納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展需要化學(xué)課件

1一、20世紀(jì)的化學(xué)取得了空前輝煌的成就，期望得到社會(huì)應(yīng)有的認(rèn)同。二、21世紀(jì)的化學(xué)科學(xué)面臨的挑戰(zhàn)。21、社會(huì)以及青年學(xué)生對(duì)化學(xué)的質(zhì)疑罪魁禍?zhǔn)缀檬虏怀鲩T，惡事傳千里！

隨著環(huán)境污染問(wèn)題日趨惡化，一些人對(duì)化學(xué)產(chǎn)生了一種恐懼感，認(rèn)為化學(xué)是環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)祝瘜W(xué)幾乎成了“有毒”、“有害”的代名詞。談化色變3

其實(shí)，造成環(huán)境污染的不僅僅是化學(xué)，更重要的是森林破壞，水土流失。中國(guó)的土地還有多少綠色？4森林破壞導(dǎo)致的惡果是非常嚴(yán)重的。以黑龍江省為例：氣候惡化，平均大風(fēng)日數(shù)增加了22天。十年九旱。有沙地面積1200萬(wàn)畝。1980年5月27日的一場(chǎng)大風(fēng)，70%的耕地受災(zāi)，24萬(wàn)畝毀種。全省的耕地土壤肥力下降。超過(guò)全省耕地面積的一半以上水土流失。每年流失土量2.5億立方米。導(dǎo)致了嚴(yán)重的水災(zāi)。5還有汽車尾氣排放，煤燃燒！6沙塵如雪蓋京華滿城盡帶黃金甲

以及沙漠化和沙塵暴7還有微電子工業(yè)，中國(guó)正成為世界上最主要的電子垃圾場(chǎng)。電子垃圾主要由廢棄的家用電器、通信工具、電池類產(chǎn)品等組成。8

事實(shí)上，化學(xué)污染嚴(yán)格地說(shuō)并非化學(xué)本身之過(guò)，而是人沒(méi)有從自然—社會(huì)—科學(xué)技術(shù)這個(gè)大系統(tǒng)的觀點(diǎn)看問(wèn)題，片面追求科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用造成的。事實(shí)上，一旦我們把自己的科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)活動(dòng)納入上述的大系統(tǒng)來(lái)認(rèn)識(shí)，并以這個(gè)大系統(tǒng)所要求的原則來(lái)規(guī)范我們的科學(xué)技術(shù)實(shí)踐過(guò)程時(shí)，“污染”是能夠作為一種物質(zhì)“漲落”在達(dá)到其危險(xiǎn)的臨界值以前被整個(gè)系統(tǒng)“斂平”的?；瘜W(xué)污染的真正源頭是化學(xué)的實(shí)際應(yīng)用即化學(xué)工藝過(guò)程中存在的種種問(wèn)題，由此造成對(duì)人類生存環(huán)境乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的破壞。由此說(shuō)明了現(xiàn)代系統(tǒng)思想和系統(tǒng)方法在人與自然的關(guān)系變得日漸復(fù)雜時(shí)是何等重要。9而問(wèn)題的另一方面，我們已無(wú)法擺脫造就我們當(dāng)前物質(zhì)文明的化學(xué)工業(yè)和化工產(chǎn)品，化學(xué)和化學(xué)家面臨著前所未有的挑戰(zhàn)?；瘜W(xué)家已提出綠色化學(xué)的奮斗目標(biāo)。綠色化學(xué)即是用化學(xué)的技術(shù)和方法減少或消除那些對(duì)人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用與產(chǎn)生。綠色化學(xué)的理想是不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，把污染治理轉(zhuǎn)變?yōu)槲廴绢A(yù)防。從綠色化學(xué)研究的指導(dǎo)思想、基本原理和方法上看，它的誕生無(wú)疑是化學(xué)自身發(fā)展中的一場(chǎng)革命。

從事分析、監(jiān)測(cè)、治理環(huán)境污染的正是化學(xué)家，化學(xué)家不但要認(rèn)識(shí)世界、改造世界，還要保護(hù)世界。102、化學(xué)已有200余年的歷史，是一門成熟的老科學(xué)，現(xiàn)在發(fā)展的前途不大了，沒(méi)有什么可搞了。物理進(jìn)化，化學(xué)進(jìn)化，天體演化，地質(zhì)演變，生物進(jìn)化，社會(huì)進(jìn)化，人工自然進(jìn)化，物質(zhì)產(chǎn)生精神、精神反作用于物質(zhì)“數(shù)理化天地生”這六門所謂“老科學(xué)”，是青春常駐的。只要地球存在，人類不滅亡，她們也永遠(yuǎn)不會(huì)消亡的。

