化學學科的前沿方向與優(yōu)先領(lǐng)域

1、PAGE PAGE 29化學學科的前沿方向與優(yōu)先領(lǐng)域基礎(chǔ)學科在整個自然科學體系中占有十分重要的地位和作用。由基礎(chǔ)科學研究產(chǎn)生的大量新思想、新理論、新效應等為應用科學提供了理論基礎(chǔ)，對現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展有巨大的推動作用。國內(nèi)外大量事實說明，科學理論不僅更多地走在技術(shù)和生產(chǎn)的前面，而且為技術(shù)、生產(chǎn)的發(fā)展開辟著各種可能的途徑?；A(chǔ)研究是社會與科學發(fā)展的基礎(chǔ)，而基礎(chǔ)學科的建設與發(fā)展，是基礎(chǔ)科學研究的基礎(chǔ)。化學和其它科學一樣，是認識世界和改造世界重要學科。它與物理科學、生命科學等相互滲透，不斷形成新的交叉學科。學科的前沿方向與優(yōu)先領(lǐng)域為：（1）合成化學；（2）化學反應動態(tài)學；（3）分子聚集體化學；（4）理論

2、化學；（5）分析化學測試原理和檢測技術(shù)新方法建立；（6）生命體系中的化學過程；（7）綠色化學與環(huán)境化學中的基本化學問題；（8）材料科學中的基本化學問題；（9）能源中的基本化學問題；（10）化學工程的發(fā)展與化學基礎(chǔ)。今日化學何去何從今日化學何去何從？對于這個問題有兩種回答：第一種回答：化學已有200余年的歷史，是一門成熟的老科學，現(xiàn)在發(fā)展的前途不大了；21世紀的化學沒有什么可搞了，將在物理學與生物學的夾縫中逐漸消微。第二種回答：20世紀的化學取得了輝煌的成就，21世紀的化學將在與物理學、生命科學、材料科學、信息科學、能源、環(huán)境、海洋、空間科學的相互交叉，相互滲透，相互促進中共同大發(fā)展。本文主張第

3、二種回答。1. 20世紀化學取得的空前輝煌成就并未獲得社會應有的認同在20世紀的100年中，化學與化工取得了空前輝煌的成就。這個“空前輝煌”可以用一個數(shù)字來表達，就是2 285萬。1900年在Chemical Abstracts（CA）上登錄的從天然產(chǎn)物中分離出來的和人工合成的已知化合物只有55萬種。經(jīng)過45年翻了一番，到1945年達到110萬種。再經(jīng)過25年，又翻一番，到1970年為236.7萬種。以后新化合物增長的速度大大加快，每隔10年翻一番，到1999年12月31日已達2 340萬種。所以在這11年中，化學合成和分離了2 285萬種新化合物、新藥物、新材料、新分子來滿足人類生活和高新技

4、術(shù)發(fā)展的需要，而在1900年前的歷史長河中人們只知道55萬種。從上面的數(shù)字還可以看出，化學是以指數(shù)函數(shù)的形式向前發(fā)展的。沒有一門其他科學能像化學那樣在過去的100年中創(chuàng)造出如此眾多的新化合物。這個成就用“空前輝煌”來描述并不過分。但“化學家太謙虛”（這句話是Nature雜志在2001年的評論中說的，參見文獻1），不會向社會宣傳化學與化工對社會的重要貢獻。因此20世紀化學取得的輝煌成就，并未獲得社會應有的認可。2.20世紀發(fā)明的七大技術(shù)中最重要的是信息技術(shù)、化學合成技術(shù)和生物技術(shù)報刊上常說20世紀發(fā)明了六大技術(shù)：包括無線電、半導體、芯片、集成電路、計算機、通訊和網(wǎng)絡等的信息技術(shù)；基因重組、克隆和

5、生物芯片等生物技術(shù)；核科學和核武器技術(shù)；航空航天和導彈技術(shù)；激光技術(shù)；納米技術(shù)。但卻很少有人提到包括新藥物、新材料、高分子、化肥和農(nóng)藥的化學合成（包括分離）技術(shù)。上述六大技術(shù)如果缺少一兩個，人類照樣生存。但如沒有發(fā)明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新農(nóng)藥的技術(shù)，世界糧食產(chǎn)量至少要減半，60億人口中的30億就會餓死。沒有發(fā)明合成各種抗生素和大量新藥物的技術(shù)，人類平均壽命要縮短25年。沒有發(fā)明合成纖維、合成橡膠、合成塑料的技術(shù)，人類生活要受到很大影響。沒有合成大量新分子和新材料的化學工業(yè)技術(shù)，上述六大技術(shù)根本無法實現(xiàn)。這些都是無可爭辯的事實。但化學和化工界非常謙虛，從來不提抗議。我們應該理直氣

6、壯地大力宣傳20世紀發(fā)明了七大技術(shù)，即化學合成（包括分離）技術(shù)和上述六大技術(shù)。這七大技術(shù)發(fā)明可以按照人類需要的迫切性和由它們衍生的產(chǎn)業(yè)規(guī)模的大小來排序：（1）從人類對七大技術(shù)發(fā)明的需要迫切性來看，化學合成和分離技術(shù)應當排名第一，已如前述，因為它是人類生存的絕對需要，沒有它，全世界一半人口要餓死。它還為其余六大技術(shù)發(fā)明提供了不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。國外傳媒把哈勃的合成氨技術(shù)（Haber process）評為20世紀最重要的發(fā)明，是很有道理的。排名第二的是信息技術(shù)，第三是生物技術(shù)，以下依次是航空航天技術(shù)，核技術(shù)，納米技術(shù)和激光技術(shù)。也許有人會問汽車產(chǎn)業(yè)不是比飛機還重要嗎？但第一輛內(nèi)燃機汽車是德國人在1

7、886年發(fā)明的，所以汽車、火車、煉鋼等都是19世紀發(fā)明的重大技術(shù)。而合成氨技術(shù)是哈勃（Haber）在1909年發(fā)明，在1918年因而獲得諾貝爾化學獎。高分子合成技術(shù)是20世紀50年代發(fā)展起來的。新藥物、新材料的合成更是近50年的事。因此合成化學技術(shù)是20世紀的重大發(fā)明。（2）從20世紀的七大技術(shù)發(fā)明衍生的產(chǎn)業(yè)規(guī)模及其對世界經(jīng)濟的影響來看，排名次序如下：第一是信息產(chǎn)業(yè)，第二是由化學合成（包括分離）技術(shù)衍生的石油化工、精細化工、高分子化工和藥物、農(nóng)藥工業(yè)等產(chǎn)業(yè)，以及從空氣中分離出氧氣和氮氣，從電解水中分離出氫氣，作為電動汽車的燃料，為解決將來水資源缺少的海水淡化產(chǎn)業(yè)等。第三是飛機、航天、人造衛(wèi)星及

