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纳米技术的潜在危险范文1
这番话是对纳米时代和纳米科技的最早预言。
纳米，作为今天人们谈论最多的科学新名词之一，其实在自然界就能找到有趣的例子。莲花“出淤泥而不染”，其原因就是因为它的表面是一种“纳米”结构。
“莲花表面纳米尺度的细致结构，使得尺寸远大于这种结构的灰尘、雨水，与叶面的实际接触面积非常小，雨点在自身表面张力作用下形成球状，在滚动中吸附灰尘并滚出叶面，这就是莲花能自洁叶面的奥妙所在。”中国科学院院士、中国科技大学校长侯建国解释道。
纳米科技当前正处于快速成长期。从1997年到2005年，各国政府对纳米技术研究和开发的投入飙升了10倍左右，同期工业投入在2005年更是超过了政府投入。我国的纳米技术研究近年来已取得进步，例如大面积定向碳管阵列、准一维纳米丝和纳米电缆、超延展性纳米金属铜等先进纳米材料的制备，以纳米材料应用为主的纳米技术产业正在兴起。
“纳米时代”离我们还有多远?
我们还处在“微米时代”
“狭义上的纳米是一种长度测量单位，即十亿分之一米。”侯建国接受《望东方周刊》采访时说，而广义上，纳米代表了物质材料或其结构单元在纳米尺度下，也即约1个原子到100个分子大小的范围内，表现出来的不同于宏观体材料的特殊性质和相关应用。
在这个尺度下，包括量子效应、低维带来的尺寸效应等特殊物理机制，开始对物质和材料的特性起决定作用。
最近20多年，随着各种材料制造工艺和分析手段的进步，人们对于纳米世界的认识和探索获得了突破，特别是以扫描隧道显微镜为代表的高分辨率局域探针技术已经可以观测甚至改变原子的位置排列、分子的化学成键等重要信息(例如用金属原子建筑成纳米围栏并观察到被约束在其中的量子波纹)。费曼当年的设想正在一步步被实现。
模拟莲花自清洁特性的机理，人类已经制作出了“纳米自洁领带”以及各类纺织材料，这些材料具有防水、防油、杀菌、防辐射、防霉等特殊效果。
“‘鸟巢’顶棚所用的特殊纳米防护涂层可经受700摄氏度高温。”侯建国告诉记者，这样能避免烟花燃放时对顶棚膜可能的损坏。
虽然纳米技术已经初步走入中国人的日常生活，但侯建国认为，我国乃至世界的科技产业主体目前还是处于“微米时代”，还需要更加深入和大量的研究工作以发展和完善纳米科技。
纳米革命
“纳米技术给普通人的感觉似乎只是无限微缩的部件，”侯建国说，“但实质上，纳米是一种新的思考方式，它的革命性在于其综合学科性，即在很大程度上依赖于物理、化学、数学、生命科学和机械学上的成就进步以及这些学科之间的互动。”
相应地，以纳米科技的研究成果为依托，在未来几十年内将持续产生新技术和推动新产业。
纳米科技在未来的医疗科学中将发挥前所未有的作用。几十年后，人体内纳米级的医疗机械组件将问世，仅有1微米左右大小的“纳米机器人”由多个纳米级尺度的功能组件构成。“他们被医生操控在人体内运动，采集人体图像及其他重要数据，以确诊使用传统医疗技术无法诊断的疾病。”侯建国说，纳米机器人甚至还可以对患病部位进行直接治疗而不必开刀，例如传送医药给肿瘤细胞、清除血管间油脂以疏通管壁等。
环保可再生新能源也是纳米科学的研究热点。当前利用纳米半导体材料如TiO2、ZnO、SO2等作为太阳能电池光电极的研究已经成为热点，其中纳米TiO2材料由于具有光稳定、无毒性等优点，尤其受到关注；也可利用一些特殊分子或纳米结构在光照下的变化，直接把光能转化为机械运动或者化学能而利用。“实验上已经实现了光能驱动的由四个C60分子构成的纳米小车，”侯建国说，在未来微型机械器件的使用中，这种转化方式将非常有用。
英国科幻大师克拉克曾设想过连接地球和地球同步太空站之间的“太空电梯”或者说“太空升降机”，而碳纳米管无疑是制造这种“太空电梯”的最合适材料。“这是因为碳纳米管是由碳原子网形成的空心圆柱，比一般的碳纤维更坚固，其强度比普通钢材料大了两个数量级，密度更低、柔韧性更好，”侯建国告诉记者，利用纳米技术，还可以制备出高性能的传感材料，譬如，利用一些纳米材料列一些特殊气体的吸收能力，可以制造出能够测试环境大气和人呼吸气体中的有毒气体的浓度的感应器，从而实现对危急病人的呼吸或工厂有毒气体泄露的快速检测。
把电脑卷起装进口袋
尽管纳米科技将会是生产力的又一次革命，但它本身也存在潜在危险，特别是对于环境和人体健康方面。“纳米微粒有能力进入人类身体而到达一般化学物质所不能到达的位置，而且其表面积与体积比很高，反应活性很强，可能导致直接病变。”侯建国解释道。
国内曾发现涂层材料软聚丙烯酸酯含有的纳米颗粒侵入浙江一家塑料厂的多名女工的肺部细胞，使她们患上类似尘肺病加肺结核症状的疾病。“我国应该把部分研究资源投向研究和防止新型纳米技术可能带来的危害。”侯建国说，尽可能规避风险，才能最大程度地发挥纳米技术的优势。
比如，当前计算机基于传统晶体硅材料的集成电路元件微型化的发展已经越来越受到高芯片耗电量、高发热以及纳米尺度下量子现象干扰等问题的制约，研究和开发基于单个分子或其他纳米结构的功能纳米器件是一个很好的解决办法。
“中国科学技术大学的研究者们通过‘分子手术’技术，即利用扫描隧道显微镜探针对单个三聚氰胺单分子进行化学键的‘裁剪’，改造成既有整流效应又有机械开关效应的双功能集成新型人造分子，”侯建国说，这些分子电子学上的成就能够为未来电子计算机的研制提供新的材料和思路。
纳米技术的潜在危险范文2
光纤通信技术发展所涉及的范围,无论从影响力度还是影响广度来说都已远远超越其本身,并对整个电信网和信息业产生深远的影响｡它的演变和发展结果将在很大程度上决定电信网和信息业的未来大格局,也将对21世纪的社会经济发展产生巨大影响｡本文仅从五个方面加以论述｡
纳米技术与光通信
纳米是长度单位,为10-9米,纳米技术是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用｡建立在微米/纳米技术基础上的微电子机械系统(MEMS)技术目前正在得到普遍重视｡在无线终端领域,对微型化､高性能和低成本的追求使大家普遍期待能将各种功能单元集成在一个单一芯片上,即实现SOC(System On a Chip),而通信工程中大量射频技术的采用使诸如谐振器,滤波器､耦合器等片外分离单元大量存在,MEMS技术不仅可以克服这些障碍,而且表现出比传统的通信元件具有更优越的内在性能｡德国科学家首次在纳米尺度上实现光能转换,这为设计微器件找到了一种潜在的能源,对实现光交换具有重要意义｡
可调光学元件的一个主要技术趋势是应用MEMS技术｡In-Stat/MDR预测,在光学网络中应用MEMS的销售额将由2001年的3310万美元增至2006年的18亿美元,MEMS技术可使开发就地配置的光器件成为可能,用于光网络的MEMS动态元件包括可调的激光器和滤波器､动态增益均衡器､可变光衰减器以及光交叉连接器等｡此外,MEMS技术已经在光交换应用中进入现场试验阶段,基于MEMS的光交换机已经能够传递实际的业务数据流,全光MEMS光交换机也正在步入商用阶段,继朗讯科技公司的“Lamda-Router”光MEMS交换机之后,美国Calient Networks公司的光交叉连接装置也采用了光MEMS交换机｡
光交换是实现高速全光网的关键
光交换是指光纤传送的光信号直接进行交换｡长期以来,实现高速全光网一直受交换问题的困扰｡因为传统的交换技术需要将数据转换成电信号才能进行交换,然后再转换成光信号进行传输,这些光电转换设备体积过于庞大,并且价格昂贵｡而光交换完全克服了这些问题｡因此,光交换技术必然是未来通信网交换技术的发展方向｡
未来通信网络将是全光网络平台,网络的优化､路由､保护和自愈功能在未来光通信领域越来越重要｡光交换技术能够保证网络的可靠性,并能提供灵活的信号路由平台,光交换技术还可以克服纯电子交换形成的容量瓶颈,省去光电转换的笨重庞大的设备,进而大大节省建网和网络升级的成本｡若采用全光网技术,将使网络的运行费用节省70%,设备费用节省90%｡所以说光交换技术代表着人们对光通信技术发展的一种希望｡
为了使美梦早日成真,将理想变为现实,目前,全世界各国都正在积极研究开发全光网络产品,其中关键产品便是光变换技术的产品｡据CIR市场报告预测,到2005年,美国光交换技术将创造11亿美元的市场机会｡目前市场上的光交换机大多数是光电和光机械的,随着光交换技术的发展和成熟,基于热学､液晶､声学､微机电技术的光交换机将会研究和开发出来,其中以将纳米技术为基础的微电子机械系统MEMS应用于光交换产品的开发更会加速光交换技术的发展｡
无源光网络(PON)技术
无源光网络是一种很有吸引力的纯介质网络,避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响,减少了线路和外部设备的故障率,提高了系统可靠性,同时节省了维护成本,是电信维护部门长期以来期待的技术｡无源光网络作为一种新兴的覆盖“最后一公里”的宽带接入光纤技术,其在光分支点不需要节点设备,只需安装一个简单的光分支器即可,因此具有节省光缆资源､带宽资源共享､节省机房投资､设备安全性高､建网速度快､综合建网成本低等优点｡
