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食品营养与安全论文中国食品的强化与发展 我国为保证营养素的均衡、全面,提出了食品营养的强化的概念。食品营养的强化是在食品中添加营养素(这些营养素往往是在日常生活的食物食谱中缺少,或在某些人群食谱中搭配不合理),在食物中加以调整,以调整到合理营养的水平。加入到食品的营养物质。 一,钙的强化 随着人民生活水平的逐步提高和人口老龄化的发展趋势,人们更加注意饮食的健康和营养,因此更愿意选择富钙食物和强化钙质的食品,从而造就了一个广阔的钙强化食品市场。目前强化钙的食品种类繁多,已经设计我们日常饮食的大部分食品。 1 乳制品 牛奶、酸奶、冰激凌、奶酪、白软干酪和酸奶油等乳制品是理想的钙源食品,但是乳糖不适症及高脂制品使很多人不能通过饮用牛奶;来获得足够的钙质。在亚洲,由于牛奶消费量较少,在牛奶中加入矿质盐制成高钙牛奶,以便消费者能够饮用较少量的牛奶既能达到其摄取足量的钙质的要求,但是在美国是严禁在牛奶中添加牛奶矿质盐的。另外,在低脂乳制品中强化钙制的产品越来越多。如低脂酸奶、冰激凌、白软干酪、酸奶油等。对于要求无乳糖的产品,如用大豆、米等作为牛奶替代品的产品中,可使用只含有24%乳糖的牛奶矿物强化钙质,在终端产品中可以将其看作无乳糖产品。 2 果汁 在果汁中强化钙是另一种比较常见的做法。在选择钙源时要特别注意钙盐的溶解性、果汁中组分以及其对产品的风味和口感的影响问题。 澄汁因为是一种混浊的产品,通常会将可溶和不可溶的钙源一起使用,那些不可溶的钙能一微粒形式悬浮与果汁中,不会出现不可溶的钙带给人的一种砂的口感,而且成本较低,钙含量高。对于澄清的果汁里,则需要选择可溶的,并达到高钙含量的钙源。这种钙源又不影响果汁的风味、质感和外观等。乳酸钙就是一种非常稳定的可溶性钙源。它能提供与牛奶同样含量的钙质,可单独或与其他的钙源复合用与浓缩果汁中。 澄清果汁的钙强化所面临的困难比其他产品大的多。大多数果汁都呈酸性,这有利与钙的溶解。但是游离的钙离子会与果汁中的一些成分发生反应。例如,酸果蔓果汁是一种澄清的产品,它很容易与钙离子发生反应变色和变浊。使用一种经特别工艺处理的、由乳酸钙和葡萄糖酸钙复合的钙源,能使果汁的钙含量达到RDA的10%而不出现上述问题。这种复合钙源能在标准的状态下提供高达56g/L的可溶性钙质,而且这种果汁中含丰富的维生素A、维生素C和维生素E。 高溶解性钙盐有其自身的问题。在葡萄汁饮料中,天然色素如花青素会由于多价金属离子而变色,如钙离子;另外,葡萄糖酸钙浓度过高也会出现异味;钙离子能于饮料中的其他成分发生反应而产生沉淀;在果胶浓度较高时钙也是一种凝胶化的催化剂。大多数果汁饮料中蛋白质含量都不是很高的,但是也要考虑蛋白质与钙发生反映会产生沉淀或产生小微质感问题。 相对于果汁而言就容易得多,因为是固体产品。钙源的选择主要考虑消费者的喜好和成本问题,目前比较多的采用无机钙盐。在早餐类谷类食品中强化钙质是很普遍的而对其他一些淀粉类食品如面包、饼干、面条、大米等进行钙质强化也已经出现。 3 其他食品 可以进行强化钙质的食品还有很多,现在已经有强化了钙质的咖啡、咖啡伴侣、蜜饯、糖果,餐后甜品和饮料等。这些产品为消费者提供了更多的摄取钙质的途径和选择。 4标签标示 美国对钙强化食品的标签有明确的规定,美国营养专家小组将钙列入营养目标,不过在含量少于RDA的2%时则不能标明,同在营养值标示中可以加上“没有有效的钙源”。FDA对三种钙含量水平食品在销售时的标签标示都做了规定。钙含量达到RDA的10%则可以在标签上标明“富含钙质”、“强化钙”、“更多的钙质”。对于钙质含量在RDA的10%知至19%之间的谷类食品,通常用“良好的钙质”。FDA对于钙含量达到20%以上的食品,建议用“高钙”。而美国各州对此标示各有不同,如“富钙”、“极好的钙源”和“如牛奶同样的钙”等各种称法。
颜色,质地。1、灰质砂岩的颜色为灰色调、浅灰、深灰、黑灰,钙质砂岩是黄色的。2、灰质砂岩由镁石灰岩与碳酸钙复合构成,钙质砂岩质地细密纯白。
一般来说论文的摘要要根据你全文的一个行文来进行一个总结性的概括,摘要往往都是在最后再写的,摘要的字数控制在200~300左右不能太多。
摘 要:随着人类社会的不断进步和发展,对人类自身素质的要求也越来越高。不仅要有一个灵活的聪明的头脑,还要有一个健康的身心,更要有一种拼搏向上的精神。因此要提高人类的自身素质和生活质量,延长人类的生存时间,就必须对孕妇的营养膳食和**进行研究探讨。因为孕妇肩负着孕育新一代的特殊任务,直接关系到未来国计民生的兴衰,甚至影响到一个国家一个民族的强盛与发展。因而合理、科学的饮食与健康,对孕妇及胎儿的健康都是不可缺少的重要组成部分。通过对吉林市各妇幼**站100多位孕妇的营养饮食及**的调研随访,我初步掌握制定了孕妇营养膳食和**的方案及原理,同时也查阅了国内相关这方面的资料,对更好地保证孕妇健康及胎儿发育都有着更重要的意义。关键词:孕妇、营养膳食、**、误区、探讨。一、要了解和掌握孕妇每日膳食的营养素标准,必须掌握对正常成人的营养素标准,孕妇在此基础上适当增加。根据,中国营养学会常务理事会通过的《推荐每日膳食中营养素供给量的说明》的规定,每日膳食营养素供给量是作为保证正常人身体健康而提出的膳食量标准,供作设计和评定膳食的依据,并规定国家和地方事物发展计划和指导食品加工的参考。在正常情况下,人体必须有一定是营养储存,能够动用以维持正常的生理功能,较长期的摄入不足,必然耗尽体内的储存,导致营养缺乏病的发生。具体如下:(一)能量:人体所需要能量以供代谢,生长,泌乳,维持体温和从事体力劳动是消耗。正常情况下,人体是能量的需要与其食欲相适应。但与劳动强度,生理状况,气候和体型有关。孕期除了维持本身热能的需要外,还要负担胎儿的生长发育,以及胎盘和母体组织增长所需要的能量。此外,还需要储备一定的脂肪和蛋白质,为以后做准备。因此,热能需要量应在极轻体力劳动者所需的9200千焦的基础上,再增加1250千焦。较高的热量是通过提高主食的量,孕中后期应当摄入400-500克以上的主食①。适当地提高脂肪的摄入量及增加肉类等食物实现的。(二)蛋白质:根据1985年FAO/WHO/UNO报告认为,承认蛋白质需要量为每月克/千克体重,孕妇约为克范围。怀孕期间,不仅胎儿的生长需要蛋白质,而且孕妇本身也需要一定数量的蛋白质,以满足子宫增长,乳房增大以及胎盘、羊水和血容量增加的需要。孕期蛋白质摄入不足可使胎儿生长发育低下,致使新生儿出生体重小于2500g的低体重儿发生率增加;蛋白质营养不良还可影响胎儿的脑发育,并使脑成分发生改变。中国营养学会建议,孕中期妇女每日应较一般非孕妇女增加蛋白质摄入量15g,孕后期增加20g,除保证数量外,还应提高蛋白质的质量,应保证摄入至少三分之一以上的优质蛋白质。(三)碳水化合物,脂肪和膳食纤维。碳水化合物提供的能量在70%,脂肪能量不宜超过30%,膳食纤维是植物中的一种成分,不能为人体利用的碳水化合物,没有营养功能,但对人体健康有益。可使一些有害代谢物较快排除体外。过多,也将影响矿物质的吸收。(四)矿物质和微量元素1,钙 :500--600mg/月(健康人)800mg/月(孕妇)2、铁: 15mg/月(健康人);孕妇30----60mg/月。这在一般膳食中不能达到,产后还要补充2--3月。3、锌、硒、碘。根据近年来的研究报告,确定了其供给量。(五)维生素1、维生素A,供约800微克/日2、维生素D,供给量10微克/日3、维生素E,指生育酚类,其作用与生育有关。4、硫胺素、核黄素、烟酸。前两种为,后一种6mg。孕妇则分别为和、抗坏血酸,成人健康与孕妇均30--75mg二、孕妇在孕期胎儿生长发育重点补充合理的膳食营养 (一)在怀孕的前三个月,胎儿各器官处在分化形成阶段,特别是胎儿的神经管及主要内脏器官,因此孕妇要特别注意膳食中的营养均衡,保证各种维生素、微量元素和其它无机盐的供给。而此期又逢不同程度的恶心、呕吐、厌食、偏食等早孕反映,故增加营养应注意饮食的质量,多以清淡,合口味,益消化,并富有营养的食物并注意多吃一些粗制食品,宜少吃多餐,争取不要减少总的摄入量。(二)在孕中期(4--6月)是胎儿生长发育及大脑发育的迅速阶段。胎儿除体重迅速增加外组织器官也不断地分化完善,孕妇体重也60%以上在此期增加的,此期的营养饮食质与量都必须保证。并注意食物的基本营养,碳水化合物,蛋白质,脂肪,纤维素和矿物质搭配合理。有学者指出,此期间多食植物性食物,可以使胎儿大脑沟回增多,脑组织发育迅速,出生后的孩子聪明过人,因而孕妇膳食应重点做到:1、避免挑食,偏食,防止矿物质及微量元素的缺乏。2、做到荤素搭配,合理营养。3、把好食物质量及烹调关,切忌食用未煮熟的鱼和肉。4、对热量的需要明显增加,适当增加米面等主食及鱼、肉、蛋、奶、豆制品、花生、核桃等副食。5、胎儿发育的关键时期,对钙的增加量较大,奶,豆制品,海产品,多叶的绿色蔬菜等都是较好的营养素来源。(三)孕晚期(7--10个月):胎儿生长更快,是其肌肉,骨骼,脂肪及大脑发育完善的时期,孕妇所需要营养也达到高峰。因此孕妇在膳食方面进行调整,主要应增加蛋白质及钙、铁、锌等微量元素的摄入,并适当限制碳水化合物(糖、淀粉)及脂肪的摄入,以免造成孕妇体重过重或胎儿偏大,增加难产机会。因此,孕妇在此期的饮食重点应做到:1、适当增加豆类蛋白质,如豆腐和豆浆;2、可多食一些海产品,如:海带、紫菜、动物内脏和坚果类也是不错是食品:3、注意控制盐分和水分的摄入量,尤其是有水肿的孕妇,以免发生水肿从而引起怀孕中毒症;4、孕妇应选择体积小,营养价值高的食物,如动物性食品,减少营养价值低而体积大的食物,如土豆和红薯等;5、易少吃一些能量高是食物,如白糖,蜂蜜、肥肉等甜食,防止食欲降低影响其它营养素的摄入;6、有水肿的孕妇,食盐量每人应限制在5克以下。三、孕妇应注意饮食中的误区。既然孕妇肩负着特殊的重担,适时的补充营养是必要的。但必须合理、科学的膳食,盲目吃喝,不仅损害母体健康,而且影响胎儿的发育,甚至导致畸形胎。为了优生优育,孕妇的日常饮食要注意走出以下误区:1、多吃肉可生胖娃娃。因多食肉类可使孕妇体内脂肪的贮藏增多,同时妊娠量消耗较多而糖的贮存减少,这对分解脂肪不利,所以需因氧化不定产生酮体,使同体血症倾向增加,孕妇可出现尿中酮体,严重脱水,唇红,头晕,恶心,呕吐等症状。