8、導彈產(chǎn)業(yè)，第四是核電站和核工業(yè)。這4個產(chǎn)業(yè)都是非常大的產(chǎn)業(yè)。其中在核產(chǎn)業(yè)中，有很大一部分是化工產(chǎn)業(yè)，如核燃料的前處理和后處理工業(yè)，重氫、重水工業(yè)、稀有元素冶煉工業(yè)等，又如信息產(chǎn)業(yè)和航空航天導彈衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)中，都依靠冶金、稀有元素冶煉和高分子等化學合成產(chǎn)業(yè)。相對于前述4個產(chǎn)業(yè)而言，排在第五的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)、排在第六的納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)和排在第七的激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)這3個現(xiàn)在還是小產(chǎn)業(yè)。其中納米產(chǎn)業(yè)實際上是化學家發(fā)明C60等巴基球和碳納米管等衍生出來的合成化學產(chǎn)業(yè)，以及用各種方法把化學物質(zhì)制成納米尺度的合成產(chǎn)業(yè)。所以20世紀和21世紀上半葉理應稱為信息和化學合成時代，要到21世紀下半葉才能稱為生物技術(shù)時代，因為目前

9、生物技術(shù)的實際應用和產(chǎn)業(yè)規(guī)模還很小，遠遠不及信息產(chǎn)業(yè)和合成化工產(chǎn)業(yè)。3.化學是一門中心科學化學是一門中心科學，化學與生命、材料等八大朝陽科學有非常密切的聯(lián)系，產(chǎn)生了許多重要的交叉學科，但化學作為中心學科的形象反而被其交叉學科的巨大成就所埋沒。（1）化學是一門承上啟下的中心科學。科學可按照它的研究對象由簡單到復雜的程度分為上游、中游和下游。數(shù)學、物理學是上游，化學是中游，生命、材料、環(huán)境等朝陽科學是下游。上游科學研究的對象比較簡單，但研究的深度很深。下游科學的研究對象比較復雜，除了用本門科學的方法以外，如果借用上游科學的理論和方法，往往可收事半功倍之效。化學是中心科學，是從上游到下游的必經(jīng)之地，

10、永遠不會像有些人估計的那樣將要在物理學與生物學的夾縫中逐漸消亡。（2）化學又是一門社會迫切需要的中心科學，與我們的衣、食、?。ńú?、家具）、行（汽車、道路）都有非常緊密的聯(lián)系。我國高分子化學家胡亞東教授最近發(fā)表文章2指出：高分子化學的發(fā)展使我們的生活基本被高分子產(chǎn)品所包圍?；瘜W又為前述六大技術(shù)提供了必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。（3）化學是與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學等八大朝陽科學（sun-rise sciences）都有緊密的聯(lián)系、交叉和滲透的中心科學?；瘜W與八大朝陽科學之間產(chǎn)生了許多重要的交叉學科，但化學家非常謙虛，在交叉學科中放棄冠名權(quán)。例如“生物化學”被稱為“分子生物學”，“生

11、物大分子的結(jié)構(gòu)化學”被稱為“結(jié)構(gòu)生物學”，“生物大分子的物理化學”被稱為“生物物理學”，“固體化學”被稱為“凝聚態(tài)物理學”，溶液理論、膠體化學被稱為“軟物質(zhì)物理學”，量子化學被稱為“原子分子物理學”等。又如人類基因計劃的主要內(nèi)容之一實際上是基因測序的分析化學和凝膠色層等分離化學，但社會上只知道基因?qū)W，看不到化學家在其中有什么作用。再如分子晶體管、分子芯片、分子馬達、分子導線、分子計算機等都是化學家開始研究的，但開創(chuàng)這方面研究的化學家卻不提出“化學器件學”這一新名詞，而微電子學專家馬上看出這些研究的發(fā)展遠景，并稱之為“分子電子學”。又如化學家合成了巴基球C60，于1996年被授予諾貝爾化學獎，后

12、來化學家又做了大量研究工作，合成了碳納米管。但是許多由這一發(fā)明所帶來的研究被人們當作應用物理學或納米科學的貢獻。內(nèi)行人知道分子生物學正是生物化學的發(fā)展。在這個交叉領(lǐng)域里化學家與生物學家共同奮斗，把科學推向前進。但在中學生或外行看來，“分子生物學”中“化學”一詞消失了，覺得化學的領(lǐng)域越來越小，幾乎要在生物學與物理學的夾縫中消亡。這樣，化學這門重要的中心科學（central science）反而被社會看作是伴娘科學（bridesmaid science）而不受重視。世界著名的Nature雜志也為化學家鳴不平，在2001年發(fā)表了社論1說：“化學的形象被其交叉學科的成功所埋沒”。但化學家仍然很謙虛，居

13、然不喊不叫也不抱怨?；瘜W家的謙虛本是美德，但因此而在社會上造成化學是落日科學（sunset science）的印象，吸引不到優(yōu)秀的年輕學生，這個問題就大了。4.化學有沒有理論？有人說：“化學沒有理論，只是一堆白菜，21世紀的化學沒有什么可搞的了”。這也是化學不被認同的理由之一。對于這個問題，我國著名化學家唐敖慶院士有很好的回答，他指出19世紀的化學有三大理論成就：經(jīng)典原子分子論，包括建筑在定比、倍比和當量定律基礎(chǔ)上的道爾頓原子論，以及包括碳4價及開庫勒提出的苯分子結(jié)構(gòu)等工作為中心內(nèi)容的分子結(jié)構(gòu)和原子價理論。門捷列夫的化學元素周期律。CM古爾德貝格和P瓦格提出的質(zhì)量作用定律是宏觀化學反應動力學的

14、基礎(chǔ)。道爾頓的原子論和門捷列夫的化學元素周期律對于20世紀玻爾建立原子的殼層結(jié)構(gòu)模型具有十分重要的借鑒作用。所以化學和物理學這兩個姐妹學科是互相促進的。20世紀的化學也有三大理論成就：化學熱力學，可以判斷化學反應的方向，提出化學平衡和相平衡理論。量子化學和化學鍵理論，量子化學家鮑林提出的氫鍵理論和蛋白質(zhì)分子的螺旋結(jié)構(gòu)模型，為1953年沃生和克里克提出DNA分子的雙螺旋模型奠定了基礎(chǔ)，后者又為破解遺傳密碼奠定基礎(chǔ)。所以化學與生物學也是互相促進的。20世紀60年代發(fā)展起來的分子反應動態(tài)學。沒有這三大理論，要取得合成2 285萬種化合物的輝煌成就是不可能的。因此，“化學沒有理論，只是一堆白菜”的說法

15、，是不公正的。到了21世紀，世界數(shù)學家協(xié)會提出七大數(shù)學難題，籌集了700萬美元，懸賞100萬美元給每一個難題的解決者。物理學提出了五大理論難題：4種作用力場的統(tǒng)一問題，相對論和量子力學的統(tǒng)一問題。對稱性破缺問題。占宇宙總質(zhì)量90的暗物質(zhì)是什么的問題。黑洞和類星體問題?？淇私]問題等。21世紀的生物學也有重大難題和奮斗目標：后基因組學和人類疾病的消除。蛋白質(zhì)組學。腦科學。生物如何進化？生命如何起源等。但化學家又比較謙虛，好像沒有人明確提出哪些是化學要解決的世紀難題。這樣與物理學和生物學相比，就會顯得化學沒有什么偉大的目標了。其實化學家心目中是有自己的奮斗目標的，只是不愿多說。但這又造成“化學無理

