納米科學論文模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇納米科學論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution

Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.

Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor

I.引言

納米科學和技術所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結構的制備和表征。在這個領域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財政年度在納米尺度科學上的投入要比2000財政年增長83%，達到5億美金。有兩個主要的理由導致人們對納米尺度結構和器件的興趣的增加。第一個理由是，納米結構（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學效應占主導地位，這導致非經典的行為，譬如，量子限制效應和分立化的能態、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現象除引起人們對基礎物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實現的想法和觀念，例如，單電子輸運器件和量子點激光器等。第二個理由是，在半導體工業有器件持續微型化的趨勢。根據“國際半導體技術路向（2001）“雜志，2005年前動態隨機存取存儲器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預期就會出現。到2005年類似的問題將預期出現在DRAM的制造過程中。半導體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設計和制造方案，因為當MOS器件的尺寸縮小到一定程度時基礎物理極限就會達到。隨著傳統器件尺寸的進一步縮小，量子效應比如載流子邃穿會造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會是制造基于量子效應操作機制的新型器件，以便小物理尺寸對器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會獲益良多。譬如，在電子學上，單電子輸運器件如單電子晶體管、旋轉柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數個而非以往的成千上萬的電子來運作，這導致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關速度。在光電子學上，量子點激光器展現出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優點，其中大微分增益可以產生大的調制帶寬。在傳感器件應用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學和生物分子，而且開啟了細胞內探測的可能性，這將導致生物醫學上迷你型的侵入診斷技術出現。納米尺度量子點的其他器件應用，比如，鐵磁量子點磁記憶器件、量子點自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經被提出，可以肯定這些應用會給我們帶來許多潛在的好處。總而言之，無論是從基礎研究（探索基于非經典效應的新物理現象）的觀念出發，還是從應用（受因結構減少空間維度而帶來的優點以及因應半導體器件特征尺寸持續減小而需要這兩個方面的因素驅使）的角度來看，納米結構都是令人極其感興趣的。

II.納米結構的制備———首次浪潮

有兩種制備納米結構的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預制好的納米部件（納米團簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結構直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）。“build-up“的優點是個體納米部件的制備成本低以及工藝簡單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學合成可以用來制備納米元件。目前，在國內、在香港以及在世界上許多的實驗室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團簇。這些努力已經證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結構的合成后工藝再加工相當困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個至關重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團簇以及納米線、納米管的有效且簡單的方法。可是這些合成的納米結構直到目前為止仍然難以有什么實際應用，這是因為它們缺乏實用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因為同樣的原因用這種方法合成的納米結構的功能性質相當差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結構適合此類的應用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機理與現代工業裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術如分子束外延(MBE)、化學氣相淀積（MOVCD）等來進行器件制造的傳統方法。“Build-down”方法的缺點是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術路徑來制造納米結構。最簡單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結構來得到量子點或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結構。這兩種技術都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術是通過自組裝機制來制造量子點結構。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉換成三維的島狀生長，這時量子點就會生成。業已證明基于自組裝量子點的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點器件的飽和材料增益要比相應的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個量級。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續波量子點激光器也已經報道。無論是何種材料系統，量子點激光器件都預期具有低閾值電流密度，這預示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經接近或達到商業化器件所要求的指標，預期量子點基的此類材料激光器將很快在市場上出現。量子點基光電子器件的進一步改善主要取決于量子點幾何結構的優化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點的尺寸和密度，自組裝量子點還是典型底表現出在大小、密度及位置上的隨機變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點在尺寸上的漲落導致它們的光發射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優點。由于量子點尺寸的統計漲落和位置的隨機變化，一層含有自組裝量子點材料的光致發光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點結構中這種譜展寬效應可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點可典型地展現出豎直對準排列，這可以有效地改善量子點的均勻性。然而，當隔離層薄的時候，在一列量子點中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統而帶來的優點。怎樣優化量子點的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點又同時保持載流子能夠限制在量子點的個體中對于獲得器件的良好性能是至關重要的。

很清楚納米科學的首次浪潮發生在過去的十年中。在這段時期，研究者已經證明了納米結構的許多嶄新的性質。學者們更進一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進行納米結構制造。這些成果向我們展示，如果納米結構能夠大量且廉價地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。

在未來的十年中，納米科學和技術的第二次浪潮很可能發生。在這個新的時期，科學家和工程師需要征明納米結構的潛能以及期望功能能夠得到兌現。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實用器件才能實現人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學的下次浪潮的關鍵點是納米結構的人為可控性。

III.納米結構尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

為了充分發揮量子點的優勢之處，我們必須能夠控制量子點的位置、大小、成份已及密度。其中一個可行的方法是將量子點生長在已經預刻有圖形的襯底上。由于量子點的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發態子能級效應，如對于GaN材料量子點的橫向尺寸要小于8納米）才能實現室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項挑戰性的技術難題。對于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統光刻所能達到的精度極限。有幾項技術可望用于如此的襯底圖形制作。

—電子束光刻通常可以用來制作特征尺度小至50納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因為所謂近鄰干擾效應（proximityeffect）而嚴重影響了光刻的極限精度，這個效應造成制備空間上緊鄰的納米結構的困難。這項技術的主要缺點是相當費時。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時間1小時，這不適宜于大規模工業生產。電子束投影系統如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發展之中以便使這項技術較適于用于規模生產。目前，耗時和近鄰干擾效應這兩個問題還沒有得到解決。

—聚焦離子束光刻是一種機制上類似于電子束光刻的技術。但不同于電子束光刻的是這種技術并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細到6納米的圖形，但它也是一種耗時的技術，而且高能離子束可能造成襯底損傷。

