纳米科学论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇纳米科学论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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

纳米科学和技术所涉及的是具有尺寸在1-100纳米范围的结构的制备和表征。在这个领域的研究举世瞩目。例如，美国政府2001财政年度在纳米尺度科学上的投入要比2000财政年增长83%，达到5亿美金。有两个主要的理由导致人们对纳米尺度结构和器件的兴趣的增加。第一个理由是，纳米结构（尺度小于20纳米）足够小以至于量子力学效应占主导地位，这导致非经典的行为，譬如，量子限制效应和分立化的能态、库仑阻塞以及单电子邃穿等。这些现象除引起人们对基础物理的兴趣外，亦给我们带来全新的器件制备和功能实现的想法和观念，例如，单电子输运器件和量子点激光器等。第二个理由是，在半导体工业有器件持续微型化的趋势。根据“国际半导体技术路向（2001）“杂志，2005年前动态随机存取存储器（DRAM）和微处理器（MPU）的特征尺寸预期降到80纳米，而MPU中器件的栅长更是预期降到45纳米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的问题预期就会出现。到2005年类似的问题将预期出现在DRAM的制造过程中。半导体器件特征尺寸的深度缩小不仅要求新型光刻技术保证能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件设计和制造方案，因为当MOS器件的尺寸缩小到一定程度时基础物理极限就会达到。随着传统器件尺寸的进一步缩小，量子效应比如载流子邃穿会造成器件漏电流的增加，这是我们不想要的但却是不可避免的。因此，解决方案将会是制造基于量子效应操作机制的新型器件，以便小物理尺寸对器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我们能够制造纳米尺度的器件，我们肯定会获益良多。譬如，在电子学上，单电子输运器件如单电子晶体管、旋转栅门管以及电子泵给我们带来诸多的微尺度好处，他们仅仅通过数个而非以往的成千上万的电子来运作，这导致超低的能量消耗，在功率耗散上也显著减弱，以及带来快得多的开关速度。在光电子学上，量子点激光器展现出低阈值电流密度、弱阈值电流温度依赖以及大的微分增益等优点，其中大微分增益可以产生大的调制带宽。在传感器件应用上，纳米传感器和纳米探测器能够测量极其微量的化学和生物分子，而且开启了细胞内探测的可能性，这将导致生物医学上迷你型的侵入诊断技术出现。纳米尺度量子点的其他器件应用，比如，铁磁量子点磁记忆器件、量子点自旋过滤器及自旋记忆器等，也已经被提出，可以肯定这些应用会给我们带来许多潜在的好处。总而言之，无论是从基础研究（探索基于非经典效应的新物理现象）的观念出发，还是从应用（受因结构减少空间维度而带来的优点以及因应半导体器件特征尺寸持续减小而需要这两个方面的因素驱使）的角度来看，纳米结构都是令人极其感兴趣的。

