料表面原子与内部原子不同而存在许多空键,具有强烈的不饱和性,从而有很高的化学和电化学活性。

3.量子尺寸效应

当粒子的尺寸小到某一个值时,金属纳米能级附近的电子能级由连续变为离散,对于纳米级半导体材料存在的不连续的最高分子轨道和最低分子轨道的能级和能隙变宽,此效应被称为量子能级效应。这种效应使纳米材料的催化、光、热、磁、电和超导等特性与宏观材料特性有很大不同。

4.隧道效应

微观粒子能够贯穿势垒的能力称为隧道效应。一些宏观物理量如磁化强度、磁通量等也具有隧道效应。这些现象因此也称为宏观量子隧道效应。这些效应对研究微电子器件的进一步微型化确立了极限,对未来微电子器件的开发提供了理论基础。

2.3.5 纳米材料及其应用

现在我们已经知道,所谓纳米材料技术是一种材料新技术。将材料加工到纳米级的尺寸,就使这些材料具有了一些新的性能,从而出现许多新的材料特性,是物质从量变到质变的一个典型的例子。现在已经确定的纳米材料已经有很多种,在许多领域都有重要的应用。

1.效应颜料

在涂料的组成中,成膜和显示颜色的重要成分称为固形份。这些涂料中的固形份基本上都是粉末状的。如果我们将这些粉末加工成纳米级,无论是色彩、耐光还是耐磨性能都将大大提高。用于涂料粉末可以说是纳米材料最重要、最有前途的用途之一,特别是在汽车的涂装业中。因为汽车工业对涂料的要求很高,采用纳米汽车涂料,可使汽车面漆大增光辉,深受配漆专家的喜爱。

2.防护材料

某些纳米材料透明性好,并具有优异的紫外线屏蔽作用,在产品和材料中添加少量(一般不超过含量的2%)的纳米材料,就会大大减弱紫外线对这些产品和材料的损伤作用,使之更加具有耐久性和透明性,因而被广泛用于护肤产品、装饰材料、外用面漆、木器保护、天然和人造纤维以及农用塑料薄膜等方面。

更为重要的应用是在特别功能性防护方面的应用,如隐形飞机、电磁屏蔽、射线防护等,都将随着纳米防护新材料的出现而改变传统的防护方式。

3.精细陶瓷材料

使用纳米级陶瓷材料可以在低温、低压下生产质地致密且性能优异的陶瓷。因为这些纳米粒子非常小,很容易压实。此外,这些粒子陶瓷组成的新材料是一种极薄的透明涂料,喷涂在诸如玻璃、塑料、金属、漆器甚至磨光的大理石上,具有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能。涂有这种陶瓷的塑料眼镜片,既轻又耐磨,还不易破碎。

4.高效催化剂

纳米粒子表面积大、表面活性中心多,为制作催化剂提供了必要的条件。目前用纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂,可大大提高反应效率。利用纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂,燃烧效率可提高100倍。又如用硅载体镍催化剂对丙醛的氧化反应表明,镍的粒径在5纳米以下,反应选择性发生急剧变化,醛分解反应得到有效控制,生成酒精的转化率急剧增大。

5.传感材料

纳米粒子具有高比表面积、高活性、特殊的物理性质及超微小性等特征,是适合用作传感器材料的最有前途的材料。外界环境的改变会迅速引起纳米粒子表面或界面离子价态和电子运输的变化,利用其电阻的显著变化可做成传感器,其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良。最新的信息显示,已经有科学家考虑采用“浮尘法”将微小的传感器送到外太空,随太阳风等宇宙风在太空飘浮,以获取宇宙信息。

6.易烧结材料

由于纳米粒子的尺寸小、活性大,不论高熔点材料还是复合材料的烧结,都比较容易。具有烧结温度低、烧结时间短的优点,而且可得到烧结性能良好的烧结体。例如,普通钨粉需要在3000℃的高温下烧结,而当掺入0.1%~0.5%的纳米镍粉时,烧结成形温度可降低到1200℃~1311℃。

7.医学与生物工程材料

纳米粒子与生物体有着密切的关系。例如,构成生命要素之一的核糖核酸蛋白质复合体,其粒度为15~20nm,生物体内的多种病毒也是纳米粒子。此外,用纳米SiO2微粒可进行细胞分离,用金的纳米粒子可进行定位病变治疗,以减少副作用等。研究纳米生物学可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与生物体功能的关系,获取生命信息,特别是细胞内的各种信息,利用纳米粒子研制成机器人,注入人体血管内,对人体进行全面健康检查,疏通脑血管中的血栓,清除心脏动脉脂肪沉积物,甚至还可能清除病毒、杀死癌细胞等。

8.新能源与环保材料

德国科学家正在设计用纳米材料制作一种高温燃烧器,通过电化学反应过程,不经燃烧就把天然气转化为电能,燃料的利用率要比一般电厂的效率提高20%~30%,而且大大减少了二氧化碳的排气量。

9.微器件纳米材料

微器件纳米材料,特别是纳米线,可以使芯片集成度提高,电子元件体积缩小,使半导体技术取得突破性进展,大大提高计算机的容量和运行速度,对微器件制作起决定性的推动作用。纳米材料在使机器微型化及提高机器容量方面的应用前景被很多发达国家看好,有人认为它可能引发新一轮工业革命。

10.光电材料与光学材料

纳米材料具有特殊的电子结构与光学性能,可作为非线性光学材料、特异吸光材料、军事航空中用的吸波隐身材料,以及包括太阳能电池在内的储能及能量转换材料等,具有很高的应用价值。

11.增强材料

纳米结构的合金具有很高的延展性,在航空航天工业与汽车工业中是一类很有应用前景的材料;纳米硅作为水泥的添加剂可大大提高其强度;纳米纤维用作硫化橡胶的添加剂可增强橡胶强度并提高其回弹性;纳米管在用作纤维用增强材料方面也有潜在的应用前景。

12.纳米滤膜

采用纳米材料可研制出分离仅在分子结构上有微小差别的多组分混合物,实现高能分离操作的纳米滤膜。其他还有将纳米材料用作火箭燃料推进剂、H2分离膜、颜料稳定剂及智能涂料、复合磁性材料等。

从以上简要的介绍可知,纳米材料由于具有特异的光、电、磁、热、声、力、化学和生物学性能,广泛应用于宇航、国防工业、磁记录设备、计算机工程、环境保护、化工、医药、生物工程和核工业等领域,不仅在高科技领域有不可替代的作用,也为传统产业带来生机和活力。可以预言,纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展,必将对传统的化学工业和其他产业带来重大影响。