16、論”的錯誤印象。這是近年來在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)的淡化化學的思潮的主觀原因之一。那么化學果真提不出重大難題嗎？作者曾經(jīng)初步提出21世紀化學有四大難題3。5.21世紀化學的四大難題（l）化學的第一根本規(guī)律（第一個世紀難題）：建立精確有效而又普遍適用的化學反應的含時多體量子理論和統(tǒng)計理論?；瘜W是研究化學變化的科學，所以化學反應理論和定律是化學的第一根本規(guī)律。19世紀CM古爾德貝格和P瓦格提出的質(zhì)量作用定律，是最重要的化學定律之一，但它是經(jīng)驗的、宏觀的定律。H艾林的絕對反應速度理論是建筑在過渡態(tài)、活化能和統(tǒng)計力學基礎(chǔ)上的半經(jīng)驗理論。過渡態(tài)、活化能和勢能面等都是根據(jù)不含時間的薛定愕第一方程來計算的。所謂反應

17、途徑是按照勢能面的最低點來描繪的。這一理論和提出的新概念雖然非常有用，但卻是不徹底的半經(jīng)驗理論。近年來發(fā)展了含時Hartree-Fock方法，含時密度泛函理論方法，以酉群相干態(tài)為基礎(chǔ)的電子-原子核運動方程理論，波包動力學理論等。但目前這些理論方法對描述復雜化學體系還有困難。所以建立嚴格徹底的微觀化學反應理論，既要從初始原理出發(fā)，又要巧妙地采取近似方法，使之能解決實際問題，包括決定某兩個或幾個分子之間能否發(fā)生化學反應？能否生成預期的分子？需要什么催化劑才能在溫和條件下進行反應？如何在理論指導下控制化學反應？如何計算化學反應的速率？如何確定化學反應的途徑？等等，是21世紀化學應該解決的第一個難題。

18、（2）化學的第二個世紀難題：分子結(jié)構(gòu)及其和性能的定量關(guān)系。這里“結(jié)構(gòu)”和“性能”是廣義的，前者包含構(gòu)型、構(gòu)象、手性、粒度、形狀和形貌等，后者包含物理、化學和功能性質(zhì)以及生物和生理活性等。雖然WKohn從理論上證明一個分子的電子云密度可以決定它的所有性質(zhì)，但實際計算困難很多，現(xiàn)在對結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系的了解，還遠遠不夠。要大力發(fā)展密度泛函理論和其他計算方法。這是21世紀化學的第二個重大難題。例如：如何設計合成具有人們期望的某種性能的材料？如何使宏觀材料達到微觀化學鍵的強度？例如“金屬胡須”的抗拉強度比通常的金屬絲大一個數(shù)量級，但還遠未達到金屬-金屬鍵的強度，所以增加金屬材料強度的潛力是很大的。又

19、如目前高分子纖維達到的強度要比高分子中的共價鍵的強度小兩個數(shù)量級。這就向人們提出如何挑戰(zhàn)材料強度極限的大難題。溶液結(jié)構(gòu)和溶劑效應對于性能的影響。具有單分子和多分子層的膜結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。以上各方面是化學的第二個根本問題，其迫切性可能比第一個問題更大，因為它是解決分子設計和實用問題的關(guān)鍵。（3）化學的第三個世紀難題：生命現(xiàn)象中的化學機理問題。充分認識和徹底了解人類和生物體內(nèi)分子的運動規(guī)律，無疑是21世紀化學亟待解決的重大難題之一。例如：研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機理，這是藥物設計的基礎(chǔ)?；瘜W遺傳學為哈佛大學化學教授Schreiber所創(chuàng)建。他的小組合成某些小分子，使之與蛋白質(zhì)結(jié)合，

20、并改變蛋白質(zhì)的功能，例如使某些蛋白酶的功能關(guān)閉。這些方法使得研究者們不通過改變產(chǎn)生某一蛋白質(zhì)的基因密碼就可以研究它們的功能，為開創(chuàng)化學蛋白質(zhì)組學，化學基因組學（與生物學家以改變基因密碼來研究的方法不同）奠定基礎(chǔ)。因此小分子配體與生物大分子受體的相互作用的機理，是一個重大的理論化學問題，值得人們關(guān)注。光合作用的機理活分子催化劑葉綠素如何利用太陽能把很穩(wěn)定的CO2和H2O分子的化學鍵打開，合成碳水化合物CH2On，并放出氧氣，供人類和其他動物使用。生物固氮作用的機理。搞清楚牛、羊等食草動物胃內(nèi)酶分子如何把植物纖維分解為小分子的反應機理，為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎(chǔ)。人類的大腦是用“泛

21、分子”組裝成的最精巧的計算機。如何徹底了解大腦的結(jié)構(gòu)和功能將是21世紀的腦科學、生物學、化學、物理學、信息和認知科學等交叉學科共同來解決的難題。了解活體內(nèi)信息分子的運動規(guī)律和生理調(diào)控的化學機理。了解從化學進化到手性和生命起源的飛躍過程。如何實現(xiàn)從生物分子（biomolecules）到分子生命（molecular life）的飛躍？如何制造活的分子（make life），跨越從化學進化到生物進化的鴻溝。蛋白質(zhì)和DNA的理論研究。（4）化學的第四個世紀難題：納米尺度的基本規(guī)律。當尺度在十分之幾到10 nm的量級，正處于量子尺度和經(jīng)典尺度的模糊邊界（fuzzy boundary）中，有許多新的奇異特

22、性和新的效應，新的規(guī)律和重要應用，值得理論化學家去探索研究。下面舉例說明納米效應：如以銀的熔點和銀粒子的尺度作圖，則當粒子尺度在150 nm以上時，熔點不變，為960.3 ，即通常的熔點。以后熔點隨尺度變小而下降，到5 nm時為100 。又如金的熔點為1 063 ，納米金的熔化溫度卻降至330 。在納米尺度，熱運動的漲落和布朗運動將起重要的作用。因此許多熱力學性質(zhì)，包括相變和“集體現(xiàn)象”（collective Phenomena）如鐵磁性、鐵電性、超導性和熔點等都與粒子尺度有重要的關(guān)系。納米粒子的比表面很大，由此引起性質(zhì)的不同。例如納米鉑黑催化劑可使乙烯催化反應的溫度從600 降至室溫。這一現(xiàn)

23、象為新型常溫催化劑的研制提供了基礎(chǔ)，有非常重要的應用前景。納米催化劑能否降低反應活化能？這是值得研究的一個理論問題。當代信息技術(shù)的發(fā)展，推動了納米尺度磁性（nanoscale magnetism）的研究。電子或聲子的特征散射長度，即平均自由程，在納米量級。當納米微粒的尺度小于此平均自由途徑時，電流或熱的傳遞方式就發(fā)生質(zhì)的改變。與微粒運動的動量pmV相對應的de Broglie波長l=h/p，通常也在納米量級，由此產(chǎn)生許多所謂“量子點”（quantum dots）的新現(xiàn)象。所以納米分子和材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的基本規(guī)律是21世紀的化學和物理需要解決的重大難題之一。6.化學家缺少品牌意識，沒有在社會

