1986-1987年間在超導(dǎo)研究領(lǐng)域中出現(xiàn)的重要突破，在世界性的范圍帶來(lái)了科學(xué)史中罕見(jiàn)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。至今，在拉開(kāi)了7年“歷史距離”之后，關(guān)于這段歷史，許多當(dāng)事人和一些記者已發(fā)表了不少著述，但其間說(shuō)法不一致之處頗多，而前幾年科學(xué)史家撰寫(xiě)的這段歷史，限于當(dāng)時(shí)可得的材料，現(xiàn)在看來(lái)也不夠詳盡和全面。[2]基于現(xiàn)有的資料，以及筆者近來(lái)對(duì)中、日、美參與了當(dāng)時(shí)工作的帶頭科學(xué)家所作的訪談，本文將首先回顧有關(guān)歷史背景，然后對(duì)從1986年突破出現(xiàn)到1987年初液氮溫區(qū)超導(dǎo)體最初發(fā)現(xiàn)的歷史重新進(jìn)行梳理，并在最后對(duì)此段競(jìng)爭(zhēng)中出現(xiàn)的若干問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論。

一、背景與突破的開(kāi)端

幾十年來(lái)，阻礙超導(dǎo)電性得以廣泛應(yīng)用的最重大的障礙之一，就是已知超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）太低。雖經(jīng)眾多科學(xué)家在此方向的多年努力，但自從1973年在鈮三鍺中發(fā)現(xiàn)23K的臨界轉(zhuǎn)變溫度之后，這一紀(jì)錄一直保持了13年之久。如此之低的溫度，通常要用代價(jià)昂貴的液氦手段才能獲得，而對(duì)液氮溫區(qū)（77K以上）超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，則似乎成了一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。超導(dǎo)研究一度曾處于低潮。但是，1986年，轉(zhuǎn)機(jī)終于出現(xiàn)在對(duì)氧化物超導(dǎo)體的研究中。

在國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室工作的瑞士科學(xué)家繆勒（A.Müller）可以說(shuō)是超導(dǎo)研究領(lǐng)域中的一位“新手”。直到1978年他去IBM在美國(guó)的一家研究實(shí)驗(yàn)室作休假研究時(shí)，才接觸到了超導(dǎo)問(wèn)題，并對(duì)氧化物超導(dǎo)體的研究產(chǎn)生了興趣。1964年，人們發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)氧化物超導(dǎo)體，即鍶鈦氧化物，但Tc只有0.3K。1975年由斯萊特（A.W.Sleight）等人發(fā)現(xiàn)的Tc為14K的鋇鉛鉍氧化物超導(dǎo)體，雖然吸引了若干科學(xué)家的注意力，但一時(shí)也未再有更驚人的進(jìn)展。1983年夏，繆勒邀請(qǐng)并說(shuō)服了在同一實(shí)驗(yàn)室工作的貝德諾茲（J.G.Bednorz）一起進(jìn)行研究，雖然對(duì)更年輕些的貝德諾茲來(lái)說(shuō)，高溫超導(dǎo)體的探索是不易有成果因而頗具“風(fēng)險(xiǎn)”的，但他還是在完成其他主要工作之外的業(yè)余時(shí)間與繆勒一道從事這項(xiàng)工作。

繆勒和貝德諾茲的最初設(shè)想是，在某些具有可導(dǎo)致畸變的所謂Jahn-Teller效應(yīng)的氧化物中進(jìn)行尋找。在二年多的時(shí)間里，他們先研究了鑭鎳氧化物系統(tǒng)，但沒(méi)有成功。1985年，在讀到了法國(guó)科學(xué)家米歇爾（C.Michel）等人對(duì)鋇鑭銅氧化物所做的研究后，他們又將注意力轉(zhuǎn)向了這種含銅的氧化物。[3]很快地，1986年1月，他們?cè)谧约褐苽涞匿^鑭銅氧樣品中，利用電阻測(cè)量觀察到了30K左右的起始轉(zhuǎn)變溫度。[4]這是一個(gè)絕對(duì)令人興奮但又有些難以置信的結(jié)果。但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，經(jīng)驗(yàn)豐富的繆勒還是堅(jiān)持繼續(xù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到4月中旬，他們才向《物理學(xué)雜志》送交了論文。該論文于4月17日為雜志收到，論文被謹(jǐn)慎地題為“鋇鑭銅氧系統(tǒng)中可能的高Tc超導(dǎo)電性”。[5]由于要進(jìn)一步確認(rèn)他們發(fā)現(xiàn)的是超導(dǎo)電性，除電阻測(cè)量之外，尚需測(cè)量其樣品的邁斯納效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)他們手頭甚至沒(méi)有可用的儀器。定購(gòu)的儀器到8月份才到貨。[6]貝德諾茲和繆勒迅速調(diào)試好儀器，果然進(jìn)一步的磁測(cè)量支持了他們?cè)瓉?lái)的結(jié)論，當(dāng)報(bào)道新結(jié)果的第二篇論文寄到《歐洲物理快報(bào)》時(shí)，已是10月22日了。[7]

