现代化学与中学化学.ppt

《现代化学与中学化学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代化学与中学化学.ppt（124页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、现代化学与中学化学现代化学与中学化学新课标的教育理念新课标的教育理念:以学生的发展为以学生的发展为 本本,促使学生自主学习促使学生自主学习“化学课程通过化学知识与技能化学课程通过化学知识与技能,过程与方过程与方法法,情感态度与价值观三个方面来体现对未情感态度与价值观三个方面来体现对未来社会公民科学素养的培养来社会公民科学素养的培养.”零零 抗癌药物抗癌药物顺铂的发现和应用顺铂的发现和应用 科学思维方法的探索科学思维方法的探索 在科学研究过程中往往会有“serendipity”，“serendipity”的定义是：一种假设的能意外找到有价值东西的天赋才能。Rosenberg博士发现顺铂顺铂这种化

2、合物的用途的故事就是一个很好的例子,也说明了科学研究中“意外或偶然”的重要性。Rosenberg博士最初的兴趣是天文学、然后是化学，再后来是物理化学，最后他的兴趣转移到物理上，成为一名物理学家。Barnet Rosenberg 他读博士时的导师是爱因斯坦的学生，物理系他读博士时的导师是爱因斯坦的学生，物理系的的HarmutHarmut KallmanKallman教授，他是一位理论和实验结合教授，他是一位理论和实验结合的物理学家。当时他的博士论文课题是关于固体中的物理学家。当时他的博士论文课题是关于固体中的光电现象，为此他注意到光与生物材料相互作用的光电现象，为此他注意到光与生物材料相互作用的

3、可能性。的可能性。1961年他从纽约来到密之根州立大学，创建了生物物理系。就是在这儿他和他的同事们后来发现了一种能够有效治疗某些癌症的化合物。顺铂的发现和应用的科研过程实验课题的提出第一次实验 第一次实验结果的首次启示 顺铂的第一次动物试验 临床试验它工作的相当漂亮！生物物理系建成以后，我们感到仅仅研究生物物理系建成以后，我们感到仅仅研究蛋白质和视网膜对于生物物理系来说还不够蛋白质和视网膜对于生物物理系来说还不够“生物生物”，必须带领学生做更，必须带领学生做更“生物生物”一些的实一些的实验。于是我设计了一个非常奇妙的实验。该实验。于是我设计了一个非常奇妙的实验。该实验是受到了生物教科书上的一幅

4、图，即细胞的验是受到了生物教科书上的一幅图，即细胞的丝状分裂图的启发而产生的。丝状分裂图的启发而产生的。实验课题的提出丝状分裂的过程丝状分裂的过程细胞的丝状分裂图细胞的丝状分裂图这引起了我的兴趣。但我并不是唯一一个发现这个类似现象的人，但是没有人作过实验来验证。所以我想到设计一个相关的实验。这幅图对物理学家是非常熟悉的。在一个条形磁铁上放一张纸，撒些铁屑在纸上面，可以得到磁偶极场的图。它与细胞丝状分裂图非常相似。第一次实验 我们首先找到这样一种装置细胞培养仪，当我们向细胞注入能量时能够检测到发生的变化。我们取两根铂电极并插入培养仪的腔内，然后我们想做的就是向培养仪中正在生长的细胞通交流电，想看

5、看细胞分裂速度是否会有变化（目的）。我们先以E.coli（一种细菌）为研究对象。当接通电源时，我们发现了令人惊奇的事情：腔内细菌的密度几乎降到了零点！实际上这已经变成一个无菌腔。我们用显微镜观察了从腔内中的流出物，结果看到的不是正常的E.coli细胞，而是很长的丝状体，是E.coli细胞长度的300多倍，很明显这是发生了新的情况。（左）正常的大肠杆菌细胞（右）在含有顺铂的介质中生长的大肠杆菌细胞，顺铂阻碍了细胞的分裂，但没有使细胞生长停止，长成了长长的丝状物。当关闭电场后，长长的丝状物会断裂成一段一段的细绳状，每一段又断裂成正常生长的E.coli细胞。当我与该领域的专家交流的时候，都认为其中还

6、有许多疑问需要人们去了解。寻找原因：是什么导致了这个结果？我们必须测定是否是电场本身的原因。于是我们尝试对实验做了修改。我们做了两个腔室，一个腔室中插入电极，另一个中放入细菌。将培养液输入接通电场后的第一个腔室，然后将它们通入细菌所在的第二个腔室，这样细菌就不是直接暴露在电场中了。接通电源、启动电场后的结果和前面一样。这就说明：向营养介质通电流的过程引起了某种长期的化学变化，从而对细菌生长造成了影响。首先我们要设法鉴别第一个腔室中通电后产生了什么化学物质。通过改变放进培养液中的化学物质，我们发现必须要有铵盐、有氯化物、而且是在有氧气的环境下。这是三个需要的条件。但是到底生成了什么物质呢？一种可