—掃描微探針術可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強的氧化機制的。此項技術已經用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡單易行等優點。引入的氧化圖形依賴于實驗條件如掃描速度、樣片偏壓以及環境濕度等。空間分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區域典型地小于針尖尺寸）。這項技術已用于制造有序的量子點陣列和單電子晶體管。這項技術的主要缺點是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級）。然而，最近在原子力顯微術上的技術進展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項技術的顯著優點是它的杰出的分辨率和能產生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項能操控單個原子和分子的唯一技術。

—多孔膜作為淀積掩版的技術。多孔膜能用多種光刻術再加腐蝕來制備，它也可以用簡單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復制。用這項技術已制造出含有細至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術是一種基于不同聚合物的混合物能夠產生可控及可重復的相分離機制的技術。目前，經過反應離子刻蝕后，在旋轉涂敷的倍塞共聚物層中產生的圖形已被成功地轉移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產生；在第二種情況，島狀結構能夠產生。目前利用倍塞共聚物光刻技術已制造出GaAs納米結構，結構的側向特征尺寸約為23nm,密度高達1011/cm2。

—與倍塞共聚物圖形制作術緊密相關的一項技術是納米球珠光刻術。此項技術的基本思路是將在旋轉涂敷的球珠膜中形成的圖形轉移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業化的產品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術的能力已得到確認。納米球珠光刻術（納米球珠膜的旋轉涂敷結合反應離子刻蝕）已被用來在一些半導體表面上制造空洞和柱狀體納米結構。

—將圖形從母體版轉移到襯底上的其他光刻技術。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復制鑄模法的可能優點是ellastometric聚合物可被用來制作成一個戳子，以便可用同一個戳子通過對戳子的機械加壓能夠制作不同側向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優點是不需要加熱。納米壓印術已被證明可用來制作具有容量達400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進行圖形刻制。除傳統的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術中溫度被發現是一個關鍵因素。此外，應該選用具有較低的玻璃化轉變溫度的聚合物。為了取得高產，下列因素要解決：

1）大的戳子尺寸

2）高圖形密度戳子

3）低穿刺（lowsticking）

4）壓印溫度和壓力的優化

5）長戳子壽命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已經被制作出來。已有少量研究工作在試圖優化壓印溫度和壓力，但顯然需要進行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優化參數。高圖形密度戳子的制作依然在發展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報告報道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進行50次的浮刻而不需要中間清洗。報告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進行大約5次壓印后需要更換。值得關心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進一步的優化和改良是必需的，但此項技術似乎有希望獲得高生產率。壓印過程包括對準、加熱及冷卻循環等，整個過程所需時間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環所需時間，因此可以縮短整個壓印過程時間。

IV．納米制造所面對的困難和挑戰

上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術都有其優點和缺點。目前，似乎沒有哪個單一種技術可以用來高產量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：

1．在一塊模版上刻寫圖形

2．在過渡性或者功能性材料上復制模版上的圖形

3．轉移在過渡性或者功能性材料上復制的圖形。

很顯然第二步是最具挑戰性的一步。先前描述的各項技術，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術，已經能夠刻寫非常細小的圖形。然而，這些技術都因相當費時而不適于規模生產。納米壓印術則因可作多片并行處理而可能解決規模生產問題。此項技術似乎很有希望，但是在它能被廣泛應用之前現存的嚴重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術刻寫的納米結構的形狀非常有限。當這些技術被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點陣列時，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復雜結構的圖形。為了能夠制造出高質量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術典型地不產生或者產生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側墻的結構，這是因為在掩模版下一定程度的鉆蝕是不可避免的，而這個鉆蝕決定性地影響微小結構的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術，譬如，反應離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優化條件下可以獲得陡峭的側墻。直到今天大多數刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關于刻蝕引入損傷的研究嚴重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測到刻蝕引入的損傷。當器件中的個別有源區尺寸小于100nm時，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因為所有的納米結構都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結構表面或者靠近的任何缺陷。

隨著器件持續微型化的趨勢的發展，普通光刻技術的精度將很快達到它的由光的衍射定律以及材料物理性質所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學近鄰干擾效應等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術制備出。然而不大可能用普通光刻技術再進一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術仍在研發之中，可是發展這些技術遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關聯的近鄰干擾效應問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術。掃描微探針技術提供了能分辨單個原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項技術卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達到可以接受的刻寫速度。利用轉移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術則提供了實現成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術是足夠用的，但并不能解決微電子工業所面對的問題。需要將圖形從一張模版復制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術途徑。模版可以用其他慢寫技術來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學自組裝圖形形成機制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產率，某些技術問題如穿刺及因灰塵導致的損傷等問題需要加以解決。對一個理想的納米刻寫技術而言，它的運行和維修成本應該低，它應具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結構的能力，還應有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結構的功能。此外，它也應能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時至今日，仍然沒有任何一項能制作亞100nm圖形的單項技術能同時滿足上述所有條件。現在還難說是否上述技術中的一種或者它們的某種組合會取代傳統的光刻技術。究竟是現有刻寫技術的組合還是一種全新的技術會成為最終的納米刻寫技術還有待于觀察。

另一項挑戰是，為了更新我們關于納米結構的認識和知識，有必要改善現有的表征技術或者發展一種新技術能夠用來表征單個納米尺度物體。由于自組裝量子點在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個納米結構的能力對于研究這些結構的物理性質是絕對至關重要的。目前表征單個納米結構的能力非常有限。譬如，沒有一種結構表征工具能夠用來確定一個納米結構的表面結構到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(TEM)能夠用來研究一個晶體結構的內部情況，但是它不能提供有關表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術（STM）和原子力顯微術（AFM）能夠給出表面某區域的形貌，但它們并不能提供定量結構信息好到能仔細理解表面性質所要求的精度。當近場光學方法能夠給出局部區域光譜信息時，它們能給出的關于局部雜質濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術能夠擴展到能夠用來研究單個納米體的表面和內部情況，否則能夠得到的有關納米結構的所有重要結構和組份的定量信息非常有限。