在超導(dǎo)史上，曾多次有人宣稱發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體，但最終均以結(jié)果無(wú)法為他人所重復(fù)或被證偽而告終。由此大多數(shù)科學(xué)家對(duì)大多數(shù)發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體報(bào)道總是傾向于持懷疑的態(tài)度。很自然地，與對(duì)待重大科研發(fā)現(xiàn)的常規(guī)作法不同，貝德諾茲和繆勒除了送交論文去發(fā)表之外，他們沒(méi)有再以任何其他的方式來(lái)公布這項(xiàng)劃時(shí)代的成果。當(dāng)然，據(jù)一份文獻(xiàn)所講，在等待測(cè)量邁斯納效應(yīng)的儀器到達(dá)的這段時(shí)間中，他們?cè)猩贁?shù)幾次向?yàn)閿?shù)不多的人介紹其工作，但聽(tīng)眾的反應(yīng)“充其量只是不冷不熱”而已。[8]他們的第一篇文章直到9月份才正式發(fā)表（而他們第二篇關(guān)于磁測(cè)量的論文的問(wèn)世已是1987年的事了），因此，在經(jīng)過(guò)了半年之后，廣大的物理學(xué)界才有可能了解其工作。

1986-1987年間在超導(dǎo)研究領(lǐng)域中出現(xiàn)的重要突破，在世界性的范圍帶來(lái)了科學(xué)史中罕見(jiàn)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。至今，在拉開(kāi)了7年“歷史距離”之后，關(guān)于這段歷史，許多當(dāng)事人和一些記者已發(fā)表了不少著述，但其間說(shuō)法不一致之處頗多，而前幾年科學(xué)史家撰寫(xiě)的這段歷史，限于當(dāng)時(shí)可得的材料，現(xiàn)在看來(lái)也不夠詳盡和全面。[2]基于現(xiàn)有的資料，以及筆者近來(lái)對(duì)中、日、美參與了當(dāng)時(shí)工作的帶頭科學(xué)家所作的訪談，本文將首先回顧有關(guān)歷史背景，然后對(duì)從1986年突破出現(xiàn)到1987年初液氮溫區(qū)超導(dǎo)體最初發(fā)現(xiàn)的歷史重新進(jìn)行梳理，并在最后對(duì)此段競(jìng)爭(zhēng)中出現(xiàn)的若干問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論。

一、背景與突破的開(kāi)端

幾十年來(lái)，阻礙超導(dǎo)電性得以廣泛應(yīng)用的最重大的障礙之一，就是已知超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）太低。雖經(jīng)眾多科學(xué)家在此方向的多年努力，但自從1973年在鈮三鍺中發(fā)現(xiàn)23K的臨界轉(zhuǎn)變溫度之后，這一紀(jì)錄一直保持了13年之久。如此之低的溫度，通常要用代價(jià)昂貴的液氦手段才能獲得，而對(duì)液氮溫區(qū)（77K以上）超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，則似乎成了一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。超導(dǎo)研究一度曾處于低潮。但是，1986年，轉(zhuǎn)機(jī)終于出現(xiàn)在對(duì)氧化物超導(dǎo)體的研究中。