7、能性是在铂电极上发生了电解作用。于是我们开始研究铂电极上的电解产物。第一次实验结果的首次启示 一种很显然的化合物可能是(NH4)2PtCl6或者是(NH4)2PtCl4。我们买了这些化学药品，然后用与腔室中相同的浓度做实验，但是它们对细菌没有任何影响。我们把这些化学药品的溶液放在桌子上，几个星期后用它们再做实验，突然发现它们对细菌有影响了尽管影响不大，但是产生了一些丝状物，现在新的问题来了：是什么引起了含铂盐溶液的变化？通过测试，我们发现与光有关。于是我们开始研究铂的光化学性质。我们用光照射(NH4)2PtCl6或(NH4)2PtCl4溶液，然后将产物分离成几类样品。我们收集了带两个电荷以及一

8、个电荷的物质样品等等。然后我们分别试验了这些物质，发现有活性的是中性物质。经过鉴定，我们得出结论：生成的中性物质是Pt(NH3)2Cl2。于是我请Andy合成了反式配合物，然后将它放到细菌溶液中。什么也没有发生！我们确实感到十分吃惊，最后Andy说：“我合成的反式配合物热稳定性更强。我们再试着合成顺式配合物，看看会发生什么。”结果证明顺式配合物有作用！trans-Pt(NH3)2Cl2cis-Pt(NH3)2Cl2这种叫顺铂的化合物能够阻止细菌的细胞分裂。顺铂的第一次动物试验 做完细菌实验，我们试验顺铂对于动物体内癌细胞的影响。先研究多少剂量能杀死动物。然后我们把肿瘤移植到动物体内，用顺铂进行

9、治疗，观察对动物以及肿瘤的生长有什么影响，实验证明，顺铂对肿瘤的生长有重要影响。我们开始猜测，顺铂在消灭正常细胞前有非常有趣的抗癌活性能选择性的消灭癌细胞。我与国家癌症研究所联系，然后被邀请去做一个报告。我带了四小瓶化合物：顺式和反式的Pt(NH3)2Cl4、顺式和反式的Pt(NH3)2Cl2去用于试验。报告结束后，我把我的化合物留给他们，他们用不同的肿瘤系统来做试验。几个月后，试验结果表明，对他们的肿瘤体系有作用。临床试验它工作的相当漂亮！1972年，国家癌症研究所在许多地方做临床试验，在RoswellparkMemorialInstitute(inBuffalo.NY)发现顺铂对治疗睾丸癌

10、有很高的 活 性，同 样 在 伦 敦 的 Royal MarsolenHospital发现顺铂对治疗卵巢癌有活性。人们对此也产生了越来越浓的兴趣，陆续投入了更多的钱来做临床试验。在此期间，我们还试验了铂配合物以外的化学物质，可以看到，钴以及其他金属的化合物也有活性，这决不是铂化合物的独特特性。一旦把顺铂注入病人体内，就必须考虑它的毒副作用，要找到合适的剂量，因为这些化合物有明显的肾毒性。1973年大部分临床试验者都有这样的感觉：用这种药物治疗很有意思，但这种药物使用起来也非常危险。直至1974或1975年当Drs.Cvitkovic和Krakoff在SloanKetteringInstitut

11、e提出了一个错误但却不失聪敏的观点。他们说：铂药物含有重金属，我们知道重金属会引起肾中毒，那么可以通过向病人体内输入水这种简单的办法来稀释这些通过肾的药物，从而缓解肾中毒。他们用顺铂做这个试验，结果非常好。这样使得肾毒性几乎降到了零点，所以用药剂量已经不再是一个重要因素。另外，印地安那大学医学院LarryEinhorn带来了使用顺铂的想法，通过RoswellPark等人的独立证实，顺铂对治疗睾丸癌是有效的。如果将它与两种其他药物结合使用，即Vinblastin（长春碱）和Bleomycin（博来霉素）对治疗睾丸癌有某种活性。这也是极为出色的工作。睾丸癌的死亡率一般在80%，而用顺铂治愈率达95

12、%。这是近二十年来治疗癌症方面最激动人心的进展，现在在治疗卵巢癌，膀胱癌，骨肿癌症等方面的首选药物是顺铂。金刚石的合成金刚石的合成文献报道文献报道:(1)高温高压石墨相变制备金刚石高温高压石墨相变制备金刚石 1300 石墨石墨 金刚石金刚石 5.5万大气压万大气压 F.P.Bundy et al.,Nature,176,51(1955)(2)爆炸法制金刚石爆炸法制金刚石 N.R.Greiner et al.,Nature,333,440(1988)(3)水热法生长金刚石，水热法生长金刚石，800,1.4K bar 但需入金刚石晶种但需入金刚石晶种 X.-Z.Zhao et al.,Nature