篇2

2011年“國家優秀自費留學生獎學金”獲得者，1985年出生，2007年獲南開大學生命科學學院理學學士學位。同年赴美國貝勒醫學院留學，從事分子與人類遺傳學研究，2012年獲博士學位。讀博期間，在Cell、American Journal of Human Genetics、Nature Genetics等國際知名期刊10余篇。

劉暢

非常高興成為“自費生獎學金”獲得者。這一榮譽的取得是祖國對我留學生涯的肯定和鼓勵。同時，要感謝導師對我的指導，同事對我的幫助，以及家人對我的關愛和支持。

——劉暢

2011年“國家優秀自費留學生獎學金”獲得者，1984年出生，2007年獲北京大學化學、經濟學雙學士學位，現就讀于加拿大不列顛哥倫比亞大學化學系。主要研究方向為新型樣品純化技術的研發，以及單分子和納米顆粒的超靈敏光學檢測。博士期間先后在Analytical Chemistry等本領域頂尖期刊10余篇。同時，擔任Electrophoresis等學術期刊以及葡萄牙科學技術委員會的特邀審稿人。曾先后獲得加拿大化學會Ryan-Harris研究生獎、美國化學會分析化學研究生獎學金等多項榮譽。

丁銘

雖然身在他鄉，但總能感受到祖國的關懷，這種關懷從來沒有因為時間和空間而停止過。“自費生獎學金”的獲得，對我來說是一份極大的鼓舞，讓我更加堅信只要付出，就會有回報，更感覺到了一份強烈的歸屬感。總有一天，我會帶著那份對自然最原始的好奇，對科學最虔誠的求知，對理想最純真的渴望和對祖國、對人類最無私的責任感，把我所學到的完完全全地奉獻給祖國，為祖國的建設貢獻自己的一點光和熱。

——丁銘

2011年“國家優秀自費留學生獎學金”獲得者，1985年出生，2008年獲北京交通大學光信息科學與技術專業學士學位，2009年赴英國南安普敦大學光電子學研究中心攻讀博士學位，從事微/納米光纖方面的研究。目前已在領域內知名期刊Applied Physics Letters、IEEE Photonics、The Open Optics Journal、Optics Communications等發表科學論文30余篇。曾多次被邀請作會議報告。

李強

篇3

化學科學是研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各種不同尺度和不同復雜程度的聚集態的合成反應、分離和分析、結構形態、物理性能和生物活性及其規律和應用的科學。隨著新世紀腳步的不斷加快，作為物質科學組成之一的化學科學將愈來愈引起世界各國的關注。化學中的前沿科學也將成為化學工作者關注的焦點。

從一定意義上講，科學論文的發表是科學成果被人們承認的唯一形式。一定頻次的引用反映了某篇論文重要性的程度，超高頻次的引用，常可認為其研究成果引發了科學研究的熱點或在科學研究中取得突破。因此，近期化學科研論文的引用情況也體現了化學學科前沿的科學研究成果，以及當前國際化學前沿的特點和變化趨勢和研究方向。據中科院文獻情報中心的報道，90年代的化學研究前沿領域有：

（1）富勒烯C60的研究導致發現了自然界一類新的物質――碳的另一種存在形式，并對宇宙內碳循環和經典芳香性的關系這一理論化學的關鍵問題有了全新的認識，開辟了新的化學研究領域。

（2）模擬程序和密度泛函理論的發展引起整個化學領域的革命，使量子化學成為成千上萬化學家手中的工具，可用以預測和闡明物質的化學性質。

（3）對不同管徑和纏繞角的單壁碳納米管的結構和導電性質的研究展示了單壁碳納米管在納米分子電子學領域的應用前景。

（4）人工合成新藥的發展：天然抗癌藥物的人工合成以及用以開發新藥的組合化學方法。

（5）組合化學新研究領域的發展打破了傳統藥物開發的模式，可同時合成和篩選大批生物活性物質，大大縮短了新藥開發的時間。組合化學技術還被廣泛應用于催化劑的篩選、手性化合物合成等材料科學領域。

（6）仿生聚合物是一種先進材料，它的人工合成向模仿機體功能的“目標”邁進了一步。

（7）分析化學在這一階段已不再僅僅是化學家手中的工具，它已發展為一門分析科學。它一方面為人們提供關于物質，特別是構成生命的基本物質的組成和結構甚至生命過程的信息；另一方面，在精密分析儀器本身的研制上不斷獲得進展。

（8）計算機技術的飛速發展使化學家的研究手段產生巨大變革。有關生物大分子（如蛋白質、核酸）多維結構圖像實現和精細結構表達的程序及軟件包的研究受到化學界的極大關注。

（9）有機反應、不對稱合成及催化是90年代以來的持續熱點。這是一個有工業應用前景和巨大市場潛力的、一直很活躍的研究領域。

在經歷了20世紀的空前繁榮發展后，進入21世紀，化學學科面臨著四大難題。第一，合成化學難題――化學反應理論；第二，功能結構化學難題――結構和性能的定量關系；第三，生命現象的化學機制――生命化學難題；第四，納米尺度難題。徐光憲院士等科學家認為21世紀是信息科學、合成化學和生命科學共同繁榮的世紀，化學的微觀方法和宏觀方法相互結合，相互滲透這一潮流將進一步向前發展，并提出了新世紀的化學科學包含了對下列八個層次的物質對象的研究：