II.纳米结构的制备———首次浪潮

有两种制备纳米结构的基本方法：build-up和build-down。所谓build-up方法就是将已预制好的纳米部件（纳米团簇、纳米线以及纳米管）组装起来；而build-down方法就是将纳米结构直接地淀积在衬底上。前一种方法包含有三个基本步骤：1）纳米部件的制备；2）纳米部件的整理和筛选；3）纳米部件组装成器件（这可以包括不同的步骤如固定在衬底及电接触的淀积等等）。“build-up“的优点是个体纳米部件的制备成本低以及工艺简单快捷。有多种方法如气相合成以及胶体化学合成可以用来制备纳米元件。目前，在国内、在香港以及在世界上许多的实验室里这些方法正在被用来合成不同材料的纳米线、纳米管以及纳米团簇。这些努力已经证明了这些方法的有效性。这些合成方法的主要缺点是材料纯洁度较差、材料成份难以控制以及相当大的尺寸和形状的分布。此外，这些纳米结构的合成后工艺再加工相当困难。特别是，如何整理和筛选有着窄尺寸分布的纳米元件是一个至关重要的问题，这一问题迄今仍未有解决。尽管存在如上的困难和问题，“build-up“依然是一种能合成大量纳米团簇以及纳米线、纳米管的有效且简单的方法。可是这些合成的纳米结构直到目前为止仍然难以有什么实际应用，这是因为它们缺乏实用所苛求的尺寸、组份以及材料纯度方面的要求。而且，因为同样的原因用这种方法合成的纳米结构的功能性质相当差。不过上述方法似乎适宜用来制造传感器件以及生物和化学探测器，原因是垂直于衬底生长的纳米结构适合此类的应用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料纯度控制，而且它的制造机理与现代工业装置相匹配，换句话说，它是利用广泛已知的各种外延技术如分子束外延(MBE)、化学气相淀积（MOVCD）等来进行器件制造的传统方法。“Build-down”方法的缺点是较高的成本。在“build-down”方法中有几条不同的技术路径来制造纳米结构。最简单的一种，也是最早使用的一种是直接在衬底上刻蚀结构来得到量子点或者量子线。另外一种是包括用离子注入来形成纳米结构。这两种技术都要求使用开有小尺寸窗口的光刻版。第三种技术是通过自组装机制来制造量子点结构。自组装方法是在晶格失配的材料中自然生长纳米尺度的岛。在Stranski-Krastanov生长模式中，当材料生长到一定厚度后，二维的逐层生长将转换成三维的岛状生长，这时量子点就会生成。业已证明基于自组装量子点的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子点器件的饱和材料增益要比相应的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3个量级。阈值电流密度低于100A/cm2、室温输出功率在瓦特量级（典型的量子阱基激光器的输出功率是5-50mW）的连续波量子点激光器也已经报道。无论是何种材料系统，量子点激光器件都预期具有低阈值电流密度，这预示目前还要求在大阈值电流条件下才能激射的宽带系材料如III组氮化物基激光器还有很大的显著改善其性能的空间。目前这类器件的性能已经接近或达到商业化器件所要求的指标，预期量子点基的此类材料激光器将很快在市场上出现。量子点基光电子器件的进一步改善主要取决于量子点几何结构的优化。虽然在生长条件上如衬底温度、生长元素的分气压等的变化能够在一定程度上控制点的尺寸和密度，自组装量子点还是典型底表现出在大小、密度及位置上的随机变化，其中仅仅是密度可以粗糙地控制。自组装量子点在尺寸上的涨落导致它们的光发射的非均匀展宽，因此减弱了使用零维体系制作器件所期望的优点。由于量子点尺寸的统计涨落和位置的随机变化，一层含有自组装量子点材料的光致发光谱典型地很宽。在竖直叠立的多层量子点结构中这种谱展宽效应可以被减弱。如果隔离层足够薄，竖直叠立的多层量子点可典型地展现出竖直对准排列，这可以有效地改善量子点的均匀性。然而，当隔离层薄的时候，在一列量子点中存在载流子的耦合，这将失去因使用零维系统而带来的优点。怎样优化量子点的尺寸和隔离层的厚度以便既能获得好均匀性的量子点又同时保持载流子能够限制在量子点的个体中对于获得器件的良好性能是至关重要的。

很清楚纳米科学的首次浪潮发生在过去的十年中。在这段时期，研究者已经证明了纳米结构的许多崭新的性质。学者们更进一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法来进行纳米结构制造。这些成果向我们展示，如果纳米结构能够大量且廉价地被制造出来，我们必将收获更多的成果。

在未来的十年中，纳米科学和技术的第二次浪潮很可能发生。在这个新的时期，科学家和工程师需要征明纳米结构的潜能以及期望功能能够得到兑现。只有获得在尺寸、成份、位序以及材料纯度上良好可控能力并成功地制造出实用器件才能实现人们对纳米器件所期望的功能。因此，纳米科学的下次浪潮的关键点是纳米结构的人为可控性。