13、,385,513(1997)(4)CVD 法可用法可用CH4或或C2H2 在高温下制金刚石膜在高温下制金刚石膜 J.C.Angus,et al.,J.Appl.Phys.39,2915(1968)(5)高温常压下在高温常压下在Cl2/H2气氛下立方气氛下立方SiC转化为金刚石结构的碳转化为金刚石结构的碳 SiC+2Cl2 1000 SiCl4+C(金刚石金刚石)Yury Gogotsi et al.,Nature,411,283(2001)金刚石的催化热解合成金刚石的催化热解合成Wurtz反应反应:(1855年年)R1XR2X2Na R1-R2-2NaX 1L.Finar,Organic Ch

14、emistry,Vol.1,p76.用金属钠还原用金属钠还原CCl4进行进行Wurtz反应：碳原子间将连成三维的反应：碳原子间将连成三维的sp3键结构键结构,即成金刚石。即成金刚石。1)形成的黑色粉末线将玛瑙研钵磨毛2)经过酸洗处理后无定形碳含量减少，XRD能呈现出金刚石三强峰3)Raman光谱测得金刚石1332特征峰4)粉末的比重3 CCl4+4Na 700,Ni-Co C(diamond)+4NaCl 金刚石的XRD衍射峰金刚石的Raman光谱A reduction-pyrolysis synthesis of diamondYadong Li and Yitai Qian,Science

15、,1998,281,246.文章被引用文章被引用7次次给给 作作 者者 的的 评评 价价 本文描述的研究本文描述的研究,如果可重复如果可重复,则不但激动人心而且很重要。则不但激动人心而且很重要。因为金刚石在低的温度因为金刚石在低的温度(700 C),低的压力和未使用晶种的条件下被低的压力和未使用晶种的条件下被合成出来。遗憾的是合成出来。遗憾的是,由于许多细节未被给出由于许多细节未被给出,只有在这些细节被补只有在这些细节被补充之后本文才能发表。否则会使金刚石合成领域的人们感到非常吃惊。充之后本文才能发表。否则会使金刚石合成领域的人们感到非常吃惊。第一第一,对金刚石的产率应有一个估计。文中没有提到

16、是否有作为主要对金刚石的产率应有一个估计。文中没有提到是否有作为主要副产物的石墨状的碳。第二副产物的石墨状的碳。第二,需进行密度测试并报道其数据需进行密度测试并报道其数据,以用来以用来判断是否无定形碳和金刚石同时存在。第三判断是否无定形碳和金刚石同时存在。第三,必须给出一个更完整的必须给出一个更完整的XRD图图,据此判断据此判断2q 约约26 处石墨的强峰是否出现。第四处石墨的强峰是否出现。第四,应该给出应该给出Ni/Co合金的成分。第五合金的成分。第五,应该报道没有使用催化剂的实验结果。应该报道没有使用催化剂的实验结果。Science/Technology Concentrates 稻草变黄

17、金稻草变黄金:从从CCl4制金刚石制金刚石 中国科学家已经发明了一种在比常规方法低得多的温度下合成金刚石粉末的技术，李亚栋、钱逸泰、和其在中国科技大学化学系和结构成份分析中心的同事们在Ni-Co催化剂存在的情况下，用钠和CCl4在700反应48小时形成金刚石Science，281，246（1998），这些科学家将其描述为“一个还原热解催化合成”。他们正在寻找基于过渡金属如：Ni,Co,Mn,Fe,Pt其它的催化剂和其它的卤代碳氢化合物，包括六氯乙烷和四溴化碳以提高产率，这些研究者认为这个方法也适用于制备其它的碳化物，例如：SiC和WC。JULY 13,1998 C&EN 55 Science,

18、Vol 281,Aug.7,1998,p.783Dangerous Mixture 李亚栋、钱逸泰、廖洪维、丁轶等描述了一种用金属钠李亚栋、钱逸泰、廖洪维、丁轶等描述了一种用金属钠和和CCl4反应合成金刚石的方法。这篇报道的读者们需要注意反应合成金刚石的方法。这篇报道的读者们需要注意到钠和到钠和CCl4的混合物是极其危险的，在此之后的一段较短时的混合物是极其危险的，在此之后的一段较短时间内，反应物对震动是敏感的，并且容易发生爆炸，这个反间内，反应物对震动是敏感的，并且容易发生爆炸，这个反应的细节和其它文献可以参考应的细节和其它文献可以参考L.Bretherick著的著的危险化危险化学手册学手册

19、（Butterworths,London,ed.3,1985,p1317）。）。处理任何氯化碳，氢化物与碱金属的混合物是需处理任何氯化碳，氢化物与碱金属的混合物是需要极其小心的。要极其小心的。John C.AngChemical Engineering Department,Case Western Reserve UniversityCleveland,OH 44106-7217,USAResponse Angus指出指出CCl4 和和Na 的混和物是危险的。我们赞同他的忠告。这个信息可以从手的混和物是危险的。我们赞同他的忠告。这个信息可以从手册上找到册上找到(1)。手册中给出的例子，是在一