（1）原子層次的化學：其中包括核化學、放射化學、同位素化學、sp區元素化學、d區元素化學、4p區元素化學、5f區元素化學、超5f區元素化學、單原子操縱和檢測化學等。

（2）分子層次的化學：現已合成的2000余萬種分子和化合物，通常分為無機、有機和高分子化合物。但近30余年來合成的眾多化合物，如金屬有機化合物、元素有機化合物、原子簇化合物、金屬酶、金屬硫蛋白、富勒烯、團簇、配位高分子等很難適應老的分類法。21世紀將研究分子的多元分類法，如按照分子片結合方式和生成的分子結構類型分類，可分為0維、1維、2維、3維分子等。

（3）分子片層次的化學：原子只有110余種，但分子數目已超過2000萬種，因此有必要在原子和分子之間引入一個“分子片”的新層次，在21世紀應該開展分子片化學的研究。

（4）超分子層次的化學：其中包括受體和給體的化學、鎖和鑰匙的化學、分子間的非共價作用力、范德華引力、各種不同類型的氫鍵、疏水-疏水基團相互作用、疏水-親水基團相互作用、親水-親水基團相互作用、分子的堆積組裝、位阻和各種空間效應等。

（5）宏觀聚集態化學：其中包括固體化學、晶體化學、非晶態化學、流體和溶液化學、等離子體化學、膠體化學和界面化學等。

（6）介觀聚集態化學：包括納米化學、微乳化學、溶膠-凝膠化學、軟物質化學、膠團-膠束化學和氣溶膠化學等。

（7）生物分子層次的化學：包括生物化學、分子生物學、化學生物學、酶化學、腦化學、神經化學、基團化學、生命調控化學、藥物化學、手性化學、環境化學、生命起源、認知化學和從生物分子到分子生物的飛躍等。

（8）復雜分子體系的化學。從以上分類可以看出，新世紀化學別值得關注的有化學信息學、分子片化學、超分子化學、生命化學、納米化學、理論化學和復雜分子體系的化學等。

隨著化學分支學科的重組及其它學科的交叉、融合和不斷滲透，21世紀初化學學科的前沿方向與優先領域有：綠色化學與環境化學中的基本化學問題、材料科學中的基本化學問題、合成化學、化學反應動態學、分子聚集體化學、理論化學、分析化學測試原理和檢測技術新方法建立、生命體系中的化學過程、能源中的基本化學問題、化學工程的發展與化學基礎等。

參考文獻：

[1]劉春萬.研討我國理論化學跨入新千年發展的一次盛會[J].化學進展，2000， 36（2）： 230-232.

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2突破傳統的教學理念與方法，夯實理論基礎

講授法教學仍然是目前多數課程所用的最基本的教學方式，具有一定的優勢，即教師能連貫地向學生傳授基礎知識，并配合其它方法，可將基本概念、基本原理及相關課程知識傳授給學生。教授法運用得當，不僅能將講授內容系統、科學而準確地傳遞給學生，而且還能很好地突顯講授內容的重點和難點。然而，實際教學過程中若自始至終均采用這一方法，學生極易疲勞，產生厭倦甚至煩躁的心理。事實上，有些教師一直喜歡滿堂灌和填鴨式教學，教師在課堂上洋洋灑灑、痛痛快快地大講特講，卻完全忽略了學生作為教學主體的作用。這種教學，只是教師知識的傾瀉，而不是傳授，其結果是教師教得非常累，學生聽得更累，因而教學效果往往顯得特別差。在近幾年材料化學專業的學生對《大學化學》課程的授課評價中我們可以清楚地看到，學生對那些采取滿堂灌式教學的教師微詞頗多，普遍要求采用靈活多樣的教學方法，要充分激發學生學習的積極性。在我系《大學化學》課程教學團隊中，我們都十分重視教學理念的轉變、更新和教學方法的改革。我們都視其為課程能否鮮活生動的源泉。首先，我們確立了以學生學習為中心的教學觀念，以學生最大程度掌握好專業基礎知識為目標。如果把教師作為工程師或技術工人，那么學生將可看成為其加工的“產品”。“產品”質量的優劣，能否贏得市場，是檢驗作為教師教學質量是否合格的標準。要做到這一點，必須對學生進行科學合理地訓練和培養。因此，在課堂教學上，教師要積極引導，在十分融洽的環境下合理有序地向學生傳授知識，并能激起學生的求知欲，使其在課后有進一步跟蹤并深入研究的渴望。其次，為更好地傳授知識，改革教學方法，要采用靈活多樣、切實可行的教學方法，使學生以最直接、最有效的方式獲得知識。比如，在課前，教師要布置任務，設置問題，引導學生進行預習，通過多種途徑了解有關課題的成就以及最新發展動態，以吸引學生的注意力，讓其對所學內容產生濃厚的興趣。在課堂上，以多媒體教學為主，必需的板書為輔;以探討和學生參與教學作為主線，以教師補充和更正作為輔線;以經典基礎知識的教學和實際應用為主要教學內容，以相關科學前沿知識的穿插為輔助內容。課后，學生以完成經典題目作業為主要鞏固課程內容的方式，以查閱相關知識，進行實驗和撰寫課程小論文來擴大視野，等等。《大學化學》課程理論眾多，在有限的課時里讓學生牢固掌握眾多理論，難度較大。我們主要通過精選教學內容，采用精講、精練的方式，理論與實際相結合，科學前沿介紹與教師的科研課題相結合，深入簡出，形象生動地向學生進行傳授。通過具體的材料合成與應用示例，夯實基礎理論，加深《大學化學》與材料化學之間的聯系，使學生產生強烈的欲望和濃厚的興趣。