在國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室工作的瑞士科學(xué)家繆勒（A.Müller）可以說(shuō)是超導(dǎo)研究領(lǐng)域中的一位“新手”。直到1978年他去IBM在美國(guó)的一家研究實(shí)驗(yàn)室作休假研究時(shí)，才接觸到了超導(dǎo)問(wèn)題，并對(duì)氧化物超導(dǎo)體的研究產(chǎn)生了興趣。1964年，人們發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)氧化物超導(dǎo)體，即鍶鈦氧化物，但Tc只有0.3K。1975年由斯萊特（A.W.Sleight）等人發(fā)現(xiàn)的Tc為14K的鋇鉛鉍氧化物超導(dǎo)體，雖然吸引了若干科學(xué)家的注意力，但一時(shí)也未再有更驚人的進(jìn)展。1983年夏，繆勒邀請(qǐng)并說(shuō)服了在同一實(shí)驗(yàn)室工作的貝德諾茲（J.G.Bednorz）一起進(jìn)行研究，雖然對(duì)更年輕些的貝德諾茲來(lái)說(shuō)，高溫超導(dǎo)體的探索是不易有成果因而頗具“風(fēng)險(xiǎn)”的，但他還是在完成其他主要工作之外的業(yè)余時(shí)間與繆勒一道從事這項(xiàng)工作。

繆勒和貝德諾茲的最初設(shè)想是，在某些具有可導(dǎo)致畸變的所謂Jahn-Teller效應(yīng)的氧化物中進(jìn)行尋找。在二年多的時(shí)間里，他們先研究了鑭鎳氧化物系統(tǒng)，但沒(méi)有成功。1985年，在讀到了法國(guó)科學(xué)家米歇爾（C.Michel）等人對(duì)鋇鑭銅氧化物所做的研究后，他們又將注意力轉(zhuǎn)向了這種含銅的氧化物。[3]很快地，1986年1月，他們?cè)谧约褐苽涞匿^鑭銅氧樣品中，利用電阻測(cè)量觀察到了30K左右的起始轉(zhuǎn)變溫度。[4]這是一個(gè)絕對(duì)令人興奮但又有些難以置信的結(jié)果。但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，經(jīng)驗(yàn)豐富的繆勒還是堅(jiān)持繼續(xù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到4月中旬，他們才向《物理學(xué)雜志》送交了論文。該論文于4月17日為雜志收到，論文被謹(jǐn)慎地題為“鋇鑭銅氧系統(tǒng)中可能的高Tc超導(dǎo)電性”。[5]由于要進(jìn)一步確認(rèn)他們發(fā)現(xiàn)的是超導(dǎo)電性，除電阻測(cè)量之外，尚需測(cè)量其樣品的邁斯納效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)他們手頭甚至沒(méi)有可用的儀器。定購(gòu)的儀器到8月份才到貨。[6]貝德諾茲和繆勒迅速調(diào)試好儀器，果然進(jìn)一步的磁測(cè)量支持了他們?cè)瓉?lái)的結(jié)論，當(dāng)報(bào)道新結(jié)果的第二篇論文寄到《歐洲物理快報(bào)》時(shí)，已是10月22日了。[7]

在超導(dǎo)史上，曾多次有人宣稱發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體，但最終均以結(jié)果無(wú)法為他人所重復(fù)或被證偽而告終。由此大多數(shù)科學(xué)家對(duì)大多數(shù)發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體報(bào)道總是傾向于持懷疑的態(tài)度。很自然地，與對(duì)待重大科研發(fā)現(xiàn)的常規(guī)作法不同，貝德諾茲和繆勒除了送交論文去發(fā)表之外，他們沒(méi)有再以任何其他的方式來(lái)公布這項(xiàng)劃時(shí)代的成果。當(dāng)然，據(jù)一份文獻(xiàn)所講，在等待測(cè)量邁斯納效應(yīng)的儀器到達(dá)的這段時(shí)間中，他們?cè)猩贁?shù)幾次向?yàn)閿?shù)不多的人介紹其工作，但聽(tīng)眾的反應(yīng)“充其量只是不冷不熱”而已。[8]他們的第一篇文章直到9月份才正式發(fā)表（而他們第二篇關(guān)于磁測(cè)量的論文的問(wèn)世已是1987年的事了），因此，在經(jīng)過(guò)了半年之后，廣大的物理學(xué)界才有可能了解其工作。

陶瓷材料一般分為傳統(tǒng)陶瓷和現(xiàn)代技術(shù)陶瓷兩大類(lèi)。傳統(tǒng)陶瓷是指用天然硅酸鹽粉末(如黏土、高嶺土等)為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品。因?yàn)樵系某煞只祀s和產(chǎn)品的性能波動(dòng)大,僅用于餐具、日用容器、工藝品以及普通建筑材料(如地磚、水泥等),而不適用于工業(yè)用途。現(xiàn)代技術(shù)陶瓷是根據(jù)所要求的產(chǎn)品性能,通過(guò)嚴(yán)格的成份和生產(chǎn)工藝控制而制造出來(lái)的高性能材料,主要用于高溫和腐蝕介質(zhì)環(huán)境,是現(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。下面對(duì)現(xiàn)代技術(shù)陶瓷3個(gè)主要領(lǐng)域:結(jié)構(gòu)陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料和功能陶瓷作一簡(jiǎn)單介紹。