美国医学研究发现,孕妇高脂肪饮食,可增加女儿患癌的概率。2、多吃蛋孕育聪明儿。孕妇多吃蛋类,摄入蛋白质过多,在体内可产生大量硫化氢,组织胺等有害物质,同时可导致胆固醇增高,可引起腹胀、食欲减退、头晕疲倦等症状,还可以加重肝脏的负担,不利于孕妇的**。有学者研究指出,过高的蛋白质贮存在人体的结嫡组织内,可以引起组织和器官的变性,使人罹换癌症。3.酸性食品可防孕吐德国学者研究发现,妊娠早期的胎儿酸性低,母体摄入的酸性物质,容易大量聚积在胎儿组织中,影响胚胎细胞的正常分裂增殖与发育生长,并易诱发遗传物质突变,导致胎儿畸形。4.多补钙小儿筋骨壮营养学家认为,孕妇补钙过量,胎儿有可能患高钙血症,出生后,患儿会囟门太早关闭,颚骨变宽而突出,鼻骨前倾,主动脉狭窄等先天性疾病。5.吃咸食物有滋味现在医学认为,摄入过多钠盐,会加重患有妊高症孕妇的症状,使浮肿、高血压和蛋白尿加重,甚至头痛、眼花、胸闷、晕眩,因发生子痫而危及母婴安康。6.多吃糖孕妇有精神 意大利医学家发现,因血糖偏高的孕妇出生体重过重胎儿的可能性胎儿畸形的发生率出现妊娠毒血症的机会或需剖腹产的次数升高,同时加重肾脏负担,降低机体免疫力,易受病毒、病菌感染。7.服食补品可壮体质孕妇盲目服用鹿茸、桂圆、胡桃等温热性补品,易致阳虚阴亢,加剧孕妇水肿、高血压、便秘等症状,甚至发生流产和死胎。8.霉变的食物孕妇如受霉菌毒素的侵害,可使染色体断裂和畸形,有的停止发育,发生死胎流产,有的产生遗传性疾病或胎儿畸形,如先天性心脏病、先天性愚型等。四、孕妇在各孕期阶段的膳食原则根据孕妇在各期膳食的不同特点及一些不合理的饮食,总结出孕妇的膳食原则,供参考如下:(一)、怀孕期的膳食原则:1、胎儿生长慢,营养上没有特别要求,按正常营养膳食即可。2、处理妊娠反应,调整进餐次数与食物内容,尽量达到营养供给标准。3、忌烟、酒,忌兴奋性饮料,忌辛辣刺激等食物。(二)、孕中期的膳食原则:1、平衡膳食,特别要注意保证充足的优质蛋白质、高钙、高 铁、健脑等食物。2、要有新鲜充足的蔬菜、水果。3、每天饮水不少于1500毫升。4、每日食盐量不超过5毫克。5、忌烟、酒,忌辛辣刺激性强的食物。(三)、孕晚期孕妇的膳食原则:1、保证有充足的蛋白质、高钙、高铁的食物,当膳食不足时要 服用钙片及维生素;2、要多吃新鲜的黄、绿色蔬菜、水果;3、每天要多饮水,不少于1500毫升;4、每天食盐不超过5克,水肿严重时要忌盐,减少饮水量;5、少食多餐6、热能供给以每周体重增加不超过千克为限。体重过高时,应适当减少主食和食物脂肪,不吃甜食,宜多吃粗杂粮、豆制品、蔬菜和清淡食物。五、孕妇在孕期的预防**孕妇在孕期不仅要充分正确地进食,努力做到均衡饮食,保持孕妇及胎儿的健康,预防**也是至关重要的。1、孕早期,呕吐十分剧烈,且饮食疗法效果不好,可在医生指导下补液;2、孕妇在孕期应定期请教医生,检查了解胎儿及孕妇是否良好和健康;3、适当的运动,有助于孕妇的饮食及胎儿的营养吸收;4、保持居住环境的整洁,通风良好,预防疾病及传染病的发生;5、在医生的指导下服用一些**食品,如孕妇在怀孕期间每日需400微克叶酸来防止诸如脊柱裂之类的先天缺陷;6、注意口腔卫生,因为牙齿的发育是从胎儿期开始的,所以从母体怀孕时起,就应该注意与牙齿健康有关的食物摄取,从营养素来说最重要的是钙。正常人每公斤血清中钙与磷的乘积应为35-40毫克,这时体液中的钙与磷就能在骨的有机质先形成胶体的磷酸钙再沉淀为骨盐。当这个乘积小于30毫克,就会影响牙齿的质量并出现佝偻病、X型腿等;从消化机制来说,食物进入口腔主要靠牙齿的咀嚼将食物磨碎,并与唾液混合为滑润的食团咽入胃中,牙齿不好,会影响咀嚼,往往会诱发一系列胃病,从而影响营养物质的吸收;7、注意个人卫生,勤换洗内衣及洗澡,因为皮肤不仅能抵挡病菌的侵入,同时有利于体内废病物质的排出;饮水有利于排毒,专家建议孕妇每日饮水量不少于1500毫克。8、远离嘈杂混乱的公共场所及有毒有害区域,禁烟酒。因为它会对胎儿的生长发育影响特别大,尤其损害胎儿的智力,增加先天愚型胎儿的几率。孕妇日常饮食中少食或不食的食物有:味精、油条、咖啡和可乐,加工食品和罐头食品,未煮熟的鱼、肉、蛋等食物。六、孕妇的各阶段膳食方法1、孕妇早期膳食早期孕妇正处于胚胎细胞的分化增值和主要器官形成的重要阶段,虽然胚胎生长发育相对缓慢,平均每日增重1g,这时的营养量与孕前大致相同,大多孕妇出现不同反映,往往致变饮食习惯,影响营养素的摄入。孕早期主要是合理膳食,防止妊妊娠反应引起母体严重营养缺乏,导致胎儿发育不良,所以要鼓励孕妇进食,以清淡、易消化的食物最好,少食油腻食物,多餐少食,选择优质蛋白质的食物,如奶、蛋、鱼、禽类,适当用一些强化食品,补充B族维生素可改善食欲。2、孕中期膳食中期是胎儿生长加速加快时期,也是骨骼、牙齿、五官、四肢开始形成和大脑发育时期,因此对孕妇的食物品种数量都要增加,以保证足够的能量和营养素,经常摄入肝、动物血、大豆制品、肉禽、鱼蛋、蔬菜、水果、豆浆、奶、小米、玉米等食品,也可经常食用一些虾皮、海带、紫菜含钙量高的食品,以及深色、绿色蔬菜。3.孕后期膳食孕后期三个月胎儿生长最快,体重增长占整个孕期的一半,所以这个时期要给孕妇增加优质蛋白质和钙、铁的摄入量,每周要食两次动物肝脏或动物血,增加豆浆和牛奶以及足够的营养素。总之,对孕妇的膳食**进行探讨是相当必要的,也是复杂的,由于诸多因素的影响对孕妇随访的数量较少、时间较短、难免对其膳食及**的研究过于肤浅或不全面,有待于在日后的工作生活中进一步探讨、完善。
3.没有不好的食物,只有不好的膳食这个有辨证性,好
讨论是最能体现论文水平的部分,也是写作难度较高的部分。对于初写着来说,要特别注意以下几点:实事求是、恰如其分的评价,不乱下结论,切忌推理过分外延。
中文名称: 碳化钙 英文名称: calcium carbide 中文名称2: 电石 英文名称2: acetylenogen CAS No.: 75-20-7 分子式: CaC2 电子式:Ca2+[:C三C:]2- 中间的三代表三对共用电子对 分子量: 主要成分纯品 外观与性状: 无色晶体,工业品为灰黑色块状物,断面为紫色或灰色。物理性质黄褐色或黑色的块状固体,纯品为无色晶体(含CaC2较高的是紫色)。密度克/厘米,熔点447℃、沸点2300℃,遇水立即发生激烈反应,生成乙炔,并放出热量。杂质 因电石中常含有砷化钙(Ca3As2)、磷化钙(Ca3P2)等杂质,与水作用时同时放出砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)等有毒气体,因此使用由电石产生的乙炔有毒(须通过浓H2SO4和重铬酸钾洗液除去)。相对密度(水=1): 主要用途是重要的基本化工原料,主要用于产生乙炔气。也用于有机合成、氧炔焊接等。CaC2能导电,纯度越高,导电越易反应原理CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑ 健康危害损害皮肤,引起皮肤瘙痒、炎症、“鸟眼”样溃疡、黑皮病。皮肤灼伤表现为创面长期不愈及慢性溃疡型。接触工人出现汗少、牙釉质损害、龋齿发病率增高。 燃爆危险本品遇湿易燃。 危险特性干燥时不燃,遇水或湿气能迅速产生高度易燃的乙炔气体,在空气中达到一定的浓度时, 可发生爆炸性灾害。与酸类物质能发生剧烈反应
在化学发展史上,有机物与无机物之间曾经横亘着一条鸿沟。人们认为有机物来自活的机体,是生命化学研究的对象。无机物则与生命无关,是传统化学研究的对象。生命化学是一门神秘莫测的学科,它所遵循的规律与传统的化学学科完全不同。到了1828年,这一认识被一位年轻人改变了。他用无机物人为地合成了有机物,打破了生命与无生命的界限,并指明了有机化学的合成方向。这位年轻人就是德国著名化学家弗里德里希·维勒。维勒于1800年7月31日出生于莱茵河畔法兰克福附近埃斯欣姆的一个医生家庭。他的父亲在当地颇有名望,父亲希望他长大以后,能够光大这个家庭的医学传统,成为一代名医。当他还在上中小学的时候,父亲就不断给他灌输这种思想。要当医生,就得了解药物。而要了解药物,不懂得化学是不行的。所以,在课程之余,维勒还有意识地翻阅了一些化学书籍。阅读的结果,他的兴趣发生了转移,深深地喜欢上了化学这门学科。上中学时,在完成了老师布置的学习任务之后,他还常常在家里偷偷地按照化学书上的叙述做实验。化学实验给他带来了无比的愉快,他不再企盼着长大后去当名医,而是希望有朝一日能够从事化学研究。20岁那年,维勒中学毕业,该上大学了。这时的维勒,已经不是过去那个又高又瘦、长着一副大耳朵、看上去快乐无比、滑稽淘气的孩子,而是一个身材颀长、举止文雅的青年了。这年秋天,他考上了马尔堡大学。在选择大学专业的时候,他不愿惹父亲生气,于是就按父亲的意愿,选择了学医。在大学里,维勒的生活紧张而又充实。在认真学好医学专业的同时,他对于自己心爱的化学实验仍然不能忘怀。他尽量科学安排时间,所有的功课都在白天完成,以此来保证他的医学专业的学习质量,而晚上的时间则留给自己。一到晚上,他一回到自己的住所,就满怀激情地投入化学实验。他几乎天天都要把做实验用的那些瓶瓶罐罐摆弄一番。哪天没做实验,他就睡不踏实。房东喜欢把房间打扫得干干净净,整顿得有条有理,在那样的环境里,他倒觉得不自在。正是因为有了这样的钻研精神,没用多久,他就在化学研究方面有所收获了。上大学二年级时,他发表了第一篇化学研究方面的论文,刊登在《吉尔伯特年鉴》上。文章虽然不长,但很有新意,因此得到了欧洲“化学巨人”——瑞典著名化学家贝采利乌斯的肯定。初试牛刀就得到了名家的赏识,这更加坚定了维勒选择化学趼究作为终身事业的决心。他虽然仍在医学专业学习,但他已经吧自己的心交给了化学。不久,他转学进入海德堡大学。海德堡大学有一位叫做列奥波德·格美林的教授,是德国著名化学家,被誉为“海德堡的贝采利乌斯”。维勒就是冲着他,慕名而去的。当然,在海德堡大学,他的专业仍然是医学。不料,当他找到格美林教授,表达了自己愿意跟着他听课的愿望时,格美林教授却表示反对。教授对他说:“维勒先生,您现在掌握的化学知识,已经超越了我讲课的范围。您没必要再浪费时间,听这些对您来说已经过时了的东西。”维勒以为格美林教授在婉言谢绝他,觉得很失望。可格美林教授接下去的话却让他喜出望外。