數(shù)學(xué)則是研究八個(gè)層次中抽象出來(lái)“數(shù)、形和系統(tǒng)”的最普遍的規(guī)律，邏輯最嚴(yán)格、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)。宇宙進(jìn)化的八個(gè)層次11當(dāng)前化學(xué)的幾大難題需要去解決

①建立精確有效而又普遍適用的化學(xué)反應(yīng)的含時(shí)的量子理論和統(tǒng)計(jì)理論。質(zhì)量作用定律經(jīng)驗(yàn)的、宏觀的定律反應(yīng)速度理論半經(jīng)驗(yàn)理論

反應(yīng)途徑的理論不徹底的半經(jīng)驗(yàn)理論

含時(shí)密度泛函理論描述復(fù)雜化學(xué)體系比較困難

12對(duì)于這一難題，應(yīng)予首先研究的課題有：（1）充分了解若干個(gè)重要的典型的化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，以便設(shè)計(jì)最好的催化劑，實(shí)現(xiàn)在最溫和的條件下進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)的方向和手性，發(fā)現(xiàn)新的反應(yīng)類型，新的反應(yīng)試劑。（2）在搞清楚光合作用和生物固氮機(jī)理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)催化劑和反應(yīng)途徑，以便打斷CO2,N2等穩(wěn)定分子中的惰性化學(xué)鍵。（3）研究其它各種酶催化反應(yīng)的機(jī)理。酶對(duì)化學(xué)反應(yīng)的加速可達(dá)100億倍，專一性達(dá)100%。如何模擬天然酶，制造人工催化劑，是化學(xué)家面臨的重大難題。（4）充分了解分子的電子、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，用特定頻率的光脈沖來(lái)打斷選定的化學(xué)鍵－選鍵化學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

13②結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系

孔恩從理論上證明一個(gè)分子的電子云密度可以決定它的所有性質(zhì)，但實(shí)際計(jì)算困難很多，現(xiàn)在對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系的了解，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。要優(yōu)先研究的課題有：（1）分子和分子間的非共價(jià)鍵的相互作用的本質(zhì)和規(guī)律。（2）超分子結(jié)構(gòu)的類型，生成和調(diào)控的規(guī)律。（3）給體-受體作用原理。（4）進(jìn)一步完善原子價(jià)和化學(xué)鍵理論，特別是無(wú)機(jī)化學(xué)中的共價(jià)鍵問(wèn)題。14（5）生物大分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)如何決定高級(jí)結(jié)構(gòu)？高級(jí)結(jié)構(gòu)又如何決定生物和生理活性？（6）分子自由基的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的關(guān)系。（7）摻雜晶體的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。（8）各種維數(shù)的空腔結(jié)構(gòu)和復(fù)雜分子體系的構(gòu)筑原理和規(guī)律。（9）如何設(shè)計(jì)合成具有人們期望的某種性能的材料？（10）如何使宏觀材料達(dá)到微觀化學(xué)鍵的強(qiáng)度？

15③生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)理

充分認(rèn)識(shí)和徹底了解人類和生物的生命運(yùn)動(dòng)的化學(xué)機(jī)理，無(wú)疑是21世紀(jì)化學(xué)亟待解決的重大難題之一。例如：（1）研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機(jī)理，這是藥物設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。（2）化學(xué)遺傳學(xué)為哈佛大學(xué)化學(xué)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，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(guò)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(kāi)創(chuàng)化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)，化學(xué)基因組學(xué)（與生物學(xué)家以改變基因密碼來(lái)研究的方法不同）奠定基礎(chǔ)。16（3）搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、羊等食草動(dòng)物胃內(nèi)酶分子如何把植物纖維分解為小分子的反應(yīng)機(jī)理，為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎(chǔ)。（4）人類的大腦是用“泛分子”組裝成的最精巧的計(jì)算機(jī)。如何徹底了解大腦的結(jié)構(gòu)和功能將是21世紀(jì)的腦科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、信息和認(rèn)知科學(xué)等交叉學(xué)科共同來(lái)解決的難題。（5）了解活體內(nèi)信息分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和生理調(diào)控的化學(xué)機(jī)理。17（6）了解從化學(xué)進(jìn)化到手性和生命起源的飛躍過(guò)程。（7）如何實(shí)現(xiàn)從生物分子[biomolecules]到分子生命[molecularlife]的飛躍？如何制造活的分子(Makelife)，跨越從化學(xué)進(jìn)化到生物進(jìn)化的鴻溝。（8）研究復(fù)雜、開(kāi)放、非平衡的生命系統(tǒng)的熱力學(xué)，耗散和混沌狀態(tài)，分形現(xiàn)象等非線形科學(xué)問(wèn)題。18④納米尺度的基本規(guī)律