PON包括APON､EPON和GPON三种:ATM-PON(APON,即基于ATM的无源光网络), APON 在传输质量和维护成本上有很大优势,其发展目前已经比较成熟,国内的烽火通信､华为等厂商都有实用化的APON产品;
Ethernet-PON(EPON,基于以太网的无源光网络), EPON是基于以太网的无源光网络,为了克服APON标准缺乏视频能力､带宽不够､过于复杂､造价过高等缺点,EPON应运而生;
GPON(Gigabit PON),GPON是一种按照消费者的需求而设计､运营商驱动的解决方案｡具有高达2.4Gb/s速率,能以原格式传送多种业务,效率高达90%以上,是目前世界上最为先进的PON系统,是解决“最后一公里” 瓶颈的理想技术｡
在这里我们重点介绍一下EPON｡
1､EPON的发展现状
EPON是几个最佳技术和网络结构的结合｡EPON作用点到多点结构,无源光纤传输方式,在以太网上提供多种业务｡目前,IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上,EPON由于使用经济高效的结构,是连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法｡
目前接入网仍是大容量局域网和骨干网之间的瓶颈,在用户侧的本地网络已经普遍具有支持10M至100M速率的能力,在城域网侧已经可以支持千兆和万兆速率,但用户和城域网之间数据的传送速率却大部分不足1M甚至只有几十K｡接入网在整个通信网中的地位应该得到加强｡EPON在全光网中的地位更显重要｡
2､EPON的应用与特点
接入网采用电信运营级的以太网技术EPON,将形成从局域网､接入网､城域网到广域网全部是以太网结构,大大提高整个网络的运行效率｡EPON的特点和应用优势表现在如下几个方面:
EPON是一种面向未来的技术,它是一个多业务平台,可以同时提供IP业务和传统的TDM业务｡QOS可以得到完全保证,并遵循IEEE 802.3ah标准｡
EPON带宽分配灵活,对带宽的分配和保证有一套完整的体系,实现用户级的服务水平协议SLA｡还可根据需要对每个用户甚至每个端口实现基于连接的带宽分配,并可根据业务合约保证每个用户连接的QOS｡
EPON可使运营商大大降低运营维护费用｡因为大楼内不用机房､无需供电设备,支持远端光网络单元/光网络终端(ONU/ONT)的自动测距和自动加入,网络扩容便利,尤其是局端设备和用户端设备为统一网管｡
EPON系统能提供可调节的､有优先级和带宽保证的服务,将非常具有吸引力｡届时可使用长距离､宽带宽(20km､1.25G)的光纤接入和传输,非常适合于光纤到楼或光纤到办公室的应用｡
“虚拟光纤”技术(FSO)
FSO即自由空间光通信系统,是以激光为载体,用点对点或点对多点的方式在空中实现连接,FSO技术具有与光纤技术相同的带宽传输能力,理论上甚至没有带宽上限,使用与光纤相似的光学发射器和接收器,甚至还可以在自由空间实现波分复用(WDM)技术,因此获得了“虚拟光纤”的桂冠｡
FSO作为一种宽带接入方式,可以传输数据､语音和影像等,具有高带宽､低误码率､安装快速､使用方便､灵活自如､安全可靠等优点,其缺点是受恶劣天气影响较大｡它应用范围广,在一些特殊地区也可使用｡如在城市密集区短距离通信方面有很大优势,它施工方便､工期短､价格低,尤其是在一些难以跨越的布线障碍或对建网速度要求快的情况下,FSO可以代替光纤进行网络连接｡
随着信息化时代的到来,FSO的应用也不断拓展,在那些设有光纤连接的中小企业､在建筑物比较分散的企业局域网子网之间,尤其是在一些不宜布线的场所,如古建筑､具有危险性的工厂及车间等,都离不开FSO｡据国际机构预测,FSO市场在2005年将达到8.65亿~20亿美元｡
作为光纤设备的备份设备,FSO也责无旁贷,如银行､证券公司､政府机关等重要部门时刻不能中断通信｡3G移动通信的不断升温,也促进FSO行业的大发展｡因为3G需要密集的基站布置,而FSO可以比微波更便于实现新建基站和已有基站的互连｡
光通信的未来―――光孤子通信系统
在常规的线性光纤通信系统中,光纤损耗和色散是限制其传输容量和距离的主要因素｡由于光纤制作工艺的不断提高,光纤损耗已接近理论极限,因此光纤色散已成为实现超大容量､超长距离光纤通信的“瓶颈”,亟待解决｡人们用了一百多年的时间来探讨,发现由光纤非线性效应所产生的光孤子可以抵消光纤色散的作用,利用光孤子进行通信,可以很好解决这个问题,从而形成了新一代光纤通信系统,也是21世纪最有发展前途的通信方式｡
任何事物都是在发展中前进,光通信在超长距离､超大容量发展进程中,遇到了光纤损耗和色散的问题,限制了其发展的空间｡科学家和业内人士受自然界的启发,发现了特殊的光孤子波,人们设想在光纤中波形､幅度､速度不变的波就是光孤子波｡利用光孤子传输信息的新一代光纤通信系统,真正做到全光通信,无需光､电转换,可在超长距离､超大容量传输中大显身手,是光通信技术上的一场革命｡
1､线性光纤通信系统的发展及其局限
(1)线性光纤通信系统是当前无与伦比的信息传输方式
当前的光纤通信属线性光纤通信系统｡线性光纤通信容量比电缆通信容量大10亿倍,一根比头发丝还细的光纤可以传输几万路电话和几千路电视,由20根光纤组成的光缆,每天可通话7.62万人次,而1800根铜线组成的电缆,每天只能通话900人次｡线性光纤通信还具有不受大气干扰､中继距离长(可达200km)､信息容量大(2000Mbit/km)､重量轻､占空小､抗电磁干扰强､绝缘性好､串话小､保密性强等优点,是当今最好最主要的信息传输方式｡
(2)线性光纤通信的向前发展受到阻力限制
我们知道光纤的损耗和色散是限制线性光纤通信系统传输距离和容量的两个主要因素,尤其在Gbit/s以上的高速光纤通信系统中,色散将起主要作用,即由于脉冲展宽将使系统容量减少,传输的距离受到限制｡
①光纤损耗
光脉冲在光纤中传输时有光损耗,这就使光的能量不断地衰减,为了实现长距离的传输,就得在一定距离上建立中继站,以使衰减的光信号增强,中继站是由检测器､调制器和激光器所组成的光电组合系统｡现在,线性光纤通信系统的传输速率可达到2Gbits/s｡10Gbits/s的线性光纤通信系统正在研制中｡要达到如此高的传输速率时,检测器和强度调制器已受到电子响应时间的限制,中继站的造价也十分昂贵,限制了线性光纤通信系统传输速率的进一步提高｡
目前,在1.55μm波长处,光纤损耗己做到0.18dB/km,使光信号无中继传输距离达100km,这一数值已接近理论极限值0.1dB/km,在光纤损耗方面已无太大潜力可挖｡
②光的色散
光的色散指的是由于物质的折射率与光的波长有关系而发生的一种现象｡对于一定物质,折射系数n是波长λ的一定函数:
n=f(λ)
决定折射率n随波长λ而改变快慢的量,称为物质的色散｡
色散怎样使光脉冲信号在传输时展宽｡由于任一光脉冲都可以表示为不同频率分量的组合,当色散效应存在时,使得光脉冲中不同频率分量的运动速度不一致,这样就使得光脉冲在传输过程中发生变形｡研究表明,在光纤的正常色散区域中和反常色散区域中,光脉冲传输的特性是不同的｡在光纤的正常色散区域中,光脉冲的较高频率分量(蓝移)比较低的频率分量(红移)传输得慢,而在光纤的反常色散区域中,蓝移比红移传输得快,其群速度色散(GVD,Group Velocity Dispersion)效应的最终结果导致光脉冲展宽｡所以色散便是线性光纤通信系统继续提高的主要阻力｡解决这一难题的是非线性光纤通信系统―――光孤子通信系统｡
2､非线性光纤光孤子通信系统的构成
(1)光孤子通信系统的基本组成
目前已提出的光孤子通信实验系统的构成方式种类较多,但其基本部件却大体相同,图1所示即为其基本组成结构｡
图中的孤子源并非严格意义上的孤子激光器,而只是一种类似孤子的超短光脉冲源,它产生满足基本光孤子能量､频谱等要求的超短脉冲｡这种超短光脉冲,在光纤中传输时自动压缩､整形而形成光孤子｡电信号脉冲源通过调制器将信号载于光孤子流上,承载的光孤子流经EDFA放大后进入光纤传输｡沿途需增加若干个光放大器,以补偿光脉冲的能量损失｡同时需平衡非线性效应与色散效应,最终保证脉冲的幅度与形状稳定不变｡在接收端通过光孤子检测装置､判决器或解调器及其它辅助装置实现信号的还原｡
(2)与普通线性光纤通信系统的不同
①EDFA掺铒光纤放大器
光孤子在使用EDFA的系统中能稳定传输的特性是光孤子通信能实用的一个关键｡因为光纤的损耗不可避免要消耗孤子能量,当能量不满足孤子形成的条件时,脉冲丧失孤子特性而展宽,但只要通过EDFA掺铒光纤放大器给孤子补充能量,孤子即自动整形｡利用孤子这一特性,可进行全光中继,不再需要像常规光纤通信系统那样在中继站进行光―――电―――光的转换,实现了全光传输,一般每30~50km加一个EDFA,是一种集总式能量补充方式｡