3轉變課程的管理機制

課程管理機制的建立與課程改革相適應，課程管理機制的優劣將直接關系到課程教學質量。課程改革的深入開展應是課程教學管理的核心內容，我們應積極探索新的教學理念，大力開展創新教育，逐步推進教學新模式的轉變，確保教學質量的提高。第一，我們要求《大學化學》課程教師都要進行教學研究，特別注重課堂教學、教學內容、教學模式以及教學細節方面的探索與研究。通過對課堂教學過程、特別是教學細節等方面的研究，讓教師更加重視教學規律。第二，加強課堂教學的誠信教育和情感交流，培養師生感情，幫助學生正確掌握求知觀，不僅要培養學生的道德情操和知識品德，還要增進學生服務于社會的意識和責任感。第三，不斷轉變教學方式，由封閉式教學向開放式教學轉變，由單向式教學向雙向式教學轉變。第四，教師要轉變自己的角色，盡快由“教書匠”轉變為“研究者”，由知識的“儲備者”向知識的“傳播者”轉變。教師要經常進行反思，逐步實現深層次創新，使自己成為一個教學理念、教學實踐的開拓者和研究者，崇尚科學，崇尚學術。第五，加強課堂教學的監督機制。我們主要通過教學督導、教研室聽課與評教、院領導隨機聽課以及學生期中進行教學評價等方式來提高課堂教學的管理與監督機制。第六，加強課程學習的獎懲機制。對本課程學習比較優秀的學生應及時進行表揚、鼓勵甚至獎勵，樹立模范。對那些不愛學習、偷懶疲沓的學生要及時教育、激勵以及必要的課程懲罰，如閱讀幾篇科學論文，撰寫小論文等。

4加大學生實踐與創新能力的培養

創新是關乎國家和民族昌盛興旺的靈魂和永不衰竭的動力源泉。創新人才的培養是大學教育義不容辭的責任。當代大學生創新人才的培養可以分為創新能力和創業素質的訓練兩個部分。《大學化學》作為專業基礎學科，在大學生創新能力培養方面具有更重要的基礎性作用，是其他學科無可替代的。因此，結合我系材料化學專業近幾年的發展，通過《大學化學》課程的教學與實踐，主要在以下幾個方面實施對大學生創新能力大力進行培養。(1)教師首先要有創新意識和創新實踐活動。通過教師教研和科研課題的申報與立項，教學改革的實施，教學方法的改進，教師進行各種形式的進修，通過指導學生申報課題項目，引導學生參與科學研究。帶領大學生參與各種競賽，領導學生直接服務于社會等，切實提高教師的創新意識和實踐活動。(2)精選并優化教學內容，使教學內容更加系統化、科學化。將大學化學課程中無機化學與化學分析中的相關知識緊密結合起來，盡量節省課時。(3)加大基礎實驗的權重，增設綜合性、設計性實驗和開放性實驗。(4)教師進行課題講座，通過專題研究，加強《大學化學》課程與專業學習的聯系。同時，挑選一些能力較強的學生在課堂上進行小專題報告，培養和鍛煉學生進行理論交流的能力。(5)積極邀請學生參與教師課題組或科研課題中來。讓學生參與教師的課題研究，不僅使學生了解科研的一般途徑，更重的是培養了學生的科研意識和素質，能使學生在進行課程學習時不自覺地提高了科學分辯和吸收的能力。

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合成生物學對設計的啟發

20世紀以來的生物學將人們的目光引入顯微鏡下的微觀世界。從1911年“合成生物學”的概念出現在科學論文，到1995年大規模基因組測序技術來臨，建立在此技術和分析方法上的“合成生物學”趨于成熟。這是一門研究如何利用基因組的基本要素及其組合來設計、改造、重建或制造生物分子乃至整個生命活動的細胞和生物個體的學科。換言之，在實驗室中，人類不僅能讀懂一些物種的生命密碼和運行機制，更能通過編寫新密碼、組合新的運行機制，制造出符合特定需要的“新物種”。

面對這樣一項聽上去充滿前景，但面目稍顯可疑的技藝，如果我們先拋開倫理問題上的擔心，將它與人類處理其他材料的技藝平放在同一個平面上看，那么這些在實驗室里制造出生物分子、生物細胞甚至生命體的人，與在工作室里制作木器、鐵器或陶器的手工藝人在某種意義上是否相當？一群有著好奇心和敏感嗅覺的人，試圖利用這項關于“生物”的技藝去探索設計形態、制作流程和互動方式的新可能，這便是本次展覽中用“生物”做設計的參展者了。

在自然面前，我們是誰？

展覽五個俏皮的子主題――“抄襲者”、“新手工藝人”、“生物黑客”、“新煉金術士”、“者”――實際上分別對應了參展作品中面對自然的幾種不同方式，展覽的區塊也依此劃分。

“抄襲者”（the plagiairsts）以自然為師，用仿生學的方法論去嘗試和模仿自然界一些事物的運行機制。但他們所使用的材料并非是有生命的，而主要是來自工業化、數字化生產。比如展廳一層占據最大空間的一件作品《發光的土壤》（Radiant Soil），便是由成千上萬個微型的處理器支持的一件交互性裝置。定制的聚合體層、不銹鋼支架與玻璃容器共同組成了這個如熱帶植物般枝繁葉茂的空氣“濾網”。它的運行機制是利用傳動器將“不干凈的”空氣攪進濾網系統，去喂養玻璃容器中盛放的原始細胞（protocell，一種人造的模仿生物細胞運行機制的模型）。玻璃容器中還有一些有機電力細胞（organic power cell），它們能產生類似于人體神經系統反射那樣的微弱電流。另一些更小的玻璃容器中則盛放了鹽、糖和油類物質來保持周圍空氣的濕潤。這些部件構成了一套類似于生物“新陳代謝”行為的系統。當參觀者觸碰或靠近它時，葉子形的傳動裝置如含羞草般輕緩地展開或收攏，“枝條”上的白色LED燈也會變換亮度，如同《阿凡達》中的電影場景。

