“纳米技术”阅读答案
时间:2018-01-19
材料一
华裔物理学家王中林和其博士生宋金会成功地在纳米（十亿分之一米）尺度下将机械能转换成电能，在世界上首次研制成功纳米发电机。这一最新成果开启了纳米科学和技术的新篇章。
近十年来，纳米科学界对纳米材料合成和应用的研究方兴未艾。尺寸微小、功耗低、反应灵敏的纳米器件和纳米机器人，一直是纳米学术界的前沿，因为它们可以完成微观医疗以及遥感等普通人力难以企及的使命。但对于全球众多的研究者而言，最大的问题是：不管纳米器 械做到多小，仍然不得不依赖庞大的外接电源。如果真正让这些微小器件工作起来，保持纳米系统微小而且体内可植入等特性、小型化的供电系统必不可少。只有实现了自带电源的纳米器件才可视为真正的纳米系统，也才能在多领域得到广泛的应用。
王中林和宋金会巧妙地利用竖直结构的氧化锌纳米线的独特性质，在原子力显微镜的帮助下，研制出将机械能转化为电能的世界上最小的发电装置——纳米发电机。他们充分利用了氧化锌纳米线的半导体性能和压电效应：通过外界环境震动，无论是超声波，还是人的行走、潮汐的运动，甚至心脏跳动（如果被植入人体内部的话），使得纳米线因机械运动产生动能传导，而产生微小的共振、摆动、变形，从而在表面积累起电荷，再由纳米线所附着的电极板输出电流，从而完美地实现纳米尺度的发电功能。据测算，当时这一纳米发电机竟然能达到17%—30%的发电效率，为自发电的纳米器件奠定了物理基础。
王中林教授早在七年前就敏锐地认识到氧化锌具有独特的半导体、光学和生物特性等其他纳米材料不可替代的作用。他带领科研小组，一直致力于以氧化锌为基础的纳米材料的合成和应用的研究，并且取得了令人瞩目的成果。2001年，他们首次合成氧化锌半导体纳米带，这一重大科研成果震动了整个纳米学界。
王中林团队的科研成果表明，纳米发电机的发明势必成为纳米科技界的重大科研里程碑，其应用前景不可估量。
（取材于《纳米发电机问世》）
材料二
摩擦运动产生的微小能量收集起来能不能发电？王中林教授的回答是“能”。2011年，王中林教授发现表面上修饰着纳米结构的塑料薄膜，互相摩擦就有静电产生，而且这种方式产生的电压电流是过去用压电产生的几十倍。基于这样的发现，王中林团队研制出了摩擦纳米发电机，并在2014年将其输出功率提高了五个数量级。
从2006年开始，王中林团队先后发明了压电式纳米发电机、热势纳米发电机、混合型纳米发电机、摩擦纳米发电机，用单根氧化锌纳米线实现了从机械能到电能的转化。此外，美国另一科学家与中国科学家联合开发一种能从汽车车轮与地面的摩擦中收获能量的纳米发电机，将车辆的燃油效率提高10%。而中科院纳米能源所2014年也成功研制出旋转型摩擦纳米发电机，首次实现了恒定电源的输出。
纳米发电机可以收集机械能，如人体运动、肌肉收缩等所产生的能量；还可收集震动能和流体能量，如声波和超声波产生的能量；体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量。然后将这些能量转化为电能，提供给纳米器件。
纳米发电机在生物医学、军事、无线通信、无线传感等方面具有广泛的应用性。例如：每个人的衣服、鞋子里放置这样的电源，肢体运动时就可以将机械能转化为电能，从而为身上携带的电子设备（包括MP3、手机等）提供能量。还可用来植入皮下，利用肌肉活动来供电，不需要更换电池，就可以检测血脂、血糖和心脏活动。甚至可应用到安保方面，将传感器安装到门把手上、地面上、屋子里，有人触碰上就可产生信号，实现报警或启动监视状态。
目前，纳米发电机可以预想的主要有三大应用领域：第一大应用领域是移动通讯、移动能源，也就是逐渐流行的可穿戴智能设备。第二大应用领域是自驱动的传感，包括健康监测、物联网、环境监测方面等等。第三大应用领域则较为长远，利用大能源发电。比如现有的风力发电机，体积庞大，风力太小带动不起来。而利用纳米发电技术，在一堵墙上做出蜂窝状的小洞，只要有风就可以发电，也就是说，纳米发电机具有大规模收集和转化自然界中机械能的潜力，有望成为绿色能源供给的全新途径。