②预加重技术
预加重技术,也称为动态光孤子通信｡在上述集总式能量补充系统中,即使光纤的色散有抖动,这种孤子也是稳定的｡在放大器的间距与孤子的特征长度可比拟时,如果使进入光纤的脉冲峰值功率大于基态孤子所要求的峰值功率,则所形成的孤子也能长距离稳定传输,这种技术通常被称为预加重技术,也称为动态光孤子通信｡
③抑制戈登―豪斯效应
所谓戈登―豪斯效应是一种抖动｡采用放大器的自发辐射噪声,是一种不可避免的热噪声,它与孤子相互作用后,造成孤子中心频率的随机抖动,进而引起孤子到达接收端的抖动,即戈登―豪斯效应｡这一效应是限制孤子传输系统容量､放大器间隔等系统指标的重要因素｡解决的办法是在放大器后加一个带通滤波器即能较好的抑制戈登―豪斯效应｡
④波分复用技术
光孤子也可实现波分复用,即利用不同波长的光孤子在同一光纤中传输;也可利用不同偏振方向的光孤子在同一光纤中传输,即偏振复用,进一步提高传输质量和容量｡
3､国内外光孤子通信走向实用的动态
(1)光孤子通信研究的三个阶段
①1973至1980年为第一阶段
首先将光孤子应用于光通信的设想是由美国贝尔实验室的A.Hasegawa于1973年提出的,他经过严格的数学推导,大胆地预言了在光纤地负色散区可以观察到光孤子的存在,并率先开辟了这一领域的研究工作,拉开了这一阶段以理论研究的序幕｡
②1981至1990年为第二阶段
主要工作是关键部件的研制｡自从70年代初提出光孤子的概念以来,由于以后的十多年未能有效地观察到光孤子的存在,直到1983年,美国贝尔实验室的Mollenauer研究小组首次研制成功了第一支色心锁模孤子激光器CCL,从而揭开了实验研究的序幕｡
③1991年至今为第三阶段
主要工作是建立实验系统并向实际应用迈进｡在这阶段,半导体激光器和EDFA在光孤子通信试验系统中的成功应用,拉开了光孤子通信走向实用化的序幕｡科学家认为,本世纪初,全光通信将走向实用化｡
(2)光孤子通信在美国和日本的实用化进程
在全世界范围,全光通信系统已在横跨大西洋的TAT-10系统和横跨太平洋的TPC-15系统上首先应用｡在光孤子通信领域,美国和日本拥有领先地位｡
①美国
美国贝尔实验室Mollenauer研究小组的实验系统是世界上最早的光孤子实验系统,他们首次检测出脉宽为10ps的光孤子经10km传输无明显变化,从而首次从实验上证实了光孤子传输的可能性｡
美国贝尔实验室已成功地将激光脉冲信号传输了5920km,还利用光纤环实现了5Gbit/s､传输15000km的单信道孤子通信系统和传输11000km总码速达到10Gbit/s的双信道波分复用孤子通信系统;美国光谱物理公司已制成能产生4X10-13s的孤立波脉冲信号器件｡
②日本
1995年,在日本东京地区的光纤局域网上,NTT公司首次实现了10Gbit/s､2000km的光孤子现场直通测试,从而将实验室内的实验转升为现场实验,在实用化进程中迈出了十分重要的一步｡
日本利用普通光缆线路成功地进行了超高20Tbit/s､远距离1000km孤立波通信;日本电报电话公司在1992年推出速率为10Gbit/s､能传输12000km的直通光孤子通信实验系统｡
(3)光孤子通信在中国
①1994年“掺铒光纤放大器EDFA”通过鉴定
由武汉邮电科学研究院研制的掺铒光纤放大器EDFA,具有增益高､噪声低､增益特性与光偏振状态无关､在多路系统中信道交叉串拢通常可以忽略等一系列优点,达到了世界先进水平｡在光端机的发送端加后置式掺铒光纤放大器,在接收端加低噪声前置掺铒光纤放大器,就可以使2.488Gbit/s系统具有跨越100~250km无中继距离的能力,并可大大降低中继成本｡
②1999年“OTDM光孤子通信关键技术研究”通过验收
该项目成功研制了增益开关激光器和2.5Gbit/s的RZ脉冲光接收机,并在以下各技术领域取得成功:
a.采用色散补偿光纤对光脉冲进行压缩;
b.采用2.5Gbit/s~20Gbit/s的光信号复用;
c.从20Gbit/s的复用系统中提取2.5Gbit/s电时钟;
d.采用非线性光学环路实现2.5~20Gbit/s的解复用;
e.采用啁啾光栅对20Gbit/s信号在标准单模光纤中传输105km后造成的色散进行补偿;
f.研制2.5Gbit/s铌酸钾强度调制发送单元;
g.进行20Gbit/s､105km的光纤传输｡
4､光孤子通信的优越性及其展望
(1)光孤子通信的优越性
①光孤子通信系统极大地提高了传输容量和距离
综上所述,光孤子通信克服了色散的制约,当光强度足够大时会使光脉冲变窄,脉冲宽度不到一个ps,可使光纤的带宽增加10~100倍,极大地提高了传输容量和传输距离,尤其是当光速度超过10Gbit/s时,光孤子传输系统显示出明显的优势｡光孤子通信作为新一代光纤通信系统在洲际陆地通信和跨洋通信等超长距离､超大容量通信系统中大显身手｡
②光孤子通信系统从根本上改进了耦合损耗和兼容问题
光孤子通信系统不但容量大､频带宽､增益高,更可贵的是它能够从根本上改进现有通信中的光电器件和光纤耦合所带来的损耗和兼容问题,是一场光纤通信的革命｡
③光孤子通信系统解决了高温自动控制和测量
光孤子通信系统由于没有使用电子元件,可以在很高的温度下工作,甚至是1000度的高温｡这对高温条件下的自动控制或测量具有划时代的意义,为人类提供了新的理想的传输系统,意义重大｡
(2)光孤子通信的未来展望
非线性光纤光孤子通信是一种全新的超高速､大容量､超长距离的通信技术｡信息传输容量比现在最好的线性光纤通信系统还要高出1至2个数量级｡该系统将成为21世纪的主要通信系统｡
纳米技术的潜在危险范文3
关键词：光化学； 比色； 传感器； 阵列； 评述
1引言
化学传感器是一种能够通过某物理或化学反应以选择性方式对特定分析目标物产生响应，从而进行定性或定量测定的装置[1]。化学传感器通常由识别元件和换能器两部分构成。识别元件与待分析物相互作用，其物理、化学性质发生变化；换能器将这些参数转化和放大，生成与待分析物特性有关的可定性或定量处理的电信号或者光信号（颜色、发光等）[2]。目前，化学传感器已成为化学分析和检测的重要手段。传统的化学传感器根据“锁钥模式”进行设计，选择性好，对某些物质的检测非常有效，然而其设计也存在一定的缺陷，如对于生物大分子和结构不明确的待分析物的传感器设计存在困难，同时，针对复杂混合物中的每种成分均设计具有专一选择性的特定传感单元显得费时且不切实际[3]。阵列式传感器的设计模仿哺乳动物嗅觉和味觉系统，利用多个传感器单元组成阵列，通过传感器阵列与分析物之间的交叉响应，可以实现对多种物质及复杂混合物进行响应和检测。传感器阵列中的传感单元对分析物不必具有高度的选择性，某些传感单元对特定分析物有一定程度的选择性，同时对其它分析物也有响应，即每个传感单元对不同的组分具有不同的响应能力；利用传感器阵列对各种分析物整体响应之间的差别，实现对待分析物的区分。在光学、电化学、色谱等诸多的检测手段中，光化学显色方法无疑是最便捷有效的度量手段。结合光化学比色方法，光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应快速、信息量大等优点，得到了日益广泛的应用。本文综述了近年来光化学比色传感器阵列在气体、生物样品、离子和小分子，以及混合物检测方面的应用， 对它的原理和性能进行了讨论， 并对其研究和应用前景进行了展望。
2光化学比色传感器阵列的基本原理
光化学比色传感器阵列是利用传感器单元的光学性质（吸收或发射）改变作为输出信号，实现对待分析物的检测。通常采用光谱或成像两种方式对光化学比色传感器阵列中所有传感单元的光学信号进行同时采集。如图1所示，采用紫外可见分光光度计采集光谱时，通常要配备流通池和液体控制装置，该方式根据紫外可见光谱的迁移或吸收强度的变化，实现对待分析物的检测和区分；换用平板扫描仪成像后，比色传感单元颜色的改变经过去卷积，灰度值经平均化和积分处理后，其结果更直观和便于定量化。加入不同的待分析物后，多个传感单元的颜色变化组合成具有各自独特模式的阵列，称之为待分析物特有的“指纹图谱”，从而实现对不同物质的鉴别和区分。光谱技术由于可以获得完整的光谱，包含信息量大而具有很大优势，但需要比较复杂的仪器设备，对每个传感单元数据的采集也需要一定时间。与光谱技术相比，成像技术具有在给定视野范围内能够检测多个传感器单元的优点[2]，且成像技术比光谱技术简单，无需特殊的仪器，成像设备可以是数码照相机、平板扫描仪[4]、手机摄像头[5]等，但成像技术通常获得的是红、绿、蓝（R， G， B）3个或红、黄、绿、蓝（R， Y， G， B）4个通道的光谱信息，不如光谱技术获得的信息量大[2]。
3光化学比色传感器阵列的应用
3.1气体的检测