另一件有趣的作品《養珠》（Pearling），是一部可以讓人們在家中就能養出珍珠的機器。天然的珍珠是當異物進入蚌的體內而又無法被排出時，蚌分泌出碳酸鈣與珍珠母將異物層層包圍，以每層0.5微米的進度經過2～5年的時間長成的寶石。人工培養珍珠的方法之一，是將一顆圓核放入蚌體內，通過漫長的時間培育成寶石。在這件作品中，設計者埃米爾?德?維舍（Emile de Visscher）將各種形狀的“核”浸在電解液中，用物理方法讓液體中的碳酸鈣慢慢地附著到“核”的表面。有意思的是，盡管這件作品使用了機器和人工的手段去養珠，設計師卻無意加快“養”的進度。他反而特意在展臺上安放了一些標有月份的盒子，逐月放進未完成態的珠子，以此來展現一顆珍珠養成過程中漫長而難以察覺的時間感。

“新手工藝人”（the new artisan）不是去模仿自然，而更多地是遵循自然界中一些形態的生成規律，直接將這種規律應用到物品的制作過程中。因此這些物品的形態更多的是在一定的引導下自然生成的，而不是完全被設計的。服裝設計師蘇珊?李（Susanne Lee）所帶領的團隊的作品《生物時裝》（BioCouture）是用他們研發的新面料制作的一系列服裝與配件。這些面料是用有機物培養出來的一種質感近似于皮但更加透明的材料。它的原料是一種細菌，設計者將這些細菌養在茶葉水中，一段時間后，液體表面會結出一層厚厚的膜，半風干后的“膜”便可用于服裝的立體剪裁。本次展示的女士高跟鞋，是設計團隊的最新作品，相較于更早的夾克衫，它的美感更具親和力。設計者認為，如果服裝等快消品能用到這樣的材料，將在一定程度上改善能源浪費與環境問題。

產品設計師托馬斯?里博蒂尼（Tomás Libertiny）的作品《花瓶#1》（Vessel#1）是一只完全用蜂巢構成的花瓶。這些蜂巢的確是由蜜蜂筑成，但也經過了設計師的設計。托馬斯?里博蒂尼受到盆景藝術的啟發，想到利用人工的支架和有著特殊造型的蜂箱去“設計”出蜜蜂所能筑巢的空間。60000只蜜蜂花了兩個月時間，用六角形的單元格填滿了設計師留給它們的空間。相對于時下熱門的快速成型技術，托馬斯?里博蒂尼笑稱這個過程為“慢速成型”。這個花瓶看起來并不牢固，但蜂巢本身是一種可以保存很久的材質，曾在法老墓穴中被發現，因此在一定條件下，這個花瓶有望保存上千年。

“生物黑客”（the bio-hackers）是不怕去改寫自然的，他們想要大膽地與合成生物學家合作，用最尖端的生物技術拓寬設計的邊界。策展人卡羅爾?克萊的作品《生物蕾絲》（BioLace）是一個利用植物的根生產蕾絲的概念。她設想在2050年左右，人們可以利用合成生物學這項工程技術去“編寫”出新的植物品種，這些品種作為蔬菜或水果的同時，也是用根制作蕾絲的“機器”。如此一來，菜地或果園同時也是蕾絲工廠。這項技術并不是空穴來風，不過真正開發出樣品至少還需要十年。設計者展望新興技術的同時，也有意在提醒人們反思當下紡織制造業對化學品和能源的高度依賴。

攝影師文森?福尼（Vincent Founier）的作品《后自然史》（Post natural history）是一組動物肖像照片。這些動物是他設想的人類用合成生物技術修改基因后出現的新物種。在人類的“幫助”下，它們更可能成為未來世界叢林法則的優勝者。比如，蜣螂的殼被3D打印技術參與后變得更加牢固，兔子有了能夠直立行走的基因之后更加靈活，而水母變成了機器人之后在水中速度更快。文森?福尼把這組肖像定義為一份為未來準備的考古學文獻，它們或將成為百科全書里新物種的檔案。

“新煉金術士”（the new alchimistes）會把生物學、化學、機器人學和納米技術結合在一起創造新的組織。換句話說，是將生命體與非生命體相融合。鞋類設計師沙梅?亞登（Shamees Aden）的《變形蟲鞋》（Amoeba Shoe）是一雙用新材料制成的概念跑鞋樣品。沙梅?亞登一直關注材料的化學構成，對她而言，原始細胞（protocell）是非常具有潛力的領域。原始細胞所具備的生物體的部分功能，使其能夠對來自其它生物體和外界環境的刺激產生反應。《變形蟲鞋》所使用的新材料，正是利用原始細胞的這一特征并結合其它微生物與化學物質制作而成，它能夠根據雙腳在運動中的受沖擊狀況及時地提供支撐。設計師探索的是一種材料與使用者以及使用環境產生互動的可能。

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研究星風

近年來，專業巡天望遠鏡的誕生大大減少了在自家后院天文臺里的觀測者們在某些領域做出科學貢獻的機會，例如搜索小行星和彗星。但是現在，廉價、高分辨率、現成的商品攝譜儀可以填補這個空缺了。甚至在中小口徑望遠鏡上安裝攝譜儀，就可以通過揭示一顆恒星的溫度、化學組成，或者通過揭示天體上原子激發和電離的物理條件，從而獲得有科學意義的結果。

