将科幻融入现实的终极材料-碳纳米管

如果在未来，人类需要频繁往返地球和太空，火箭的运载力有限并且产生较大的污染和浪费，该如何解决呢？

1978年科幻作家阿瑟·克拉克在《天堂之泉》一书中具体描述了“太空天梯”，将其描述为一根长长的缆绳，人们可以通过这根连接空间站和地面的缆绳往返太空与地面之间，并且将建设材料运到宇宙之中建设太空城市。

既然是天梯，一定要与太空相连，科学家们认为连接物可能是刚性的，更有可能是柔性的，成本更低并且更加可靠。最接近这种设想的就是“新材料之王”碳纳米管(CNTs)。

早在2005年，NASA就正式宣布将“太空天梯”作为“世纪挑战”的首选项目。时至今日这种设想依旧是个挑战严峻的课题，还有许多问题需要解决，但是随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。

碳纳米管（CNTs），是一种具有超大长径比的一维空心管状结构的纳米材料。其管壁由一层到数十层的正六边形sp2杂化的碳原子构成，直径为几纳米至数十纳米，长度为微米到毫米甚至厘米。超高强度（被誉为“分子钢筋”）、高导电、高导热及高电磁屏蔽等是碳纳米管最优异的性能。

1991年，日本物理学家饭岛澄男在一次实验中以两根石墨棒作为电极，在其上施加电流，火花在石墨棒之间形成拱形，随之而来的一团碳气体喷出。当含碳空气沉淀在腔壁上时形成了一层薄薄的黑色烟灰，在里面发现了碳纳米管这种新型材料。

接下来的几十年，随着对碳纳米管的深入 探索 ，碳纳米管能够实现广泛应用的根本在于其成熟的制备方法。

常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、CVD法（化学气相沉积法）等。碳纳米管的CVD生长可以在真空或大气下压进行，通过这些方法可以合成大量的碳纳米管，持续增长的进步使得碳纳米管在商业上具有可行性。

CVD法大量合成超长碳纳米管

碳纳米管在声、光、电、力、热、磁方面都具有其他材料无可比拟的优势，通过科学家不断地对碳纳米管结构与性能的研究，以及大规模工程制备技术的研发，碳纳米管的应用已经走到了其他纳米材料的前列。

电子领域

碳纳米管是一种可用于制造大规模集成电路的替代方案，在摩尔定律即将失效的当今，其性能超过了相同尺寸的传统硅晶体管。碳纳米管具有功耗低、效率高等优点是开发下一代晶体管的理想材料。

新能源领域

碳纳米管优良的导电性与化学稳定性，可以在锂电池正极材料的颗粒之间架起一座座桥梁构成导电网络，与导电炭黑相比电阻更低、电子传导更快。同时碳纳米管的柔性特质可以阻止由于充放电体积膨胀引起的锂电池寿命缩短。目前智能设备和新能源 汽车 都能找到碳纳米管的身影。

生物工程领域

碳纳米管具有生物相容性且无毒，其优异的稳定性不会引发免疫反应，结合导电性和强度碳纳米管作为神经接口材料变得极具吸引力。马斯克的脑机接口研究一直专注于更小的电线，碳纳米管电线可以做到更小、更灵活同时身体更易接受，是潜在改变 游戏 规则的生物医学植入材料。

加热采暖领域

汉纳材料历经10年时间，独创了碳纳米管面热源技术。经CVD技术合成的高质量碳纳米管经无损分散后制备成均一分散的“碳浆”，再经精密成膜技术做成厚度仅10μm的面热源。

通电后，碳纳米管中的碳原子在电场作用下发生振动，原子核周围的电子发生能级跃迁，在迁移回基态时，以远红外线形式释放能量，进而形成均匀发热的面状发热体。该技术的电-热转化效率高达99.8%，电-远红外线转换效率高达83%。

碳纳米管面热源技术主要应用于三个领域：新能源 汽车 、建筑楼宇、智能穿戴设备。新能源 汽车 方面碳纳米管面热源技术可以有效辅助加热电池，减少在低温环境中电量的衰减。采暖方面区别于传统水地暖纳米地暖有着更节能、更快捷、更舒适等优势。同时汉纳材料基于这项技术开发出柔性加热片，为智能可穿戴设备的发展前景提供有力的技术储备。