2000年，Rakon等提出通过模拟哺乳动物的嗅觉系统来构建比色传感器阵列，利用卟啉类化合物与挥发性有机气体（VOCs）反应前后的颜色变化对气体进行定性定量分析，为气体的检测提供了一种全新的思路[4]。目前，比色传感器阵列已被广泛应用于气体的检测，如工业有毒气体[6～10]，挥发性有机物[11～15]，胺类[16～18]，甲醛[19]，爆炸物[20]，硫化氢[21]等。
Lim等[6]构建了一个以36种指示剂为基本单元的可抛型传感器阵列，用于19种工业有毒气体的检测。分析物与传感器阵列反应前后的颜色改变形成了对应于该分析物独有的分子指纹图谱，通过比较指纹图谱来实现不同种类工业有毒气体的定性和定量检测。在危险浓度下，2 min内即可实现对19种工业有毒气体的有效区分，准确率达100%。与传统采用范德华力及物理吸附等弱作用力为基础的半导体金属氧化物电子鼻技术相比，该传感器利用的是指示剂与分析物间强的化学键相互作用，虽牺牲了传感器的长效检测能力，但却极大地提升了传感器的检测灵敏度，其对工业有毒气体的检出限大多低于允许排放浓度（通常为10_Symbolm@@_9量级）。由于指示剂用量极小，可抛型的设计在大大提升传感器检测灵敏度的同时，却并没有增加其使用成本，为气体传感器的设计提供了一条新的思路。
Feng等[19]将酸碱指示剂添加到氨基封端的聚合物中构建光化学比色传感器阵列用于甲醛的快速检测。利用胺与甲醛反应后碱性减弱的原理，引起固载在一起的酸碱指示剂颜色发生改变，用来检测甲醛。商品化的甲醛比色检测往往需要30 min， 甚至更长的时间，该传感器阵列可以在1 min内对浓度在0.250～20 gm3范围内的甲醛进行快速检测，10 min内检测到浓度为50 mgm3甲醛。对乙醛、丁醛、苯甲醛均无响应，具有很好的选择性。
环形构造的三过氧化三丙酮（TATP）是一种威力巨大的爆炸物，因其稳定性差，在工业和军事上均无实际应用，但由于其制备异常简单，近些年来被多次使用。由于TATP自身无紫外吸收和荧光，也不容易被离子化，直接检测相对比较困难。Lin等[20]构建了一种简单的比色传感器阵列，成功应用于TATP的快速检测。采用酸性固体催化剂将TATP分解，分解后产生的H2O2气体氧化传感器阵列中还原性的指示剂而使对应的指示剂变色，根据传感器阵列颜色改变形成的指纹图谱，实现对TATP的定性和半定量检测，检出限可达到2 mgm3。该传感器对TATP的选择性很好，不受湿度、挥发性有机气体等常见潜在干扰物的影响，也能将TATP与过氧化氢、过氧乙酸等氧化剂区分开来。
3.2生物样品的检测
生物系统中无机盐、蛋白质、细胞等的检测对于疾病的预防和诊断尤为重要。目前，检测生物样品的方法很多，如酶联免疫法、蛋白质组学、质谱、毛细管电泳、适配体传感器等[22～26]。光化学比色传感器阵列以其方法简单、检测快速的优点在生物样品的检测方面得到广泛应用（表1）。
3.2.1核苷酸的检测
核苷酸在许多生理反应及代谢过程中起着非常重要的作用，利用传感器阵列检测核苷酸具有简单快速的优点。2003年，McCleskey等[37]用指示剂取代法，采用3×4的传感器阵列对20 mmolL的三磷酸腺苷（ATP）， 三磷酸鸟苷（GTP）和单磷酸腺苷（AMP）进行区分。2007年，Buryak等[29]采用多元指示剂取代法对1 mmolL ATP、GTP、二磷酸腺苷（ADP），AMP，环磷酸腺苷（cAMP），焦磷酸（PPi）进行了鉴别。该实验在50 mmolL磷酸盐缓冲溶液中进行，传感器对核苷酸和PPi体现出了很好的选择性。多元指示剂取代法的原理如图2所示[29]，多个指示剂分别与受体结合形成对应传感器单元，加入不同分析物后，根据与受体亲和能力的大小，分析物对指示剂进行一定程度的取代，从而产生不同的光谱变化。传统的含单个指示剂受体的指示剂取代法，当分析物与受体的亲和性比指示剂与受体的亲和性高很多或者低很多时，将给出相同的全部取代或完全不取代指示剂的信号；而对于多元取代法，分析物对不同传感器单元的亲和能力不相同，从而产生不同程度取代的信号，这样分析的动态范围就被扩大。值得注意的是，多元取代法中，各个指示剂受体的光谱变化需发生在不同的光谱区域。多元指示剂取代法与传感器阵列在概念和原理上有密切的关系，所不同的是，传感器阵列中的各个传感单元是相互独立的，而多元指示剂取代法中各个传感器单元因为交换作用而相互关联。
3.2.2氨基酸、多肽及蛋白质的检测光化学比色传感器阵列用于氨基酸及蛋白质的检测已有大量研究报道。Severin研究组[27]通过构建指示剂取代传感器阵列，与紫外可见光谱结合成功地区分了20种天然氨基酸。该研究组还利用指示剂复合物的动态组合库分别对二肽和三肽进行了区分[28，39]。动态组合库中各组分通过可逆反应和相互作用连接，外界的刺激会影响库的组成。加入目标分子后，目标分子选择性地与库中成分反应，达到新的平衡。将动态组合库应用于多肽的检测中[39]，金属和染色剂复合物组成动态组合库，加入多肽后，与库中组分发生配体交换反应，动态组合库重新平衡，导致紫外可见光谱发生改变，从而实现对多肽的检测。FolmerAndersen等[40]通过指示剂取代法实现了对10种浓度为200 olL 对映异构和结构相似氨基酸的区分。霍丹群等[41]以卟啉及其衍生物、酸碱指示剂以及极性指示剂为传感元件，构建了一种6×6的传感阵列，可以在5 min内对浓度为375 olL的10种氨基酸进行鉴别。Miranda等[33]构建了一种以酶纳米金粒子为传感单元的传感器阵列，通过酶催化反应使传感器的灵敏度大大提高。该传感器成功地对浓度为1 nmolL，基质为磷酸盐缓冲溶液或脱盐人体尿液的蛋白质进行了鉴别区分，灵敏度远高于当前其它传感器检测方法。
3.2.3糖类的检测糖类作为维持生命活动的重要营养物质，既是主要能源物质，又与多种生物分子如蛋白质存在特异性识别作用，对众多生理过程起着至关重要的作用，因此对糖类物质的检测非常重要。硼酸因其可与二羟基化合物进行可逆、高亲和性的结合，而被广泛用作糖分子识别单元。Schiller等[30]构建了以添加有苄基紫罗碱的二硼酸阳离子为基本单元的传感器阵列，二硼酸阳离子与阴离子荧光染料8羟基芘1，3，6三磺酸钠（HTPS）形成复合物，电子从HTPS转移到二硼酸阳离子，导致HTPS荧光强度降低。当加入糖类后，糖类与硼酸形成硼酸酯，部分中和了二硼酸阳离子的正电荷，降低了对HTPS的荧光猝灭效应，从而使荧光增强。该传感器对浓度为2 mmolL的12种糖类进行了区分，准确率达100%。Lim等[32]将pH指示剂固定于溶胶凝胶基质上，构建了一种简单、廉价的传感器阵列，对15种单糖、二糖和人工甜味剂进行了区分。在生理酸度下，对葡萄糖的检测限低于1 mmolL。在检测糖类方面，硼酸也存在一些局限，如与某些糖类结合常数很小或不结合，Janowski等[42]构建了一种含Pd2+指示剂复合物的传感器用于糖类的检测。根据指示剂取代的原理，在中性条件下35 mmolL的10种糖类进行了区分。
3.2.4细胞、细菌及疾病的检测将光化学比色传感器阵列用于细胞、细菌及疾病的检测也有一定的研究。Bajaj等[43]利用对苯撑乙炔共轭荧光聚合物构建传感器阵列，对不同种类的癌细胞及等基因的正常细胞、癌细胞和转移细胞进行了鉴别。共轭聚合物具有分子导线效应，可以增强信号的产生，并且，共轭聚合物链具有多个识别位点与分析物作用，既可以增加结合效率，又可以提高对特定分析物的选择性。2011年，Kong等[35]根据热化学发光现象构建了由6种纳米催化材料组成的传感器阵列，实现了12种人类细胞的鉴别。热化学发光是指当有机物或生物物质被热氧化而产生化学发光的现象。催化放大反应可以明显增强热化学发光强度而使灵敏度提高，并且检测结束后可以通过在更高温度下使分析物降解而达到传感材料再次利用的目的。Carey等[34]构建了含36种指示剂的传感器阵列，通过检测细菌生长产生的挥发性有机化合物，实现了对10种细菌的鉴别。Mazzone等[44，45] 采用比色传感器阵列，通过检测人呼出的气体，借助于癌症细胞与正常细胞代谢过程中产生挥发性气体的差异，实现了对肺癌的早期诊断。但比色传感器阵列对于复杂混合物的分析仍然存在较大的瓶颈，要筛选出足够多的对多种分析物具有不同亲和力的指示剂仍存在一定的困难。分子印迹技术可以在印迹聚合物合成过程中通过不同模板及单体的选择而获得对多种分子具有不同亲和力的分子印迹材料，结合了分子印迹等分离技术的传感器阵列将会在疾病诊断中发挥重要的作用[46]。
3.3离子和小分子的检测