現(xiàn)在中美日等國(guó)都把納米科學(xué)技術(shù)定為優(yōu)先發(fā)展的國(guó)家目標(biāo)。錢學(xué)森先生說(shuō)：繼信息科學(xué)之后，納米科學(xué)技術(shù)可能引起新一輪的產(chǎn)業(yè)革命。在復(fù)雜性科學(xué)和物質(zhì)多樣性研究中，尺度效應(yīng)至關(guān)重要。尺度的不同，常常引起主要相互作用力的不同，導(dǎo)致物質(zhì)性能及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和原理的質(zhì)的區(qū)別。

納米尺度體系的熱力學(xué)性質(zhì)，包括相變和“集體現(xiàn)象（collectivephenomena）”如鐵磁性，鐵電性，超導(dǎo)性和熔點(diǎn)等與粒子尺度有重要的關(guān)系。當(dāng)尺度在十分之幾到10納米的量級(jí)，正處于量子尺度和經(jīng)典尺度的模糊邊界[fuzzyboundary]中，此時(shí)熱運(yùn)動(dòng)的漲落和布朗運(yùn)動(dòng)將起重要的作用。例如金的熔點(diǎn)為1063度，納米金(5-10nm)的融化溫度卻降至330度。銀的熔點(diǎn)為960.3度，而納米銀(5-10nm)為100度。19當(dāng)代信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了納米尺度磁性[nanoscalemagnetism]的研究。由幾十個(gè)到幾百個(gè)原子組成的分子磁體表示出許多特性，如量子隧穿效應(yīng)，量子相干效應(yīng)等。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(yīng)的溫度從600度降至室溫。

又如電子或聲子的特征散射長(zhǎng)度，即平均自由程在納米量級(jí)。當(dāng)納米微粒的尺度小于此平均自由途徑時(shí)，電流或熱的傳遞方式就發(fā)生質(zhì)的改變。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(jì)的化學(xué)和物理需要解決的重大難題之一。20關(guān)于納米技術(shù)與納米材料目前，社會(huì)對(duì)納米出現(xiàn)了懷疑：納米技術(shù)將會(huì)發(fā)展到何種程度？納米技術(shù)是否能變得經(jīng)濟(jì)實(shí)用？納米技術(shù)如何讓世界變得更加美好？納米=

花瓶21納米高科技個(gè)別不法商家，打著納米高科技的旗號(hào)在騙人！技術(shù)轉(zhuǎn)讓納米技術(shù)水油技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)：1萬(wàn)元22納米材料的制造技術(shù)納米材料的分析技術(shù)納米科技大廈納米生物技術(shù)納米器件制造技術(shù)23目前納米國(guó)際上的熱點(diǎn)研究課題納米器件的制造技術(shù)納米生物醫(yī)療技術(shù)具體包括下面幾個(gè)方面：1.生物芯片技術(shù)2.納米生物導(dǎo)彈3.分子生物技術(shù)及基因工程4.電子元器件的制造技術(shù)5.超微磁存儲(chǔ)元件，機(jī)械元件，光學(xué)元件的制造技術(shù)6.微機(jī)電制造技術(shù)24300nm