格美林教授说:“您要来听我的课,我是不会同意的。可是如果您愿意来我的实验室工作,那我会感到很愉快。我相信您会在我的实验室里做出新的、更有意义的成果。”到格美林教授的实验室里做实验,这是他连想也不敢想的事情。他没有任何犹豫,就一口答应了。从那以后,他就成了格美林教授实验室的常客。没想到,海德堡大学另一位知名学者蒂德曼教授对此有了意见。蒂德曼教授是著名的医学家,他对维勒的才华也很欣赏。他觉得,维勒如果不好好读医学,就太可惜了。他不愿意医学界失去这位后起之秀,他想亲自指导维勒攀登医学科学高峰。两位名师争徒,这真出乎维勒意料。能得到他们中的任何一位的指导,对一般学生来说都是天大的好事,可维勒一下子得到了两个人的垂青,这怎能不让他受宠若惊?他尊重、景仰蒂德曼教授,可他也不愿意改变自己的选择,这可怎么办呢?他把自己的真实想法告诉了两位导师,两位导师协商的结果,决定采取折中方案,让他研究生理学中的化学问题。就这样,维勒在这两位大师的指引下,以一种独特的方式,走上了化学研究道路。根据蒂德曼教授的建议,维勒选择尿素作为自己的研究对象。尿素是有机体新陈代谢排泄出来的废物中第一重要的化学物质,研究尿素对于当时的生理学有一定的学术价值。正因为这样,蒂德曼教授才把这项课题交给了维勒。按照蒂德曼教授教给的方法,维勒经过刻苦钻研,终于在1823年,从动物尿和人尿中分离出了尿素。接着,他又在格美林教授的指导下,对尿素的化学成分做了全面分析。格美林教授的分析方法非常先进,维勒运用这种方法,精确地测定了尿素中氮、氢、氧和碳的成分,得到了一批数据,并由此查明了尿素的一些重要性质以及它在动物体内的生理作用。他的工作做得非常好,正是由于这项研究,维勒年仅23岁就获得了海德堡大学的医学博士学位。获得博士学位以后,维勒来到瑞典的斯德哥尔摩大学贝采利乌斯实验室,为他仰慕已久的贝采利乌斯做助手,跟随这位“化学巨人”一道从事研究工作。在那里,他进一步充实了自己,学到了更为先进的实验和分析方法。而且,他还与贝采利乌斯成了莫逆之交。在日后的岁月里,两人的学术观点时有不同,但他们的友谊却一直保持了下来。在斯德哥尔摩待了一年以后,1825年,他又回到了自己的祖国,在柏林化学和矿物学校当了一名化学教师。在这所学校,他的薪金很低。本来他可以在其他学校得到更高的薪金,但他认为工作环境和研究条件比工资更重要。他看中的是该校的化学实验室。正因为这样,他才愉快地接受了柏林化学和矿物学校校长的聘请。在学校里,维勒一方面负担繁重的教学任务,一方面尽量利用业余时间搞科研。他的兴趣一开始是在无机化学上,在不长的时间之内,他就做出了一系列令人瞩目的成就。他研究出了分离金属铝和铍的方法,还发现了碳化钙,指出碳化钙能迅速与水反应生成可燃性气体乙炔。他还差一点就成了世界上钒的第一位发现者。这些工作,使得他在化学界崭露头角,成了一颗冉冉升起的新星。在博士毕业后的最初几年里,维勒取得了丰硕的成果。不过,与他接下去的工作相比,上述成果就显得次要多了。那时,他一直在关注氰酸和氰酸盐的研究。氰酸和氰酸盐都含有氰酸根,氰酸根是一种在性质上与氯离子很相近的酸根,它能与氢原子结合,生成氢氰酸。氢氰酸在与强碱反应时,可以生成相应的盐。根据这一性质,维勒用氢氰酸与有关氢氧化物进行反应,制得了不同的氰化物,并对这些氰化物的性质做了较长一段时间的研究。一天,维勒在查阅杂志时,读到了德国化学家尤斯图斯·李比希的一篇文章,从中知道李比希正在进行与自己相似的研究。于是,他立即给李比希去信,建立了工作联系。从那以后,两人成了同一课题的竞赛者,最终还成了好朋友。维勒在那篇文章中发现,李比希在研究中也得到了自己所制得的那种氰化物,可是他对那种物质性质的描述却与自己所知大不相同。李比希描述说,他制得的那种氰化物具有猛烈的爆炸性能,甚至在合成过程进行之中,稍有不慎也会引起爆炸。而维勒所得到的同一种氰化物却非常稳定,根本不会爆炸。为什么会是这样的呢?同一种物质,不可能出现如此截然相反的性质。答案只能是他们中的一个人出了错误,这个人如果不是李比希,那就是维勒。为了证明自己是正确的,两个人都在艰苦地工作着。维勒在探讨这个问题的过程中,制备出了氰酸氨这种物质。他将氨溶液与氰酸混合,然后加热蒸发。根据化学原理,氨是碱性的,它与氰酸这种酸起反应,得到的应该是氰酸氨这种盐。维勒得到的氰酸氨是一种不透明的晶体。按常规,得到了这种晶体之后,应该对其性质进行分析。分析的方法之一是将其与氢氧化钾在一起加热。从性质上来说,当氰酸氨与氢氧化钾在一起加热时,钾离子置换出了氰酸氨中的氨根,氨根与氢氧根结合,生成氢氧化氨,就是我们平常所说的氨水。这样,混合液中应该出现氨的气味。可无论他如何做实验,溶液中始终没有出现氨的气味。再换用其他方法,该晶体同样没有出现氨的反应,也没有出现氰酸的反应。既然没有出现预期的反应,那就说明加热后的晶体已经不是氰酸氨了。不是氰酸氨,那它是什么呢?要判定它是什么物质,方法只有一个,就是测定它的成分,再与已知物质相比较,通过比较做出判断。于是,在接下去的日子里,他一遍又一遍地重复氨溶液与氰酸的反应过程,分析那个本应称做“氰酸氨”的晶体的成分。通过实验,数据越来越精确,氮、氢、氧以及碳的百分比含量,已经确凿无疑。望着最后的结果,他十分惊讶,因为这组数据与他做博士论文时对尿素的分析所得完全一致。也就是说,他用人工合成的方法,从无机物中制得了尿素。用人工方法合成了尿素,这一结果使维勒非常吃惊。按传统观点,只有活组织才能形成尿素,可现在他却用无机物把它制造出来,而且仅仅是加了一下热。为了证实自己的发现,维勒将这个实验重复做了许多次,每次都得到了相同的结果。经过一再验证,他终于肯定,自己确实制造出了尿素。1828年,他把自己的研究成果写成了一篇总结性的论文:《论尿素的人工生产》,公布于世。与此同时,他还把这一发现写信告诉了自己的老师贝采里乌斯和朋友李比希,请他们对自己的工作进行评价。他觉得,贝采里乌斯未必会同意他的观点,但他,需要听取贝采里乌斯的意见。果然,贝采里乌斯不同意他的见解。贝采里乌斯的反对是有原因的。当时,有机化学还处于概念不清的阶段,很多人认为有机物就是专指动植物组织。18世纪末生物学界广泛流行的活力论,对有机物的研究也带来了某种神秘色彩。贝采里乌斯深受这种观点影响,他还对之做了系统表述。他认为,化学物质分为两类,一类是无机物,与生命无关;另一类是有机物,它来源于有生命的组织,含有生命力。无机化学的定律并不全都适合于有机物。贝采里乌斯相信在制成有机物时需要“生命力”,而“生命力”在实验室里是不可能找到的,因此化学家不可能在没有生命组织的帮助下,从无机物合成有机物。这就是说,在有机化学和无机化学之间横亘着一条鸿沟,它们是不可逾越的。贝采里乌斯的观点在当时很有代表性,维勒在海德堡大学的导师格美林教授就是这一观点的忠实拥护者。但是这一鸿沟现在被维勒打破了。他居然在实验室里人工合成了尿素。贝采里乌斯一开始不相信这一事实。可许多化学家都重复了维勒的实验,得到了相同的结果。于是贝采里乌斯又觉得,氰酸氨本身也许就是有机物,那么用它来制得尿素不能说明什么问题;或者尿素并不是真正的有机物,那么用氰酸氨制得尿素也说明不了什么。总而言之,用氰酸氨制造出尿素来,不能说明有机物与无机物的鸿沟已被打破。李比希则对维勒的工作评价很高。他与维勒之间关于氰化物的那段公案已经了结。贝采里乌斯与法国著名化学家盖-吕萨克都已证明,李比希和维勒得到的物质分子式是相同的,但其性质确实不同。贝采里乌斯把这种具有相同分子式的不同化合物称为同分异构体。这一概念表明,相同原子的不同排列会导致不同的化学性质。结构化学就是在这一概念引导下发展出来的。由此可见,他与维勒的这场科学竞赛,导致了结构化学的诞生。因此,这场比赛,两人都是赢家。但李比希没有想到的是,在这场竞赛中,维勒竟然意外地人工合成了尿素,摘了一个大苹果。不过李比希并不嫉妒,他对维勒的成就表示衷心的祝贺。同时,他也及时调整了自己的科研方向,把注意力转到了有机物的人工合成方面。在随后的岁月里,他与维勒密切合作,从事有机化肥的研究。两人的合作,使得德国在这个领域里遥遥领先于世界其他各国。李比希也因为在有机合成方面的卓越成就,而成为德国有机化学学科的带头人。维勒的工作还大大鼓舞了其他化学家。在他的启发下,很多化学家开始转而从事有机合成实验。1845年,德国化学家科尔贝人工合成了有机物醋酸,接着人们又合成了葡萄酸、柠檬酸、苹果酸等有机酸;1854年,法国化学家贝特罗人工合成了油脂类物质;1861年,俄国化学家布特列洛夫人工合成了糖类物质……正是在这样一系列的进展中,贝采里乌斯等人逐渐放弃了自己的“生命力”学说,承认有机物可以在实验室里被人工合成出来。有机物与尤机物之间的鸿沟就这样慢慢地被填平了。人工合成尿素的工作,使得维勒在德国化学界的地位大大提高。1836年,哥廷根大学的化学教授斯特罗迈耶去世之后,维勒被任命去接替他遗留下来的空缺。这一任命是从包括李比希在内的许多候选人中选出来的。不过,他跟李比希之间的友谊并未因此而受到影响。1854年,维勒被选为英国伦敦皇家学会会员,1872年获得该会的科普利奖。他还是法国科学院的院士,并担任过哥廷根化学研究所所长、汉诺威药房的监察主任等重要职务。1882年9月23日,他在哥廷根与世长辞。就在他去世之前,他所开创的有机化学的人工合成方向,已经发展成了浩浩荡荡的化学研究的新洪流。对此,人们永远铭记着他的功绩。
基本性质电石化学名称为碳化钙,分子式为cac2,是有机合成化学工业的基本原料,利用电石为原料可以合成一系列的有机化合物,为工业,农业,医药提供原料。工业电石的主要成份是碳化钙,其余为游离氧化钙、碳以及硅、镁、铁、铝的化合物及少量的磷化物、硫化物。工业用电石纯度约为70%-80%,杂质cao约占24%,碳、硅、铁、磷化钙和硫化钙等约占6%。其新创断面有光泽,外观随碳化钙的含量不同而呈灰色、棕色、紫色或黑色的固态物。含碳化钙较高的呈紫色。工业品密度(18℃),熔点2300℃,能导电,纯度越高,导电越易。电石的化学性质非常活泼。遇水激烈分解产生乙炔气和氢氧化钙,并放出大量的热。与氮气作用生成氰氨化钙。电石是有机合成化学工业的基本原料之一。是乙炔化工的重要原料。由电石制取的乙炔广泛应用于金属焊接和切割。主要用途(1)电石与水反应生成的乙炔可以合成许多有机化合物,例如:合成橡胶、人造树脂、丙酮、烯酮、炭黑等;同时乙炔一氧焰广泛用于金属的焊接和切割。(2)加热粉状电石与氮气时,反应生成氰氨化钙,即石灰氮,加热石灰氮与食盐反应生成的氰熔体用于采金及有色金属工业。(3)电石本身可用于钢铁工业的脱硫剂。(4)产生的气体遇火后可燃,可以照明。安全使用1)电石运输、贮存、破碎、电石室(库)以及渣坑等,应按照tj31的规定执行。(2)桶装电石应存放在地面干燥、空气流通、不漏雨水的室内,地面应高于路面,以免进水。(3)禁止采用滚滑方式装卸、搬运电石桶,以免电石与桶壁撞击发生火花。(4)每次取电石后,应盖桶盖。(5)禁止在乙炔发生器室、电石室用铁锤敲打电石。(6)粉状、粒度过小的电石应有专人负责分批投入渣坑,用水彻底分解以妥善处理。(7)电石渣坑上口应是敞开的,渣坑内的灰浆和灰水不得排入暗沟。出渣时应防止铁制工具、器件碰撞而产生局部火花。(8)电石和乙炔混合气体着火时应采用干砂、二氧化碳或干粉灭火器扑灭,禁止使用水或泡沫灭火器及四氯化碳灭火器等灭火。