使用加納利天體物理研究所的31英寸反射望遠鏡，Eversberg和他的團隊觀測了天鵝座中的三顆沃爾夫—拉葉星：WR 134、135和137。它們的光球層被高密度氣體云包裹，這些氣體云以非常快的速度運動和旋轉。目視觀測者不會發現這類恒星有什么異常，但氣體云可以在恒星光譜中產生明亮的發射線。通過研究這些譜線，天文學家們可以探索被遮掩的恒星表面與其強勁星風之間的關系，同時檢測這些星風的周期性和隨機的凝聚性。

Eversberg表示：“我們可以說就是光譜天文學中專業人員與業余人員合作的經典范例。”他在位于波恩的德國空間局工作，卻組織了這項以志愿者為主體的光譜研究。他和Anthony Moffat（蒙特利爾大學，加拿大魁北克省）一同發起了這項活動。2009年，他們有目的地組織了一批業余愛好者來到Tenerife島，對一顆溫度極高的雙星WR 140進行近星點觀測，這顆雙星是星風碰撞雙星中被研究得最充分的。他們得到了比2001年僅有專業近星點觀測時多5倍的光譜數據。有了這些業余愛好者的數據，專業天文學家深化了對于該系統的質量、軌道周期和軌道傾角方面的認識。

有了這些來自世界各地的參與者，Eversberg和Moffat組建了ConVento團隊（ConVento在意大利語中意為“隨風”），團隊成員包括致力于星風研究的業余愛好者和專業天文學家。ConVento成員主要使用他們自家的后院天文臺，但是在Tenerife島操作專業級別的望遠鏡卻是這個活動的亮點。Eversberg說：“2009年取得的成功，幫助我們為2013年的觀測活動申請到了望遠鏡時間。專業天文學家已經知道了我們的存在，而且也知道我們能夠干什么。”

捕捉一次性事件

專業天文學家們可以使用絕大多數最先進的望遠鏡和設備，它們都位于世界上最好的觀測臺址。但他們卻沒有業余愛好者所擁有大量觀測時間。長期的測量、巡天和監視需要幾周甚至幾個月的望遠鏡時間，而專業天文臺的觀測時間常常有許多人申請，很難為一支團隊提供這么多時間。而一臺裝有制式攝譜儀的8英寸～20英寸（約合20.32厘米～50.8厘米）望遠鏡也能夠很好地完成這些工作。即便在有光污染的城市，獲得亮星光譜也是有可能的。而且，即使某個晚上在你那里烏云密布，別處的伙伴也能充當替補。

光譜觀測也因此成為了一項新興的、蓬勃發展的“公眾科學”，特別是在歐洲的業余愛好者群體中。目前盡管這種觀測正在發展，但參與人數仍然相對較少。Thierry Garrel說：“法國現在大約有30位認真的觀測者，可能另有約100人對這個領域感興趣。”他是法國“光譜觀測者組織”（ARAS）的成員，該組織是歐洲最活躍的業余天文學組織。

但是這些專注的觀測者中也很少有人完全傾心于這項工作。Eversberg說：“光譜觀測顯得有些枯燥乏味。你必須花費無數個夜晚來獲取數據以供他人分析，而且更槽榚的是，這些數據并不是美麗的照片，而只是圖表和數字。”但你的回報并不僅僅是可以在科學論文中署名。正如Eversberg指出的那樣：“我們的工作不是拍攝無數張獵戶星云的照片，而是見證那些一次性發生的事件。”

讓我們看一看長周期食雙星。在這種系統中，兩顆恒星周期性地互相掩食，目前已經發現了幾十個這樣的雙星系統，但只有幾個得到了較好的研究。它們的長軌道周期使其成為業余愛好者的最佳觀測對象。已知最好的一個食雙星就是御夫座ε，它于2009年～2011年之間通過距離極小點，并且此時有一個暗氣體塵埃云在主星前方越過。上次掩食發生在27年前，當時業余愛好者還沒有攝譜儀。據英國的業余光譜學家Robin Leadbeater報告，有超過800條業余愛好者拍攝的光譜并已被納入專業數據庫，正在幫助天文學家們研究奇怪的蝕云。通過觀測770納米的鉀吸收線，Leadbeater在這團蝕云使恒星變暗前幾個月，以及真正的交食結束之后很久，都看到了這團蝕云。

其它長周期食雙星還包括仙后座AZ和仙王座VV，其軌道周期分別是9.3年和20.3年。仙王座VV將會演化為一個變雙星，它由一顆老年超巨星和一顆熾熱的矮星組成，其光譜顯示出了很強的氫和鐵的發射線。這些譜線來自于這對恒星周圍延展的氣體包層，它們隨時間演化的方式，與星風的模式和速度以及恒星特征參數和軌道參數有關。

由于剛剛推算出仙后座AZ將有一次交食，Cezary Galan（哥白尼大學，波蘭）建議業余愛好者們在2014年全年對其展開持續監測。Galan在他的網頁上寫道：“連續密集的測光觀測和光譜觀測是很必要的。對仙后座AZ的長時間尺度變化進行監測需要大量觀測者的參與，以降低天氣的影響，同時保證對交食過程中最重要階段的觀測成功。”截至2013年6月初，業余愛好者提交了總共250個光譜中的2/3。Galan說：“業余觀測者對這個活動的興趣之大，遠遠超過了我的預期。”