美國(guó)科學(xué)家用碳納米管造出了世界上最小的電動(dòng)機(jī)，它的尺寸比頭發(fā)絲的粗細(xì)還要小２０００倍，能夠在電壓驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。這種分子電動(dòng)機(jī)是美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家設(shè)計(jì)的。研究人員在《Nature》雜志上報(bào)告說(shuō)，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)葉片是一片金葉，其長(zhǎng)度為３００納米；葉片安裝在一根由多層碳納米管做成的轉(zhuǎn)軸上。25利用納米技術(shù)跟蹤生物體內(nèi)活動(dòng)。比如納米顆粒比人體細(xì)胞顆粒要小得多，而且具有發(fā)光功能，把這種納米顆粒送進(jìn)人的肉體、器官內(nèi)，然后從人體外部向內(nèi)照射近紅外線，納米顆粒在體內(nèi)也會(huì)發(fā)光，這樣就可以跟蹤了解人體細(xì)胞的變化情況，從而達(dá)到追蹤病毒等效果。

26我們國(guó)家的納米技術(shù)我國(guó)的納米科技隊(duì)伍，他們主要集中于中科院和國(guó)內(nèi)一批知名高校。我國(guó)的研究力量主要是納米材料的合成和制備、掃描探針顯微學(xué)、分子電子學(xué)以及極少數(shù)納米技術(shù)的應(yīng)用等方面。由于科研條件的限制，我國(guó)的研究工作只能集中在一些硬件條件要求不太高的領(lǐng)域，屬世界首創(chuàng)的、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果還很少。27納米材料的制造技術(shù)納米材料的分析技術(shù)納米科技大廈我們國(guó)家在納米方面的研究還僅僅停留在材料的制造和分析的層次上。我國(guó)在納米科技領(lǐng)域的總體上與發(fā)達(dá)國(guó)家仍然存在很大差距——尤其是在納米器件研制方面，這將對(duì)我國(guó)未來(lái)納米產(chǎn)業(yè)參與世界競(jìng)爭(zhēng)極為不利。抓住機(jī)遇，迎頭趕上，才能使我國(guó)在國(guó)際納米科技領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。納米生物技術(shù)納米器件制造技術(shù)28目前的研究開(kāi)發(fā)方向主要是將納米粉末摻到某種傳統(tǒng)材料中去，或者將納米粉末制成納米團(tuán)體，看看是否具有不同于常規(guī)材料的性能，然后將這種新材料推出去尋找應(yīng)用領(lǐng)域。但是，目前的大多數(shù)科研成果從實(shí)驗(yàn)到產(chǎn)業(yè)化還不完全成熟，主要障礙是批量生產(chǎn)能力和產(chǎn)品成本等問(wèn)題。納米冰箱納米洗衣機(jī)納米領(lǐng)帶納米襪子在其中的某個(gè)部件（例如陶瓷部件）摻雜了一些納米材料，起到殺菌、耐臟的目的。29我是灰塵！一般材料顆粒我也是！我也要！耐臟30我是灰塵！一般材料顆粒納米顆粒我掛了！31自清潔作用納米材料非納米材料32時(shí)間表耐腐蝕涂層：5－15年；既硬又韌的切削工具：5—15年；塑料電子學(xué)平面顯示器：5－10年；有100nm特性的芯片：7年；長(zhǎng)壽命的生物、植物：5－15年；納米電子器件：10－20年；高密度記憶能力超快速計(jì)算機(jī)處理器：10－20年；在人體血液中清除脂肪堆積的納米機(jī)器：至少25年。具有科學(xué)技術(shù)含量高的納米材料與產(chǎn)品走入市場(chǎng)還需要一段時(shí)間。33所以說(shuō)：“如果僅僅將納米技術(shù)等同于納米材料，那就太狹隘了”。

“如果僅僅將納米看成一種時(shí)尚、潮流，那就太短淺了”。納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展需要化學(xué)、物理等各個(gè)學(xué)科的參與！34北京四中的一位中學(xué)生向諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者克羅托教授提問(wèn)：“人們都說(shuō)21世紀(jì)是生命科學(xué)和信息科學(xué)的世紀(jì)，您能否告訴我化學(xué)有什么用，我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)化學(xué)呢？”克羅托回答說(shuō)：“正是因?yàn)?1世紀(jì)是生命科學(xué)和信息科學(xué)的世紀(jì)，所以化學(xué)才更為重要”?？肆_托的回答是非常簡(jiǎn)潔和巧妙的，但似乎沒(méi)有解決這位中學(xué)生提出的實(shí)質(zhì)問(wèn)題：為什么在生命科學(xué)和信息科學(xué)的世紀(jì)，化學(xué)更為重要呢？社會(huì)上在談?wù)?1世紀(jì)是信息科學(xué)和生命科學(xué)大發(fā)展的時(shí)候，很少提到化學(xué)在其中的重要作用。