一、結(jié)構(gòu)陶瓷同金屬材料相比,陶瓷的最大優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)異的高溫機(jī)械性能、耐化學(xué)腐蝕、耐高溫氧化、耐磨損、比重小(約為金屬的1/3),因而在許多場(chǎng)合逐漸取代昂貴的超高合金鋼或被應(yīng)用到金屬材料根本無(wú)法勝任的場(chǎng)合,如發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套、軸瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。結(jié)構(gòu)陶瓷可分為三大類(lèi):氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。

1、氧化物陶瓷主要包括氧化鋁、氧化鋯、莫來(lái)石和鈦酸鋁。氧化物陶瓷最突出優(yōu)點(diǎn)是不存在氧化問(wèn)題,原料價(jià)格低廉,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。氧化鋁和氧化鋯具有優(yōu)異的室溫機(jī)械性能,高硬度和耐化學(xué)腐蝕性,主要缺點(diǎn)是在1000℃以上高溫蠕變速率高,機(jī)械性能顯著降低。氧化鋁和氧化鋯主要應(yīng)用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高溫爐管、密封圈和玻璃熔化池內(nèi)襯等。莫來(lái)石室溫強(qiáng)度屬中等水平,但它在1400℃仍能保持這一強(qiáng)度水平,并且高溫蠕變速率極低,因此被認(rèn)為是陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的主要候選材料之一。上述三種氧化物也可制成泡沫或纖維狀用于高溫保溫材料。鈦酸鋁陶瓷體內(nèi)存在廣泛的微裂紋,因而具有極低的熱膨脹系數(shù)和熱傳導(dǎo)率。它的主要缺點(diǎn)是強(qiáng)度低,無(wú)法單獨(dú)作為受力元件,所以一般用它加工內(nèi)襯用作保溫、耐熱沖擊元件,并已在陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用。

2、非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和賽龍(SIALON)。同氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷原子間主要是以共價(jià)鍵結(jié)合在一起,因而具有較高的硬度、模量、蠕變抗力,并且能把這些性能的大部分保持到高溫,這是氧化物陶瓷無(wú)法比擬的。但它們的燒結(jié)非常困難,必須在極高溫度(1500～2500℃)并有燒結(jié)助劑存在的情況下才能獲得較高密度的產(chǎn)品,有時(shí)必須借助熱壓燒結(jié)法才能達(dá)到希望的密度(>95%),所以非氧化物陶瓷的生產(chǎn)成本一般比氧化物陶瓷高。這些含硅的非氧化物陶瓷還具有極佳的高溫耐蝕性和抗氧化性,因此一直是陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的最重要材料,目前已經(jīng)取代了許多超高合金鋼部件?，F(xiàn)有最佳超高合金鋼的使用溫度低于1100℃,而發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒的溫度在1300℃以上,因而普遍采用高壓水強(qiáng)制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金鋼后,燃燒溫度可提高到1400℃以上,并且不需要水冷系統(tǒng),這在能源利用和環(huán)保方面具有重要的戰(zhàn)略意義。非氧化物陶瓷也廣泛應(yīng)用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比,其成本較高,但高溫韌性、強(qiáng)度、硬度、蠕變抗力優(yōu)異得多,并且刀具壽命長(zhǎng)、允許切削速度高,因而在刀具市場(chǎng)占有日益重要地位。它的應(yīng)用領(lǐng)域還包括輕質(zhì)無(wú)潤(rùn)滑陶瓷軸承、密封件、窯具和磨球等。

3、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的主要區(qū)別在于結(jié)晶度,玻璃是非晶態(tài)而陶瓷是多晶材料。玻璃在遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)以前存在明顯的軟化,而陶瓷的軟化溫度同熔點(diǎn)很接近,因而陶瓷的機(jī)械性能和使用溫度要比玻璃高得多。玻璃的突出優(yōu)點(diǎn)是可在玻璃軟化溫度和熔點(diǎn)之間進(jìn)行各種成型,工藝簡(jiǎn)單而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工藝性能和陶瓷的機(jī)械性能,它利用玻璃成型技術(shù)制造產(chǎn)品,然后高溫結(jié)晶化處理獲得陶瓷。工業(yè)玻璃陶瓷體系有鎂-鋁-硅酸鹽、鋰-鎂-鋁-硅酸鹽和鈣-鎂-鋁-硅酸鹽系列,它們常被用來(lái)制造耐高溫和熱沖擊產(chǎn)品,如炊具。此外它們作為建筑裝飾材料正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,如地板、裝飾玻璃。