推荐一本书吧,叫《智慧欢乐谷 488个趣味科学实验游戏》挺厚的一本书上面有n多有趣的实验,我从学校图书馆借来看过,就算不做实验也很有启发。以下是网上摘抄的其他小实验:1.瓶口吞蛋 做法:在广口瓶中放入一些沙子,将燃着的酒精棉花放入广口瓶中,这时会发现塞在瓶口的鸡蛋被迅速地吞入瓶中。 2.有孔纸片托水 大家知道,凡是有孔的东西,都是会漏水的。可是,现在你将看到一张满纸都是小孔的薄纸片,居然能托起一斤重,甚至两斤重的水,而滴水不漏。 1.器材 大空瓶一个,用大针穿许多小孔的纸片一张,有色水一大杯。 2.表演过程 在大空瓶内盛满有色水;把有孔纸片盖住瓶口,并用手压着纸片,将瓶倒转,使瓶口朝下,如图,然后将手轻轻移开。纸片纹丝不动地盖住瓶口,而且水也未从孔中流出来。 表演时要注意,瓶子用小口瓶(如用大口瓶时、纸片要用硬一些的),瓶内装水越满效果越好。倒转瓶口后,手要慢慢地轻轻地移开,以免纸未盖平而漏水,甚至使水倒出来。 3.解释 薄纸片能托起瓶中的水,是因为大气压强作用于纸片上,产生了向上的托力。小孔不会漏出水来,是因为水有表面张力,水在纸的表面形成水的薄膜,使水不会漏出来。这如同布做的雨伞,布虽然有很多小孔,仍然不会漏雨一样。 3.凸透镜成像。 放大镜(凸透镜)一个,白纸板一块,蜡烛一个,火柴一盒。 1、将白纸板竖起, 2、蜡烛点燃,并与竖起的白纸板排在同一条直线上。 3、在白纸板与蜡烛之间竖起一个凸透镜。 4、调整白纸板、凸透镜和蜡烛之间的距离,使白纸板上有一个清晰的倒立的实像
你能不用火柴,而是用一根玻璃棒将酒精灯点燃么? 实验:取少量高锰酸钾晶体放在表面皿(或玻璃片)上,在高锰酸钾上滴2、3滴浓硫酸,用玻璃棒蘸取后,去接触酒精灯的灯芯,酒精灯立刻就被点着了。 滴水点火 水能灭火,难道还能点火? 实验:取干燥的蔗糖粉末5克与氯酸钾粉末5克在石棉网上混合,用玻璃棒搅匀,堆成小丘,加入过氧化钠3克,滴水,半分钟后,小丘冒出白烟,很快起火燃烧。 烧不坏的手帕 用火烧过的手帕居然完好无损? 实验:把棉手帕放入用酒精与水以1:1配成的溶液里浸透,然后轻挤,用两只坩埚钳分别夹住手帕两角,放到火上点燃,等火焰减小时迅速摇动手帕,使火焰熄灭,这是会发现手帕依旧完好如初。 原理:燃烧时,酒精的火焰在水层外,吸附在纤维空隙里的水分吸收燃烧热而蒸发,手帕上的温度达不到纤维的着火点,因而手帕烧不坏。 雪球燃烧 雪球也能燃烧? 燃烧的当然不是真正的雪球,而是把醋酸钙溶液放到酒精中析出的醋酸钙就像白雪一样,制成球状,点燃即燃烧。 实验:20毫升水加7克醋酸钙,制成饱和醋酸钙溶液,加到100毫升95%的酒精中,边加边搅拌,就析出像雪一样的固体。 空杯生烟 空的杯子里冒出白烟? 实验:两只洁净干燥的玻璃杯,一只滴入几滴浓盐酸,一只滴入几滴浓氨水,转动杯子是液滴沾湿杯壁,随即用玻璃片盖上,把浓盐酸的杯子倒置在浓氨水的杯子上,抽去玻璃片,逐渐便能看到满杯白烟。 1、小木炭跳舞 亲爱的同学们,你们一定很喜欢化学吧,那么你就自行动手做一个有趣的小实验,这个实验的题目叫小木炭跳舞。取一只试管,里面装入3一4克固体硝酸钾,然后用铁夹直立地固定在铁架上,并用酒精灯加热试管。当固体的硝酸钾逐渐熔化后,取小豆粒大小木炭一块,投入试管中,并继续加热。过一会儿就会看到小木炭块在试管中的液面上突然地跳跃起来,一会儿上下跳动,一会儿自身翻转,好似跳舞一样,并且发出灼热的红光,有趣极了。请你们欣赏一下小木炭优美的舞姿吧。你能回答小木炭为什么会跳舞吗? 答案 原来在小木炭刚放入试管时,试管中硝酸钾的温度较低,还没能使木炭燃烧起来,所以小木炭还在那静止地躺着。对试管继续加热后温度上升,使小木炭达到燃点,这时与硝酸钾发生激烈的化学反应,并放出大量的热,使小木炭立刻燃烧发光。因为硝酸钾在高温下分解后放出氧来,这个氧立刻与小木炭反应生成二氧化碳气体,这个气体一下子就将小木炭顶了起来。木炭跳起之后,和下面的硝酸钾液体脱离接触,反应中断了,二氧化炭气体就不再发生,当小木炭由于受到重力的作用落回到硝酸钾上面时,又发生反应,小木炭第二次跳起来。这样的循环往复,小木炭就不停地上下跳跃起来。 2、白糖变“黑雪” 白糖,是大家经常食用的一种物质,它是白色的小颗粒或粉未状,象冬天的白雪。然而,我却能将它立刻变成“黑雪”。如果你不信,那就请看下面的实验吧。在一个200毫升的烧杯中投入5克左右的白糖,再滴入几滴经过加热的浓硫酸,顿时白糖就变成一堆蓬松的“黑雪”,在嗤嗤地发热冒气声中,“黑雪”的体积逐渐增大,甚至满出烧杯。白糖顿时变成了 ‘黑雪”,真有意思,谁知道这里的奥妙在什么地方? 答案 原来白糖和浓硫酸发生了一种叫做“脱水”的化学反应。浓硫酸有个特别古怪的爱好,就是它与水结合的欲望特别强烈,它充分利用空气中的水分,就是其他物质中的水分它也不放过,只要一相遇,它就非得把水夺过来不可。白糖是一种碳水化合物(C12H22O11),当它遇到浓硫酸时,白糖分子中的水,立刻被其夺走,可怜的白糖就剩下炭了,变成了黑色。浓硫酸夺过水为己有之后,并不满足,它又施展另外一个本领一氧化,它又把白糖中剩下来的炭的一部分氧化了,生成了二氧化碳气体跑出来。 C+2H2SO4=2H2O+2SO2+CO2 由于反应后所生成的二氧化碳和二氧化硫气体的跑出,所以体积越来越大,最后变成蓬松的“黑雪”。在浓硫酸夺水的“战斗”中,是个放热过程,所以发出嗤嗤的响声,并为浓硫酸继续氧化碳的过程提供热量。 3、不用电的电灯泡 某中学的趣味化学表演大会正在热烈地进行着,其中一个节目格外引人注目,只见一根木杆上挂着一只200瓦左右的电灯泡,这个灯泡发出耀眼的白光,就亮度来说,一般的电灯比起它来是望尘莫及的。然而这个电灯泡并没有任何电线引入,因为它是一个不用电的电灯泡。请你们想一想,这个不用电的电灯泡的秘密在那里? 答案 原来,这个电灯泡中装有镁条和浓硫酸,它们在灯泡内发生激烈的化学反应,引起了放热发光。大家知道,浓硫酸具有强烈的氧化性,尤其是和一些金属相遇时更能显示出它的氧化本领。金属镁又是特别容易被氧化的物质,所以它俩是天生的“门当户对”了,只要一相遇,便立刻发生脱的化学反应: Mg+2H2SO4(浓)=MgSO4+ SO2+2H20 在反应过程中放出大量的热量,使电灯泡内的温度急剧上升,很快地使镁条达到燃点,在浓硫酸充分供给氧的情况下,镁条燃烧得更旺,好象照明弹一样。 4、净水能手——明矾 说起明矾,人们对它是很熟悉的,也有人管它叫白矾,化学名称叫硫酸钾铝。然而明矾不只用作化工原料,它还是一个净水能手呢!有一次,我们下乡搞调查研究,在做午饭的时候,发现缸里的水太浑,不能用,正在为此而着急的时候,农技站的张技术员来了,他看见我们没有办法,立刻取出几块明矾,把它研成细未,然后撒在水缸里。不一会儿,缸里的水变得清澈透底了。这件事虽然时隔几年,但是到现在还记忆犹新,然而,我始终不明白是什么道理,请读者给我解释一下。 答案 原来,水中的泥尘被明矾“捉”住以后,一起下沉到缸底了。那么,明矾为什么能“捉”住水中的泥尘呢?这得先从水的混浊的本身谈起。水中那些特别小的泥土和灰尘,由于重量很轻,所以它们不容易沉淀下去,在水中“游荡”,使水变得混浊。另外,这些微小的粒子还有个特点,就是它很喜欢从水中把某种离子拉到自己身边来,或者自己电离出一些离子,从而使自己变成一个带有电荷的粒子,这些带电荷的粒子往往都带有负电荷。因为同性电荷排斥,异性电荷吸引,所以这些都带负电荷的粒子互相排斥而靠不到一起,它们没有机会结成较大的粒子而沉淀下来。明矾却有使这些彼此不能靠近的粒子跑到一起来的奇特本领。,明矾一遇到水,就发生水解反应,在这种反应中,硫酸钾是个配角,硫酸铝是个主角。硫酸铝和水作用后生成白色絮状的沉淀物——氢氧化铝。所生成带有正电荷的氢氧化铝,一碰到带有负电荷的泥尘颗粒,就彼此“抱”在一起。这样,很多粒子聚集在一起,粒子越来越大,终于双双沉于水底,水就变得情澈透明了。 简单的说是铝离子水解 5、石灰煮鸡蛋 南京小学的校舍需要重新维修,工人师傅往一堆的响声,好象开锅似的。慧清和艳丽两位同学站在一旁好奇地看着,一边议论。慧清说:“看这个热乎劲,准能将鸡蛋烧熟。”艳丽说:“根本不可能。”她俩为了弄个明白,就从家里拿来一个鸡蛋,埋到正在冒气的石灰堆里,不大一会儿,只听“啪”的一声,鸡蛋爆炸了。她们看到这种情形,更加纳闷了,她们想来想去也没弄清楚是怎么回事,谁能给她俩解释一下? 答案 道理很简单。生石灰化学名称叫氧化钙,加水后变成熟石灰,化学名称叫氢氧化钙,也就是平常所说的白灰。把生石灰变成熟石灰的过程叫做“消化”这是一个放热反应: 6、不安定的卫生球 说起卫生球,大家一定很熟悉,经常用它来杀死衣箱中的蛀虫。然而,当你把它放到一个含有醋酸和小苏打的水溶液里一它会怎样呢?开始时,它一直沉睡在杯底,可是,过一会儿,它就不安静了,却在水里上下跳动,好象得了癫狂症一样。谁知道这是为什么? 答案 经过这种化学反应易生成的二氧化碳气体,变成了一个个很小很小的小气泡粘附在杯底或杯壁上,卫生球的全身也都粘满这种小气泡。二氧化碳比水轻,要往水面上升,一旦卫生球粘住的这种气泡达到了一定程度,就象溺水者拉到了救生圈一样,直往上升。当卫生球升到水面时,由于所受压力的减小,附在卫生球上面的小气泡破裂了,卫生球又恢复原来的比重,失去了“救生圈”,于是又沉回杯底,到再粘足够的小气泡时,又浮了上来。这样循环往复,卫生球便奔走不停。 