神奇的纳米科技

神奇的纳米科技

阚国栋　　无锡电大　　２１４０２１

电子的波动性在输运的过程中得到充分的展现。纳米体系在维度上的限制，也使得固体中的电子态、元激发和各种相互作用过程表现出与三维体系十分不同的性质，如但是以“纳米”来命名的材料是在２０世纪８０年代，实际上，对这一范围的材料的研究还更早一些。在纳米材料发展的初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。现在，广义的纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料大部分都是人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如，天体的陨石碎片，人体和兽一　什么是纳米科技

纳米科学技术（Ｎａｎｏ－ＳＴ）是２０世纪８０年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技。纳米是一个尺度的度量，它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到ｌｎｍ～１００ｎｍ范围。它的基本含义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创制新的物质。美国著名的物理学家，诺贝尔奖获得者费曼在１９５９年就设想：“如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内并能移动原子，那么这将给科学带来什么！”这正是对纳米科技的预言。通俗讲，纳米科技是一门用单个原子和分子建造事物的科学，这项技术希望实现的最终目标是微型化。几十年来，科学技术一直进行着“自上而下”的微型化。人们设计了由越来越小的微型芯片驱动越来越小的晶体管。以原子和分子为例，一般可以把它们制成大一些的物体，比如像超强度材料、甚至还有微型机器人。纳米科技学家们的想像哪怕仅仅实现一部分，人类的未来就会变得非常富有戏剧性，他们可以使互联网看起来就像在有线电视机上多装的一个频道。在纳米体系中，电子波函数的相关长度与体系的特征尺寸相当，这时电子不能被看成处在外场中运动的经典粒子，

量子化效应、非定域量子相干、量子涨落与类的牙齿都是由纳米微粒构成的。此外，浩混沌、多体关联效应和非线性效应等等。对瀚的海洋就是一个庞大超微粒的聚集场所。这些新奇的物理特性的研究，使得人们必原先认为海洋中非生命的亚微米的粒子须重新认识和定义现有物理理论和规律，（０．４ｕｍ～ｌｕｍ）具有很丰富的浓度，约为这必将导致新概念的引入和新规律的建立，１０６～１０７个／ｍｌ。最近，威尔斯等人在南如纳米尺度上的能带、费米能级及逸出功太平洋发现小于１２０ｎｍ的海洋胶体粒子的将意味着什么？另外，在纳米化学中，对表浓度至少是亚微米粒子的３倍，而且深度分曲的化学过程，如原子簇化合物的研究对布奇特，通过对这些纳米粒子的研究，可以吸附质载体系统的电子性质和对基底表面了解海洋生命的起源以及获取开发海洋资结构的影响；在纳米生物学中，除了对细源的信息。蜜蜂的体内也存在磁性的纳米胞、膜、蛋白质和ＤＮＡ的微观研究外，还粒子，这种磁性的纳米粒子具有“罗盘”的解决人工分子剪裁以及进行分子基因和物作用，可以为蜜蜂的活动导航。最近，英国种再构；在纳米电子学中，电阻的概念已不科学家发现，　蜜蜂的腹部存在磁性纳米粒是欧姆定律；在纳米力学中，机械性质，如子，这种磁性颗粒子具有指南针功能，蜜蜂弹性模量、弹性系数、摩擦和粗糙概念亦有利用这种“罗盘”来确定其周围环境在自己质的变化；作为纳米科技中的一个重要领头脑里的图像而判明方向。当蜜蜂靠近自域的纳米加工学，也将以崭新的方式进行己的蜂房时，它们就把周围环境的图像储原子操作的纳米尺度加工以及进行纳米器存起来。

件的加工和组装，并进一步研究器件的特人工制备纳米材料的历史至少可以追性及运行机理。纳米科技的前景是诱人的，溯到１０００多年前。中国古代利用燃烧蜡烛其发展速度也令人吃惊。有关这方面的研来收集的炭黑作为墨汁原料以及用于着色究论文急剧增长。纳米科技是２１世纪科技的染料，这就是最早的纳米材料。２０世纪产业革命的重要内容之一，是可以与产业７０年代末到２０世纪８０年代初，科学家对革命相比拟的，它是高度交叉的综合性学一些纳米颗粒的结构、形态和特性进行了科，包括物理、化学、生物学、材料科学和比较系统的研究。描述金属颗粒费米面附电子学。它不仅包含以观测、分析和研究为近电子能状态的理论日臻完善，在用量子主线的基础学科，同时还有以纳米工程与尺寸效应解释超微颗粒的某些特性时获得加工学为主线的技术科学，所以纳米科学成功。１９９０年７月，在美国巴尔的摩召开的与技术也是一个融前沿科学和高技术于一国际第一届纳米科学技术学术会议，正式体的完整体系。

把纳米材料科学作为材料科学的一个新的纳米科技主要包括：（１）纳米体系物分支公布于世。这标志着纳米材料学作为理学；⑵纳米化学；（３）纳米材料学；（４）纳米一个相对比较独立学科的诞生。很快形成生物学；（５）纳米电子学；（６）纳米加工学；⑺了世界性的“纳米热”。现在，人们关注纳纳米力学。这７个部分是相对独立的。隧道米尺度颗粒、原子团簇、纳米丝、纳米棒、显微镜（ＳＴＭ）在纳米科技中占有重要的地纳米管、纳米电缆和纳米组装体系。

