纳米技术就在我们身边

纳米技术是20世纪90年代兴起的高新技术。如果说20世纪是微米的世纪，21世纪必将是纳米的世纪。

什么是纳米技术呢？这得从纳米说起。那你是非常非常小的长度单位，一纳米等于十亿分之一米。如果直接把一微米的小球放在乒乓球上 ，相当于把乒乓球放在地球上，可见纳米是多么的小。纳米技术的研究对象一般在一纳米到100纳米之间，不仅肉眼根本看不见，就是普通的光学显微镜也无能为力。这种纳米级的物质拥有许多新奇的特性，纳米技术就是研究并利用这些特性造福人类的一门学问。

纳米技术将给人类的生活带来深刻的变化。在不远的将来，我们的衣食住行都会有纳米技术的影子。

小学四年级下册语文《纳米技术就在我们身边》优秀思维导图

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“小纳米”蕴含大市场：美国研发新型纳米材料，充电更快更安全

随着可再生能源的快速发展和环境意识的增强，高效能源存储技术备受关注。其中，水锌空气电池作为一种具有潜力的清洁能源存储装置，受到了广泛的关注。然而，水锌空气电池在实际应用中仍面临着许多挑战，其中之一就是氧电极的稳定性和活性。

近年来，研究者们通过引入纳米材料来增强氧电极的催化活性和稳定性。在这方面，硫调制FeNi纳米合金表现出了良好的前景。硫调制是一种新颖的方法，通过在纳米合金中引入硫原子，可以调控其晶格结构和电子结构，从而改善材料的催化性能。

硫调制FeNi纳米合金具有较大的比表面积和丰富的表面缺陷，提供了更多的活性位点用于电化学反应。这些位点能够提供充足的催化活性，从而有效促进氧还原反应和氧析出反应。

硫调制FeNi纳米合金具有优异的电子传导性能和催化活性。硫原子的引入可以调节纳米合金的电子结构，增强电子在材料内部的传输，并提高其对氧分子的吸附和解离能力。这意味着硫调制FeNi纳米合金可以实现有效的氧还原和氧析出反应，从而提高水锌空气电池的性能。

硫调制FeNi纳米合金还具有出色的稳定性。通过硫调制，纳米合金的晶格结构得到了调控，使其更加稳定抵抗氧极环境中的腐蚀和衰减。这种优异的稳定性可以延长氧电极的使用寿命，并提高水锌空气电池的循环稳定性。

硫调制FeNi纳米合金作为高效可充水锌空气电池双功能氧电极具有巨大的潜力。其优异的催化活性、电子传导性能和稳定性使得它成为一种理想的氧电极材料。未来的研究应该进一步优化硫调制方法，探索更多纳米合金材料，并整合到水锌空气电池系统中，以实现更高效、可靠的清洁能源储存技术。

水锌空气电池作为一种具有潜力的清洁能源存储装置，为解决可再生能源储存问题提供了一种可行的解决方案。然而，水锌空气电池中的氧电极催化活性和稳定性仍然是限制其性能的关键因素。通过硫调制方法对FeNi纳米合金进行表面调控，研究其在水锌空气电池氧电极中的应用效果。

水锌空气电池是一种新型的清洁能源存储技术，具有高能量密度、低成本和环保等优势。然而，当前水锌空气电池中的氧电极仍然存在催化活性不高、稳定性差等问题，限制了其实际应用。因此，寻找高效的氧电极材料是提高水锌空气电池性能的关键。

选择FeNi纳米合金作为氧电极材料，并采用硫调制方法对其表面进行调控。具体步骤如下：制备FeNi纳米合金样品；进行硫调制处理，将硫原子引入纳米合金的晶格中；通过表征技术对调控后的样品进行结构、形貌和催化性能等方面的分析。

通过X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）等表征技术，发现硫调制使得FeNi纳米合金的晶格结构发生调控，并且形成了一定数量的硫原子位点。这些硫原子位点可以作为催化活性位点，提供更多的反应中心，从而促进氧还原反应和氧析出反应。

电化学测试结果表明，在水锌空气电池中，硫调制FeNi纳米合金表现出较高的催化活性和稳定性。与未经硫调制的纳米合金相比，硫调制样品在较低的电位下就能够实现较高的氧还原反应速率，并且在长时间循环测试中表现出更好的循环稳定性。

通过硫调制方法对FeNi纳米合金进行表面调控，并研究了其在水锌空气电池氧电极中的应用效果。研究结果表明，硫调制FeNi纳米合金具有较高的催化活性和稳定性，可作为一种潜在的高效可充水锌空气电池双功能氧电极材料。未来，还需进一步优化硫调制方法，深入研究硫原子对纳米合金催化性能的影响机制，以进一步提高水锌空气电池的性能和实现其在清洁能源领域的广泛应用。