3.3.1金属阳离子的检测金属阳离子是生命科学、环境科学、农业和医学等许多领域的研究对象，对金属阳离子的检测和识别是的重要任务之一。光化学比色传感器阵列为金属阳离子的检测提供了方便、快速、廉价的方法。Abbaspour等[47]构建了一个以纸为基质的光化学比色传感器阵列，快速地对Fe2+和Fe3+进行了定性和定量检测。Li等[48]利用DNA探针构建传感器，通过传感单元颜色的变化对重金属离子Hg2+进行定性和定量检测，灵敏度达0.1 nmolL。本课题组也在重金属离子的比色传感器阵列快速检测上进行了大量研究[49，50]， 通过使重金属离子溶液透过固载有指示剂的多孔硅胶基质膜，达到富集效果，提高重金属离子的检测灵敏度。锂盐是治疗躁狂症和双相情感障碍的首选用药，其药物浓度是情感性精神疾病诊断、治疗、监测、预防复发和病因学研究的重要指标。2009年，Severin研究组[51]合成了1种三核的大环荧光化合物，对Li+具有很强的选择性，在过量Na+存在的水溶液和血清中均能对Li+进行很好地检测。但该实验中，荧光化合物的合成过程非常复杂，且传感器整体的荧光强度也较弱。基于前期工作，该研究组随后设计了一种更简单有效的传感器阵列[52]。在中性缓冲溶液中，将商品化的二羟基吡啶配体和Ru的复合物以及荧光物质（HPTS）混合，含HPTS的大环化合物通过自组装的方式形成，并使HTPS的荧光猝灭。加入Li+后，荧光增强。该传感器对Li+有很好的选择性，检测浓度低于1 mmolL。
2012年，Anzenbacher等[53]利用纳米纤维，制造了一种可穿戴的传感器，用于金属离子的检测。分别掺杂有丹磺酰氯和多胺的两根纳米纤维本身均不带荧光，而在两根纳米纤维的交叉点处，两种物质发生反应，生成荧光物质。加入金属离子后，荧光会相应地增强或减弱。每个传感单元的体积非常小，仅为10_Symbolm@@_18 L。每个传感单元约能容纳1000个荧光探针分子，使荧光比较集中，从而有利于用光学显微镜进行检测。该实验采用3种荧光前体和3种多胺构建了荧光阵列传感器，通过4个荧光发射通道检测加入金属离子后荧光的变化，对200 olL的10种金属离子进行了准确的区分。并且，将该纳米纤维制成的传感器毡沉积到丁腈手套上，用于20 olL Co2+溶液的检测，荧光猝灭现象非常明显。
3.3.2阴离子的检测相对于等电位的阳离子来说，无机阴离子半径更大，因而电荷半径比更小，从而降低了阴离子与受体的静电结合效率；并且，阴离子有相对高的溶剂化自由能，需要受体与介质进行有效的竞争，这种效应在水溶液中尤其明显。因此在水溶液中，无机阴离子比阳离子的检测更困难，阴离子的检测往往是衡量新检测方法的一个重要指标[54，55]。Palacios等[54]以聚氨酯水凝胶为基底，构建了一种含8个传感单元的传感器阵列，聚氨酯水凝胶不仅为传感单元提供机械支持， 还有助于萃取目标阴离子。该传感器对F_Symbolm@@_和HP2O73_Symbolm@@_具有选择性，而对AcO-，Cl-等阴离子有明显的交叉响应，可对10种阴离子进行区分，已成功地应用于不同品牌牙膏的鉴别。传感器阵列与10种阴离子反应后产生不同的颜色改变（其中NO-3与HSO-4浓度为20 mmolL，其余阴离子浓度为5 mmolL），即使用肉眼观察，也能将10种离子区分开。Comes等[56]用含纳米结合袋和染色剂的中孔固体材料应用于水中磷酸根的检测，对磷酸的选择性好，检出限低于1×10-4 molL。2011年，本研究组[57]构建指示剂取代法传感器阵列，对宽浓度范围内多个浓度的Cl-， Br-和I-进行了准确区分。随后，本组[58]采用类似方法构建传感器阵列，对浓度为污水排放标准或饮用水标准的10种阴离子进行了有效区分，且可部分用于真实水样的测定。
3.3.3有机小分子的检测由于存在水的潜在干扰，水溶液中有机化合物的识别具有一定的挑战[59]。光化学比色传感器阵列成功地应用于水溶液中有机小分子的检测，如羧酸[60]，胺类[61]，诺氟沙星[62]等。Greene等[63]将分子印迹聚合物与指示剂取代法相结合，构建传感器阵列，成功用于7种胺类的区分。Zhang等[59]选择了3类指示剂：与路易斯碱作用的含金属离子的指示剂；与布朗斯特酸碱作用的酸碱指示剂，以及反映偶极变化的指示剂，并用这些指示剂构建了含36个基本单元的传感器阵列，用于水溶液中多种有机物的区分。该传感器将疏水指示剂固定到疏水膜上，因此不受溶液中盐浓度、离子强度以及强亲水物质的影响，已应用于20余种有机小分子的检测，即使结构非常相似的物质也能被区别开。
3.4混合物的检测
对于混合物的检测，传感器阵列模仿哺乳动物的嗅觉味觉系统，通过众多传感器单元与分析物之间的复合响应，而对各个混合物进行区分。传统的混合物分析方法是通过联用色谱、质谱等技术，对混合物中的各种成分进行逐一分析。对于成分复杂的混合物，这种方法往往耗时较长，且鉴于分离材料的局限，很难将所有成分逐一解析。很多情况下（如产品品质控制），对混合物进行分析，目标并不是分析混合物中的每种成分，而是比较几种混合物之间的差别或者监测混合物发生的变化。传感器阵列不能对混合物中每种成分进行鉴别，但却能很好地应用于这种评估。光化学比色传感器阵列在食品和饮料的质量控制方面已广为应用，如不同香型白酒的鉴别[64]，不同品牌啤酒的区分[65]，肉类新鲜度的检测[66，67]等。Zhang等[68]将25种商品化的指示剂固定到疏水膜上构建传感器阵列，成功用于14种软饮料的区分，并且能分辨出经脱气和稀释过的软饮料。Musto等[69]用有机硅烷将指示剂固定，然后固载到多孔疏水膜上，构建传感器阵列，用于大量天然和人工甜味剂的鉴别，多孔的固载材料使分析物和指示剂之间的反应加快，提高了反应效率。肉类在贮存、加工和运输过程中容易受外界环境和微生物等影响，而产生腐败变质，使品质下降，其新鲜度水平的评定非常重要。Huang等[66]将9种指示剂固载在反相硅胶板上构建传感器阵列，用于鱼肉新鲜度的评估。采用顶空方式，将传感器阵列暴露在不同新鲜度鱼肉中，根据传感器阵列暴露前后的颜色变化对鱼肉新鲜度进行分析，该方法也可用于高蛋白含量的其它食物的分析。
纳米技术的潜在危险范文4
[关键词]设计创新 造型 人性化
现代家具与居室环境是一种互相依存的关系,如果居室设计不介入家具设计的层面,只能是一般的建筑设计;作为家具设计一旦离开了居室环境也就失去了衡量的标准,则变得毫无意义。现代家具设计是以作为居室环境的主体物为根本,通过人的功能利用与感官审美来实现自身的价值。所谓的设计创新,就是在体现这种价值的基础上,并围绕居室环境讨论功能、色彩、造型、材质、人机等方面因素,从而实现现代家具设计创新与突破。
一、功能创新
当今的家具设计界越来越认同并接受一种新的设计观念,那就是:设计新家具就是设计一种新的生活方式与娱乐方式。越来越多的设计师对“家具的功能不仅是物质的,也是精神的”这一理念有更多、更深的理解。
现代家具在功能方面的创新往往需要伴随着科技的发展,也是几项之中较困难的,它更要深入到消费者的生活中去调查体会,从而解决碰到的使用问题。生活的积累带给我设计的灵感,例如,一款可升高可降低的凳子是我们日常生活所需要的,当家中来客人凳子不够的时候,当洗衣服嫌凳子太高的时候,这样的凳子就有大用场了,类似这种功能创新设计可以轻松的解决生活中碰到的问题。功能的创新不仅仅停留在这样的层面,还要在装饰性和精神层面增加其功能,并且也要关注老人、小孩等特殊群体,满足他们的功能与审美需求。此外,为了适应不同的居室环境,跨休息、储藏、健身等类的多功能型家具也将是未来家具功能设计的发展方向。
二、色彩创新
从色彩构成的角度来说,平面图形的色彩忌讳火暴刺激、单调和混乱。色彩的火暴刺激就是指同时使用2种以上高纯度和明度的颜色,如粉红,紫等。单调指的是只运用1-2种色相,同时色相接近,只在明度上有少许变化。“混乱”是指使用5种以上的色彩,并且不按照“蒙塞尔”色环等色彩构成设计基础为科学依据,不以色环“60度、90度、180度”的搭配规律选色,因而造成色彩上的混乱。色彩构成在现代家具设计中的应用是不可或缺的,但是,色彩构成的运用与现代家具设计的色彩运用又有所区别。比如说现代家具设计中的很大一部分风格都很简约,而这种简约不仅是在造型上的简约,在色彩上也同样清新雅致,也可以说单一,同样“火暴刺激”这样的颜色在现代家具的设计中也有体现。那么是什么原因导致色彩运用的不同呢?很显然,脱离了居室环境的家具设计是无理的,家具是整个居室环境的一份子,就单从色彩方面讲,家具的色彩也是依存于整个居室环境的,所以,色彩单一的家具在整个现代居室环境的色彩体系中就不显得单一,更多的是起到画龙点睛的作用。总之,把色彩的象征性与科学的色彩原理结合使用,家具在色彩上的创新设计就会容易许多。
三、造型创新
造型方面的创新,从根本上说是为了满足时代的审美需求。现代家具的造型设计有区别与其他家具设计的造型,不只要考虑造型的形式美,更需要考虑功能的依附,色彩的配合,与人机的制约。脱离的这些因素家具的造型设计就好似空穴来风,脱离设计的实际意义。那么,家具的造型创新设计应该怎么进行呢?我认为应该追求形态上的陌生感,比如,沙发可以是更仿生更自然的形态,从而产生陌生感。而海浪形带有色相明度渐变的沙发谁不想拥有呢?