7、“六六六”粉名字的来历 城郊一片小麦田发生了虫灾,为了抗灾灭虫,农民喷洒一种叫作“六六六”粉的化学农药。这时,爱动脑筋的甲同学一本正经地问乙同学:“你说,这种农药为啥叫‘六六六’粉呢?”“这还不知道,因为在发明这种农药的时候,科学家们实验了六百六十六次。”乙同学胸有成竹地回答。甲同学反驳说:“你说的不对,我听别人说,这种农药是用六百六十六种药配成的,所以叫‘六六六’粉。这两位同学你一言我一语争论不休…… 请读者评一评,他俩谁讲的对?为什么? 答案 这两位同学说得都不对。这种农药是用一种叫作苯的化学物质在紫外线照射下和氯气作用生成的。 C6H6十3C12=C6H6Cl6 从生成的“六六六”粉的分子式中可以看出:、它的分子是由六个碳原子、六个氢原子、六个氯原子组成的,所以叫作“六六六多,粉。 8、氯化铵的妙用——防火布 亲爱的同学,我将一块普通的棉布浸在氯化铵的饱和溶液中,片刻之后,取出晾千就成防火布了。将这块经过化学处理的布用火柴点,不但点不着,而且还冒出白色的烟雾。请你们说说,这是什么道理? 答案 原来,经过这种化学处理的棉布(防火布)的表面附满了氯化铵的晶体颗粒,氯化铵这种化学物质,它有个怪脾气,就是特别怕热,一遇热就会发生化学变化,分解出两种不能燃烧的气体,一种是氨气,另一种是氯化氢气体。 NH4Cl—>NH3(气)+HC1(气) 这两种气体把棉布与空气隔绝起来,棉布在没有氧气的条件下当然就不能燃烧了。当这两种气体保护棉布不被火烧的同时,它们又在空气中相遇,重新化合而成氯化铵小晶体,这些小晶体分布在空气中,就象白烟一样。实际上,氯化铵这种化学物质是很好的防火能手,戏院里的舞台布景、舰艇上的木料等,都经常用氯化铵处理,以求达到防火的目的。 9、一个鸡蛋的沉浮 在一个大烧杯中装入稀盐酸溶液,然后往烧杯中放一个新鲜鸡蛋,它会马上底。不一会儿,鸡蛋又上升到液面,接着又沉入杯底,过一会儿鸡蛋又重新浮到液面,这样可反复多次。请大家分析一下,这是什么道理? 答案 由于鸡蛋外壳的主要成分是碳酸钙,遇到稀盐酸时会发生化学反应而生成氯化钙和二氧化碳气体。 CaC03十2HC1=CaC12十C02(气)十H20 二氧化碳气体所形成的气泡紧紧地附在蛋壳上,产生的浮力使鸡蛋上升,当鸡蛋升到液面时气泡所受的压力小,一部分气泡破裂,二氧化碳气体向空气中扩散,从而使浮力减小,鸡蛋又开始下沉。当沉入杯底时,稀酸继续不断地和蛋壳发生化学反应,又不断地产生二氧化碳气泡,从而再次使鸡蛋上浮。这样循环往复上下运动,最后当鸡蛋外壳被盐酸作用光了之后,反应停止,鸡蛋的上下运动也就停止了。但是此时由于杯中的液体里含有大量的氯化钙和剩余的盐酸,所以最后液体的比重大于鸡蛋的比重,因而,鸡蛋最终浮在液体上部。 10、不是玻璃刀的“玻璃刀” 亲爱的同学,你想在一块玻璃上雕刻出一幅美丽的图案吗?你可以使用不是玻璃刀的“玻璃刀’多来雕刻这幅图案。方法很简单,在这块玻璃上涂一薄层熔化的石蜡,待冷凝后,用针尖在石蜡上刻出你所需要的图案。另外,拿一个铅制蒸发皿,在蒸发皿内放入氟化钙和硫酸,在蒸发皿的边缘上垫一圈橡皮,然后把涂蜡的画朝下放在蒸发皿上,微微加热,用汽油揩去表面上的石蜡,此刻,玻璃上的美丽图案就雕刻出来了。你一定会感到有意思吧,那就请你想一想,这种不是玻璃刀的“玻璃刀”是什么东西?它为什么能在玻璃上雕刻出花纹来? 答案 这种不是玻璃刀的“玻璃刀”是氢氟酸。因为氟化钙和硫酸反应生成氟化氢和硫酸钙,氟化氢气体从溶液中挥发到玻璃上,又溶解于玻璃上面的水而形成的氢氟酸,氢氟酸是不和石蜡发生反应的,可是它有个非常奇特的化学脾气,就是专门和形成玻璃的主要原料——二氧化硅反应,反应后生成水和氟化畦气体,这种能“吃”玻璃的酸,人们称之不是玻璃刀的“玻璃刀”。这样,凡是没有被石蜡遮盖保护的玻璃表面即图案部分)都被这种酸“吃”掉了一层,清除石蜡后,玻璃上的图案就显示出来了。其反应如下: 4HF十Si02=2H20十SiF4(气) 11、玻璃棒点燃了冰块 玻璃棒能点燃冰块,你一定以为这是在说笑话吧。不过,我说的完全是真事。冰块可以燃烧,这会使人惊奇,而更使人惊奇的是不用火柴和打火机,只要用玻璃棒轻轻一点,冰块就立刻地燃烧起来,而且经久不熄。你如果有兴趣,可以做个实验看看。先在一个小碟子里,倒上1一2小粒高锰酸钾,轻轻地把它研成粉未,然后滴上几滴浓硫酸,用玻璃棒搅拌均匀,蘸有这种混合物的玻璃棒,就是一只看不见的小火把,它可以点燃酒精灯,也可以点燃冰块。不过,在冰块上事先放上一小块电石,这样,只要用玻璃棒轻轻往冰块上一触,冰块马上就会燃烧起来。请读者试验后,做出答案来。 答案 道理很简单。冰块上的电石(化学名称叫碳化钙)和冰表面上少量的水发生反应,这种反应所生成的电石气(化学名称叫乙炔)是易燃气体。由于浓硫酸和高锰酸钾都是强氧化剂,它足以能把电石气氧化并且立刻达到燃点,使电石气燃烧,另外,由于水和电石反应是放热反应,加之电石气的燃烧放热,更使冰块熔化成的水越来越多,所以电石反应也越加迅速,电石气产生的也越来越多,火也就越来越旺。 12、银中鉴铜 某工厂生产过程中需要高纯度的银丝。有一天,供销员从外地购回一批银丝,有一位技术员一看银丝便说:“这银丝不纯,里面掺铜了,不能使用。”但也有人不同意他的说法,认为里面没有铜,这两种说法谁说的对呢?请读者帮助他们用化学方法鉴定一下,看看这批银丝里倒底有没有铜? 答案 首先,取少量银丝溶解在浓硝酸中。然后取此少量溶液加入过量的盐酸中,这时如有白色沉淀生成,并滤去白色沉淀物。再向滤液中加入大量的氨水,如果有深蓝色铜氨络离子生成,证明有铜存在。反之,如果没有深蓝色的铜氨络离子生成,就证明没有铜。 13、神秘的图画 在一次趣味化学表演会上,表演者表演了一幅神秘的图画。他把一张白纸挂在墙上,然后拿起喷雾器把一种无色透明的液体喷洒在这张白纸上,转眼之间,一幅美丽的画面就展现在观众的眼前。在深蓝色的波涛里行驶着一艘红褐色的巨轮。他的这一表演,使观众大吃一惊!明明是一张白纸,为什么转眼之间却喷出了一幅美丽的图画。亲爱的读者,你知道这位表演者所喷出的图画的秘密在什么地方吗? 答案 这是一种普通的化学反应。墙上挂着的那张白纸,已经由表演者事先处理好了,他在这张白纸上用一种淡黄色的亚铁氰化钾溶液先画出汹涌澎湃的大海,再用无色透明的硫氰化钾溶液在大海里画出一幅巨轮,晾干后,白纸上没有一点痕迹。原来喷雾器中装的是三氯化铁溶液,当把三氯化铁溶液喷洒在白纸上面时,在白纸上面同时发生两种化学反应。其一是三氯化铁和亚铁氰化钾反应,生成亚铁氰化铁(蓝色),其二是三氯化铁和硫氰化钾反应,生成硫氰化铁(红褐色)。这样,蓝色的大海和红褐色的巨轮就“喷”出来了。 14、一吹即燃的蜡烛 一般的蜡烛,当它燃烧的时候,一口气就可吹灭.然而,却有一种特殊的蜡烛,当你需要点燃的时候,只要吹一口气就可以了,请看魔术师的表演吧。只见魔术师千里拿一只蜡烛)并且故意让台下的观众看看,让观众相信这是一只普通蜡烛,然后把蜡烛插到蜡台上,他对准蜡心吹一口气后,蜡烛便燃烧起来了。当你看完魔术师表演之后,能回答蜡烛一吹即燃的奥秘吗? 答案 原来,魔术师在表演之前将蜡烛芯松散开,滴进了些溶有白磷的二硫化碳溶液。因为二硫化碳液体是极易挥发的物质,魔术师吹口长气使其挥发速度进一步加快,当二硫化碳挥发完了,烛芯上留下极为细小的白磷颗粒,白磷与空气中的氧气发生氧化反应并产生热量,当温度升高到35℃时,白磷便自行燃烧,随之就把原来熄灭的烛芯又引着了。这种由于白磷在空气中氧化而引起的燃烧现象,在大自然中是经常发生的,这就是人们所说的“天火”或“鬼火”。 15、茶水——墨水——茶水 星期天,晓明同学和爸爸在市工人文化宫看了一场魔术表演,其中有一个节目是:茶水变墨水,墨水变茶水。台上的魔术师手里端着不满一杯棕黄色的茶水,只见他用玻璃棒在茶水中搅动一下,大喊一声“变,此时,茶水立刻变成了蓝色的墨水。接着,这位魔术师又将玻璃棒的另一端在墨水杯里搅动一下,大喊一声“变”,果然,刚刚变成的蓝墨水又变成了原来的茶水了。多么奇妙的表演呀!晓明同学赞不绝口。但是他怎么也弄不清楚是怎样变来变去的,请读者帮助他把变的道理搞清楚。 答案 这是个非常有趣的化学反应。原来玻璃棒的一端事先蘸上绿矾(化学名称叫硫酸亚铁)粉未,另一端蘸上草酸晶体粉未。因为茶水里含有大量的单宁酸,当单宁酸遇到绿矾里的亚铁离子后立刻生成单宁酸亚铁,它的性质不稳定,很快被氧化生成单宁酸铁的络合物而呈蓝黑色,从而使茶水变成了“墨水”。草酸具有还原性,将三价的铁离子还原成两价的亚铁离子,因此,溶液的蓝黑色又消失了,重新显现出茶水的颜色。这种现象在人们生活中也是经常遇到的,当你用刀子切削尚未成熟的水果时,常常看到水果刀口处出现蓝色,有人以为是刀子不洁净所造成的。其实,这种情况同上述茶水变墨水是一样的道理,就是刀子上的铁和水果上的单宁酸发生化学反应的结果。 16、水下公园 小好奇同学,在庆祝“六一”国际儿童节的晚会上,表演了一个精彩的小节目——水下花园。表演开始了,在几百双急切而好奇的眼睛的注视下,只见小好奇在一个盛满无色透明水溶液的玻璃缸中,投入了几颗米粒大的不同颜色的小块块。不一会儿,在玻璃缸中竟出现了各种各样的枝条来,纵横交错地伸长着,绿色的叶子越来越茂盛,鲜艳夺目的花儿也开放突起!一座根深叶茂、五光十色的水下花园,展现在观众的眼前。顿时掌声四起,大家为小好奇的精采表演表示祝贺。一会儿他又咧开小嘴,指着这座水下花园解释着。亲爱的小读者,你知道小好奇建造这座水下公园的秘密吗? 答案 玻璃缸中原来盛的那种无色透明的液体不是水,而是一种叫做硅酸钠的水溶液(人们称为水玻璃)。投入的各种颜色的小颗粒,是几种能溶解于水的有色盐类的小晶体,它们是氯化亚钻、硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸镍等,这些小晶体与硅酸钠发生化学反应,结果生成紫色的硅酸亚钻、蓝色的硅酸铜、红棕色的硅酸铁、淡绿色的硅酸亚铁、深绿色的硅酸镍、白色的硅酸锌。这些小晶体和硅酸钠的反应,是非常独特而有趣的化学反应。当把这些小晶体投入到玻璃缸里后,它们的表面立刻生成一层不溶解于水的硅酸盐薄膜,这层带色的薄膜覆盖在晶体的表面上)然而,这层薄膜有个非常奇特的脾气,它只允许水分子通过,而把其他物质的分子拒之门外,当水分子进入这种薄膜之后,小晶体即被水溶解而生成浓度很高的盐溶液于薄膜之中,由此而产生了很高的压力,使薄膜鼓起直至破裂。