20、个敞开的玻璃器皿中让较多的。手册中给出的例子，是在一个敞开的玻璃器皿中让较多的CCl4和和Na接触接触相当长的时间。相当长的时间。在我们的报道中在我们的报道中 (2)，我们进行的是一个高压下的反应，该反应是在一个可以耐我们进行的是一个高压下的反应，该反应是在一个可以耐400atm的发应釜中进行的。将的发应釜中进行的。将CCl4 和和Na放入反应釜中只要几分钟。我们指出放入反应釜中只要几分钟。我们指出“适量适量的的CCl4（5ml）和过量的金属和过量的金属Na(20g)放入容积为放入容积为50ml的不锈钢反应釜中的不锈钢反应釜中反应釜反应釜保持在保持在70048小时小时”（2，p.246）.随着

21、反应的进行，产物的分子量迅速增加直到形成碳的聚集物。过量的随着反应的进行，产物的分子量迅速增加直到形成碳的聚集物。过量的Na加速碳的加速碳的形成形成,这个过程不增加反应釜里的压强。随着反应放热，反应釜温度迅速升高。然而这个过程不增加反应釜里的压强。随着反应放热，反应釜温度迅速升高。然而,反反应釜（应釜（2.5Kg）的热容量可以缓冲这个过程。而且，的热容量可以缓冲这个过程。而且，CCl4产生了一个临界压力，在产生了一个临界压力，在283为为45atm。所以在这个温度范围内，压强不会反常的高。而且碳的聚集物的形成所以在这个温度范围内，压强不会反常的高。而且碳的聚集物的形成减缓了压力的增加减缓了压力

22、的增加,然后到某一点后反应釜里的压强开始降低。然后到某一点后反应釜里的压强开始降低。这个过程以后，反应釜里这个过程以后，反应釜里5ml(0.05mol)的的CCl4和过量的和过量的Na的反应不是非常危险的反应不是非常危险的。当然，处理整个高压过程反应要小心。关于进行的。当然，处理整个高压过程反应要小心。关于进行CCl4 和和Na更大规模的反应是危险更大规模的反应是危险的，所以需要更深入的研究。的，所以需要更深入的研究。Yadong Li,Yitai Qian Department of ChemistryUniversity of Science and Technology 一、关于科学和学

23、习科学的几点论述一、关于科学和学习科学的几点论述刚刚过去的刚刚过去的2020世纪是一个科技大腾飞的世纪，世纪是一个科技大腾飞的世纪，科技从来没有像今天这样广泛而深刻的影响着我科技从来没有像今天这样广泛而深刻的影响着我们的生活和观念，并且这种影响仍在继续深化。们的生活和观念，并且这种影响仍在继续深化。因特网正在使全世界变成因特网正在使全世界变成“地球村地球村”；基因工程；基因工程正在引发人类社会迄今为止最严重的伦理挑战；正在引发人类社会迄今为止最严重的伦理挑战；人们甚至已经开始谈论月球移民计划人们甚至已经开始谈论月球移民计划无论是无论是科技决定论者还是怀疑论者，无论是人类前途的科技决定论者还是怀

24、疑论者，无论是人类前途的乐观主义者还是悲观主义者，在汹涌的世界科技乐观主义者还是悲观主义者，在汹涌的世界科技大潮面前，都无法拒绝学习和思考。大潮面前，都无法拒绝学习和思考。爱因斯坦常说：“如果你想知道科学家是如何进行研究的，不要听他们所说的，要看他们所做的。”对于科学研究，大部分人看到的是一个合乎逻辑的过程。在科学论文中，理性沿着一条康庄大道前进，从黑暗走向光明，没有一丁点错误，没有混乱，只有完美的推理。然而，当人们更仔细的查看“科学家所做的”，就会惊讶的发现科学研究其实包括两个方面有个俏皮的作者把它称为“白天的科学”和“夜晚的科学”。“白天的科学”使用的论证过程像齿轮般紧密啮合，在光亮和荣耀

25、中向前发展。相反，“夜晚的科学”盲目的游荡。“夜晚的科学”像一家制造可能性的作坊，生产出将会成为科学的建筑材料。在这种作坊中，假说仍是不明确的预感和模糊不清的感觉，现象也只是一些互不关联的孤立事件。在一个充满信息的迷宫中，各种思想起伏不定，四处奔走，试图寻找某种出乎意料的密切关系，寻找成为“白天的科学”的契机。引导思想的并不是逻辑，而是本能和直觉，还有那种要把事情弄清楚的激情。诺贝尔生理学或医学奖得主诺贝尔生理学或医学奖得主 弗朗索弗朗索 瓦瓦雅各布雅各布在我一生接触到的许多人中，有一些人非常善于动手，并对事情的来龙去脉有良好的直觉。我会鼓励你们，鼓励你们的家长和老师努力挖掘和培养你们的这种才