3、化學(xué)有什么用？3520世紀(jì)發(fā)明了七大技術(shù)：包括無(wú)線電、半導(dǎo)體、芯片、集成電路、計(jì)算機(jī)、通訊和網(wǎng)絡(luò)等的信息技術(shù)2.基因重組、克隆和生物芯片等生物技術(shù)3.核科學(xué)和核武器技術(shù)4.航空航天和導(dǎo)彈技術(shù)5.激光技術(shù)納米技術(shù)化學(xué)合成和分離技術(shù)

36其余的六大技術(shù)如果缺少一二個(gè)，人類照樣生存。但如沒(méi)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，60億人口有30億要餓死。哈勃（Haber）在1909年發(fā)明的以鋨為催化劑的合成氨技術(shù)，哈勃因此獲得1918年諾貝爾獎(jiǎng)，C.施博改進(jìn)了高壓合成氨的催化方法，又于1931年獲諾貝爾獎(jiǎng)。國(guó)外傳媒因而把HaberProcess評(píng)為20世紀(jì)最重大的發(fā)明。37沒(méi)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(méi)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。信息技術(shù)：集成電路的硅芯片，存儲(chǔ)材料，高分子材料。核電站：核燃料鈾、钚、廢水處理等都是化學(xué)工業(yè)。激光、航空、航天、導(dǎo)彈和納米等技術(shù)無(wú)不需要化學(xué)合成的、品種繁多的高新材料3820世紀(jì)七大技術(shù)的排序第一是信息科學(xué)技術(shù)，2009年中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)（包括計(jì)算機(jī)和芯片制造、電信服務(wù)和軟件工業(yè)）的增加值已占全年GDP的6％。第二是與化學(xué)化工密切相關(guān)的化學(xué)過(guò)程工業(yè)（ChemicalProcessIndustry）包括石油煉制、化工、精細(xì)化工和藥物工業(yè)、合成纖維、合成塑料、合成橡膠、冶金、環(huán)境治理等第三是飛機(jī)、航天、人造衛(wèi)星及導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)。

第四是核電站和核工業(yè)，其中核燃料和重水工業(yè)實(shí)際是化工工業(yè)。第五是生物技術(shù)和生物產(chǎn)業(yè)，占GDP不到1％。

第六納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其中納米材料合成也是化工產(chǎn)業(yè)。第七激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)如光纖等。39

“化學(xué)形象被與其交叉學(xué)科的成功埋沒(méi)”

“化學(xué)家的謙虛使得在交叉學(xué)科中放棄冠名權(quán)”，使人們以為“化學(xué)在生物學(xué)與物理學(xué)的夾縫中消亡”。

——《自然》雜志社論

(Nature/VOL411-24May2001)4、化學(xué)很少在媒體上以正面形象露面40成本：1美元/堿基---1986年（30億美元）

10美分/堿基--1991年（3億美元）速度：1000萬(wàn)堿基/年—1986年2億堿基/年---1990年前7.5年僅完成了3%，后5.5年完成了97%。世紀(jì)之交的偉大的科學(xué)工程人類基因組計(jì)劃速度上個(gè)世紀(jì)末“人類基因測(cè)序”被認(rèn)為是一項(xiàng)像人類登月一樣的偉大工程，在該工程面臨進(jìn)展緩慢的困難時(shí)，是由于分析化學(xué)提供了多通道毛細(xì)管電泳的分離技術(shù)，和激光誘導(dǎo)熒光監(jiān)測(cè)方法，使這項(xiàng)偉大的工程得以提前完成，從而揭開(kāi)了后基因時(shí)代的序幕。DNA測(cè)序?qū)嶋H上是分析化學(xué)和分離化學(xué)的問(wèn)題，但社會(huì)上只知道基因?qū)W，看不到化學(xué)家在其中有什么作用。按照此速度，需要200多年。41TheNobelPrizeinChemistry1993KaryB.Mullis