與此同時，Darryl Sergison（埃克塞特大學，英國）請求業余愛好者對低質量金牛座T型星進行光譜監測，以幫助天文學家更清晰地了解年輕類日恒星的周圍環境，并查明它們的各式各樣的盤、生長過程和外向流結構的特征。這項研究在今年秋天將會達到，但是對其中三個目標的監測從去年年底就已經開始了。

長期項目的最佳范例是國際Be型恒星觀測活動，它已經運行了超過10年。大約20%的B型星（此類恒星占肉眼可見恒星的20%）會顯示出氫發射線，有時還有氦和鐵的發射線，它們還會以數小時到數十年不等的時間尺度變化。天文學家們認為，這些發射線是由恒星快速旋轉時拋出的氣體外殼或盤造成的，它們在赤道處的離心力足以克服自身引力。但是光譜的變化卻讓人難以理解。因此，業余愛好者拍攝的光譜資料就至關重要了。天文學家們總共已經收集了約600顆Be型星的超過72000條光譜，其中有29000條（40%）僅僅出自于49位業余愛好者之手。這些數據被儲存在Be型恒星光譜數據庫中，由業余愛好者和專業天文學家共同維護，天文學家們在20多篇論文中使用了這些數據。

成為業余光譜學家

還有其它許多有趣的目標可供業余愛好者選擇，從新星、超新星到小行星和彗星。這些都可以得益于現在出現的廉價、現成的商品攝譜儀。而僅僅10年前，業余愛好者還沒有高分辨率光譜觀測所必需的儀器，除非他們自己制作。

業余愛好者希望獲得簡單而強大的儀器，以進行有科學意義的研究。受此激勵，法國業余愛好者Fran？ois Cochard、Olivier Thizy、Christian Buil和Yvon Rieugné專門為業余愛好者設計了一種商業級高分辨率攝譜儀，后來發展為Lhires品牌。現在，他們的Shelyak儀器公司可以提供各種價位、覆蓋所有分辨率的攝譜儀。歐洲南方天文臺的工程師Jesús Rodríguez、Carlos Guirao和Gerardo ávila，以及德國馬普地外物理研究所的專業天文學家Vadim Burwitz是歐洲的另一個攝譜儀來源。他們的“光譜發燒友俱樂部”與德國的Baader Planetarium公司合作，向業余愛好者提供攝譜儀。

但是硬件只是故事的一部分。怎樣才能知道，你是否有業余光譜學家所必備的技能呢？Eversberg說：“這種技能需要學習。”因此各種互聯網交流平臺是極其重要的，例如ARAS主持的網上論壇和新聞組，以及德國的Spektroskopie論壇等。在這些平臺上，光譜愛好者們可以交流觀測技術和設備的相關知識，策劃新的觀測活動，以及討論觀測結果。大多數討論都是用英語進行的，以便更多的人可以參與。

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二、重視教育，把知識教育和傳統教育結合起來，提高民族的綜合素質。以色列重視教育，把教育看作是開創未來的關鍵。其主要做法，一是對教育的投入一直很高，始終保持在占GDP的9―12％。政府為每個小學生每年花費3938美元，為每個大學生花費11036美元，均高于其他發達國家。以色列猶太人中受過高等教育的占38％，受過中等教育的占70％，這在世界上也是名列前茅的。二是將教育置于法律的基礎上，成為教育法制化國家。“義務教育法”規定5―17歲孩子必須接受免費義務教育，18歲未學完國家規定課程的成年人要學完高中課程。此外，還有“國家教育法”、“高等教育委員會法”、“學校督導法”、“特殊教育法”，從教學內容到具體管理，從一般培養到特殊教育，甚至對學生的課時都做了規定。三是注重啟發式教育。無論是中學還是大學，教學都比較寬松。但對中小學課時做了規定，學校教育每周4天，每天不得少于8小時，周末學習一天不得少于5小時，星期五不得少于4小時。這些規定是要學生把課程主要消化在學校里和課堂上，減輕學生負擔，沒有繁雜的家庭作業。四是注重課外教育。參觀展示二戰期間猶太人悲慘遭遇的“大屠殺博物館”是每個學生的必修課。學校還組織學生參觀眾多的博物館、展覽館、農產品展覽、花卉展覽等，使學生接受愛國主義教育和廣博的課外知識。五是部隊教育作為青年人成長教育的重要一環。凡滿18―26歲的猶太人，男子服兵役三年，女子一年半。這實際是學校教育的繼續。在軍隊青年人接觸一些先進的武器裝備，培養了必備的各種技能，同時培養團隊精神，團結協作，互相支持。這都為今后工作奠定了良好的基礎。

三、科技立國，科技興國，使以色列在當今世界綜合國力的競爭中出奇制勝。以色列前副總理兼外長西蒙?佩雷斯曾說過，在以色列這樣的國家，不靠天、不靠地、就是靠科技。以色列年均降雨量200毫米，水資源嚴重缺乏，荒漠化土地占土地總面積的60％。多年來以色列在農業科技的研發、治理荒漠化土地、節水農業、工廠化農業、作物品種的改良和推廣、生態農業、植物保護等方面取得的成就舉世矚目。農業人口由當初占全國人口的70％減少到現在的3％，小麥、花卉、水果、棉花等農產品不但自給有余，還大量出口。以色列高科技產業異軍突起，信息產業已成為國民經濟的支柱產業。新興公司數量僅次于美國，居世界第二，高新技術出口占全部出口收入的70％。電子產品出口占全部工業品出口的40％。軟件產業成為國際軟件業的一支主要力量，是國際認可的軟件設計中心。近年來，以色列在衛星圖像、納米技術、反導系統、農業新技術開發、太陽能發電、生物技術等領域都取得顯著的成果。