二、陶瓷基復(fù)合材料復(fù)合材料是為了達(dá)到某些性能指標(biāo)將兩種或兩種以上不同材料混合在一起制成的多相材料,它具有其中任何一相所不具備的綜合性能。陶瓷材料的最大缺點(diǎn)是韌性低,使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的突然性斷裂,陶瓷基復(fù)合材料主要是為了改善陶瓷韌性?；谔岣唔g性的陶瓷基復(fù)合材料主要有兩類(lèi):氧化鋯相變?cè)鲰g和陶瓷纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。氧化鋯相變?cè)鲰g復(fù)合材料是把部分穩(wěn)定的氧化鋯粉末同其他陶瓷粉末(如氧化鋁、氮化硅或莫來(lái)石)混合后制成的高韌性材料,其斷裂韌性可以達(dá)到10Mpam1/2以上,而一般陶瓷的韌性僅有3Mpam1/2左右。這類(lèi)材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常廣泛的應(yīng)用。纖維強(qiáng)化被認(rèn)為是提高陶瓷韌性最有效和最有前途的方法。纖維強(qiáng)度一般比基體高得多,所以它對(duì)基體具有強(qiáng)化作用;同時(shí)纖維具有顯著阻礙裂紋擴(kuò)展的能力,從而提高材料的韌性。目前韌性最高的陶瓷就是纖維強(qiáng)化的復(fù)合材料,例如碳化硅長(zhǎng)纖維強(qiáng)化的碳化硅基復(fù)合材料韌性高達(dá)30Mpam1/2以上,比燒結(jié)碳化硅的韌性提高十倍。但因?yàn)檫@類(lèi)材料價(jià)格昂貴,目前僅在軍械和航空航天領(lǐng)域得到應(yīng)用。另一引人注目的增強(qiáng)材料是陶瓷晶須。晶須是尺寸非常小但近乎完美的纖維狀單晶體,其強(qiáng)度和模量接近材料的理論值,極適用于陶瓷的強(qiáng)化。目前這類(lèi)材料在陶瓷切削刀具方面已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,主要體系有碳化硅晶須-氧化鋁-氧化鋯、碳化硅晶須-氧化鋁和碳化硅晶須-氮化硅。

為了進(jìn)一步加強(qiáng)本市的基礎(chǔ)研究工作，提升*科技持續(xù)創(chuàng)新能力和國(guó)際學(xué)術(shù)地位，圍繞國(guó)家和*市中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃和“創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”的要求和重點(diǎn)任務(wù)，針對(duì)生命科學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域的前沿科學(xué)問(wèn)題。開(kāi)展以應(yīng)用為導(dǎo)向的創(chuàng)新研究，特本指南。

一、研究專題和期限

專題一、CO2綜合利用的若干關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題研究

（一）研究目標(biāo)與內(nèi)容：

氣候變暖已經(jīng)影響到人類(lèi)的生存和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。圍繞國(guó)家“節(jié)能減排”戰(zhàn)略，結(jié)合*在金屬有機(jī)框架、稀土催化、有機(jī)催化、電化學(xué)、張力環(huán)分子及高活性聯(lián)烯化學(xué)等方面的工作基礎(chǔ)，開(kāi)展CO2綜合利用的基礎(chǔ)研究，以期實(shí)現(xiàn)CO2在溫和條件下的富集和選擇性活化的突破，開(kāi)拓CO2減排及利用新途徑。

重點(diǎn)支持二個(gè)方面的研究：

一、21世紀(jì)物理學(xué)的幾個(gè)活躍領(lǐng)域

蒸蒸日上的凝聚態(tài)物理學(xué)