MichaelSmith

PCR技術(shù)古老的DNA可以在試管中復(fù)制的PCR技術(shù)，在考古學(xué)、刑事偵查學(xué)、身份鑒定等方面是一個(gè)重大的技術(shù)。大多數(shù)的人認(rèn)為這是生物技術(shù)，實(shí)際上確是1993年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的化學(xué)技術(shù)。42化學(xué)家非常謙虛，在交叉學(xué)科中放棄了冠名權(quán)例如：生物化學(xué)被稱為：分子生物學(xué)生物大分子的結(jié)構(gòu)化學(xué)被稱為：結(jié)構(gòu)生物學(xué)生物大分子的物理化學(xué)被稱為：生物物理學(xué)固體化學(xué)被稱為：凝聚態(tài)物理學(xué)溶液理論、膠體化學(xué)被稱為：軟物質(zhì)物理學(xué)量子化學(xué)被稱為：原子分子物理學(xué)

43分子晶體管、分子芯片、分子馬達(dá)、分子導(dǎo)線、分子計(jì)算機(jī)等都是化學(xué)家開(kāi)始探索而且正在研究的，但開(kāi)創(chuàng)這方面研究的化學(xué)家卻不提出“化學(xué)器件學(xué)”這一新名詞，而微電子學(xué)專家馬上看出這些研究的發(fā)展遠(yuǎn)景，并稱之為分子電子學(xué)?；瘜W(xué)家合成了巴基球碳－60，于1996年被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，后來(lái)化學(xué)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(lái)的研究被人們當(dāng)作應(yīng)用物理學(xué)或納米科學(xué)的貢獻(xiàn)。44（1）化學(xué)是一門承上啟下的中心科學(xué)。

（2）化學(xué)又是一門社會(huì)迫切需要的中心科學(xué)，化學(xué)與人們的生活有非常緊密的聯(lián)系。

（3）化學(xué)是與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學(xué)等八大朝陽(yáng)科學(xué)（Sun-riseScience）都有緊密的聯(lián)系、交叉和滲透的中心科學(xué)。45化學(xué)與生命、材料等八大朝陽(yáng)科學(xué)交叉產(chǎn)生了許多重要的交叉學(xué)科，但化學(xué)作為中心學(xué)科的形象反而被其交叉學(xué)科的巨大成就所埋沒(méi)，反而被社會(huì)看作是伴娘科學(xué)（BridesmaidScience）而不受重視，有人稱呼化學(xué)為科學(xué)中的農(nóng)民。世界著名的《自然》雜志也為化學(xué)家鳴不平，發(fā)表了社論。但化學(xué)家仍然很謙虛，居然不喊不叫也不抱怨。化學(xué)家的謙虛本是美德，但因此吸引不到優(yōu)秀的年輕學(xué)生，這個(gè)問(wèn)題就大了。46

從上面的討論可以看出，20世紀(jì)的化學(xué)取得了輝煌成就，21世紀(jì)的化學(xué)發(fā)展前程遠(yuǎn)大，期待社會(huì)對(duì)化學(xué)的重要性給予應(yīng)有的認(rèn)同。

47一、20世紀(jì)的化學(xué)取得了空前輝煌的成就，期望得到社會(huì)應(yīng)有的認(rèn)同。二、21世紀(jì)的化學(xué)科學(xué)面臨的挑戰(zhàn)。481.

資源與能源（危機(jī)）

2.

環(huán)境與生態(tài)（污染與治理）

3.

生命與健康

4.

國(guó)家安全5.

在時(shí)間尺度與分子尺度上認(rèn)識(shí)并控制分子如何反應(yīng)6.將自組裝發(fā)展成為合成與制造復(fù)雜體系及材料的有用手段。7.…………49中國(guó)主要資源占世界總數(shù)比:

人口21

%

勞動(dòng)力26

%

國(guó)土7.1

%

耕地7.1

%

水資源7

%

天然氣1.2

%

煤

10.97

%

石油2.34

%按照目前的消耗速度石油：50年天然氣：100年煤：數(shù)百年世界自然科學(xué)基金會(huì)和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署聯(lián)合發(fā)表《2000年地球生態(tài)報(bào)告》稱，地球的資源會(huì)在2075年耗盡。

1.