24、上樹立化學的美好品牌化學沒有樹立品牌，化學與化工被認為是污染源，這也是缺少生源的原因之一。其實，造成環(huán)境污染的不僅僅是化學，更重要的是森林破壞，水土流失，沙漠化和沙塵暴，汽車尾氣排放，煤燃燒等。而分析、監(jiān)測、治理環(huán)境污染的正是化學家。化學家已提出綠色化學的奮斗目標?；瘜W家不但要認識世界、改造世界，還要保護世界。參考文獻1.（自然）雜志社論：化學形象被與其交叉學科的成功埋沒科學時報，2001-6-8（3）2.胡亞東化學：串起生活每一刻科學時報，2002-7-8（中學生科技-3）3.徐光憲科學通報，2001，46（24）：2086（北京大學化學與分子工程學院 徐光憲院士 摘自大學化學2003年第1

25、期）驚人成果川大教授證明一諾獎化學理論有錯 “擂主”：馬爾古斯（美國化學家年諾貝爾化學獎獲得者）目標：非平衡溶劑化理論挑戰(zhàn)者：李象遠、傅克祥（川大教授）攻關(guān)：非平衡溶劑化理論違背了熱力學基本原理，錯誤地對非可逆途徑使用了可逆功積分方法，得到的非平衡自由能表達式是錯誤的。結(jié)論：我國理論化學研究取得重大原創(chuàng)性突破，達到了國際領(lǐng)先水平日前從四川大學傳出一驚人消息，該校化工學院計算化學研究室博士生導師李象遠教授與物理學院傅克祥教授已證明目前國際上流行的非平衡溶劑化理論存在重大基礎(chǔ)錯誤！這不僅動搖了傳統(tǒng)非平衡溶劑化理論的基石，而且建立起了全新的非平衡溶劑化理論新體系和一系列相關(guān)的理論模型，并對歷史上一些

26、理論預測和實驗結(jié)果互相矛盾的重要遺留問題給予了圓滿解釋。據(jù)悉，這是我國在理論化學基礎(chǔ)研究領(lǐng)域近年來取得的一項重大原創(chuàng)性成果，達到了國際領(lǐng)先水平。據(jù)悉，該理論的主要創(chuàng)立者、美國化學家馬爾古斯（）正是憑借在電子轉(zhuǎn)移及其溶劑效應理論方面的貢獻獲得年諾貝爾化學獎的。昨天下午，記者獲得這一消息后，第一時間趕往四川大學采訪。幾經(jīng)周折，我們終于見到李象遠教授，但他的第一句話就給我們潑了冷水：“我們搞基礎(chǔ)理論研究的，不追求新聞效應，只想踏踏實實地弄清科學問題，還原科學事件的本來面目?！彼J為，搞技術(shù)開發(fā)才需要引起公眾的注意，因為那將有助于工作的開展。幾經(jīng)“游說”，李象遠在他的辦公室接受了記者的“非正式”專訪。

27、挑戰(zhàn)的起因偶爾“誤差”讓他們大膽質(zhì)疑李象遠教授在川大化工學院計算化學研究室工作，而傅克祥卻是物理學院的教授，他們怎么會走到一起？李象遠說，一個偶然的機會促成了他們的“理化搭配”：研究化學的李象遠多年前就注意到了非平衡溶劑化理論，并時時為該理論應用在實驗中偶爾出現(xiàn)的“誤差”感到困惑。而一般科學家的做法是自己調(diào)整參數(shù)，以使實驗“適應”國際上流行的研究模式、曾獲得諾貝爾化學獎的非平衡溶劑化理論。但李象遠卻敏銳地意識到，該理論有缺陷，只是自己也不清楚缺陷究竟在什么地方。傅克祥了解到李象遠的困惑后，以一個“外行”的身份和他進行了探討，并從電動力學的角度進行了分析，進而從熱力學的角度大膽猜想：馬爾古斯在建

28、立非平衡溶劑化理論時，是不是一開始便違背了熱力學基本原理，錯誤地對非可逆途徑使用了可逆功積分方法，因而得到的非平衡自由能表達式是完全錯誤的呢？挑戰(zhàn)的進程年時間枯燥乏味中艱苦攻關(guān)“猜想”出來后，甚至連他們自己都嚇了一跳。畢竟這是一項獲得過諾貝爾化學獎的成果，況且在學界多年的應用中，盡管存在一些小的問題，但總體來說還是成功的。對科學真理的追求卻讓他們不能停步年，李象遠和傅克祥開始了艱苦攻關(guān)，后來連李象遠讀研究生時的導師也感到“這個課題很有意思”，而主動加入其中。理論研究是枯燥甚至乏味的，反復地推算，不斷地反駁不像實驗科學家還有實驗室，他們只有紙、筆和電腦。他們發(fā)揮學科交叉的研究優(yōu)勢，從物理、化學兩

29、個方面進攻，通過大量細致的基礎(chǔ)理論工作，最終證明了非平衡溶劑化理論存在重大基礎(chǔ)錯誤，從而對這套理論體系提出了挑戰(zhàn)，動搖了非平衡溶劑化理論的基石，并建立起了全新的非平衡溶劑化理論新體系和一系列相關(guān)的理論模型，對歷史上一些理論預測和實驗結(jié)果互相矛盾的重要遺留問題給予了圓滿解釋。理化聯(lián)動動搖原有理論基石原有理論體系是由以諾貝爾化學獎獲得者馬爾古斯教授為代表的眾多著名理論化學家在近年的時間里建立起來的。李象遠、傅克祥的最新研究表明，當年年僅歲的馬爾古斯在建立非平衡溶劑化理論時，一開始便違背了熱力學基本原理，錯誤地對非可逆途徑使用了可逆功積分方法，因而得到的非平衡自由能表達式是完全錯誤的。這一發(fā)現(xiàn)從根本

30、上動搖了整套非平衡溶劑化理論的基石，使得基于此自由能表示建立起來的所有理論模型和計算方法失去了合理性。他們的理論推演表明，從定量角度看，目前流行的非平衡溶劑化理論高估溶劑效應一倍左右，這樣的差別會在反應速率計算上產(chǎn)生達兩個數(shù)量級的誤差，從而在歷史上遺留下很多理論預測和試驗結(jié)果大相徑庭的問題。挑戰(zhàn)的結(jié)果多次受挫論文曾屢屢被“斃”非平衡溶劑化理論從發(fā)展到廣泛應用經(jīng)歷了半個世紀，質(zhì)疑這樣一套完整的理論體系，需要從不同角度進行論證，弄清不同科學家所發(fā)展的理論中存在的錯誤以及其相互聯(lián)系。此外，新理論本身首先必須完美自洽，同時還應能圓滿解釋實驗事實。李象遠、傅克祥的攻關(guān)直到年才算有了眉目，但他們并沒有如釋

31、重負般的輕松感，他們還需要將新理論介紹出去，讓全球化學界了解中國人的貢獻。他們沒想到的是，論文寄出去后，幾乎沒有發(fā)表的可能。原因是國際權(quán)威學術(shù)刊物刊登論文，總是會找本領(lǐng)域的權(quán)威專家審稿，而化學界的“大腕”多數(shù)都對非平衡溶劑化理論有貢獻。曾為非平衡溶劑化理論作出過重要貢獻、目前在國際化學界炙手可熱的美國科學家牛頓（）后來告訴李象遠，他就曾次“斃”了李象遠、傅克祥的論文，因為他認為“這樣的論文不值一看”?？啾M甘來論文“榮登”頂級刊物據(jù)介紹，李象遠、傅克祥等建立新理論體系的約篇研究論文已在重要國際期刊計算化學學報（）、化學物理（ ）等連載發(fā)表，研究成果也多次應邀在美國化學會全國會議等國際會議上報告。