和传统的电磁发电机相比，纳米发电机具有诸多优势。例如，摩擦发电机由薄膜高分子材料和薄膜电极材料制成，具有极轻的重量和极小的体积，特别适合于为小型电器提供电能；摩擦发电机的制作材料均为大规模工业化原料，其结构简单，制作成型简便，制作成本大大低于其他发电技术，为其广泛应用提供极为有利的条件。
（取材于《可收集摩擦发电的纳米发电机》）
材料三
如今，纳米 技术几乎涉及到现有的一切基础性科学技术领域，并已引起全球范围内的工业、农业、科学技术等发生革命性变革，给人类社会带来了巨大的变化。当人们憧憬着纳米技术将给生活带来的美好前景时，也应该冷静地考虑纳米技术将对环境和人类社会产生的深远影响。
负责任的发展纳米技术， 已经成为国际上发展纳米技术的重要理念。日本于1990年就开展了工程纳米材料毒理方面的研究。美国自2000年提出纳米技术开发计划的同时，就提出考虑纳米技术的负面影响。中国自2005年以来，国家自然科学基金委开始资助研究纳米科技的安全性和生态效应的项目。
研究表明，纳米材料在其生产、运输、使用、储存的过程中不可避免地进入到环境中，从而对生态和人体都可能造成影响。首先，纳米粒子通过肺呼吸、皮肤渗透、肠道系统以及医疗过程中被有意的注入（或由植入体释放）进入人体，可能对肺部产生炎症，可能会穿过血脑屏障向脑组织、血液或者其他组织迁移，并对机体组织造成一定程度的损伤。其次，人工纳米材料由于其尺寸较小，具有极大的比表面积，因此人工纳米材料进入环境之后，还可能与环境中的污染物发生相互作用，对环境中的微生物、植物、动物等产生生态毒性效应，从而导致生态系统的失稳，对环境造成不可逆转的破坏。这方面的研究虽然刚刚开展，尚未形成完整的体系，但需 引起足够的重视。
除此之外，纳米技术可能会完成许多超乎想象的工作，彻底地改变人们的生活，也对社会伦理道德存在潜在的威胁。如果利用纳米技术改变基因和细胞结构，那么人类就可以根据自己的想法和目标去生育后代，从而改变传统的生育方式和人类传统的传宗接代的方式，到时传统的父母双亲的概念就不存在了。如果结合转基因技术等新技术，也许未来人类的寿命将得到不断的延长。如果每个人都可长生不老，那么必将导致地球有限的空间人满为患，而且再也没有人去珍惜时光，追求生命的价值，这样的社会也必将衰落。这对人类的伦理道德将是一个很大的挑战。
（取材于《纳米技术的潜在风险研究进展》）
7. 下面的理解和推断，正确的一项是（3分）
A. 2011年，王中林团队发明摩擦纳米发电机，并将其输出功率提高五个数量级。
B. 美国另一科学家与中国科学家联合开发的一种纳米发电机可以收集摩擦运动中产生的能量，来提高车辆的燃油效率。
C. 纳米发电机可收集机械能、震动能、流体能等一切能量，并将其转化为电能。
D. 纳米发电机一旦装上电池后，就可以根据需要随时随地为手机等电子设备充电。
8. 下面的理解和推断，正确的两项是（5分）
A. 王中林和宋金会研制成功纳米发动机，第一次解决了“不管纳米器械做到多小，仍然不得不依赖庞大的外接电源”的问题。
B. 纳米技术涉及到基础性科学技术的一切领域，并给人类社会生活带来巨大变化。
C. 研究纳米科技的安全性和生态效应表明了中国在发展纳米技术时具有负责任的态度。
D. 人工纳米材料一旦进入环境之后，就会与环境污染物发生相互作用，进而产生生态毒性效应。
E. 如果利用纳米技术改变人类基因和细胞结构，那么传统的父母双亲的概念就会消失。
9.纳米技术将会在哪些方面给人类社会带来影响？请根据以上三则材料加以概括。（4分）
参考答案
7. B A项“将其输出功率提高五个数量级”是在2014年；C项可收集“一切能量”，表述错误；D项“纳米发电机一旦装上电池后”，表述错误。
8. AC
B项“涉及到基础性科学技术的一切领域”，表述绝对；D项原文为“人工纳米材料进入环境之后，还可能与环境中的污染物发生相互作用，对环境中的微生物、植物、动物等产生生态毒性效应”。E项逻辑错误。原文中说，如果人类“可以根据自己的想法和目标去生育后代，从而改变传统的生育方式和人类传统的传宗接代的方式”，传统的父母双亲的概念就会就消失。
9.①开启了纳米科学和技术的新篇章。
②可以广泛应用于生物医学、军事、无线通信、无线传感等方面，给科研、生活等带来便捷。
③可能对生态和人体造成影响。
④能够完成超乎想象的工作，改变人们的生活。
⑤对社会伦理道德存在潜在的威胁。