从人性化角度看,老年人的腿脚不方便,儿童思维还不够成熟,无法对潜在的危险及时反映。所以,现代家具的造型设计不单单要迎合居室环境,也应该从老年人和儿童等一些特殊群体的视角入手,把家具造型的安全性考虑进去,多用明朗准确的符号语言传达信息,给人们带来便捷的生活体验。
四、材质创新
现代家具的材料可谓是五花八门。随着经济的发展,人们生活品位的提高,对家具材质的要求也不断提高。首先要无毒,其次要环保。而多数人往往理解错了环保的含义,更多的是只注意了家具对居室内的小环境,而没有想到是否对世界产生什么影响。创新的本意是“以人为本、推陈出新”。并不只是对使用者而言。木质家具固然美观耐用,在家具设计的长河里已为人们服务了几千年,而谁又想过这木质家具对森林的影响。环保并不是环保自己,而谁又理会过那些淘汰下来的家具又是怎样处理的?我认为现代家具更应该多使用新材料,现代纳米技术发展如此迅猛,可以试着使用这类环保的新材料,这样即使淘汰了也可以回收再生产,即便是填埋也不会对环境有什么影响。
五、人机创新
现代家具可谓品种繁多,只要人们觉得需要某种器物来解决生活上的不方便,那么它很快就会出现在市面上。巨大的经济利益驱使着新的、好的、烂的家具作品问世。新型家具的诞生使家居的人机功能更加丰富,划分空间、重组空间等功能运用起来更加灵活。就拿沙发和灯具来说,沙发可以重组,随空间变换自由搭配,而灯具在人机方面更有指示作用,灯具外型的创新可以以仿生的形式出现,如一组动物脚印形态以地灯的形式出现,即指引方向又生动活泼,愉悦使用者的情绪。同时现代家居也需要按人体工程学的标准尺度来设计。
当今社会,家具设计已经不只是造型、色彩和材质的设计与思考,更是一种对居室空间的设计,甚至可以说是对人类生活方式的设计。好的家具设计应该既满足人们对于家具基本功能上的需求,又要满足社会发展与进步的需求。只有兼具此两点,家具设计业才能不断迈上新的台阶。设计不再是简单的灵机之动,而应该是将“创新与突破”融合在一起的一种理念精神。
参考文献:
[1]胡景出,方海,彭亮.世界现代家具发展史.中央编译出版社,2005.
[2]朱介英.色彩学-色彩设计与配色.中国青年出版社,2000.
纳米技术的潜在危险范文5
【关键词】压力容器；制造过程；质量；控制
引言：压力容器属于特种设备范围，在其制造过程中对于相关工艺、技术的要求十分严格，所以，制造企业必须在加强先进工艺、技术研究的基础上，进一步完善现行的质量控制体系，并且加强制造过程中的严格监督和管理。
1、压力容器的特点
压力容器的专用材料对韧性、塑性、延性有着特殊要求，对屈强比也有一定限制。低合金钢含有少量合金元素（如Mn、V、Mo、Nb等 ）的低碳结构钢，它不仅价廉、强度也比同等低碳钢高得多，而且具有良好的焊接性能和一定的耐蚀性能。我国开发的这类钢种较多，在国际市场上也颇有优势，今后还将继续冶炼出新品种，特别是能防止低温脆断的耐低温低合金钢，以供用户选用。
2、压力容器的发展前景
2.1先进制造技术理念的推广普及
压力容器制造单位必须持有国家质量技术监督部门颁发的"压力容器制造许可证"，并应建立健全的质量保证体系。以市场为导向，以系统观念、工业工程为指导，以全面数字化技术为依托，合理使用先进技术，精心组织经营管理。
2.2新型压力容器专用材料的试制选用
值得注意的是新世纪纳米技术正在试制出轻质、高强度、热稳定的新型材料，甚至能自动修复磨损或裂纹等缺陷的智能材料。选用这类材料进行加工成形时，不再是传统的"去材法"或"变形法"制造理念，而是运用"增材法"制造理念，这样既大大节省了原材料，降低了环境污染，又可使不同材料层起到不同的特殊功能。容器设计一般当容器设计厚度大于12mm时，就应该考虑选用复合材料的可能性。选用复合板作为压力容器筒体材料时，应根据介质的特性选用不同材料类型的复合板。
2.3容器制造采用机械切割时，复层朝上，并应注意防止复层面的损伤
对厚度大于12以上的复合钢板，可按设备装备情况依次采用等离子切割气割氧助溶剂切割。容器制作要求进行预热处理时，预热按647的钢制压力容器焊接工艺规程及相关规定以基层材料为准选择预热工艺。对耐晶间腐蚀要求较高的设备，如基层材料需热处理，复层材料在基层材料热处理后再进行焊接。为保证复合钢板不失去原有的综合性能，焊接时基层和复层应分别进行，焊接工艺与相应的材料焊接工艺近似。对基层和复层进行切割和焊接时，为了防止飞溅及焊渣粘到复层材料面，影响材料的性能，应在复层面涂以保护涂层。对于凸形封头，设计图样上最好同时注明其允许的成形后最小厚度，以免生产单位选定毛坯钢板的厚度时，也可以注明名义厚度中已包括百分之多少的冲压成形减薄量，如兰州石油机械研究所出的压力容器图纸就采取的这种标注方法，给制造厂选材带来了很大方便。
2.4提报材料采购计划时的注意事项
因为钢板、钢管、锻件和螺柱等材料标准上的交货状态（热处理状态）、冲击试验要求和超声检测等内容许多是需方要求时才保证或由供需双方商定，所以采购这些材料时应明确以上要求，不应让业务人员仅按其材料标准编号去采购。
3、材料的使用
奥氏体不锈钢在制造过程中如受到严重的污染和磕碰划伤，制成容器经酸洗钝化处理后采用蓝点法检查不容易通过；容器投入使用后在腐蚀介质作用下，有可能产生局部腐蚀或应力腐蚀，其后果非常严重。切割复合钢板时应防止损伤复层：用机械切割法时，基层放下面，复层放上面；用氧气切割法和等离子切割法时，复层放下面，基层放上面。低温压力容器用焊接材料，应选用与母材化学成分和机械性能相同或接近的材料。受压元件或非受压元件与受压元件间的焊接，当采用手工电弧焊时，应选用低氢碱性焊条；当采用埋弧焊时应选用碱性或中性焊剂。铁素体钢之间的焊接，一般应选用铁素体型焊接材料（9%Ni钢除外）。焊接接头的低温冲击试验温度以及焊缝金属、熔合线、热影响区的低温冲击功的要求，均应与母材相同。铁素体钢之间的异种钢焊接用焊接材料一般应按韧性要求较高侧的母材选用，而且焊接接头抗拉强度不低于两侧母材中最低抗拉强度的较小值。
4、焊接质量控制及管理措施
4.1焊接材料及管理措施
焊接材料的选用应使焊缝金属的力学性能高于或等于母材的限值，当需要时，其他性能也不应低于母材相应要求。合适的焊接材料应与合理的焊接工艺相配合，以保证焊接接头性能在经历制造工艺过程后，还能满足技术文件规定和服役要求。
并符合相应标准的规定。使用单位应根据质量管理体系规定按相关标准进行验收或复验，合格后方准进入焊材库。焊材库应严格执行焊接材料入库、保管、烘干、发放和回收制度。
4.2焊工资格及管理措施
焊工操作水平对产品质量、生产效率与成本控制有极大的关系，因此可以说每一个合格的焊工都是公司的财富。压力容器的焊接操作工须通过《特种设备焊接操作人员考核细则》取得特种设备焊接作业人员证，方可在压力容器承压类焊缝上施焊，并且所施焊的项目与其考试合格的项目相同。 压力容器制造单位应结合自身情况，制定焊工管理办法，建立焊工焊接档案。在产品焊接中确保焊工所施焊的项目与其考试合格的项目相同，不能出现没有资格的焊工施焊的情况。合格的持证焊工按照焊接工艺文件的要求施焊，并且自觉遵守有关工艺规程或有关技术要求。对于在实际施焊中合格率不高的焊工应取消其施焊资格，如经再次培训考核，达到合格的标准后可从事承压类焊缝施焊。
4.3焊接工艺及管理措施