32、國際刊物理論與計算化學學報（）更是邀請李象遠教授等就此新理論體系撰寫綜述文章在該刊發(fā)表，審稿人認為這項成就“是中國科學家對整個理論化學界的重大貢獻?！睋?jù)悉，理論與計算化學學報今年月號將以多頁的篇幅刊載李象遠等詳細介紹新理論的文章。挑戰(zhàn)的延伸學術(shù)爭論網(wǎng)上“敵人”成朋友學術(shù)的爭論永遠不會停止。牛頓、費沃德爾霍夫（美國）等國際溶劑化理論權(quán)威科學家同李象遠等開展了大量平等而友好的多方學術(shù)討論和爭論。通過論文發(fā)表、學術(shù)報告和學術(shù)討論，計算化學研究室發(fā)展的新理論體系已經(jīng)得到了國際同行越來越廣泛的認可。著名溶劑化理論專家、德國科學家凱爾特（）教授專門向李象遠致信承認自己“對非平衡化的處理是不合適的?！苯衲瓿?/p>

33、，牛頓主動找到李象遠索取更詳細的資料，并計劃近期來川大與李象遠、傅克祥等進行面對面的交流。新的問題原創(chuàng)者要攜手挑戰(zhàn)者通過學術(shù)交流，馬爾古斯與李象遠、傅克祥成了好朋友，并在北京和韓國等地多次會面進行探討。另外，牛頓、費沃德爾霍夫、凱爾特等權(quán)威專家與李象遠等在網(wǎng)上建立了密切的聯(lián)系，常?！叭喊l(fā)”電子郵件進行深入探討，希望更加完善新理論。現(xiàn)年已多歲的馬爾古斯承認了新理論的觀點，但他還有一點沒有想通的是，年前蘇聯(lián)科學家曾用量子場論的方法做過類似研究，也得出了類似結(jié)論，“他們又錯在哪里？”他也正積極與李象遠一道進行分析，希望能得出一個最終結(jié)論。挑戰(zhàn)的心態(tài)非為獲獎望由此給中國人爭光最近，李象遠、傅克祥更忙了

34、！“不斷地介紹，不斷地完善，我們必須找出其他暗藏的問題?！彼麄冞€需要在學術(shù)界不斷地爭論，“現(xiàn)在幾乎干不了其他事！”按照推理，李象遠、傅克祥“摧毀”了一個曾經(jīng)獲得諾貝爾獎的成果，他們是否可以因此獲得諾貝爾化學獎？李象遠說：“想都沒想過！”他還打了一個形象的比喻殺害肯尼迪的人并不能因此成為美國總統(tǒng)。李象遠說，自己只滿足于追求科學真理過程中的快樂，并希望由此能給中國人爭光，僅此而已！真情寄語強國須發(fā)展基礎(chǔ)理論李象遠多次告訴記者：“我們運氣比較好！”盡管國際上有人曾懷疑過舊理論體系，但最終沒有做。他還將成功歸功于“遇見了傅克祥這樣的好伙伴！”有人曾給李象遠開玩笑：“馬爾古斯都多歲了，你干嗎要折磨好人？

35、”馬爾古斯在學術(shù)界不僅威望極高，而且是公認的“好人”，非常慈祥、平易近人。李象遠說，這就是科學的殘酷，我們都追求真理，必須還科學一個本來面目。李象遠的辦公室非常普通，窗明幾凈的辦公室內(nèi)，除了沙發(fā)和一張大大的辦公桌外，幾乎別無它物，辦公桌上也僅僅是一臺手提電腦而已。談到我國在基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域的落后狀況，他顯得十分著急。他說：“你可以翻一翻書，近代以來，有幾個公式是以中國人的名字命名的？”他認為，盡管我們在應用科學方面取得了一些成果，但國力強盛，科技的真正騰飛，還必須依賴于基礎(chǔ)理論研究的發(fā)展。本報記者周波非平衡溶劑效應理論電子轉(zhuǎn)移和光譜等“快過程”的溶劑效應涉及溶劑低頻響應滯后的問題，即所謂非平衡

36、溶劑化問題。上世紀年代，馬爾古斯用可逆功方法建立了非平衡自由能的表達式，奠定了非平衡溶劑效應的理論基礎(chǔ)，經(jīng)過牛頓美國、海恩斯（，法國?雪、托瑪斯（，意大利、凱爾特德國等一批國際知名理論化學家的發(fā)展，逐漸形成了一套“近乎完善”的非平衡溶劑化理論體系，建立起了電子轉(zhuǎn)移溶劑重組能的馬爾古斯“雙球模型”，液相光譜頻移的模型等一系列被理論和實驗化學家廣泛使用的解析表達式以及利用計算機技術(shù)的多種數(shù)值計算方法，主導了非平衡溶劑效應的理論和實驗研究近年。馬爾古斯教授由于在電子轉(zhuǎn)移及其溶劑效應理論方面的貢獻，獲得了年諾貝爾化學獎。中國科學家打造鉑金“納米皇冠”中新網(wǎng)3月12日電 在中國國家自然科學基金委“納米科

37、技重大研究計劃”以及中國科學院“百人計劃”的支持下，中國科學家運用分子納米技術(shù)打造出了一頂新穎的鉑金“納米皇冠”。 中新網(wǎng)3月12日電 在中國國家自然科學基金委“納米科技重大研究計劃”以及中國科學院“百人計劃”的支持下，中國科學家運用分子納米技術(shù)打造出了一頂新穎的鉑金“納米皇冠”。 據(jù)中國科學院消息，日前出版的國際著名化學期刊德國應用化學報道了中國科學院化學所高分子物理與化學國家重點實驗室于澍燕研究員領(lǐng)導的研究組在自組裝納米結(jié)構(gòu)方面取得的重要進展。該工作報道了一系列尺寸可調(diào)、功能化的“納米皇冠”，并發(fā)現(xiàn)了這些自組裝體系在水介質(zhì)中對陰離子的特征選擇鍵合作用，以及在陰離子納米傳感器、模擬酶和綠色化

38、學等方面的應用前景。 據(jù)介紹，金屬在材料、蛋白酶、醫(yī)藥以及催化等領(lǐng)域中都起著非常重要的作用。根據(jù)新的概念，他們自組裝出了前人一直探索但沒有突破的“金屬杯芳烴”類似物。有機杯芳烴是一類具有開放結(jié)構(gòu)和誘導性質(zhì)的杯狀超分子，在超分子科學的諸多領(lǐng)域，如超分子催化、仿生、人工模擬酶、物質(zhì)分離與分析以及納米結(jié)構(gòu)自組裝等方面都具有相當誘人的應用前景。 消息說，作為中科院“百人計劃”入選者的于澍燕研究員，在2001年12月回國后，短短的一年時間里，提出了“金屬矢量”以及“金屬原子的矢量操縱”新概念，并成功地運用于自組裝以及分子納米技術(shù)研究中。富勒烯C60/C70的制備化學自1985年Kroto等在激光汽化石墨