（答出4点即给满分）
华裔物理学家王中林和其博士生宋金会成功地在纳米（十亿分之一米）尺度下将机械能转换成电能，在世界上首次研制成功纳米发电机。这一最新成果开启了纳米科学和技术的新篇章。
近十年来，纳米科学界对纳米材料合成和应用的研究方兴未艾。尺寸微小、功耗低、反应灵敏的纳米器件和纳米机器人，一直是纳米学术界的前沿，因为它们可以完成微观医疗以及遥感等普通人力难以企及的使命。但对于全球众多的研究者而言，最大的问题是：不管纳米器 械做到多小，仍然不得不依赖庞大的外接电源。如果真正让这些微小器件工作起来，保持纳米系统微小而且体内可植入等特性、小型化的供电系统必不可少。只有实现了自带电源的纳米器件才可视为真正的纳米系统，也才能在多领域得到广泛的应用。
王中林和宋金会巧妙地利用竖直结构的氧化锌纳米线的独特性质，在原子力显微镜的帮助下，研制出将机械能转化为电能的世界上最小的发电装置——纳米发电机。他们充分利用了氧化锌纳米线的半导体性能和压电效应：通过外界环境震动，无论是超声波，还是人的行走、潮汐的运动，甚至心脏跳动（如果被植入人体内部的话），使得纳米线因机械运动产生动能传导，而产生微小的共振、摆动、变形，从而在表面积累起电荷，再由纳米线所附着的电极板输出电流，从而完美地实现纳米尺度的发电功能。据测算，当时这一纳米发电机竟然能达到17%—30%的发电效率，为自发电的纳米器件奠定了物理基础。
王中林教授早在七年前就敏锐地认识到氧化锌具有独特的半导体、光学和生物特性等其他纳米材料不可替代的作用。他带领科研小组，一直致力于以氧化锌为基础的纳米材料的合成和应用的研究，并且取得了令人瞩目的成果。2001年，他们首次合成氧化锌半导体纳米带，这一重大科研成果震动了整个纳米学界。
王中林团队的科研成果表明，纳米发电机的发明势必成为纳米科技界的重大科研里程碑，其应用前景不可估量。
（取材于《纳米发电机问世》）
材料二
摩擦运动产生的微小能量收集起来能不能发电？王中林教授的回答是“能”。2011年，王中林教授发现表面上修饰着纳米结构的塑料薄膜，互相摩擦就有静电产生，而且这种方式产生的电压电流是过去用压电产生的几十倍。基于这样的发现，王中林团队研制出了摩擦纳米发电机，并在2014年将其输出功率提高了五个数量级。
从2006年开始，王中林团队先后发明了压电式纳米发电机、热势纳米发电机、混合型纳米发电机、摩擦纳米发电机，用单根氧化锌纳米线实现了从机械能到电能的转化。此外，美国另一科学家与中国科学家联合开发一种能从汽车车轮与地面的摩擦中收获能量的纳米发电机，将车辆的燃油效率提高10%。而中科院纳米能源所2014年也成功研制出旋转型摩擦纳米发电机，首次实现了恒定电源的输出。
纳米发电机可以收集机械能，如人体运动、肌肉收缩等所产生的能量；还可收集震动能和流体能量，如声波和超声波产生的能量；体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量。然后将这些能量转化为电能，提供给纳米器件。
纳米发电机在生物医学、军事、无线通信、无线传感等方面具有广泛的应用性。例如：每个人的衣服、鞋子里放置这样的电源，肢体运动时就可以将机械能转化为电能，从而为身上携带的电子设备（包括MP3、手机等）提供能量。还可用来植入皮下，利用肌肉活动来供电，不需要更换电池，就可以检测血脂、血糖和心脏活动。甚至可应用到安保方面，将传感器安装到门把手上、地面上、屋子里，有人触碰上就可产生信号，实现报警或启动监视状态。
目前，纳米发电机可以预想的主要有三大应用领域：第一大应用领域是移动通讯、移动能源，也就是逐渐流行的可穿戴智能设备。第二大应用领域是自驱动的传感，包括健康监测、物联网、环境监测方面等等。第三大应用领域则较为长远，利用大能源发电。比如现有的风力发电机，体积庞大，风力太小带动不起来。而利用纳米发电技术，在一堵墙上做出蜂窝状的小洞，只要有风就可以发电，也就是说，纳米发电机具有大规模收集和转化自然界中机械能的潜力，有望成为绿色能源供给的全新途径。
和传统的电磁发电机相比，纳米发电机具有诸多优势。例如，摩擦发电机由薄膜高分子材料和薄膜电极材料制成，具有极轻的重量和极小的体积，特别适合于为小型电器提供电能；摩擦发电机的制作材料均为大规模工业化原料，其结构简单，制作成型简便，制作成本大大低于其他发电技术，为其广泛应用提供极为有利的条件。