焊接工艺评定通过对拟定的焊接工艺施焊试板进行试验以验证该工艺所施焊的焊接接头是否满足各项性能指标。用于施焊压力容器承压类焊缝的焊接工艺须经过焊接工艺评定，其参数是在合格的工艺评定范围内。焊接工艺人员应根据产品设计文件、技术要求和制造条件，依据评定合格的焊接工艺，从实际情况出发，按每个焊接接头编制焊接工艺文件。因此，经过焊接工艺评定合格的焊接工艺参数在施焊时必须严格遵守，不得随意改变。 如果不按照焊接工艺文件的要求施焊，即使在无损检测中没有发现焊接缺陷，其焊接接头的力学性能的金相组织与力学性能也无法得到保证，对产品质量具有潜在的危险性。因此，压力容器的施焊须有合格的焊工按照合格的焊接工艺文件要求进行，才能得到符合要求的焊接接头、保证焊接质量。
4.4焊接设备及管理措施
焊接设备是完成焊接过程的必备设备，压力容器制造单位应根据自身情况配置焊接设备，并建立设备台账，对设备的状态及保养做好记录。工作状态良好的焊接设备是顺利完成焊接工作，保证焊接质量的必要条件。焊接设备必须由专人管理，定期检查维修，其电流表、电压表应工作正常，并在检定期内。
总结：压力容器用材料的选择必须要考虑到许多因素，应选择适合于工艺和机械两方面要求的最经济的材料.选择材料还要考虑符合我国资源情况。焊接材料的选择和使用一直是压力容器和焊接行业非常关注的问题，为保证压力容器焊接质量，必须正确选取焊材.选择焊材时除根据工艺方法及冶金特点外，还应掌握焊材选料的原则和做好焊前准备等项工作.
参考文献：
纳米技术的潜在危险范文6
这次市委组织四大班子和县区主要领导、骨干企业代表等大队人马赴温台、义乌等地学习考察，决心很大、收获启发也很大。可以说每到一地，我们都能强烈地感受到解放思想、自主创新给当地经济社会发展带来的蓬勃生机和活力，也让我们强烈地感受到**与这些地区的差距。
比较台州、温州和义乌等先进地区，我们**现在最缺的是经济总量，最缺的是综合实力，最缺的是自主创新能力，最缺的是大企业、大项目的支撑力。新一轮**经济发展必须依靠科技第一生产力，必须依靠人才第一资源。现在推进科技创新的大环境越来越好，各级党委政府对加快推进科技创新、努力推进经济结构调整和发展方式转变的认识越来越到位，作为科技战线的全体同志，肩负的责任很大，我们一定要乘势而上，奋发有为，争取通过几年的艰苦努力，进一步提升我市科技创新能力，为建设科技强市奠定扎实基础。
一是要切实增强时不我待的紧迫感。近年来，从中央到地方先后召开了科技大会和自主创新大会，为我们加快推进科技创新指明了方向。上半年召开的省第十二次党代会第一次明确提出“自主创新是推进我省又好又快发展的核心战略”，把自主创新提高到了一个全新的高度。上周召开的市委六届四次全会对加快推进我市科技创新、推动经济社会又好又快发展再一次作出了部署和要求。应该说，科技创新的外部环境和大背景从来没有象今天这么好。
随着科学发展观的深入贯彻和市场经济的加速发展，市场倒逼机制将促使企业不断增强创新意识、自觉提升创新能力。随着我市与上海、杭州、南京等周边大中城市快速交通网络的建立和完善，我市创新环境和条件将会不断改善。随着国内外名院大所加快向长三角地区转移，我市开展科技合作的环境将不断优化。我们处在一个十分难得的发展机遇期，科技工作已经迎来了加快发展的春天。机遇稍纵即逝，我们一定要发扬时不我待、只争朝夕的精神，珍惜机遇、抢抓机遇、用好机遇，乘势而上，奋发有为，努力开创科技创新工作新局面。
二是要切实增强慢进则退的危机感。通过全市上下多年来的共同努力，我市科技进步水平稳步上升，自主创新环境得到有效改善，企业创新主体意识逐步增强，高新技术产业加快发展，产学研合作深入推进，区域创新体系不断完善，科技工作呈现良好发展态势。成绩我们要充分肯定。但是，对照新形势新任务和新要求，比较省内兄弟市和长三角周边城市，我们的工作还存在明显的差距和不足：推进科技创新的思路还不宽、理念还不新；创新环境还不够优化，创新氛围还不够浓厚；企业创新主体作用还不够突出；高新技术产业的集聚和带动作用还不够明显，县区之间发展还不够平衡；科技人才总量不足、结构不尽合理，特别是领军人才缺乏；科研力量薄弱，自主创新能力不强等等。
与省内温台、宁绍、嘉兴比，与无锡、镇江、南通等长三角周边城市比，我们的发展差距不仅没有缩小，甚至还在拉大。可以说，**科技发展前有标兵后有追兵，不进则退、小进慢进也是退。我们一定要有强烈的忧患意识，变压力为动力，奋起直追，赶超跨越，努力缩小同先进地区的差距。
三是要切实增强创新创强的使命感。科技创新是区域经济竞争的核心和关键。科技创新能力的提升不仅关系**今天的发展、还关系**发展的未来。省党代会赵书记报告已经把自主创新提高到关系我省又好又快发展的核心战略这么一个高度来阐述。市委六届四次全会把推动科技创新作为全市开展“解放思想、激发活力，创业富民、创新强市”大讨论大实践活动的主要内容，孙书记和马市长讲话中都对加快推进科技创新、激发全社会创新活力提出了明确要求。各级政府和科技部门要认清形势，明确责任，按照核心战略的要求，按照创新强市的要求，对照先进，寻找差距，以强烈的事业心、责任感，勇敢地肩负起时代赋予我们的历史责任，不遗余力、不辱使命，奋力拼搏、创优争先，以更新的理念、更宽的视野、更大的力度、更实的措施，努力推进我市科技创新工作实现新跨越。
二、更新观念，进一步理清科技创新工作思路
主要讲二个观点：
第一，推进科技创新，必须进一步转变观念
思想是行动的先导。加快推进科技创新的前提是摒弃那些束缚自主创新能力发展的思想观念。各级政府和科技部门要教育和引导全社会、特别是企业家转变“四种观念”：一是要切实转变重资金引进轻核心技术掌握的思想。在招商引资过程中，我们既要强调引进资金，也要关心是否得到了核心技术。能否在合作过程中培育自己的创新能力是关键中的关键，否则到头来必将受制于人。二是要切实转变重眼前利益轻长远利益的思想。飞跃集团董事长邱继宝说的好：“企业是创新的主体，只有坚持自主创新，才能在日益激烈的市场竞争中获得永生。”自主创新虽然在初期投入成本较高，但却避免了引进技术需要支付的高昂代价，也避免了投产后将绝大部分利润拱手让人的局面。从长远看，企业只有通过增加研发投入进行自主创新，才能真正掌握自身发展的命运。三是要切实转变重跟踪模仿轻自主创新的思想。跟踪仿制人家的产品虽然对于企业来说风险较低，但在技术发展的道路上却始终落后于人，不能掌握主动权，同时还存在着潜在的知识产权纠纷等危险。所以，只有进行自主创新，才能真正掌握技术发展的主导权，实实在在地规避各种风险，获取最大的经济效益和持续发展的后劲。四是要切实转变重竞争轻合作的思想。特别是要加强市内区域特色产业和同类型企业间的技术交流与合作，集中资源进行关键共性技术的联合攻关，避免重复研究，加快研发速度，共享创新成果，增强一致对外的竞争力。
第二，推进科技创新，必须进一步理清思路
自主创新包括原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。从我市的实际出发，积极开展原始创新，重点立足集成创新和引进消化吸收再创新，充分利用国内外科技资源，提高自主创新能力，将是我市自主创新工作坚定不移的指导方针。为此，我们要积极调整发展思路。一是在发展路径上，要逐步放弃简单的模仿，加强自主创新，不断增强持续创新能力；二是在创新方式上，要以重大产品和新兴产业为中心，集成创新和引进消化吸收再创新，努力实现关键技术的突破，形成自主知识产权；三是在创新体制上，以建立企业为主体、市场为导向、产学研结合的技术创新体系为突破口，加快科企合作项目落地，努力提高产学研合作成功率，推进创新成果产业化；四是在发展部署上，要强调科技创新与科技普及、人才培养并重，扩大科技创新的社会基础；五是在科技合作上，要针对实际需求，重在实际效果，不拘泥于形式和载体，主动寻找和利用国内外一切科技创新资源，有效服务于我市经济社会发展。
三、突出重点，扎实推进科技创新各项工作