自從80年代中期發(fā)現(xiàn)了所謂高臨界溫度超導(dǎo)體以來(lái)，世界上對(duì)這種應(yīng)用潛力很大的新材料的研究熱情和樂(lè)觀情緒此起彼伏，時(shí)斷時(shí)續(xù)。這種新材料能在液氮溫區(qū)下傳導(dǎo)電流而沒(méi)有阻抗。高臨界溫度超導(dǎo)材料的研究仍是今后凝聚態(tài)物理學(xué)中活躍的領(lǐng)域之一。目前，許多國(guó)家的科學(xué)工作者仍在爭(zhēng)分奪秒，繼續(xù)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，向更高溫區(qū)，甚至室溫溫區(qū)超導(dǎo)材料的研究和應(yīng)用努力?？梢灶A(yù)計(jì)，這個(gè)勢(shì)頭今后也不會(huì)減弱，此外，高臨界溫度的超導(dǎo)材料的機(jī)械性能、韌性強(qiáng)度和加工成材工藝也需進(jìn)一步提高和解決?？茖W(xué)家們預(yù)測(cè)，21世紀(jì)初，這些技術(shù)問(wèn)題可以得到解決并將有廣泛的應(yīng)用前景，有可能會(huì)引起一場(chǎng)新的工業(yè)革命。超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)、超導(dǎo)船、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等將會(huì)面向市場(chǎng)，屆時(shí)，世界超導(dǎo)材料市場(chǎng)可望達(dá)到2000億美元。

由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生于20世紀(jì)70年代末，在短短不到30年的時(shí)間內(nèi)，已逐步揭示出其微觀機(jī)制和物理圖像。目前已利用半導(dǎo)體超晶格材料研制成許多新器件，它可以在原子尺度上對(duì)半導(dǎo)體的組分摻雜進(jìn)行人工“設(shè)計(jì)”，從而可以研究一般半導(dǎo)體中根本不存在的物理現(xiàn)象，并將固態(tài)電子器件的應(yīng)用推向一個(gè)新階段。但目前對(duì)于其他類(lèi)型的超晶格材料的制備尚需做進(jìn)一步的努力。一些科學(xué)家預(yù)測(cè)，下一代的電子器件可能會(huì)被微結(jié)構(gòu)器件替代，從而可能會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)電子工業(yè)的革命。微結(jié)構(gòu)物理的研究還有許多新的物理現(xiàn)象有待于揭示。21世紀(jì)可能會(huì)碩果累累，它的前景不可低估。

近年來(lái)，兩種與磁阻有關(guān)的引起人們強(qiáng)烈興趣的現(xiàn)象就是所謂的巨磁阻和超巨磁阻現(xiàn)象。一般磁阻是物質(zhì)的電阻率在磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生輕微的變化，而巨磁和超巨磁可以是幾倍或數(shù)千倍的變化。超巨磁現(xiàn)象中令人吃驚的是，在很強(qiáng)的磁場(chǎng)中某些絕緣體會(huì)突變?yōu)閷?dǎo)體，這種原因尚不清楚，就像高臨界溫度超導(dǎo)材料超導(dǎo)性的原因難以捉摸一樣。目前，巨磁和超巨磁實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的主要障礙是強(qiáng)磁場(chǎng)和低溫的要求，預(yù)計(jì)下世紀(jì)初在這方面會(huì)有很大的進(jìn)展，并會(huì)有誘人的應(yīng)用前景。

可以預(yù)計(jì)，新材料的發(fā)展是21世紀(jì)凝聚態(tài)物理學(xué)研究重要的發(fā)展方向之一。新材料的發(fā)展趨勢(shì)是：復(fù)合化、功能特殊化、性能極限化和結(jié)構(gòu)微觀化。如，成分密度和功能不均勻的梯度材料；可隨空間時(shí)間條件而變化的智能材料；變形速度快的壓電材料以及精細(xì)陶瓷材料等都將成為下世紀(jì)重要的新材料。材料專家預(yù)計(jì)，21世紀(jì)新材料品種可能突破100萬(wàn)種。

一般情況下，我們將兩種互不相溶液體在表面活性劑作用下形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑l～100nm的分散體系稱為微乳液。相應(yīng)地把制備微乳液的技術(shù)稱之為微乳化技術(shù)（MET）。自從80年代以來(lái)，微乳的理論和應(yīng)用研究獲得了迅速的發(fā)展，尤其是90年代以來(lái)，微乳應(yīng)用研究發(fā)展更快，在許多技術(shù)領(lǐng)域：如三次采油，污水治理，萃取分離，催化，食品，生物醫(yī)藥，化妝品，材料制備，化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)，涂料等領(lǐng)域均具有潛在的應(yīng)用前景。我國(guó)的微乳技術(shù)研究始于80年代初期，在理論和應(yīng)用研究方面也取得了相當(dāng)?shù)某晒?/p>