膜内带有颜色的盐溶液流了出来,又和硅酸钠反应,生成新的薄膜,水又向膜内渗透,薄膜又重新鼓起、破裂……如此循环下去6每循环一次,花的枝叶就新长出一段。这样,只需片刻,就形成了枝叶繁茂花盛开的水下花园了。 17、清水——豆浆——清水 星期天,小化学迷莉莉给同院的小朋友表演一个小戏法,内容是清水变“豆浆”,“豆浆”变清水。只见莉莉拿着一个无色透明的瓶子,里面装着大半瓶清水,然后用橡皮塞盖好。接着对小观众说:“我可以把这瓶清水变成豆浆”,再把豆浆变成清水。”说完,只见她轻轻地摇晃一下瓶子,说声“变”,立刻瓶子中的清水变成了乳白色的“豆浆”。莉莉告诉她的小伙伴说:“请注意,这豆浆只能看,不能喝!”接着又大喊一声“变”,只见她用力将瓶子又摇荡几下,果然白色的“豆浆”又变成了清水。围观的小伙伴都感到莫名其妙。请大伙猜猜,这位小化学迷的戏法是怎么变的? 答案 原来,莉莉事先将瓶里的清水中放入少量的明矾(化学名称叫硫酸钾铝)。因为明矾溶解于水,所以瓶中仍然是无色透明的清水。当她第一次喊“变”的时候,由于她轻轻地摇晃一下瓶子,将粘在橡皮塞凹陷处的火碱片(化学名称叫氢氧化钠)的一小部分溶解在清水里。这时,火碱与明矾发生化学反应而生成乳白色的沉淀物氢氧化铝,清水变成乳白色溶液,形如豆浆。反应如下: 2KA1(S04)2 +6Na0H=3Na2S04十K2S04十2Al(OH)3(乳白色) 当莉莉第二次喊变的时候,她用力地摇荡瓶子几下,这时瓶中的液体又将橡皮塞中凹陷处的全部火碱片溶解掉,火碱和氢氧化铝继续发生化学反应,生成溶解于水的无色的偏铝酸钠,这就使白色“豆浆”又变为清的了。反应如下: A1(OH)3十NaOH=NaAl02十2H20 莉莉变的这个小戏法,证明了铝这种物质有着极为特殊的化学性质——既有金属性又有非金属性。 18、用水烧纸 在少年宫举行的科技表演会上,一个小同学表演的化学魔术,引起了全场小观众的轰动。只见他手中拿着一张白纸,并特意对着观众晃了两下,以表示这是一张普通白纸,然,他将这张白纸一层一层地折叠起来,对着观众说:“我能用水将这张白纸点燃……”他的话音未落,台下有位勇敢的小朋友说道:“不可能,水能灭火,怎能用水点燃纸呢?”“我说也不可能,水不能燃烧,更不能燃纸。”“就是嘛,水火是不相容的,历来是对立!”小同学七嘴八舌地议论着。这时又有一位同学问道:“你用的水不是一般的水,可能是别的东西吧!”他边说边取出自己的喝水杯,装上一杯水,然后走到台上要求表演者用他的这杯水。这位表演者接受了他的要求,将手中的那张白纸往这杯水中轻轻一点,这张白纸果然熊熊地燃烧起来了。“出神了!水真的能点燃纸!”小观众们议论纷纷,亲爱的小读者,当你知道用水能点燃纸之后,也能感到出“神”吧,那么这个“神”出在什么地方呢? 答案 实际上并不神秘,这无非是一种非常普通的化学反应所产生的一种现象。原来,表演者手中拿的那张白纸上事先已粘上一小块金属钠,因为金属钠是白色的,所以台下的观众是不易看见的,他将白纸折叠几次是为了将这块金属钠包在中间以防止在空气中被氧化。金属钠有一种非常活泼的化学性质,遇水后能发生激烈的化学反应,生成氢氧化钠和氢气。同时,这个反应放出大量的热,使纸的温度迅速升高,并马上达到燃点。这个反应还同时放出氢气,在氢气燃烧之时,纸也跟着燃烧了。不但金属钠有这种性质,金属钾、金属锤等也都有这种化学性质。 19、美丽的夜空 中秋节的晚上,夜空美极了。那蓝湛湛的天空布满了繁星万颗,好似一块天鹅绒上镶满了珍珠、宝石。还有那皎洁的明月悬在碧空,浮浮飘动,仿佛是嫦娥要走出月宫。在浮云上翩翩起舞……,原来,这中秋夜空的美景,却能在魔术师的试管中诞生。亲爱的读者,你也想欣赏一下这美丽的夜景吗?那就利用你那巧夺夭功的匠手,开动你那饱藏化学知识的大脑,精心地设计制作吧! 答案 在一只试管中加入几毫升的无水酒精(95%的酒精也行),再慢慢滴入等量的浓硫酸,在试管的背面衬托一张深蓝色的光纸,摇动几下试管将浓硫酸和酒精混合均匀后,关闭灯光,然后将一些高锰酸钾颗粒缓慢地投入试管中。片刻,你就可以欣赏这个“液体星光”了。原来,试管中发生着一系列的化学反应。紫色的高锰酸钾是一种很强的氧化剂,“白和浓硫酸作用时,放出了氧气,同时也放出大量的热,这时,高锰酸钾颗粒周围的酒精很快达到燃点而生成耀眼的火花,由于热量对流的作用,这些闪烁的火
煅烧石灰岩,解剖,观察小动物
煮熟的鸡蛋最好是当天吃掉。不然会影响口感和它的营养。放多久会变臭这个要看你的温度。平常温度的话最多是可以放两三天。如果蛋壳有损坏那么一天两天。如果感觉有味道了,最好就不要吃了。
全无机钙钛矿(CsPbX3,X=Cl,Br,I)纳米棒(NRs)不仅保留了其固有的优点,如高的光致发光量子产率和宽波长可调性,而且还具有优异的光物理性质,包括其极强的多光子吸收(MPA)。然而,CsPbX3-NRs的光谱动力学和MPA特性还没有得到充分的研究。
近期,来自深圳大学的研究者报道了CsPb()3,CsPbr3和CsPb()3NRs的飞秒光谱动力学特性,包括它们对热载流子冷却、双激子寿命和双激子结合能的影响。有趣的是,虽然这三种钙钛矿型NRs的直径和长度相似,但它们的非线性光学性质却有显著差异,其中CsPb()3的MPA截面最大。此外,还研究了CsPb()3和CsPbBr3-NRs的多光子激发受激发射。 这项工作表明CsPbX3(X=Cl,Br,I)NRs是 探索 其在不同光电器件中应用的理想候选材料 。相关论文题目以“Spectral Dynamics and Multiphoton Absorption Properties of All-Inorganic Perovskite Nanorods”发表在The Journal of Physical Chemistry Letters 期刊上。
论文链接:
此外,据报道,与立方晶体相比半导体可以强的一维量子限制作用,可以更有效地放大其多光子吸收(MPA)。据报道,使用CsPbBr3 NRs作为激发介质的激发,没有针对多光子激发的工作,与单光子激发相比,它在生物成像应用中可以提供更大的穿透深度和更高的空间分辨率。在研究多光子激发之前,必须先考虑钙钛矿的形状或/和组成对其MPA的影响。尽管以前的文献已经证明了具有立方和二维几何形状的不同钙钛矿型的MPA特性取得了显着进步,但仍缺乏对一维NR对应物的相关研究,必须加以解决。深入了解半导体中典型载流子动力学过程的起源,影响因素和寿命,包括辐射跃迁和非辐射跃迁,对于拓宽它们的相关应用至关重要。
图1。描述(a)CsPb()3NRs,(b)CsPbr3 NRs和(c)CsPb()3NRs原子分辨率的TEM图像。(d)CsPb()3NRs,(e)CsPbr3 NRs和(f)CsPb()3NRs的HR-TEM图像。
图2。(a)CsPb()3,(b)CsPbr3和(c)CsPb()3NRs在350 nm激发下的早期延时二维fs-TA光谱。(d)CsPb()3、(e)CsPbr3和(f) CsPb()3NRs的载体冷却工艺。通过对早期ps时间尺度上光谱演化数据提取的GSB进行拟合,得到了相应的冷却时间值。
图3。(a)CsPb()3,(b)CsPbr3和(c)CsPb()3NRs固体薄膜在400 nm激发下的泵浦强度依赖的PL光谱。插图显示了光致发光强度与泵浦强度和发射图像的关系图。(d)CsPb()3,(e)CsPbr3和(f)CsPb()3NRs固体薄膜在800nm激发下的光致发光谱。插图显示PL强度图与泵浦光强度和发射图像的对比。
(文:爱新觉罗星)
物理学作为研究其他自然科学不可缺少的基础,其长期发展形成的科学研究 方法 已广泛应用到各学科当中。下面是我为大家整理的物理学博士论文,供大家参考。
《 物理学在科技创新中的效用 》
摘要:论述了X射线的发现,不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大发现;半导体的发明,使微电子产业称雄20世纪,并促进信息技术的高速发展,物理学是计算机硬件的基础;原子能理论的提出,使原子能逐步取代石化能源,给人类提供巨大的清洁能源;激光理论的提出及激光器的发明,使激光在工农业生产、医疗、通信、军事上得到广泛应用;蓝光LED的发明,将点亮整个21世纪.事实告诉我们,是物理学推动科技创新,由此得出结论:物理学是科技创新的源泉.昭示人们,高校作为培养人才的场所,理工科要重视大学物理课程.
关键词:X射线;半导体;原子能;激光;蓝光LED;科技创新;大学物理
1引言
物理学是一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律的科学[1-3],其内容广博、精深,研究方法多样、巧妙,被视为一切自然科学的基础.纵观物理学发展历史可以发现:其蕴含的科学思维和科学方法能够有效促进学生能力的培养和知识的形成,同时,其每一次新的发现都会带动人类社会的科技创新和科技发展.正因如此,大学物理成为了高等学校理、工科专业必修的一门基础课程.按照 教育 部颁发的相关文件要求[4-5],大学物理课程最低学时数为126学时,其中理科、师范类非物理专业不少于144学时;大学物理实验最低学时数为54学时,其中工科、师范类非物理专业不少于64学时.然而调查显示,众多高校(尤其是新建本科院校)并没有严格按照教育部颁发的课程基本要求开设大学物理及其实验课程.他们往往打着“宽口径、应用型”的晃子,大幅压缩大学物理和大学物理实验课程的学时,如今,大学物理及其实验课程的总学时数实际仅为32-96学时,远远低于教育部要求的最低标准(180学时).试问这么少的课时怎么讲丰富、深奥的大学物理?怎么能够真正发挥出大学物理的作用?于是有的院、系要求只讲力学,有的要求只讲热学,有的则要求只讲电磁学,…面对这种情况,大学物理的授课教师在无奈状态下讲授大学物理.从《大学物理课程 报告 论坛》上获悉,这不是个别学校的做法,在全国具有普遍性.殊不知,力、热、光、电磁、原子是一个完整的体系,相互联系,缺一不可.这种以消减教学内容为代价,解决课时不足的做法,就如同削足适履,是对教育规律不尊重,是管理者思想意识落后的一种体现.本文且不论述物理学是理工科必修的一门基础课,只论及物理学是科技创新的源泉这一命题,以期提高教育管理者对大学物理课程重要性的认识.