关于下一步工作，总的是要按照市委、市政府去年召开的全市科技创新大会的部署和要求来开展，按照建设科技强市和创新型城市的目标任务来开展。下半年和今后一个时期，各县区和市、县科技部门要重视研究和做好六个方面的工作：
(一)切实重视高新技术企业和高新技术产业的培育发展
加快高新技术企业和高新技术产业的培育与发展，是扩张我市经济总量、提升经济质量的重点和关键，是加快我市经济结构调整、转变经济发展方式的基础和希望，必须引起各级的高度重视。今后一个时期，重点要做好四方面工作：一是要大力培育科技型企业和高新技术企业。经过5年的努力，争取新培育100家市级以上科技型中小企业，新发展100家左右省级以上高新技术企业，做强做大10家省级以上高新技术企业。二是要大力促进高新技术企业的集聚发展。加快推进**省级高新技术产业园区建设，积极争创国家级高新技术产业园区，更好地发挥高新园区的集聚作用和引领作用。三是要大力发展高新技术特色产业群。在继续做强做大长兴无机非金属材料、南浔特种电磁线、德清生物医药三个省级以上高新技术特色产业基地的同时，加大扶持力度，加快培育长兴绿色电池、吴兴有色金属合金(不锈钢)、南浔电梯和开发区水处理设备等四大新兴特色产业基地，形成更多高新技术产业集群。四是要加大力度支持传统产业的升级和改造。重点支持关键共性技术的联合攻关，运用信息技术、纳米技术等先进适用技术，改造和提升我市丝绸、建材等传统优势产业，努力实现传统产业的高新化。
(二)切实重视科技创新平台和服务体系建设
继续引进大院名校，合作共建科技创新平台，使创新平台真正成为创新要素集聚高地、创新成果研发高地和创新成果转化高地。一是要加快重点公共创新平台建设。继续加快南太湖科技创新中心建设步伐，抓紧建立常设管理机构，制订和完善科创中心发展规划、产业导向政策、科研项目管理等一系列制度，进一步开展招才引智工作。继续推进中科院**工业生物技术中心、浙江太极信息技术研究院等一批重点公共创新平台建设。加快安吉、吴兴、南浔科技创业园建设。在重视引进大院名校共建创新载体的同时，我们更要重视研究如何使大院名校的合作项目落地、加快形成产业化和现实生产力。要防止出现重前道引进、轻后道服务，重引进院校、轻项目对接的现象。二是要引导和鼓励企业建立研发中心(技术中心)。充分发挥企业创新主体的作用，调动企业自主创新的积极性。要通过5年的努力，重点培育省级以上企业研发中心60家。三是要积极培育和推进科技中介服务机构建设。巩固和完善中国浙江网上技术市场**分市场网络平台。大力发展技术市场、技术咨询、技术服务、专利、成果推广等各类科技中介服务组织。
(三)切实重视科技项目的组织和申报
项目是载体、是基础。没有项目就没有发展后劲，离开项目就不可能谈自主创新。我们**现在缺的就是大项目、好项目、高项目。各县区要十分重视科技项目的组织和申报工作，争取更多的“大好高”项目能列入省以上科技创新项目，争取更多的国家和省项目经费资助。一是要围绕经济结构调整和新农村建设，实施一批科技项目。使科技创新在促进一产、加快二产、提升三产等方面发挥更大作用。二是要围绕节能降耗，组织实施一批科技项目。开发推广清洁生产技术、节水、节能、节材、节地和资源再生利用技术，支持发展循环经济。三是要围绕环境保护，组织实施一批重大科技专项。配合省科技厅组织实施好“太湖流域水污染生物防治关键技术集成研究和工程示范”省级重大科技专项，启动实施市级重大科技专项，为治理太湖蓝藻和水污染防治提供科技支撑。四是要围绕社会发展领域重大问题，组织实施一批科技项目。以健康与安全为重点领域，以重大疾病防治、新型药物开发、重大自然灾害与突发公共安全事件监测、预警和快速处置等方面的关键共性技术为目标，组织科技攻关和先进适用技术的推广应用。要更多地争取省级重大项目，特别是国家科技部的项目。
(四)切实重视知识产权保护和专利工作
以创建国家知识产权试点城市为目标，全面加强知识产权工作。一是要切实加大知识产权法制宣传的力度。努力提高社会公众的知识产权法制意识。二是要切实加强专利申请和专利示范企业创建工作。进一步提高我市专利申请总量，努力提升发明专利申请、授权的比重。积极开展企业专利示范和试点工作，鼓励和支持企业争创省级专利示范企业。三是要切实加强专利执法和专利侵权纠纷调处工作。
(五)切实重视科技创新人才队伍建设
推进科技创新，人才队伍是关键。要在抓好现有政策落实的基础上，学习借鉴先进地区经验，研究和推出一系列新的政策和措施。一是要抓紧启动“创新创业领军人才和团队培养引进计划”。加快制定《关于实施**创新创业领军人才计划的实施细则》，研究出台能够吸引领军人才来湖创新创业的配套政策。经过5年努力，力争培育和引进一批领军人才和团队来湖创新创业。二是要抓紧启动“专利管理工程师培养计划”。加快制定和出台《**市专利管理专业工程技术人员任职资格暂行办法》，抓紧启动“专利管理工程师培养计划”，争取用5年左右的时间，在全市培养300名以上的专利管理工程师。三是要探索建立“专利特派员”制度。借鉴国内先进城市经验，结合我市实际，探索建立“专利特派员”制度，面向社会(特别是专利事务所等专业机构)选派优秀的专利从业者赴企业参与专利管理，帮助企业更好更快推进专利工作。四是要加快实施“技能型人才培养工程”。办好各级各类职业院校，推进职业教育“五大工程”的实施，为我市自主创新培养一大批技能型人才。
(六)切实重视组织好下半年各项重大活动
一是要高质量组织好南太湖科技经贸洽谈会。市科技局已经把有关目标任务分解到各县区，刚才叶局长专门就科技经贸洽谈会有关准备工作作了部署和要求，活动结束后我们还要专门进行总结、评比和表彰，希望大家思想上进一步高度重视，克服麻痹松懈思想，高标准、严要求、高质量抓好各项筹备工作的落实。各县区组织参展的企业要具有一定的代表性，有一定的规模。签约项目一定要实，要有质量和档次，防止形式主义和重复签约。二是要重视组织好深圳高交会参展活动。高交会已经办了多年，各县区要进一步重视研究和改革组织工作的方式方法，调动企业参展积极性，认真组织有关人员观展和参加交易活动。三是要统筹安排好下半年各项科技合作活动。组织企业参加中国浙江网上技术市场活动周和接轨上海活动周等一系列科技活动，不断提高各项科技活动的实际成效。
四、强化领导，努力营造科技强市建设良好环境
各级政府和科技部门要进一步统一思想，提高认识，按照市委、市政府提出的“实施核心战略、建设科技强市”的要求，切实加强和改善对科技工作的领导，把自主创新摆在突出位置来抓，积极做好搭建平台和营造环境的工作，及时研究和解决工作中遇到的各种困难和问题，努力营造全市上下团结一心、共建科技强市的良好环境和氛围。当前，重点要做好四个方面工作：
一要创新完善党政领导科技进步目标管理责任制。实践证明，科技进步目标管理责任制的推行，对统一各级党政领导的思想、增强全社会科技意识、形成自主创新合力等具有重要作用。各县区要进一步重视和研究科技进步目标管理责任制的完善，在现有工作基础上，努力实现目标责任制的向下延伸，真正在全市建立起横向到边、纵向到底的自主创新领导责任体系。
二要加快推进科技创强“三级联创”活动。科技创强是推进区域创新能力不断提升的有效载体。市委、市政府已经明确提出了创建科技强市的目标和任务，德清县、长兴县已经进入省科技强县行列。安吉县和吴兴区、南浔区要认真制订创建规划，扎实推进创强工作，争取早日成为省科技强县(区)。同时，各级科技部门要协助政府抓紧研究和制定科技强乡(镇)创建标准，在全市加快启动“三级联创”活动。三县要重视科技局领导班子建设，配强人员和力量；吴兴区和南浔区要结合体制完善，争取科技局单设，为创建科技强区作保证。