1982年，Boutonmt首先報(bào)道了應(yīng)用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應(yīng)器的原理、形成與結(jié)構(gòu)，并對(duì)微乳液在納米材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況進(jìn)行了闡述。

1微乳反應(yīng)器原理

在微乳體系中，用來(lái)制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液?；钚詣?、助表面活性劑4個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類(lèi)）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類(lèi)有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見(jiàn)圖1、2、3所示）。

（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。

一般情況下，我們將兩種互不相溶液體在表面活性劑作用下形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑l～100nm的分散體系稱為微乳液。相應(yīng)地把制備微乳液的技術(shù)稱之為微乳化技術(shù)（MET）。自從80年代以來(lái)，微乳的理論和應(yīng)用研究獲得了迅速的發(fā)展，尤其是90年代以來(lái)，微乳應(yīng)用研究發(fā)展更快，在許多技術(shù)領(lǐng)域：如三次采油，污水治理，萃取分離，催化，食品，生物醫(yī)藥，化妝品，材料制備，化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)，涂料等領(lǐng)域均具有潛在的應(yīng)用前景。我國(guó)的微乳技術(shù)研究始于80年代初期，在理論和應(yīng)用研究方面也取得了相當(dāng)?shù)某晒?/p>

1982年，Boutonmt首先報(bào)道了應(yīng)用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應(yīng)器的原理、形成與結(jié)構(gòu)，并對(duì)微乳液在納米材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況進(jìn)行了闡述。

1微乳反應(yīng)器原理

在微乳體系中，用來(lái)制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液?；钚詣?、助表面活性劑4個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類(lèi)）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類(lèi)有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見(jiàn)圖1、2、3所示）。

（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。

一般情況下，我們將兩種互不相溶液體在表面活性劑作用下形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑l～100nm的分散體系稱為微乳液。相應(yīng)地把制備微乳液的技術(shù)稱之為微乳化技術(shù)（MET）。自從80年代以來(lái)，微乳的理論和應(yīng)用研究獲得了迅速的發(fā)展，尤其是90年代以來(lái)，微乳應(yīng)用研究發(fā)展更快，在許多技術(shù)領(lǐng)域：如三次采油，污水治理，萃取分離，催化，食品，生物醫(yī)藥，化妝品，材料制備，化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)，涂料等領(lǐng)域均具有潛在的應(yīng)用前景。我國(guó)的微乳技術(shù)研究始于80年代初期，在理論和應(yīng)用研究方面也取得了相當(dāng)?shù)某晒?/p>

1982年，Boutonmt首先報(bào)道了應(yīng)用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應(yīng)器的原理、形成與結(jié)構(gòu)，并對(duì)微乳液在納米材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況進(jìn)行了闡述。

1微乳反應(yīng)器原理

在微乳體系中，用來(lái)制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液?；钚詣⒅砻婊钚詣?個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類(lèi)）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類(lèi)有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見(jiàn)圖1、2、3所示）。

（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。

1982年，Boutonmt首先報(bào)道了應(yīng)用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應(yīng)器的原理、形成與結(jié)構(gòu)，并對(duì)微乳液在納米材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況進(jìn)行了闡述。

1微乳反應(yīng)器原理

在微乳體系中，用來(lái)制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液?；钚詣?、助表面活性劑4個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類(lèi)）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類(lèi)有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見(jiàn)圖1、2、3所示）。

（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。

（2）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內(nèi)反應(yīng)物穿過(guò)微乳液界面膜進(jìn)入水核內(nèi)與另一反應(yīng)物作用產(chǎn)生晶核并生長(zhǎng)，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。

1982年，Boutonmt首先報(bào)道了應(yīng)用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應(yīng)器的原理、形成與結(jié)構(gòu)，并對(duì)微乳液在納米材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況進(jìn)行了闡述。

1微乳反應(yīng)器原理

在微乳體系中，用來(lái)制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液。活性劑、助表面活性劑4個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類(lèi)）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類(lèi)有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見(jiàn)圖1、2、3所示）。

（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。

（2）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內(nèi)反應(yīng)物穿過(guò)微乳液界面膜進(jìn)入水核內(nèi)與另一反應(yīng)物作用產(chǎn)生晶核并生長(zhǎng)，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。