（取材于《可收集摩擦发电的纳米发电机》）
材料三
如今，纳米 技术几乎涉及到现有的一切基础性科学技术领域，并已引起全球范围内的工业、农业、科学技术等发生革命性变革，给人类社会带来了巨大的变化。当人们憧憬着纳米技术将给生活带来的美好前景时，也应该冷静地考虑纳米技术将对环境和人类社会产生的深远影响。
负责任的发展纳米技术， 已经成为国际上发展纳米技术的重要理念。日本于1990年就开展了工程纳米材料毒理方面的研究。美国自2000年提出纳米技术开发计划的同时，就提出考虑纳米技术的负面影响。中国自2005年以来，国家自然科学基金委开始资助研究纳米科技的安全性和生态效应的项目。
研究表明，纳米材料在其生产、运输、使用、储存的过程中不可避免地进入到环境中，从而对生态和人体都可能造成影响。首先，纳米粒子通过肺呼吸、皮肤渗透、肠道系统以及医疗过程中被有意的注入（或由植入体释放）进入人体，可能对肺部产生炎症，可能会穿过血脑屏障向脑组织、血液或者其他组织迁移，并对机体组织造成一定程度的损伤。其次，人工纳米材料由于其尺寸较小，具有极大的比表面积，因此人工纳米材料进入环境之后，还可能与环境中的污染物发生相互作用，对环境中的微生物、植物、动物等产生生态毒性效应，从而导致生态系统的失稳，对环境造成不可逆转的破坏。这方面的研究虽然刚刚开展，尚未形成完整的体系，但需 引起足够的重视。
除此之外，纳米技术可能会完成许多超乎想象的工作，彻底地改变人们的生活，也对社会伦理道德存在潜在的威胁。如果利用纳米技术改变基因和细胞结构，那么人类就可以根据自己的想法和目标去生育后代，从而改变传统的生育方式和人类传统的传宗接代的方式，到时传统的父母双亲的概念就不存在了。如果结合转基因技术等新技术，也许未来人类的寿命将得到不断的延长。如果每个人都可长生不老，那么必将导致地球有限的空间人满为患，而且再也没有人去珍惜时光，追求生命的价值，这样的社会也必将衰落。这对人类的伦理道德将是一个很大的挑战。
（取材于《纳米技术的潜在风险研究进展》）
7. 下面的理解和推断，正确的一项是（3分）
A. 2011年，王中林团队发明摩擦纳米发电机，并将其输出功率提高五个数量级。
B. 美国另一科学家与中国科学家联合开发的一种纳米发电机可以收集摩擦运动中产生的能量，来提高车辆的燃油效率。
C. 纳米发电机可收集机械能、震动能、流体能等一切能量，并将其转化为电能。
D. 纳米发电机一旦装上电池后，就可以根据需要随时随地为手机等电子设备充电。
8. 下面的理解和推断，正确的两项是（5分）
A. 王中林和宋金会研制成功纳米发动机，第一次解决了“不管纳米器械做到多小，仍然不得不依赖庞大的外接电源”的问题。
B. 纳米技术涉及到基础性科学技术的一切领域，并给人类社会生活带来巨大变化。
C. 研究纳米科技的安全性和生态效应表明了中国在发展纳米技术时具有负责任的态度。
D. 人工纳米材料一旦进入环境之后，就会与环境污染物发生相互作用，进而产生生态毒性效应。
E. 如果利用纳米技术改变人类基因和细胞结构，那么传统的父母双亲的概念就会消失。
9.纳米技术将会在哪些方面给人类社会带来影响？请根据以上三则材料加以概括。（4分）
参考答案
7. B A项“将其输出功率提高五个数量级”是在2014年；C项可收集“一切能量”，表述错误；D项“纳米发电机一旦装上电池后”，表述错误。
8. AC
B项“涉及到基础性科学技术的一切领域”，表述绝对；D项原文为“人工纳米材料进入环境之后，还可能与环境中的污染物发生相互作用，对环境中的微生物、植物、动物等产生生态毒性效应”。E项逻辑错误。原文中说，如果人类“可以根据自己的想法和目标去生育后代，从而改变传统的生育方式和人类传统的传宗接代的方式”，传统的父母双亲的概念就会就消失。
9.①开启了纳米科学和技术的新篇章。
②可以广泛应用于生物医学、军事、无线通信、无线传感等方面，给科研、生活等带来便捷。
③可能对生态和人体造成影响。
④能够完成超乎想象的工作，改变人们的生活。
⑤对社会伦理道德存在潜在的威胁。
（答出4点即给满分）