水锌空气电池其中的氧电极仍然存在着活性低和稳定性差等问题。通过硫调制方法对FeNi纳米合金的电子结构进行调控，以提高其在水锌空气电池氧电极中的催化活性和稳定性。

水锌空气电池是一种有望解决可再生能源储存问题的技术，但其氧电极的活性和稳定性仍然是限制其性能的关键因素。针对此问题，采用硫调制的方法对FeNi纳米合金进行电子结构调控，以改善其在水锌空气电池氧电极中的催化性能。

合成FeNi纳米合金样品；利用硫调制方法在纳米合金表面引入硫原子；通过表征技术（如X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射光谱）研究样品的电子结构变化；将硫调制后的FeNi纳米合金应用于水锌空气电池氧电极，并进行性能测试和评估。

经过硫调制处理，FeNi纳米合金的电子结构发生了显著变化。X射线光电子能谱表明，硫原子成功地与纳米合金中的铁和镍原子形成了化学键，改变了材料的局部电子态密度。紫外-可见漫反射光谱结果显示，硫调制使得FeNi纳米合金在可见光范围内的光吸收性能得到提升。

电化学测试结果表明，硫调制FeNi纳米合金在水锌空气电池氧电极中展现出优良的催化活性和稳定性。与未经硫调制的纳米合金相比，硫调制样品表现出更高的氧还原反应速率和更好的长周期稳定性。

通过硫调制方法对FeNi纳米合金进行了电子结构调控，并研究了其在水锌空气电池氧电极中的应用效果。结果表明，硫调制可以显著改变纳米合金的电子结构，提高其催化活性和稳定性。这为开发高效的水锌空气电池氧电极材料提供了新思路。

FeNi纳米合金是由铁（Fe）和镍（Ni）两种金属元素组成的纳米尺寸合金材料。它具有许多独特的物理和化学性质，因此在多个领域中具有广泛的应用潜力。

FeNi纳米合金的制备方法通常包括物理和化学方法。物理方法包括溅射沉积、高能球磨和气相沉积等，而化学方法则包括溶胶凝胶法、化学还原法和电化学合成法等。这些方法可以精确控制纳米合金的粒径、形貌和组成，从而影响其性质和应用。

FeNi纳米合金具有良好的磁性特性，因此在磁性材料领域中得到广泛应用。它们在磁存储器件、传感器、磁场探测器和磁性催化剂等方面都有重要作用。此外，FeNi纳米合金还在能源存储、催化剂和生物医学等领域展示出了潜在的应用价值。

在能源存储领域，FeNi纳米合金被用作水锌空气电池、锂离子电池和燃料电池等的电催化剂材料。由于其优异的催化性能和良好的电导性，FeNi纳米合金可以提高这些电化学设备的能量转换效率和循环稳定性。

总之，FeNi纳米合金作为一种多功能材料，在磁性材料、能源存储和催化领域中具有广泛的应用潜力。随着对其制备方法和性质的深入研究，相信会有更多新颖的应用涌现出来。

磁性材料是一类具有磁性质的物质，它们能够产生、吸引或者排斥磁场。磁性材料可以根据其磁性特性分为三大类：铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料。

铁磁材料：铁磁材料包括铁、镍、钴等金属及其合金，以及氧化铁等化合物。这些材料在外加磁场下会形成强磁畴，并保留一定的剩余磁化强度（磁化后去除外部磁场后仍然保持一定的磁化强度）。铁磁材料在电机、变压器、磁盘存储器等领域中得到广泛应用。

顺磁材料：顺磁材料具有较弱的磁性，当外磁场作用时，顺磁材料会被磁场吸引并暂时获得一定的磁化强度，但在去除外部磁场后会失去磁性。常见的顺磁材料包括铝、锌、银等元素，以及一些化合物和离子。顺磁材料在医学成像、磁性流体等领域有应用。

抗磁材料：抗磁材料在外磁场作用下呈现排斥磁场的特性，不具备任何磁性。抗磁材料包括贵金属如金、铂等，以及一些氧化物和化合物。抗磁材料广泛应用于精密仪器、实验室设备和磁性屏蔽等领域。

除了上述分类，还有一些特殊的磁性材料，如自旋玻璃材料、反铁磁材料等，在磁性材料的研究和应用中也具有重要地位。

磁性材料在许多方面都有广泛的应用，包括电动机、发电机、传感器、计算机存储器、磁共振成像（MRI）、磁选分离、磁性储存介质等。随着对磁性材料性能和制备方法的不断深入研究，人们可以开发出更多高性能、多功能的磁性材料，进一步推动多个领域的发展。

水锌空气电池是一种新型的电化学能源存储装置，其氧电极在电池中起到关键作用。氧电极负责催化氧气还原反应，将氧气还原为氢氧根离子（OH-），同时释放出电子。这些电子可用于电池的电能输出。

常见的氧电极材料包括铂（Pt）和其合金，如铂钴（Pt-Co）、铂铁（Pt-Fe）等。然而，由于铂及其合金的高成本和有限的资源，研究人员一直在探索替代的非铂催化剂材料。

FeNi纳米合金是一种具有应用潜力的非铂催化剂材料，可以用于水锌空气电池的氧电极。由于FeNi纳米合金具有良好的电导性和催化活性，它可以加速氧气的还原过程，提高电池的能量转换效率。