2物理学是科技创新的源泉
且不说力学和热力学的发展,以蒸汽机为标志引发了第一次工业革命,欧洲实现了机械化;且不说库伦、法拉第、楞次、安培、麦克斯韦等创立的电磁学的发展,以电动机为标志引发了第二次工业革命,欧美实现了电气化.这两次工业革命没有发生在中国,使中国近代落后了.本文着重论述近代物理学的发展对科学技术的巨大推动作用,从而得出结论:物理学是科技创新的源泉.1895年,威廉•伦琴(WilhelmR魻ntgen)发现X射线,这种射线在电场、磁场中不发生偏转,穿透能力很强,由于当时不知道它是什么,故取名X射线.直到1912年,劳厄(MaxvonLaue)用晶体中的点阵作为衍射光栅,确定它是一种光波,波长为10-10m的数量级[6].伦琴获1901年诺贝尔物理学奖,他发现的X射线开创了医学影像技术,利用X光机探测骨骼的病变,胸腔X光片诊断肺部病变,腹腔X光片检测肠道梗塞.CT成像也是利用X射线成像,CT成像既可以提供二维(2D)横切面又可以提供三维(3D)立体表现图像,它可以清楚地展示被检测部位的内部结构,可以准确确定病变位置.当今,各医院都设置放射科,X射线在医学上得到充分利用.X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大科学发现.1913-1914年,威廉•享利•布拉格(willianHenrgBragg)和威廉•劳仑斯•布拉格(WillianLawrenceBragg)提供布拉格方程[6,P140]2dsinα=kλ(k=1,2,3…)式中d为晶格常数,α为入射光与晶面夹角,λ为X射线波长.布拉格父子提出使用X射线衍射研究晶体原子、分子结构,创立了X射线晶体结构分析这一学科,布拉格父子获1915年诺贝尔物理学奖.当今,X射线衍射仪不仅在物理学研究,而且在化学、生物、地质、矿产、材料等学科得到广泛应用,所有从事自然科学研究的科研院所和大多数高等学校都有X射线衍射仪,它是研究物质结构的必备仪器.1907年,威廉•汤姆孙(W•Thomson)发现电子,电子质量me=×10-31kg,电子荷电e=×10-19C.电子的荷电性引发了20世纪产生革命.1947年,美国的巴丁、布莱顿和肖克利研究半导体材料时,发现Ge晶体具有放大作用,发明了晶体三极管,很快取代电子管,随后晶体管电路不断向微型化发展.1958年,美国的工程师基尔比制成第一批集成电路.1971年,英特尔公司的霍夫把计算机的中央处理器的全部功能集成在一块芯片上,制成世界上第一个微处理器.80年代末,芯片上集成的元件数已突破1000万大关.微电子技术改变了人类生活,微电子技术称雄20世纪,进入21世纪微电子产业仍继续称雄.到各个工业区看看,发现电子厂比比皆是,这真是小小电子转动了整个地球啊!电子不仅具有荷电性,还具有荷磁性.
1925年,乌伦贝克—哥德斯密脱(Uhlenbeck-Goudsmit)提出自旋假说,每个电子都具有自旋角动量S轧,它在空间任意方向上的投影只可能取两个数值,Sz=±h2;电子具有荷磁性,每个电子的磁矩为MSz=芎μB(μB为玻尔磁子)[7].电子的荷磁性沉睡了半个多世纪,直到1988年阿贝尔•费尔(AlberFert)和彼得•格林贝格尔(PeterGrünberg)发现在Fe/Cr多层膜中,材料的电阻率受材料磁化状态的变化呈显著改变,其机理是相临铁磁层间通过非磁性Cr产生反铁磁耦合,不加磁场时电阻率大,当外加磁场时,相邻铁磁层的磁矩方向排列一致,对电子的散射弱,电阻率小.利用磁性控制电子的输运,提出巨磁电阻效应(giantmagnetoresistance,GMR),磁电阻MR定义MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)为零场下的电阻率,ρ(H)为加场下的电阻率[8].GMR效应的发现引起科技界强烈关注,1994年IBM公司依据巨磁电阻效应原理,研制出“新型读出磁头”,此前的磁头是用锰铁磁体,磁电阻MR只有1%-2%,而新型读出磁头的MR约50%,将磁盘记录密度提高了17倍,有利于器件小型化,利用新型读出磁头的MR才出现 笔记本 电脑、MP3等,GMR效应在磁传感器、数控机库、非接触开关、旋转编码器等方面得到广泛应用.阿尔贝?费尔和彼得?格林贝格尔获2007年诺贝尔物理学奖.1993年,Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到MR高达105%,称为庞磁电阻(Colossalmagnetoresistance,CMR),钙钛矿氧化物中有如此高的磁电阻,在磁传感、磁存储、自旋晶体管、磁制冷等方面有着诱人的应用前景,引起凝聚态物理和材料科学科研人员的极大关注[10-12].然而,CMR效应还没有得到实际应用,原因是要实现大的MR需要特斯拉量级的外磁场,问题出在CMR产生的物理机制还没有真正弄清楚.1905年,爱因斯坦提出[13]:“就一个粒子来说,如果由于自身内部的过程使它的能量减小了,它的静质量也将相应地减小.”提出著名的质能关系式△E=△m莓C2式中△m.表示经过反应后粒子的总静质量的减小,△E表示核反应释放的能量.爱因斯坦又提出实现热核反应的途径:“用那些所含能量是高度可变的物体(比如用镭盐)来验证这个理论,不是不可能成功的.”按照爱因斯坦的这一重大物理学理论,1938年物理学家发现重原子核裂变.核裂变首先被用于战争,1945年8月6日和9日,美国对日本的广岛和长崎各投下一颗原子弹,迫使日本接受《波茨坦公告》,于8月15日宣布无条件投降.后来原子能很快得到和平利用,1954年莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行.2009年,美国有104座核电站,核电站发电量占本国发电总量的20%,法国有59台机组,占80%;日本有55座核电站,占30%.截至2015年4月,我国运行的核电站有23座,在建核电站有26座,产能为千兆瓦,核电站发电量占我国发电总量不足3%,所以我国提出大力发展核电,制定了到2020年核电装机总容量达到58千兆瓦的目标.核能的利用,一方面减少了化石能源的消耗,从而减少了产生温室效应的气体———二氧化碳的排放,另一方面有力地解决能源危机.利用海水中的氘和氚发生核聚变可以产生巨大能量,受控核聚变正在研究中,若受控核聚变研究成功将为人类提供取之不尽用之不竭的能量.那时,能源危机彻底解除.
20世纪最杰出的成果是计算机,物理学是计算机硬件的基础.从1946年计算机问世以来,经历了第一至第五代,计算机硬件中的电子元件随着物理学的进步,依次经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路;主存储器用的是磁性材料,随着物理学的进步,磁性材料的性能越来越高,计算机的硬盘越来越小.近日在第十六届全国磁学和磁性材料会议(2015年10月21—25日)上获悉,中科院强磁场中心、中科院物理所等,正在对斯格明子(skyrmions)进行攻关,斯格明子具有拓扑纳米磁结构,将来的笔记本电脑的硬盘只有花生大小,ipod平板电脑的硬盘缩小到米粒大小.量子力学催生出隧道二极管,量子力学指导着研究电子器件大小的极限,光学纤维的发明为计算机网络提供数据通道.
1916年,爱因斯坦提出光受激辐射原理,时隔44年,哥伦比亚大学的希奥多•梅曼(TheodoreMaiman)于1960制成第一台激光器[14].由于激光具有单色性好,相干性好,方向性好和亮度高等特点,在医疗、农业、通讯、金属微加工,军事等方面得到广泛应用.激光在其他方面的应用暂不展开论述,只谈谈激光加工技术在工业生产上的应用.激光加工技术对材料进行切割、焊接、表面处理、微加工等,激光加工技术具有突出特点:不接触加工工件,对工件无污染;光点小,能量集中;激光束容易聚焦、导向,便于自动化控制;安全可靠,不会对材料造成机械挤压或机械应力;切割面光滑、无毛刺;切割面细小,割缝一般在;适合大件产品的加工等.在汽车、飞机、微电子、钢铁等行业得到广泛应用.2014年,仅我国激光加工产业总收入约270亿人民币,其中激光加工设备销售额达215亿人民币.
2014年,诺贝尔物理学奖授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科学家,是因为他们发明了蓝色发光二极管(LED),帮助人们以更节能的方式获得白光光源.他们的突出贡献在于,在三基色红、绿、蓝中,红光LED和绿光LED早已发明,但制造蓝光LED长期以来是个难题,他们三人于20世纪90年代发明了蓝光LED,这样三基色LED全被找到了,制造出来的LED灯用于照明使消费者感到舒适.这种LED灯耗能很低,耗能不到普通灯泡的1/20,全世界发的电40%用于照明,若把普通灯泡都换成LED灯,全世界每个节省的电能数字惊人!物理学研究给人类带来不可估量的益处.2010年,英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫(Kon-stantinNovoselov),因发明石墨烯材料,获得诺贝尔物理学奖.目前,集成电路晶体管普遍采用硅材料制造,当硅材料尺寸小于10纳米时,用它制造出的晶体管稳定性变差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管.此外,石墨烯高度稳定,即使被切成1纳米宽的元件,导电性也很好.因此,石墨烯被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业革命[14].2012年,法国科学家沙吉•哈罗彻(SergeHaroche)与美国科学家大卫•温兰德(),在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”.他们的突破性的方法,使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步[16].
2013年,由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.早在2010年,我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作,提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系,薛其坤等在这一理论指导下开展实验研究,从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题.这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗.而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,电子自旋向上的在一个跑道上,自旋向下的在另一个跑道上,犹如在高速公路上,它们在各自的跑道上“一往无前”地前进,不产生电子相互碰撞,不会产生热能损耗.通过密度集成,将来计算机的体积也将大大缩小,千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大.因此,这一科研成果的应用前景十分广阔[17].物理学的每一个重大发现、重大发明,都会开辟一块新天地,带来产业革命,推动社会进步,创造巨大物质财富.纵观科学与技术发展史,可以看出物理学是科技创新的源泉.
3结语
论述了X射线,电子、半导体、原子能、激光、蓝光LED等的发现或发明对人类进步的巨大推动作用,自然得出结论,物理学是科技创新的源泉.打开国门看一看,美国的著名大学非常注重大学物理,加州理工大学所有一、二年级的公共物理课程总学时为540,英、法、德也在400-500学时[18].国内高校只有中国科学技术大学的大学物理课程做到了与国际接轨,以他们的数学与应用数学为例,大一开设:力学与热学80学时,大学物理—基础实验54学时;大二开设:电磁学80学时,光学与原子物理80学时,大学物理—综合实验54学时;大三开设:理论力学60学时,大学物理及实验总计408学时.在大力倡导全民创业万众创新的今天,高等学校理所应当重视物理学教学.各高校的理工科要按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理课程/实验教学基本要求》给足大学物理课程及大学物理实验课时.