26、能。那些在这方面有才能的人，就具备了在各种实验科学领域大显身手的优越素质。科学需要的通才的另一个特点是对计算机程序之类事物有足够兴趣。美国所有的大学教授都知道，在大学一年级的学生中，有些人很有设计计算机程序的天赋。他们做事非常快，学得非常快，而且他们编写非常复杂的程序的能力非常惊人。这无意是才能发展的一个新方向。随着计算机在社会中的作用日趋重要，这样的人才在将来比过去十年有更多的大显身手的机会。有许多年轻人喜欢收集、分类和整理各种各样的东西。我想强调的是，这也是一种才能，不是每个人都能做到的。有人天生就是组织者，如果你是其中的一员，我希望你抓住这个有利条件，因为大量科学知识最终要系统化。因此，

27、你们那些喜欢对事物加以系统化，有一定系统化感觉的人同样应该抓住这一点，因为它会引导你走向非常有益和重要的新的发展方向。同样，有许多人喜欢解决问题。不是每个人都喜欢解决问题，也不是每个人都具有相同的解决问题的能力。但是，解决问题非常类似于科学研究。我不知道你们是否玩过拼板游戏，仔细思考一下就会发现，解决一个拼板问题很像攻克一个科学难题。我想向你们强调的另外一点是：培养博览群书的习惯是很有益的。20世纪的科学在各方面都取得了令人惊叹的进步，而且科学正以惊人的速度不断开拓新领域，所以，没有人什么都懂。在这种状况下，你可以有几种不同的选择。你可以说，我要倾全力于某个狭窄的领域，因为想要什么都懂是不可能

28、的，必然是浪费时间。但是，你也可能认为，我要扩大知识面，有广泛的兴趣。我认为后者一般来说更容易成功。总之，我真正强调的是，科学是包罗万象的事业，需要有各方面的才能。如果你想献身 科学，就要把握住自己最突出 的科学兴趣和天赋，并不断的 加以培养发展。诺贝尔物理学奖得主杨振宁诺贝尔物理学奖得主杨振宁 二、二、20世纪化学发展状况世纪化学发展状况 1、新分子和新材料的飞速增长、新分子和新材料的飞速增长 年份年份已知化合物数目已知化合物数目190055万种万种1945110万种万种(大约大约45年加倍年加倍)1970236.7万种万种(大约大约25年加倍年加倍)1975414.8万种万种1980593

29、万种万种(大约大约10年加倍年加倍)1985785万种万种19901057.6万种万种(大约大约10年加倍年加倍)1999超过超过2000万种万种2001年底年底3771.5831万种万种2005年年5月月8000多万种多万种 如如在在现现代代无无机机合合成成中中，愈愈来来愈愈广广泛泛的的应应用用极极端端条条件件下下的的合合成成方方法法和和技技术术实实现现通通常常条条件件下下无无法法进进行行的的合合成成，可可能能获获得得一一般般条条件件下下无无法法得得到到的的新新化化合合物物、新新物物相相，开开拓拓出出新新的的合合成成路路线线与方法。与方法。2 2、极极端端条条件件下下合合成成反反应应规规律律

30、与与合合成成技技术的研究取得了很大进展。术的研究取得了很大进展。超高压、超高温、超高真空、超低温、强磁场、强电场、强激光例例1 高高压压作作为为一一种种典典型型的的极极端端物物理理条条件件，能能够够有有效效改改变变物物质质的的原原子子间间距距离离和和原原子子壳壳层层的的状状态态。如如在在1673 1673 K K，5.5 5.5 GPaGPa（即即5.55.5万万个个大大气气压压）下下，由由石石墨墨 金金刚刚石石;在在1173-1723 1173-1723 K K，3.5-5.5 3.5-5.5 GpaGpa合合成成出出掺掺杂杂的的，可可以以发发射射可可见见荧荧光光的的宝宝石石级级翡翡翠翠宝宝

31、石石NaAlSiNaAlSi2 2O O6 6：EuEu3+3+（红红）、DyDy3+3+（黄黄）、CeCe3+3+（紫紫），用用高高压压方方法法合合成成出出无无限限层层n n型型稀稀土土含含铜铜氧氧化化物物单单相相高温超导体高温超导体SrSr0.860.86NdNd0.140.14CuOCuO2 2。高温等离子体下的合成、高温等离子体下的合成、CVD法法 例例2微波有机合成微波有机合成 Diels-AlderDiels-Alder反应反应常规条件下达到常规条件下达到87%87%的产率需反应的产率需反应7272小时小时微波条件反应微波条件反应1010分钟分钟a.热丝CVD法：该方法利用高温(2