通过界面调控技术，例如硫调制方法，可以进一步优化FeNi纳米合金在水锌空气电池氧电极中的性能。硫调制可以改变纳米合金表面的化学组成和微观结构，增加活性位点的数量，并提高催化活性和稳定性。

因此，FeNi纳米合金及其通过硫调制进行界面调控的材料是研究人员关注的焦点之一。通过优化氧电极材料的设计和制备方法，可以提高水锌空气电池的效能和循环寿命，推动该技术在可再生能源存储领域的应用。

值得我们自豪的科技创新有哪些？

过去的一年多各大媒体集中总结了中国科技领域的创新，虽然各媒体的侧重点不同，但这些科技创新都是可大书一笔的。我们从这些诸多的科技创新中随意截取一些，哪一个都是值得我们自豪的。除了“九天揽月”（探月）和“五洋捉鳖”（深潜）之外，下述的科技创新也正在改变着人类历史。

北斗导航系统全面建成。北斗导航系统完全是由我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，是我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能最高、与百姓生活关联最紧密的巨型复杂航天系统，由卫星、火箭、发射场、测控、运控、星间链路、应用验证七大系统组成。如今，北斗导航系统已经开始为全球和全人类提供服务。

“中国天眼”正式开放，为世界最大单口径射电望远镜。被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜通过国家验收正式开放运行，成为全球最大且最灵敏的射电望远镜，也意味着人类向宇宙未知地带探索的眼力更加深邃，眼界更加开阔。

新一代载人飞船试验船飞行试验圆满成功。由中国航天科技集团有限公司第五研究院研制的新一代载人飞船试验船的返回舱成功降落在东风着陆场预定区域，这标志着试验船飞行试验任务圆满成功，也意味着中国载人航天事业开启了新的篇章。

中国首台类脑计算机研制成功。浙江大学与之江实验室共同研制成功我国首台类脑计算机，这也是目前全球神经元规模最大的类脑计算机，可实现通过语音开展移动指令，对现场进行巡逻、营救和抢险任务，模拟视觉、听觉和嗅觉等多个不同脑区，运用“意念”打字、唱歌、念诗等多种智能任务。研究团队表示，随着类脑芯片不断迭代升级，未来类脑计算机或将植入手机、机器人，产生新的智能服务体验。

“九章”问世。我国科学家成功研制出中国量子计算原型机“九章”。其求解数学算法高斯玻色取样的速度仅为200秒，而目前的超级计算机要用6亿年。这说明中国在量子计算机领域已经超过了美国谷歌研发的铃木量子计算机，重新夺回了量子霸权。

我国最高参数“人造太阳”建成。我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（HL-2M）于2020年12月4日建成放电，标志着我国跨入全球可控核聚变研究前列。该装置是我国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，采用更先进的结构与控制方式，等离子体体积达到国内现有装置2倍以上，电流能力提高到2.5兆安培以上，离子温度可达到1.5亿摄氏度，能实现高密度、高比压、高自举电流运行，是实现我国核聚变能开发事业跨越式发展的重要依托，也是我国消化吸收ITER技术的重要平台。

我国率先实现水平井钻采深海可燃冰。天然气水合物通常称为可燃冰。科学家在水深1225米的南海神狐海域的试采创造了“产气总量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米”两项新世界纪录。此次试采攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术，实现了从探索性试采向试验性试采的重大跨越，在产业化进程中取得标志性成果。我国也成为全球首个采用水平井钻采技术试采海域天然气水合物的国家。

抗击新冠肺炎疫情引出四项科学发现。新冠肺炎疫情是2020年全球最重要的公共卫生事件。在全力抗击疫情的过程中，中国科学家在科学研究方面做出了成绩，分离新冠病毒、破解病毒基因序列、确定平均潜伏期、确定传播方式，成为当年最重要的科学发现之一。

我国的科技创新不仅服务于人类、造福社会，还不断地被写进学校教材之中。例如，统编小学语文四年级教材的科普单元，就有《千年梦圆在今朝》《纳米技术就在我们身边》等课文。统编初、高中语文教材中，选取了一批反映新的科学成就和科学探索以及相关领域科学家的内容。其中，有反映我国航天科技成就的《太空一日》，有反映我国国防科技成就的《一着惊海天——目击我国航母舰载战斗机首架次成功着舰》，有反映我国农业、医药、生物技术方面新成果的《喜看稻菽千重浪——记首届国家最高科技奖获得者袁隆平》《“探界者”钟扬》《青蒿素：人类征服疾病的一小步》等。道德与法治六年级教材介绍了我国大力实施创新驱动发展战略，取得了丰硕的成果，天宫、蛟龙、中国天眼、悟空号、墨子号等相继问世。这说明科技创新教育已经在学校开展，培养科技创新人才成为教育的主要目标之一。创新教育从娃娃抓起，这是中国科技创新战略可持续性发展的正确选择。

本文节选自人民日报出版社《社会热点面对面（九）》