位，它贯穿到７个分支领域中。纳米科技所纳米材料科学是原子物理、凝聚态物研究的领域是人类过去从未涉及的非宏观、理、胶体化学、固体化学、化学反应动非微观的领域，从而开从而开辟了人类认力学和表面科学等多种学科交叉汇合而出识世界的新层次，也使人们改造自然的能现的新学科生长点。纳米材料中涉及的许力直接延伸到分子、原子水平，这标志着人多未知过程和新奇现象，很难用传统物类的科学技术进入了一个新时代，即纳米型、化学理论进行解释。从某种意义上来科技时代。

说，纳米材料研究的进展势必把物理、化学领域的许多学科推向一个新层次，也会二　纳米材料

给２１世纪物理学研究带来新的机遇。如，金属纳米材料的电阻随尺寸下降而增大，纳米材料和技术是纳米科技最富有活电阻温度系系数的下降甚至变成负值；相

力、研究内涵十分丰富的学科分支。最早把这个术语用到技术上是日本在１９７４年底，

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表示疏散运动时间；ｗ表示出口宽度；ＫＳ表示最后一道门距疏散队列之首的距离，假设队列中第一个疏散对象低达出口后，队列的疏散是连贯的。那么在对本案进行疏散时间计算中，对建筑物未加控制地安全疏散，则可设楼梯内人平均流量１．１人／ｍｓ，并设未受阻的速度为１．０ｍ／ｓ（沿楼梯斜面是合理的）。于是，将上述参数带入（２）式，可得宿舍楼内全体人员疏散到安全地方最短时间为７４２ｓ或１２分钟。可见，如果该宿舍楼一旦发生火灾，则要尽可能在１２分钟内将宿舍内１２８０人全部安全疏散出来。根据我国１５分钟消防救援原则，对于固体物质火灾，在１５分钟左右，火灾燃烧还处于发展阶段，所以用经验公式计算本栋宿舍楼的疏散时间还是比较合理的。

用ｌｉｎｇｏ软件求该模型的解为，ｘ１ｘ２＝１０，ｘ４＝５０，ｘｉ＝０　（ｉ＝３，５），目标函数为９０

根，

总余料

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米，在不能保证未来多余规格圆钢是否有用时，这就可能造成原材料更大的浪费。此时问题要转化为（一）来求解，即求原料钢管总根数最少。

（２）不配套的钢管不可以再使用：指实际中的下料行为是一次性的，假设不配套的钢管不再使用，此时不配套的钢管也要作为浪费的余料来处理，

按（１）的方法来处理是欠妥的，模型中目标函数还应该加上不配套钢管的总长度，分别用

ｙ１，ｙ２，ｙ３表示切割中不配套的钢管中４米、６米和８米的钢管数，ｚ２为总余料数，例１的模型应按下列方法建模。

作为约束条件，实质上只需要在上面例１的约束条件中减去剩余变量，而剩余变量表示的数值刚好是相应规格不配套的钢管数，故约束条件实质上同上面相同，而对目标函数而言，应该加上不配套钢管数的总长度，模型应为：

４　做好人员安全疏散的对策

（１）　合理布置安全疏散路线，合理设置部分火情提示装置，使受灾人员能及时正确地判断火灾，选择正确的逃生线路，避免恐慌行为中的归巢等现象发生。

（２）　合理布置疏散门，保证疏散通道畅通。在疏散人群时应尽可能避免阻塞现象发生，防火门的开口处与走廊保持同宽，避免造成疏散瓶颈。走廊地面的高差应用缓坡代替台阶，以免在拥挤时发生摔倒践踏。

（３）　加强走道内防排烟能力，增大能见度，避免不良趋光行为的发生，从而提高疏散效率，同时减少烟气对人的伤害。

（４）　在大空间中，合理地安排防火分区，利用中庭空间的上部建立蓄烟区，以减缓烟气下降，有效地减少趋光和从众行为的产生。

（５）　建立健全疏散预案，并加强对人员的演练，提高人员的安全防范意识和自救自护能力，尽可能避免群死群伤事件的发生。

本文只初步探讨了建筑火灾安全疏散的几个问题，实际上人员安全疏散涉及许多方面。国内外相关科技工作者已开展了一系列的研究，并取得了一定理论成果和试验结论。随着近年来大型、超大型公共建筑的出现，人员安全疏散又面临诸多新的问题，有待火灾科学工作者和防火工程师们做进一步的探讨和研究。

在文献［２］中提到，“目标函数用原材料最少和求余料最少是一样的”，应该指（二）中的（２）不配套的钢管不可以再使用的模型与（一）中求原料钢管总根数最少实质上是一样的，这里就本例给出简单的推导。在（２）中，由三个约束等式解出ｙ１，ｙ２，ｙ３代入目标函数，有：

即原料总长，

（２００＋１２０＋１２０）即配套钢管原料总长，ｚ２为总余料数。

由

求其最小值等价于求

，可知的最小

值。

即（２）的模型与（一）的模型最

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