39、實驗中偶然發(fā)現(xiàn)C60/C70以來1，為尋找高產(chǎn)率大量C60的制備方法，人們進行了廣泛的探索，直到1990年Kratschmer等使用電弧放電裝置生產(chǎn)出mg量的產(chǎn)品，才有了突破性的進展。目前，g量級的富勒烯已被制備出來。富勒烯制備方法的進展促進了其物理、化學性質(zhì)的深入研究及應用研究的廣泛開展。目前世界上不少著名科學家和一流研究機構(gòu)正致力于C60/C70制備技術(shù)的研究，預計這一技術(shù)在不遠的將來會有重大突破。本文旨在對過去10年中富勒烯的制備技術(shù)的演進作一回顧，對各種方法加以歸納和評述，并探討了較大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。 1、石墨激光汽化法 最初于室溫下He氣流中用脈沖激光技術(shù)蒸發(fā)石墨導致了C60的發(fā)現(xiàn)

40、，碳蒸氣的快速冷卻導致了C60分子的形成。由時間飛行質(zhì)譜檢測到的C60存在1。但它只在氣相中產(chǎn)生極微量的富勒烯，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)C60可溶于甲苯。隨后的研究表明其中還包含著分子量更大的富勒烯。此后發(fā)現(xiàn)在一個爐中預加熱石墨靶到12000C可大大提高C60的產(chǎn)率3，但用此方法無法收集到常量的樣品。 2、石墨電弧放電法 1990個由Kratschmer和Huffman等人報道2的電阻熱放電技術(shù)是第一個產(chǎn)生出常量富勒烯的方法，這一技術(shù)仍然是目前知道的較高產(chǎn)率制造方法之一。許多研究小組對此方法加以改進，獲得了可溶性富勒烯通常可占蒸發(fā)石墨的20%，有時可達30%以上46。對該方法主要的改進包括精確控制電極的縫間

41、距，調(diào)節(jié)電源種類和強度、稀釋氣體種類和壓力、裝置的最佳熱對流、碳棒尺寸、反應器大小及萃取劑的抽提效率等因素。踞遺憾的是由于內(nèi)在原因，根本上限制了所使用碳棒的直徑必須在3mm以內(nèi)，因此只能小量生產(chǎn)。主要的困難是碳棒中部溫度最高，碳的蒸發(fā)速度也最快，很快變細直到斷裂，運行中斷。此外，快速蒸發(fā)的溫度很高（30000C），整個碳棒黑體的輻射能量損失也大，經(jīng)濟上也不合算。 3、利用太陽能加熱石墨法 富勒烯的發(fā)現(xiàn)者之一Smalley等用聚焦太陽光直接蒸發(fā)碳高產(chǎn)率制備了富勒烯8。為了提高富勒烯和摻雜金屬富勒烯的產(chǎn)率，在廣泛的探索中他們發(fā)現(xiàn)電弧光對富勒烯的光化學破壞可能是碳電弧技術(shù)中碳棒放大尺寸的主要障礙。據(jù)

42、此，考慮了數(shù)種排除光化學分解，同時增加碳棒尺寸以擴大生產(chǎn)規(guī)模的方式后，他們認為最好的方法是利用太陽光。Smalley等認為：采用大型太陽爐裝置也許是大量生產(chǎn)富勒烯的唯一途徑，它不僅避免了強紫外線輻射對富勒烯的光化學破壞作用，同時使碳蒸氣到達緩冷區(qū)之前不會形成凝塊，解決了石墨電弧或等離子體法中遇到的產(chǎn)量限制問題。 4、石墨高頻電爐加熱蒸發(fā)法 1992年P(guān)eter和Jansen等10利用高頻電爐在27000C，150KPaHe氣氛中于一個氮化硼支架上直接加熱石墨樣品，得到產(chǎn)率為8%12%的煙灰。這是一種直接加熱石墨的方式，它與太陽能加熱石墨法的共同點是：石墨尺寸比原先KratschmerHuffm

43、an法允許大得多。但是兩者的輻射能量利用率和產(chǎn)率都不能與石墨電弧放電法競爭。5、苯火焰燃燒法 在火焰中對多面體碳離子形成的觀測證實了富勒烯可能在燃燒中形成的設想。1991年麻省理工學院的Howard等從苯/氧火焰中發(fā)現(xiàn)了鑒定了C60和C70的存在11。最近的研究12進一步明確了壓力、C/O比值、溫度稀釋氣體的種類和濃度等因素對預混合的苯/氧層流火焰也產(chǎn)生富勒烯，但比苯燃燒產(chǎn)率低。從苯/氧火焰可得到較大量的C60/C70，得到產(chǎn)率高達20%的煙灰，按原料消耗計可得到0.5%的C60和C70。C60/C70的最大生成速率出現(xiàn)在9199Pa壓力、C/O=0.989、25%氦稀釋氣體。燃燒合成法不僅提

44、供了一條新的大量制備富勒烯的方法，而且能夠在很大范圍內(nèi)控制產(chǎn)物的分布，還在火焰中發(fā)現(xiàn)了富勒烯亞穩(wěn)態(tài)的異構(gòu)體。苯火焰燃燒法有可能成為大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)富勒烯的方法，由此可制備出不同種類的富勒烯。6、有機合成法富勒烯C60/C70具有球面大電子體系的芳香性碳籠結(jié)構(gòu)，它的發(fā)現(xiàn)也向有機合成化學家提出了艱巨的合成挑戰(zhàn)。經(jīng)過一段短暫的沉默和思考，合成化學家開始從理論和實驗兩方面探求化學全合成分子C60/C70的可能性和途徑。C60的化學合成進展盡管尚不能與電弧放電法相比，但化學全合成研究對于C60等富勒烯的形成機理，C60的籠內(nèi)外修飾是有重要意義的。有機合成的高難度和長途徑是明顯的，首先，與石墨電弧放電法的高

45、溫和混亂相比較，有機合成要在較低的溫度下完成，要有明確次序的合成路線；其次，建設不含氫、封閉成球的富勒烯分子，要克服完全脫氫環(huán)稠合時存在張力的難題，有機合成的方向性和選擇性控制問題及合成步的產(chǎn)率問題；然后，C60/C70分子和與其相關(guān)的現(xiàn)有合成基礎(chǔ)、現(xiàn)有合成物的差距甚遠。合成路線是較長的，產(chǎn)物分離也是個難題。顯然，需要一個高度出色的藝術(shù)化的合成特技，合理簡潔的合成路線設計顯得尤為重要。7、結(jié)語由于富勒烯的來源和價格對富勒烯化學的發(fā)展及應用起著制約作用，各國對富勒烯制備的研究愈加重視。目前主要還是通過石墨電弧法來獲得富勒烯的，制備時并伴有更大的團簇分子的生成，在某些條件下還得到巴基管、巴基蔥等。

46、蒸發(fā)石墨法特別是太陽能加熱石墨法雖然研究得不夠完善，但為富勒烯的大量制備展示了良好的前景。如果將火焰燃燒法、熱解萘法、有機合成法所獲得的進展結(jié)合起來考慮，有理由相信，在不遠的將來作為一個有機制備過程的產(chǎn)品，大批量的富勒烯會被合成出來，并且成為高新技術(shù)產(chǎn)品的基本原料。別把納米炒成“科學謊言”納米雖是一個尺度單位，但卻成為近年來最時髦的商業(yè)炒作噱頭，“納米空調(diào)”、“納米水”、“納米服裝”盛行一時，但9月5日在南京大學召開的第十二屆“小顆粒與無機團簇系列國際會議”上，大會主席、南京大學王廣厚教授表示，納米技術(shù)真正民用起碼還有20年的路要走。 此次會議是國際學術(shù)界關(guān)于納米領(lǐng)域最高水平的盛會，也是第一次