就像每一项重大材料创新一样，从引领航空航天取得重大突破的硬化铝，到开辟计算机新世界的硅半导体，再到美好人居生活方式的缔造，碳纳米管将打开更多未知新世界的大门。

磨床一般在工程机械行业应用比较广泛，一般磨床可分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、齿轮磨床、导轨磨床、无心磨床、工具磨床等，生活中比较常用的是外圆磨床和平面磨床。使用十分广泛。台湾建德磨床还不错。

对于采购商来讲，都想通过低成本购入高品质的磨床，而一款好的磨床不但可以提高生产效率，还能降低企业生产成本。而台湾建德磨床作为世界品牌，在国内外占有重要的地位，在这些年来也获得广大客户群体的认可与支持，积累了众多的建德粉丝，名气还是非常大的。这主要取决于建德磨床的品质及服务方面做得非常到位。

建德公司从1966开始到今，对于磨床品质的要求是极其高的，对于磨床的品质做到了精益求精。同时，在售前售后服务方面也是在世界各地设立了不同的服务网点，让每一位客户购买建德品牌的磨床都能享受到优质的服务。

平面磨床

电灯，即用电作能源的人造照明用具，电灯将电能转化为光能，在黑夜或暗室为人类照明。自电灯发明以来，它大大推动了人类的发展。

电灯，即用电作能源的人造照明用具，电灯将电能转化为光能，在黑夜或暗室为人类照明。自电灯发明以来，它大大推动了人类的发展。

一、白炽灯

（Incandescent lamp）

1.普通白炽灯即一般常用的白炽灯泡

特点：显色性好(Ra=100)、开灯即亮、可连续调光、结构简单、价格低廉，但寿命短、光效低。

用途：居室、客厅、大堂、客房、商店、餐厅、走道、会议室、庭院。

运用方式：台灯、顶灯、壁灯、床头灯、走廊灯。

二、卤钨灯

（tungsten halogen lamp）

填充气体内含有部分卤族元素或卤化物的充气白炽灯。具有普通照明白炽灯的全部特点，光效和寿命比普通照明白炽灯提高一倍以上，且体积小。

用途：会议室、展览展示厅、客厅、商业照明、影视舞台、仪器仪表、汽车、飞机以及其它特殊照明。

三、气体放电灯

(discharge lamp)

1.低气压放电灯( low pressure (vapor) discharge lamp) (1)荧光灯(fluorescent lamp)

四、荧光灯

（俗称日光灯）

特点：光效高、寿命长、光色好。

荧光灯有直管型、环型、紧凑型等，是应用范围十分广泛的节能照明光源。

用直管型荧光灯取代白炽灯，节电70~90%，寿命长5~10倍；

对直管型荧光灯进行升级换代，节电15~50%；

用紧凑型荧光灯取代白炽灯，节电70~80%，寿命长5~10倍；

五、高强度气体放电灯

(high intensity discharge lamp-HID)

高强度气体放电灯有：荧光高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯。

(1)荧光高压汞灯

特点：寿命长、成本相对较低。

用途：道路照明、室内外工业照明、商业照明。

(2)高压钠灯

特点：寿命长、光效高、透雾性强。

用途：道路照明、泛光照明、广场照明、工业照明等。

(3)金属卤化物灯

特点：寿命长、光效高、显色性好。

用途：工业照明、城市亮化工程照明、商业照明、体育场馆照明以及道路照明等。

(4)陶瓷金属卤化物灯

特点：性能优于一般金卤灯。

用途：商场、橱窗、重点展示及商业街道照明。

(5).低压钠灯

特点：发光效率特高、寿命长、光通维持率高、透雾性强，但显色性差。

用途：隧道、港口、码头、矿场等照明。

六、高频无极灯

（electrodeless lamp）

特点：超长寿命（40000~80000小时）、节能、无电极、瞬间启动和再启动、无频闪、显色性好。

用途：公共建筑、商店、隧道、步行街、高杆路灯、保安和安全照明及其他室外照明。

七、卤素灯泡

卤素灯泡（Halogen lamp），亦称钨卤灯泡，是白炽灯的一种。原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体。在高温下，蒸发的钨丝与卤素进行化学作用，蒸发的钨会重新凝固在钨丝 上，形成平衡的循环，避免钨丝过早断裂。因此卤素灯泡比白炽灯更长寿。此外，卤素灯泡亦能以比一般白炽灯更高的温度运作，它们的亮度及效率亦更高。不过在 这温度下，普通玻璃可能会软化。因此卤素灯泡需要采用熔点更高的石英玻璃。而由于石英玻璃不能阻隔紫外线，故此卤素灯泡通常都而需要另外使用紫外线滤镜。卤素灯泡上的水晶玻璃如果有油，会造成玻璃上温度不一，减低灯泡的寿命。因此换卤素灯泡时要避免人手触及灯泡的玻璃。