32、000K左右)热丝(钨丝、钽丝)将CH4和H2的混合气体解离和激发，得到含碳活性基团和激发态的H原子。碳在基底上沉积形成金刚石薄膜。许多碳氢化合物如乙醇、丙酮等也都可以利用.相对较便宜,且容易操作,能以约1-110-1的速率沉积质量比较高的多晶金刚石。缺点：缺点：热丝对氧化性和腐蚀性气体极为敏感,这样限制了参与反应的气体种类；又因为热丝是金属材料,不可避免地会污染金刚石薄膜。如果金刚石薄膜仅仅用于机械领域,10-5级的金属不纯物并不是严重问题,但若应用于电子领域,这种不纯是无法接受的。而且,由于是靠热激发,使得等离子体密度不高,这也限制了通过施加偏压以提高生长速率和金刚石薄膜的取向生长。b.微

33、波等离子体()微波等离子体反应器的沉积环境基本与相似,尽管造价昂贵,但却是目前用于金刚石生长最为广泛的方法。最常用的反应器是型和型反应器。微波反应器较其它类型反应器的优势优势是能使用种类更为广泛的反应气体,包括高含量的氧,也能使用含氯或氟的气体;由于不含有热丝,使得比更加洁净,因而法成为用作电子应用金刚石膜的首选方法.“NIRIMType”MicrowaveReactor“ASTEXType”Microwavereactorc.等离子体炬：在20世纪80年代中后期发明的等离子体炬,与传统的低压、相比也有一些优势。等离子体炬的气体流量非常高(以/为单位而不是和系统的以/为单位)。最常用的等离子体

34、炬是直流电弧喷射,它是用高而又非常稳定的电流来使流经的气体离子化。优点：优点：是生长金刚石膜的速率最高,达900-1,比和高出3个数量级。缺点：缺点：是高能量消耗、高设备损耗,且沉积面积取决于喷射弧的大小(一般为12),基片的冷却也很困难.因为在如此高能量系统中保持均匀一致的温度是很困难的,即使有非常好的冷却。但由于喷射弧的点燃与熄灭所带来的巨大热冲击,使得很多材料不能用作基片,如太脆,易在热冲击时碎裂,所以基片材料通常为金属钼,但即使用钼,当炬熄灭时基片的快速收缩会使得金刚石膜从钼基片上脱落而成为自支撑的金刚石片。如果是强调附着力的涂层,这个问题就十分严重;另一方面,若是要制备自支撑的金刚石

35、片,这种方法却又是十分合适的。图7硅上生长的不同织构的金刚石膜的SEM照片3、分离技术、检测手段发展很快。、分离技术、检测手段发展很快。T射线4、随随着着新新的的实实验验事事实实的的不不断断发发展展，一一些些概念也在变化拓展着，例如：概念也在变化拓展着，例如：氢的新键型氢的新键型共价键、离子键、金属键、氢键、氢分子配键、缺电子多中心桥键、H-配键、C-H-M桥键氢键：氢键：X-HY质子给体 O-H，N-H质子受体（带有孤对电子的O、N等）X、Y可以是F、O、N、Cl 或C等电负性高的原子 X-HX-H氢键氢键 芳香氢键 多肽结构 生物体内部 X-HMX-HM氢键氢键 X-HH-YX-HH-Y二

36、氢键二氢键X-HX-H氢键氢键 芳香氢键芳香氢键 多肽结构多肽结构 生物体内部生物体内部X-HMX-HM氢键氢键 X-HH-YX-HH-Y二氢键二氢键DNA结构蛋白质的螺旋状结构2020世纪物理学的发展，被李政道称之为世纪物理学的发展，被李政道称之为”简简化归纳化归纳”，或称之为，或称之为”还原论还原论”。认为：物。认为：物质是由原子组成，原子是由电子与原子核组质是由原子组成，原子是由电子与原子核组成，原子核是由中子、质子组成，中子、质成，原子核是由中子、质子组成，中子、质子是由基本粒子组成。于是关注于基本粒子子是由基本粒子组成。于是关注于基本粒子的类型、行为与性质。就是这样由大到小的的类型、

37、行为与性质。就是这样由大到小的探索。因为人们相信，只有了解了基本粒子，探索。因为人们相信，只有了解了基本粒子，才有可能进一步了解丰富多彩的宇宙万物才有可能进一步了解丰富多彩的宇宙万物现在我们知道一切物质都是由现在我们知道一切物质都是由1212种基本粒子组成。它种基本粒子组成。它们分成夸克和轻子两类。夸克有们分成夸克和轻子两类。夸克有6 6种，它们组成了质种，它们组成了质子子(uuduud)和中子和中子(uddudd)。轻子也分轻子也分6 6种。种。夸克包括下、上、奇异、粲、底、顶种夸克包括下、上、奇异、粲、底、顶种轻子则包括电子、电子中微子、轻子则包括电子、电子中微子、子（缪子）、子（缪子）、