資源與能源（危機(jī)）50我們最終必須要學(xué)會(huì)如何在一個(gè)不燃燒化石、燃料來(lái)提供能源的世界上使我們的生正常運(yùn)轉(zhuǎn)，目還沒(méi)有明確的解決方法，但是一系列的方案也有所幫助。

太陽(yáng)能

利用生物來(lái)轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能設(shè)計(jì)出能更有效的把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物能的專門的草或者其他植物，然后把生物能轉(zhuǎn)化為電能。51太陽(yáng)能發(fā)電

在大面積的干旱地區(qū)或者屋頂覆蓋光伏電池。目前的電池的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到30%。瑞士洛桑聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院的米夏埃爾·格雷策爾認(rèn)為，如果美國(guó)得克薩斯州１／３的地面布滿太陽(yáng)能電池，便足以滿足世界對(duì)能源的基本需求。存在的問(wèn)題：發(fā)展價(jià)格低、壽命長(zhǎng)、光電轉(zhuǎn)換效率高的光電池仍然是技術(shù)上的挑戰(zhàn)。52

估計(jì)30－50年的時(shí)間太陽(yáng)能汽車會(huì)進(jìn)入家庭。目前的太陽(yáng)能汽車主要問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)換效率低、價(jià)格昂貴。最便宜的：10萬(wàn)美元左右53核能核能目前正在成為提供電能的主要渠道。但是其中重要的問(wèn)題是核安全問(wèn)題：核廢料如何處理。如果操作不慎將導(dǎo)致危險(xiǎn)。被用來(lái)制作核武器，或者被恐怖襲擊。如上述問(wèn)題解決，核能的益處很多，核燃料價(jià)格低廉，不會(huì)產(chǎn)生室溫效應(yīng)和酸雨。水和風(fēng)能源的轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)、輸送等問(wèn)題。超導(dǎo)體的使用將使高效的能源傳輸成為可能。542.

環(huán)境與生態(tài)（污染與治理）化學(xué)工業(yè)為推進(jìn)世界的文明化程度做出了巨大的貢獻(xiàn)，但是它卻對(duì)環(huán)境存在潛在的污染性。闡明大氣、土壤、湖泊、溪流和海洋——我們賴以生存的既復(fù)雜又相互作用的化學(xué)世界，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境政策的建立提供科學(xué)依據(jù)。確保化學(xué)制造過(guò)程和化學(xué)產(chǎn)品與環(huán)境友好，生物優(yōu)良、無(wú)毒無(wú)害。55研究如何使產(chǎn)品在其使用期間穩(wěn)定，廢棄后可降解，不滯留在環(huán)境中或處于活動(dòng)狀態(tài)。

開(kāi)發(fā)絕對(duì)無(wú)毒并可降解的農(nóng)藥。開(kāi)發(fā)選擇性好的催化劑，使產(chǎn)品的制造過(guò)程無(wú)廢物排放、無(wú)額外能耗需求。開(kāi)發(fā)能量產(chǎn)生及分配工藝，做到溫室氣體或有毒物質(zhì)的零排放。563.生命與健康理解蛋白質(zhì)、核酸以及微小生物體如何聚集裝配成顯示化學(xué)特征的功能性復(fù)合物，真正認(rèn)識(shí)活性細(xì)胞的不同組分之間的復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)詮釋生命過(guò)程仍然是未來(lái)我們面臨的一大挑戰(zhàn)。開(kāi)發(fā)出能夠快速、可靠的檢測(cè)疾病、危險(xiǎn)的疾病生物體的測(cè)量裝置。開(kāi)發(fā)出能夠治愈目前尚屬不治之癥的醫(yī)藥產(chǎn)品和治療方法。57例如在磁性納米顆粒的表面包覆葉酸，血液中的腫瘤細(xì)胞能夠?qū)⑦@些包覆葉酸的磁性納米顆粒吃掉，然后利用磁場(chǎng)將它們分離，利用這個(gè)方法，可以檢測(cè)出血液中極少量的腫瘤細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)腫瘤的早期診斷。腫瘤細(xì)胞FolicAcid四氧化三鐵腫瘤細(xì)胞NS58針對(duì)SARS病毒的檢測(cè)方法以及治療方法？針對(duì)禽流感病毒的檢測(cè)方法以及治療方法？禽流感病毒H5N1在入侵紅細(xì)胞59盡管醫(yī)學(xué)化學(xué)在過(guò)去已經(jīng)為戰(zhàn)勝疾病做出了很大的貢獻(xiàn)，但是：我們?nèi)匀粵](méi)有普遍的藥物來(lái)治療流感、埃博拉病毒、艾滋病。我們需要更好的藥物來(lái)治療癌癥、心臟病、阿爾茨