47、在中國召開。由于納米材料的特殊性，本次大會成為一個物理、化學、材料、信息、環(huán)境、生物、能源等多學科交叉的學術(shù)論壇，內(nèi)容涉及納米科學技術(shù)的基礎(chǔ)問題和前沿領(lǐng)域（團簇和小顆粒是納米科技的基礎(chǔ)和前導）。國內(nèi)外納米研究領(lǐng)域的權(quán)威學者將在這次盛會上重點審議目前所取得的最新成果，探討納米科學的發(fā)展及應用方法，從而推動納米科技的發(fā)展。 針對我國市面上出現(xiàn)的眾多“納米產(chǎn)品”，本次大會主席、南京大學王廣厚教授表示，從科學角度說，所有產(chǎn)品都應經(jīng)過科學驗證后才能對它的效果作出判斷。他個人以為，其中有一部分產(chǎn)品的宣傳至少有夸大的成分。作為納米研究專家，他實在想不出廣為炒作的“納米水”、“納米浴”是什么東西，他希望有關(guān)部

48、門在條件成熟時成立技術(shù)監(jiān)督機構(gòu)，對市場上的產(chǎn)品進行認證和規(guī)范。 王廣厚教授說，縱觀全球，納米技術(shù)的研究正在向應用和產(chǎn)業(yè)化努力。雖然“納米晶體管”在美國已出現(xiàn)，相當于一塊方糖大小的存儲器可以存下整個國家圖書館的資料，但僅是實驗室產(chǎn)品，目前真正的納米家電產(chǎn)品都只局限于實驗室，還不能用于大規(guī)模生產(chǎn)，原因在于改造的成本過于昂貴、產(chǎn)品的可靠性和耐久性難以驗證。 納米研究還在起步階段，納米產(chǎn)品卻早已充斥市場，商家利用普通消費者的無知，把普通產(chǎn)品包裝成誘惑公眾的時髦概念，納米這一嚴肅的科學技術(shù)已經(jīng)變得“低俗化”，甚至成為人們心中的又一個“科學謊言”。 王廣厚認為，目前世界上納米概念的爆炒不僅不會加速納米時代

49、的到來，反而會誤導公眾對納米的正確認識，阻礙納米技術(shù)的發(fā)展與應用。他預計，納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化今后最有可能在信息、生物兩大領(lǐng)域有所突破，那時它的社會效益和經(jīng)濟效益將不可估量。我國研究成功“萬能”納米技術(shù)建第一條生產(chǎn)線中國科研人員運用納米材料、等離子體、真空、機電一體化等綜合技術(shù)，研究成功了可以制造多種金屬及其化合物的納米材料，并且適合于工業(yè)化生產(chǎn)的“萬能”納米技術(shù)。以這種技術(shù)為中心，目前已經(jīng)在甘肅省建立了第一條納米材料生產(chǎn)線。目前，世界上制造納米材料主要采用物理、化學、機械方法，真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的很少。蘭州大學等離子體與金屬材料研究所所長閆鵬勛教授研制的“約束弧等離子體制備金屬納米粉體裝置”，把

50、高頻和直流放電有機結(jié)合起來，實現(xiàn)等離子體大功率穩(wěn)定放電，對混合氣體產(chǎn)生的高溫熱等離子體進行空間約束，形成高溫、高電離度和高能量密度的熱等離子體，與低溫收集裝置實現(xiàn)超高溫和低溫的有機結(jié)合。 目前，已經(jīng)運用這種裝置生產(chǎn)出了鎳、鋁、鋅、銅、鐵等多種金屬的納米粉體，這種技術(shù)的優(yōu)點是產(chǎn)量高；制備出的納米粉體純度高、形狀規(guī)則、分散性好、表面光潔、顆粒分布均勻；適合長時間連續(xù)、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?？蒲腥藛T介紹，納米粉體是由幾十個或上百個原子抱成原子團簇形式的物質(zhì)，它能吸收光波、雷達波等，可以用于戰(zhàn)斗機的隱身材料；能把細菌氧化，涂在衣服或器具表面可以殺菌；作為催化劑添加在火箭推進劑中，可以提高燃燒率。納米粉體材

51、料的附加值很高，一噸鎳錠可以賣多萬元，但做成納米鎳粉后，價格就會猛漲到多萬元。 目前“萬能”納米技術(shù)已經(jīng)在甘肅金昌市實現(xiàn)了初步產(chǎn)業(yè)化，以這種技術(shù)為基礎(chǔ)甘肅省內(nèi)外家客商聯(lián)合投資萬元在金昌組建了金昌納米材料有限公司，第一條生產(chǎn)線已經(jīng)達到了克小時的產(chǎn)量中國超分子配位聚合物研究進入國際前沿 華聲報訊：日前從中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所獲悉，最近美國出版的納米科學與納米技術(shù)百科全書（十卷叢書），收入了中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所吳新濤院士及其研究組人員應邀撰寫的評述性論文超分子配位聚合物，這表明中國超分子配位聚合物研究領(lǐng)域已進入國際前沿。該文以占幅19書頁的專章形式被收入，據(jù)介紹，該叢書其所“囊括”的全

52、部章節(jié)均由“世界頂級科學家提供”。納米是近年來發(fā)展很快的尖端科技領(lǐng)域，構(gòu)筑超分子和超分子配位聚合物研究意義重大。這一領(lǐng)域在結(jié)構(gòu)化學方面有結(jié)構(gòu)多樣性，并在功能材料等方面具有巨大的潛在應用前景。超分子配位聚合物這一章主要評述零維、一維、二維和三維幾個方面的納米結(jié)構(gòu)材料，評述國內(nèi)外這方面的前沿研究進展，特別是詳細介紹了中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所吳新濤、洪茂椿兩位院士分別領(lǐng)導的研究組的工作。據(jù)介紹，納米科學和納米技術(shù)百科全書是世界上第一部關(guān)于納米科學和技術(shù)領(lǐng)域的百科全書。它在概括了近20年來有關(guān)開拓性研究成果的同時，填補了納米科技基礎(chǔ)和應用方面基本信息的空白；是自從納米技術(shù)領(lǐng)域開辟以來唯一的一部由該

53、領(lǐng)域核心知識和最新進展相結(jié)合的科學著作。諾貝爾化學獎獲得者Richard.E.Smalley教授評價說：“這部百科全書是專業(yè)研究人員、技術(shù)投資人員和開發(fā)人員查找科學、工程和醫(yī)學等學科有關(guān)納米技術(shù)的最新信息所不可缺少的參考書。它將鼓舞未來幾代致力于開發(fā)新的納米材料和器件的學術(shù)研究和工業(yè)應用研究的人們。”另一位諾貝爾化學獎獲得者Jean-MarieLehn教授亦高度評價該書“對納米科技的發(fā)展將產(chǎn)生深遠的影響，必將成為廣大科學家獲取科學信息和精神鼓舞的源泉。”中子與中子彈 1999年5月25日，以美國眾院政策委員會主席考克斯為首的調(diào)查委員會，無端指責中國竊取了美國尚未部署的中子彈。這完全是使用謊言加