38、子中微子、子中微子、子（陶子）和子（陶子）和子中微子子中微子物质间的相互作用有三种，即强相互作用、电弱相互物质间的相互作用有三种，即强相互作用、电弱相互作用和引力相互作用作用和引力相互作用.于是复杂的宇宙万物由于是复杂的宇宙万物由1212种基本粒子通过三大相互作种基本粒子通过三大相互作用构成。这是用构成。这是2020世纪的世纪的“简单归纳简单归纳”或或“还原论还原论”取取得的成就。得的成就。和平崛起的机遇和平崛起的机遇和平崛起的机遇，存在于社会生产力飞跃、新的生产力快速发展和平崛起的机遇，存在于社会生产力飞跃、新的生产力快速发展之时，即存在于产业革命进程中。之时，即存在于产业革命进程中。第一次

39、机遇：欧洲工业革命第一次机遇：欧洲工业革命 农业社会农业社会产业社会产业社会 蒸汽机发明蒸汽机发明(1769)第一次世界大战第一次世界大战(1911):新的生产力快速发新的生产力快速发展，世界有足够的原料与市场，直到展，世界有足够的原料与市场，直到1911年前后，殖民地瓜分完年前后，殖民地瓜分完毕，共有毕，共有142年和平崛起的机遇期。年和平崛起的机遇期。中国丧失发展机遇：蒸汽机发明之时，世界和中国都处于农业社中国丧失发展机遇：蒸汽机发明之时，世界和中国都处于农业社会，中国处于康乾盛世会，中国处于康乾盛世(乾隆：乾隆：1735-1796)，中国国内生产总值占，中国国内生产总值占全球全球GDP的

40、的25%，乾隆末年达到高峰，乾隆末年达到高峰33%。此后急剧下降，至。此后急剧下降，至1950年仅占全球年仅占全球GDP的的5%。日本抓住了机遇：日本抓住了机遇：18681868年，蒸汽机发明后年，蒸汽机发明后9999年，英国己完年，英国己完成工业化，日本天皇废幕府，改年号为明冶，实施改革发成工业化，日本天皇废幕府，改年号为明冶，实施改革发展。这次改革称明治维新。他们确实抓住了机遇。展。这次改革称明治维新。他们确实抓住了机遇。第二次机遇：信息产业革命第二次机遇：信息产业革命 工业社会工业社会信息社会信息社会 晶体管晶体管(1947)(1947)、集成电路、集成电路(1959)(1959)：微电

41、子产业激光：微电子产业激光(1960)(1960)、石英光纤石英光纤(1970)(1970)：光电子产业。全球经济一体化：资金、：光电子产业。全球经济一体化：资金、信息、技术、人才在全球从范围内快速流动。流向市场大、信息、技术、人才在全球从范围内快速流动。流向市场大、劳动力素质好、社会稳定的地区。劳动力素质好、社会稳定的地区。6060年代：日本。年代：日本。7070年代：亚洲四小龙。年代：亚洲四小龙。80-9080-90年代：中国、年代：中国、南美。南美。新世纪面临的科技挑战新世纪面临的科技挑战 挑战之一挑战之一 迄今人类只认识宇宙的迄今人类只认识宇宙的5%5%，占宇宙，占宇宙30%30%的暗

42、物质、占的暗物质、占65%65%暗能量最近被发现，暗能量最近被发现，但对其一无所知，这对人类当代科学提出但对其一无所知，这对人类当代科学提出了严重挑战。了严重挑战。暗能量暗能量2003/12/23的的Science，将暗能量的发现评为该，将暗能量的发现评为该年度最重大的科学突破。年度最重大的科学突破。通过观测发现，宇宙正在膨胀，而且正在加速通过观测发现，宇宙正在膨胀，而且正在加速膨胀。宇宙大爆炸引起宇宙膨胀是可以理解的，膨胀。宇宙大爆炸引起宇宙膨胀是可以理解的，但由于万有引力，宇宙的膨胀速度应愈来愈小，但由于万有引力，宇宙的膨胀速度应愈来愈小，可是事实正好相反。于是，得出了宇宙中还有可是事实正

43、好相反。于是，得出了宇宙中还有一种不为人知的能量存在，被称为暗能量。一种不为人知的能量存在，被称为暗能量。暗能量是促使宇宙加速膨胀的动力。暗能暗能量是促使宇宙加速膨胀的动力。暗能量是量是1998年提出的，并被一系列的观测结年提出的，并被一系列的观测结果所证实，特别是近年来绕地球运行的威果所证实，特别是近年来绕地球运行的威尔金森微波各向异性探测器尔金森微波各向异性探测器(WMAP)及斯隆及斯隆数字天文台的观测结果。这些结果不仅证数字天文台的观测结果。这些结果不仅证实了加速膨胀的结论。而且还解决了关于实了加速膨胀的结论。而且还解决了关于宇宙年龄、膨胀速度、宇宙组成等的长期宇宙年龄、膨胀速度、宇宙组