参考文献:
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《 应用物理学专业光伏技术培养方案研究 》
一、开设半导体材料及光伏技术方向的必要性
由于我校已经有材料与化学工程学院,开设了高分子、化工类材料、金属材料等专业,应用物理、物理学专业的方向就只有往半导体材料及光伏技术方向靠,而半导体材料及光伏技术与物理联系十分紧密。因此,我们物理系开设半导体材料及光伏技术有得天独厚的优势。首先,半导体材料的形成原理、制备、检测手段都与物理有关;其次,光伏技术中的光伏现象本身就是一种物理现象,所以只有懂物理的人,才能将物理知识与这些材料的产生、运行机制完美地联系起来,进而有利于新材料以及新的太阳能电池的研发。从半导体材料与光伏产业的产业链条来看,硅原料的生产、硅棒和硅片生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏发电系统的运行等,这些过程都包含物理现象和知识。如果从事这个职业的人懂得这些现象,就能够清晰地把握这些知识,将对行业的发展起到很大的推动作用。综上所述,不仅可以在我校的应用物理学专业开设半导体材料及光伏技术方向,而且应该把它发展为我校应用物理专业的特色方向。
二、专业培养方案的改革与实施
(一)应用物理学专业培养方案改革过程
我校从2004年开始招收应用物理学专业学生,当时只是粗略地分为光电子方向和传感器方向,而课程的设置大都和一般高校应用物理学专业的设置一样,只是增设了一些光电子、传感器以及控制方面的课程,完全没有自己的特色。随着对学科的深入研究,周边高校的互访调研以及自贡和乐山相继成为国家级新材料基地,我们逐步意识到半导体材料及光伏技术应该是一个应用物理学专业的可持续发展的方向。结合我校的实际情况,我们从2008年开始修订专业培养方案,用半导体材料及光伏技术方向取代传感器方向,成为应用物理学专业方向之一。在此基础上不断修改,逐步形成了我校现有的应用物理专业的培养方案。我们的培养目标:学生具有较扎实的物理学基础和相关应用领域的专业知识;并得到相关领域应用研究和技术开发的初步训练;具备较强的知识更新能力和较广泛的科学技术适应能力,使其成为具有能在应用物理学科、交叉学科以及相关科学技术领域从事应用研究、教学、新技术开发及管理工作的能力,具有时代精神及实践能力、创新意识和适应能力的高素质复合型应用人才。为了实现这一培养目标,我们在通识教育平台、学科基础教育平台、专业教育平台都分别设有这方面的课程,另外还在实践教育平台也逐步安排这方面的课程。
(二)专业培养方案的实施
为了实施新的培养方案,我们从几个方面来入手。首先,在师资队伍建设上。一方面,我们引入学过材料或凝聚态物理的博士,他们在半导体材料及光伏技术方面都有自己独到的见解;另一方面,从已有的教师队伍中选出部分教师去高校或相关的工厂、公司进行短期的进修培训,使大家对半导体材料及光伏技术有较深的认识,为这方面的教学打下基础。其次,在教学改革方面。一方面,在课程设置上,我们准备把物理类的课程进行重新整合,将关系紧密的课程合成一门。另一方面,我们将应用物理学专业的两个方向有机地结合起来,在光电子技术方向的专业课程设置中,我们有意识地开设了一些课程,让半导体材料及光伏技术方向的学生能够去选修这些课程,让他们能够对光伏产业的生产、检测、装备有更全面的认识。最后,在实践方面。依据学校资源共享的原则,在材料与化学工程学院开设材料科学实验和材料专业实验课程,使学生对材料的生产、检测手段有比较全面的认识,并开设材料科学课程设计,让学生能够把理论知识与实践联系起来,为以后在工作岗位上更好地工作打下坚实的基础。
三、 总结
半导体材料及光伏行业是我国大力发展的新兴行业,受到国家和各省市的大力扶持,符合国家节能环保的主旋律,发展前景十分看好。由于我们国家缺乏这方面的高端人才和行业指挥人,在这个行业还没有话语权。我们的产品大都是初级产品或者是行业的上游产品,没有进行深加工。目前行业正处在发展的困难时期,但也正好为行业的后续发展提供调整。只要我们能够提高技术水平和产品质量,并积极拓展国内市场,这个行业一定会有美好的前景。要提高技术水平和产品质量,就需要有这方面的技术人才,而高校作为人才培养的主要基地,有责任肩负起这个重任。由于相关人才培养还没有形成系统模式,这就更需要高校和企业紧密联系,共同努力,为半导体材料及光伏产业的人才培养探索出一条可持续发展的光明大道,也为我国的新能源产业发展做出自己的贡献。
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导读
背景
1839年,德国矿物学家古斯塔夫·罗斯(Gustav Rose)站在俄罗斯中部的乌拉尔山脉上,拾起一块以前从未被发现的矿物。
那时,他并没有听说过“晶体管”或“二极管”,也没想到电子器件会成为我们日常生活的一部分。更出乎他意料的是,他手中的这块被他以俄罗斯地质学家 Lev Perovski 的名字命名为“钙钛矿(perovskite)”的这块矿石,会成为彻底变革电子器件的关键因素之一。
钙钛矿如此重要的地位,离不开它特殊的结构。钙钛矿材料结构式一般为ABX3,其中A为有机阳离子, B为金属离子, X为卤素基团。该结构中, 金属B原子位于立方晶胞体心处, 卤素X原子位于立方体面心, 有机阳离子A位于立方体顶点位置。
钙钛矿结构稳定,有利于缺陷的扩散迁移,具备许多特殊的物理化学特性,例如电催化性、吸光性等。
过去十年,钙钛矿因为制造起来更便宜、更绿色,效率可与硅太阳能电池相媲美,逐渐成为硅太阳能电池的替代品。
然而,钙钛矿仍会表现出明显的性能损耗以及不稳定性。迄今为止,大多数的研究集中在消除这些损耗的方法,然而真正的物理原因仍然是未知的。
创新
近日,在一篇发表在《自然(Nature)》期刊上的论文中,来自剑桥大学化学工程与生物技术系以及卡文迪许实验室 Sam Stranks 博士的研究小组,以及日本冲绳科学技术大学院大学 Keshav Dani 教授的飞秒光谱学单位的研究人员们,找到了问题的根源。他们的发现,将使得提升钙钛矿的效率变得更容易,从而使它们离大规模量产更近。
技术
当光线照射钙钛矿太阳能电池时,或者当电流通过钙钛矿LED时,电子被激发,跳跃到更高的能态。带负电荷的电子留下了空白,也称为“空穴”,它带正电荷。受激发的电子与空穴都可以通过钙钛矿材料,因此可成为载流子。
但是,在钙钛矿中会产生一种称为“深阱”的特定类型缺陷,带电的载流子会陷入其中。这些被困的电子与空穴重新结合,它们的能量以热量形式丧失,而不是转化为有用电力或者光线,这样就会显著降低太阳能面板和LED的效率以及稳定性。
迄今为止,我们对于这些陷阱知道得很少,部分原因是,它们似乎与传统太阳能电池材料中的陷阱表现得大相径庭。
2015年,Stranks 博士的研究小组发表了一篇研究钙钛矿发光的《科学(Science)》期刊论文,这篇论文揭示了钙钛矿在吸收光线或者发射光线方面有多擅长。Stranks 博士表示:“我们发现,这种材料非常不均匀;相当大的区域是明亮且发光的,而其他的区域则非常黑暗。这些黑暗区域与太阳能电池或者LED中的能量损耗相关。但是,引起这种能量损耗的原因一直是个谜,特别是由于钙钛矿在其他方面非常耐缺陷。”
由于标准成像技术的限制,研究小组无法说明黑暗区域是由一个大的陷阱位引起的,还是由众多小的陷阱位引起的,从而难以确定它们为什么只是在特定区域形成。
后来在2017年,Dani 教授在 OIST 的研究小组在《自然纳米技术(Nature Nanotechnology)》期刊上发表了一篇论文,在论文中他们制作了一个有关电子吸收光线后在半导体中如何表现的影片。Dani 教授表示:“在材料或者器件被照射光线之后,如果你可以观察到电荷是如何在其中移动的,那么你将从中学会很多。例如,你可以观察到电荷会落入陷阱。然而,因为电荷移动得非常快,以一千万亿分之一秒的时间尺度来衡量;并且穿越非常短的距离,以十亿分之一米的长度尺度来衡量;所以这些电荷难以进行可视化观测。”
在了解到 Dani 教授的工作之后,Stranks 博士伸出援手,看看他们是否可以一起合作应对这个问题,对钙钛矿中的黑暗区域进行可视化观测。
OIST 的团队首次对钙钛矿使用了一项称为“光激发电子显微镜(PEEM)”的技术。他们用紫外光探测材料,并用发射的电子形成一幅图像。
观察材料时,他们发现含有陷阱的黑暗区域,长度大约是10到100纳米,由较小的原子尺寸陷阱位聚集而成。这些陷阱簇在钙钛矿材料中分布不均,从而解释了 Stranks 较早的研究中观察到的非均匀发光。
有趣的是,当研究人员将陷阱位的图像覆盖到显示钙钛矿材料晶粒的图像上时,他们发现陷阱簇仅在特定的地方形成,即某些晶粒之间的边界上。
为了理解这种现象为什么只发生在特定晶粒的边界上,研究人员小组与剑桥大学材料科学与冶金系教授 Paul Midgley 的团队合作,他采用了一项称为“扫描电子衍射”的技术,创造出了钙钛矿晶体结构的详细图像。Midgley 教授的团队利用了位于金刚石光源同步加速器 ePSIC 设施中的电子显微镜装置,该设施拥有用于成像像钙钛矿这样的光束敏感材料的专用设备。
Stranks 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Tiarnan Doherty 表示:“因为这些材料是超级光束敏感的,你在这些长度尺度上用来探测局部晶体结构的一般技术,实际上会相当快地改变你正在观察的材料。取而代之的是,我们可以用非常低的照射剂量,从而防止损伤。”
“我们从 OIST 的工作中知道了陷阱簇的位置,并且我们在 ePSIC 围绕着同一块区域扫描,以观察局部结构。我们能够快速地查明晶体结构中陷阱位附近的意外变化。”
研究小组发现,陷阱簇只在材料中具有轻微扭曲结构的区域与具有原始结构的区域的结合处形成。
Stranks 博士表示:“在钙钛矿中,我们拥有这些规则的马赛克晶粒材料,这些晶粒大多数都是又好又崭新的,这是我们所希望的结构。但是,每隔一段时间,你就会得到一个稍微形变的晶粒,这个晶粒的化学成分是不均匀的。真正有意思的,也是一开始让我们困惑的,就是形变的晶粒并没有成为陷阱,而是这个晶粒遇到原始晶粒的地方;陷阱是在那个结合处形成的。”
通过对于陷阱本性的理解,OIST 的团队也采用了定制的 PEEM 仪器来可视化观测钙钛矿材料中载流子落入陷阱的动态过程。Dani 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Andrew Winchester 解释道:“这是可能的,因为 PEEM 的特征之一就是,可对超高速的过程进行成像,短至飞秒。我们发现,陷落的过程受到扩散到陷阱簇的载流子的控制。”
价值
这些发现代表了为了把钙钛矿带向太阳能市场所取得的一项重要突破。
Stranks 博士表示:“我们仍然无法准确地知道,为什么陷阱聚集在那里,但是我们现在知道它们确实在那里形成,并且只有那里。这非常令人振奋,因为这意味着我们现在可以知道如何有针对性地提升钙钛矿的性能。我们需要针对这些非均匀相,或者以某种方式去除这些结合处。”
Dani 教授表示:“载流子必须首先扩散到陷阱,这一事实也为改善这些器件提出了其他方案。也许,我们可以改变或者控制这些陷阱簇的排列,而无需改变它们的平均数,这样一来,载流子就不太可能到达这些缺陷部位。”
团队的研究集中在一种特殊的钙钛矿结构。科学家们也将研究这些陷阱簇是否在所有的钙钛矿材料中都是普遍存在的。
Stranks 博士表示:“器件性能的大部分进展都是经过反复试错的,然而目前为止,这一直是一个低效率的过程。迄今为止,这个过程还没有真正被‘理解特定原因以及系统性针对该原因’所驱动。它是这方面最重要的突破之一,将帮助我们采用基础科学来设计更高效的器件。”
关键字
参考资料
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