54、捏造編制出來的。 有的讀者看到這里也許會問：中子彈是一種什么武器？它與核武器有什么不同？ 原子彈和氫彈，我們大家都很熟悉了，原子彈、氫彈、中子彈是核武器家族中的3個重要成員。為了了解中子彈，我們有必要了解一下什么叫“中子”。 中子是構(gòu)成物質(zhì)原子核的基本粒子之一，它的質(zhì)量與質(zhì)子相同。中子不帶電，從原子核分裂出來的中子很容易進入原子核，人們利用中子的這個特性，用它轟擊原子核來引出核子反應。這就是中子彈。中子彈在爆炸釋放大量的高能中子，是以高能中子輻射為主主要殺傷的小型氫彈。 我們知道，每一種武器都具有和輻射、沖擊波、光輻射等殺傷力，中子彈也有核武器的這些特性，但是中子彈的殺傷特性主要不是在這些方面

55、，中子彈主要是靠中子的輻射起到殺傷作用，它可以在有效的范圍內(nèi)殺傷坦克裝甲車輛或建筑內(nèi)的人員。如果有一個100噸TNT（即黃色炸藥）當量的中子彈，在距離爆炸中心800米的核輻射劑量，是同等當量的裂變核武器的幾十倍，但是她爆炸時產(chǎn)生的沖擊波對建筑物的破壞半徑只有300米400米。也就是說，如果有一枚千噸級當量的中子彈在戰(zhàn)場上爆炸，那么800米范圍內(nèi)的人員會被殺傷，被殺傷的人員并不是馬上死去，而是慢慢地非常痛苦第死去，受傷者最長可以拖過7天的時間。在中子彈爆炸的300米范圍之外的建筑和設施，可以毫發(fā)不損，可是建筑物中的人員卻不能幸免于難。中子彈的這種特性，很適合在戰(zhàn)場上作為戰(zhàn)術(shù)核武器使用。 中子彈是

56、什么時候誕生的呢？它誕生于50年代，是由美國加州大學的一個實驗室開發(fā)而成的。隨后，掌握了核武器的國家紛紛開始研制中子彈。1981年，卡特總統(tǒng)批準了中子彈的生產(chǎn)計劃。里根總統(tǒng)上臺后，下令生產(chǎn)長矛導彈的中子彈頭和可以用榴彈炮發(fā)射的中子彈頭。美軍現(xiàn)在已經(jīng)有了203毫米榴彈炮的中子彈頭和155毫米中子彈的彈頭。這兩種用炮彈發(fā)射的中子彈是目前世界上當量最小的中子彈。目前中子彈并沒有在戰(zhàn)場上投入使用。 中子彈可以用飛機、導彈、榴彈炮來發(fā)射。美、英、法、俄的許多戰(zhàn)斗機經(jīng)過改裝都可以發(fā)射帶有中子彈頭的對地導彈。 目前世界上有哪些國家具備了生產(chǎn)中子彈的能力呢？可以毫不夸張地說，凡是擁有氫彈的國家，都具備了生產(chǎn)中

57、子彈的能力。迷人的太空工廠 現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，使人類的生產(chǎn)領(lǐng)域進一步擴大到太空。無論是在“太空站”還是在宇宙飛船，人們都可以充分利用太空中的特異條件，生產(chǎn)在地球上無法獲得的新型產(chǎn)品。目前，這樣的工廠已經(jīng)涉及到制藥、冶金、電子和機械制造等領(lǐng)域，而且正在向更為廣闊的方向發(fā)展。 失重下制取新型藥物 科學家研究成果表明，在太空中失重的條件下，液體中會含有大量的氣泡，微生物也不會沉淀。這樣，就會使微生物的死亡數(shù)量減少，培養(yǎng)的質(zhì)量提高。許多微生物的生長速度要比在地面上提高一倍以上。在這樣的環(huán)境中，可以培養(yǎng)出許多在地面上不能培養(yǎng)的微生物標本，制取更多的新型優(yōu)良藥物。 美國的巴蒂爾實驗室，在太空中進行骨膠原

58、的生產(chǎn)實驗現(xiàn)已展開。骨膠原可以用來作為人造皮膚和人造膜治療燒傷病人，也可以用于心血管和整形手術(shù)。然而，目前人們對骨膠原的制取卻是十分困難的。它要從人體組織中提取和復制，而在地面上進行這樣的工作，由于地球上的重力作用，很容易使人體組織中的蛋白質(zhì)纖維固化，這樣制得的骨膠原則會呈現(xiàn)不均勻的狀態(tài)，使用起來難以達到理想的效果。若是在太空失重條件下，由于重力的影響十分微弱，很容易制造出質(zhì)量優(yōu)異的骨膠原，供給急需的患者使用。 醫(yī)藥科學提出的“電泳法”，是利用電場作用把質(zhì)量和電荷比重不同的物質(zhì)顆粒分離開來的方法。它可以把細胞和蛋白質(zhì)分開，也可以把衰老的細胞與新生的細胞分離，還可以把癌細胞和健康的細胞區(qū)分開，有

59、著神奇的作用和誘人的魅力。但是，在地面上由于重力的影響，在電泳分離過程中，包括微生物及細胞在內(nèi)的所有物質(zhì)顆粒，同時受到電場力和重力的作用。而細胞和細胞培養(yǎng)液在電場作用下加熱時，又要同時產(chǎn)生對流和沉淀兩種現(xiàn)象。所以，當重力大于電場力的時候，沉淀就要起主要作用。而當電場力大重力時，對流將起到主要作用。這樣一來，原來已經(jīng)分離的成分就會重新聚合在一起，使分離效果大大降低，“電泳法”的功能難以發(fā)揮。在太空中，由于排除了重力的作用，人們就可以自如地采用“電泳法”來提取在地面上無法提取的疫苗和干擾素，制造出更多新藥品。 據(jù)報道，美國和前蘇聯(lián)在進行“聯(lián)盟阿波羅”飛船對接時，成功地進行了電泳法分離實驗，從大約的

60、腎細胞中分離出了尿激素。這是溶解血栓或凝血塊的一種特效藥，以往在地面上制造，工藝非常復雜，成本十分昂貴。在太空中生產(chǎn)效率提高，成本降低，普及推廣就要容易得多。 不久前，俄羅斯發(fā)射的“光子”衛(wèi)星，成功地進行了生物工藝實驗，用“電泳法”完成了自由液體環(huán)境生物體的分離和提純，取得了良好的效果。 現(xiàn)在，一些技術(shù)發(fā)達國家，已經(jīng)著手把藥品的開發(fā)和生產(chǎn)，作為設計和建造“太空城”工程其中的一部分。到那時，許多地面上難以生產(chǎn)的疫苗和無法提取的人體細胞，都將在太空制藥廠里得以實現(xiàn)，給人類的健康帶來新的福音。宇宙冶金 對金屬進行熔煉，大約已有幾千年的歷史了。然而，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，在太空進行金屬冶煉，那可以稱得上