44、成等的长期争论。天文学家现在相信宇宙年龄是争论。天文学家现在相信宇宙年龄是137亿亿年。年。暗物质暗物质200多年前，根据天文观察结果，并通过万多年前，根据天文观察结果，并通过万有引力估计星系质量，所有星系都表现出应有引力估计星系质量，所有星系都表现出应该具有更大的质量。于是就提出了暗物质的该具有更大的质量。于是就提出了暗物质的假设。星系的直径通常是几千到几万光年。假设。星系的直径通常是几千到几万光年。星系之外，很少有物质，偶尔有星或气云。星系之外，很少有物质，偶尔有星或气云。这些星或气云被星系的万有引力所吸引，都这些星或气云被星系的万有引力所吸引，都围绕星系旋转。旋转产生的离心力与星系与围绕

45、星系旋转。旋转产生的离心力与星系与该星的万有引力相等，故有该星的万有引力相等，故有v2=GM/r，这就，这就是说，星距离星系愈远，其转速愈小。是说，星距离星系愈远，其转速愈小。而对而对NGC3192星系及其他星系及其他45个星系的测量结个星系的测量结果表明，远离星系的星，其转速不是减小，果表明，远离星系的星，其转速不是减小，且无一例外的增加，包恬我们的银河系。这且无一例外的增加，包恬我们的银河系。这些观测结果证明暗物质的存在。并且可以推些观测结果证明暗物质的存在。并且可以推算暗物质的质量。算暗物质的质量。我们可以通过辐射和引力我们可以通过辐射和引力感知物质的存在，但我们只能通过引力感知感知物质

46、的存在，但我们只能通过引力感知暗物质的存在。暗物质的存在。根据当前人们的估计，根据当前人们的估计，30%的宇宙是暗物质，的宇宙是暗物质，65%的宇宙是暗能量。通过望远镜观察到的的宇宙是暗能量。通过望远镜观察到的近近2000亿个星系，每个星系中又有亿个星系，每个星系中又有2000亿个亿个星球，再加上弥漫太空中的氢、氦、中微子星球，再加上弥漫太空中的氢、氦、中微子等，而这些总加起来，仅占宇宙的等，而这些总加起来，仅占宇宙的5%。我。我们原来认识的由电子、质子、中子构成的物们原来认识的由电子、质子、中子构成的物质世界，仅占宇宙的质世界，仅占宇宙的5%，还有，还有95%的宇宙的宇宙是未知的，这对人类而

47、言，是多么大的挑战！是未知的，这对人类而言，是多么大的挑战！宇宙的组成宇宙的组成挑战之二：挑战之二：人类基因组计划的完成，标志着进人类基因组计划的完成，标志着进入揭示生命奥秘的新起点入揭示生命奥秘的新起点从定量化和从定量化和“整体统整体统一一”的角度去研究生命现象。的角度去研究生命现象。挑战之三：挑战之三：信息量的爆炸性增长，微电子技术信息量的爆炸性增长，微电子技术的发展逼近极限。最近英特公司宣告，的发展逼近极限。最近英特公司宣告，2019年后，年后，线度将达线度将达16纳米，由于量子效应和热耗散，无法用纳米，由于量子效应和热耗散，无法用传统方式调控电子，将表明莫尔时代的终结。传统方式调控电子

48、，将表明莫尔时代的终结。挑战之四：挑战之四：纳米纳米(N Nanoano),),生物生物(B Bio),io),信息信息(I Info),nfo),认知认知(C Cogniogni)(NBIC)(NBIC)四大领域汇聚，将引发四大领域汇聚，将引发人类整体能力的飞跃。人类整体能力的飞跃。Converging Technologies for Improving Human Converging Technologies for Improving Human Performance Performance Nanotechnology,Biotechnology,Information Nano

49、technology,Biotechnology,Information Technology and Cognitive ScienceTechnology and Cognitive Science随着化学技术的不断发展，化学在随着化学技术的不断发展，化学在这这四大领域发四大领域发挥的作用也越来越大，已经渗透到其中的方方面挥的作用也越来越大，已经渗透到其中的方方面面。在信息技术方面，化学在计算机芯片的制备面。在信息技术方面，化学在计算机芯片的制备过程中起着重要作用。过程中起着重要作用。我们通常所说的我们通常所说的“芯片芯片”是指集成电路是指集成电路,它是微电子技术的主它是微电子技术的主要产

50、品。要产品。制造芯片的原材料：硅。制造芯片的原材料：硅。硅位于元素周期表中第硅位于元素周期表中第A族，原子序数族，原子序数14，元素符号为，元素符号为Si，它的熔点为它的熔点为1410C，沸点为，沸点为2355C。地壳含有的各元素中硅。地壳含有的各元素中硅的含量高达的含量高达26%，仅次于氧元素，硅常常以沙子或者石英等，仅次于氧元素，硅常常以沙子或者石英等形式存在于地表及岩石中。形式存在于地表及岩石中。对于芯片制造业和太阳能电池工业来说，都需要极高纯度的对于芯片制造业和太阳能电池工业来说，都需要极高纯度的硅，而我们能从上述各种矿石（主要成分均为二氧化硅）中硅，而我们能从上述各种矿石（主要成分均