八、钨丝灯

钨丝工业的发展从一开始就是同照明灯泡工业紧密联系在一起的。

1878年，爱迪生 (T．A．Edison)发明了碳丝灯泡。但这种灯泡存在着严重的缺点， 主要是寿命太短。将近20年后(1897年)，碳丝被锇丝和钽丝所取代，但由于Os、Ta熔点较低，因而工作温度和光效低。

1903年，根据杰司特 (A．Just)和汉纳门(F．Hannaman)的专利，匈牙利首次制造出钨灯丝。它是将碳丝在含有自由氢的钨的卤氧化物蒸汽中通过电流加热到高温，使 碳完全被钨置换。这样制得的白炽灯丝或多或少地含有碳，不仅脆性相当严重，而且灯泡在使用时，灯丝不断致密化，因而灯丝的电参数会发生变化。

1904年， 杰司特和汉纳门认识到了碳对脆性的影响，采用无碳的粘结剂与钨的化合物混合，再挤压成丝，然后在氢中加热还原成金属。这种方法制得的钨丝非常脆，但由于它 的光效要好得多，还是取代了碳丝、锇丝和钽丝用于制作灯泡。[1]

相关信息

无绳电灯

美国麻省理工学院研究人员2007年6月10日进行了“无绳灯泡”的实验。由索尔贾希克领导的研究小组利用两个铜丝线圈充当共振器，一个线圈与电源相连，作为发射器；另一个与台灯相连，充当接收器。结果，他们成功地把一盏距发射器2.13米开外的60瓦电灯点亮。而且试验显示“无线电能传输”技术对人类无害，因为电磁场只对能与之产生共振的物品有影响。

LED的结构及发光原理

50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。

LED结构

发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

LED光源的特点

1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。

2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%

3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境

4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%

5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级

6. 对环境污染：无有害金属汞

7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色

8. 价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。

LED显示器

现代显示屏使用LED做背光源的显示技术。

中国的第一盏电灯

中国的第一盏电灯出现在清光绪五年四月初八 (1879年5月28日),，当时在上海公共租界工部局工作的电气工程师英国人毕晓浦(J. D. Bishop)在境内乍浦路一幢仓库里，以10马力(7.46千瓦)蒸汽机为动力，带动自激式直流发电机发电，点燃碳极弧光灯，由此，宣告电灯在中国开始投入使用。

1882年英国人立德尔购买美国制造的发电设备，在南京路江西路北角(今华东电业管理局)创办了中国第一家发电厂，并在外滩一带串接15盏电灯。夜幕下，眩人眼目的弧光灯吸引了成百上千的市民翘首围观。

上世纪50年代，在鼓浪屿上，每天晚上只要电灯暗了一下立马又亮起来，人们就知道是8点整了。

新发明

“重力电灯”依靠重力产生电力，其亮度相当于一个12瓦的日光灯，且使用寿命长。

来自美国弗吉尼亚州的克雷·毛尔顿，去年在弗吉尼亚科技大学获得了硕士学位。他的研究课题是一种使用发光二极管制成的灯具，这种灯具被命名为“格拉维亚”，它事实上是一个高度略大于4英尺(约1.21米)、由丙烯酸材料做成的柱体。这种灯具的发光原理是：灯具上的重物在缓缓落下时带动转子旋转，由旋转产生的电能将给灯具通电并使其发光。

这种灯具的光通量为600至800流明(相当于一个12瓦日光灯的亮度)，持续时间为4小时。要打开灯具， *** 作者只需将灯上的重物从底端移到顶部，将其放进顶部的凹槽里。让重物缓缓下降，只需几秒钟，这种发光二极管灯具即被点亮。

克雷·毛尔顿说， *** 作这种灯当然要比按开关麻烦，但仍可接受，而且更显有趣，这就好比给一款古典的钟表上弦或悠然自得地冲上一杯可口的咖啡。毛尔顿估计，格拉维亚灯具的使用寿命可以达到200年以上。目前，这种名为“格拉维亚”的灯具已经申请并获得了专利。

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