III.纳米结构尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

为了充分发挥量子点的优势之处，我们必须能够控制量子点的位置、大小、成份已及密度。其中一个可行的方法是将量子点生长在已经预刻有图形的衬底上。由于量子点的横向尺寸要处在10-20纳米范围（或者更小才能避免高激发态子能级效应，如对于GaN材料量子点的横向尺寸要小于8纳米）才能实现室温工作的光电子器件，在衬底上刻蚀如此小的图形是一项挑战性的技术难题。对于单电子晶体管来说，如果它们能在室温下工作，则要求量子点的直径要小至1-5纳米的范围。这些微小尺度要求已超过了传统光刻所能达到的精度极限。有几项技术可望用于如此的衬底图形制作。

—电子束光刻通常可以用来制作特征尺度小至50纳米的图形。如果特殊薄膜能够用作衬底来最小化电子散射问题，那特征尺寸小至2纳米的图形可以制作出来。在电子束光刻中的电子散射因为所谓近邻干扰效应（proximityeffect）而严重影响了光刻的极限精度，这个效应造成制备空间上紧邻的纳米结构的困难。这项技术的主要缺点是相当费时。例如，刻写一张4英寸的硅片需要时间1小时，这不适宜于大规模工业生产。电子束投影系统如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在发展之中以便使这项技术较适于用于规模生产。目前，耗时和近邻干扰效应这两个问题还没有得到解决。

—聚焦离子束光刻是一种机制上类似于电子束光刻的技术。但不同于电子束光刻的是这种技术并不受在光刻胶中的离子散射以及从衬底来的离子背散射影响。它能刻出特征尺寸细到6纳米的图形，但它也是一种耗时的技术，而且高能离子束可能造成衬底损伤。

—扫描微探针术可以用来划刻或者氧化衬底表面，甚至可以用来操纵单个原子和分子。最常用的方法是基于材料在探针作用下引入的高度局域化增强的氧化机制的。此项技术已经用来刻划金属（Ti和Cr）、半导体（Si和GaAs）以及绝缘材料（Si3N4和silohexanes），还用在LB膜和自聚集分子单膜上。此种方法具有可逆和简单易行等优点。引入的氧化图形依赖于实验条件如扫描速度、样片偏压以及环境湿度等。空间分辨率受限于针尖尺寸和形状（虽然氧化区域典型地小于针尖尺寸）。这项技术已用于制造有序的量子点阵列和单电子晶体管。这项技术的主要缺点是处理速度慢（典型的刻写速度为1mm/s量级）。然而，最近在原子力显微术上的技术进展—使用悬臂樑阵列已将扫描速度提高到4mm/s。此项技术的显著优点是它的杰出的分辨率和能产生任意几何形状的图形能力。但是，是否在刻写速度上的改善能使它适用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的还有待于观察。直到目前为止，它是一项能操控单个原子和分子的唯一技术。

—多孔膜作为淀积掩版的技术。多孔膜能用多种光刻术再加腐蚀来制备，它也可以用简单的阳极氧化方法来制备。铝膜在酸性腐蚀液中阳极氧化就可以在铝膜上产生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范围。制备多孔膜的其他方法是从纳米沟道玻璃膜复制。用这项技术已制造出含有细至40nm的空洞的钨、钼、铂以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物图形制作术是一种基于不同聚合物的混合物能够产生可控及可重复的相分离机制的技术。目前，经过反应离子刻蚀后，在旋转涂敷的倍塞共聚物层中产生的图形已被成功地转移到Si3N4膜上，图形中空洞直径20nm，空洞之间间距40nm。在聚苯乙烯基体中的自组织形成的聚异戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱体）可以被臭氧去掉或者通过锇染色而保留下来。在第一种情况，空洞能够在氮化硅上产生；在第二种情况，岛状结构能够产生。目前利用倍塞共聚物光刻技术已制造出GaAs纳米结构，结构的侧向特征尺寸约为23nm,密度高达1011/cm2。

—与倍塞共聚物图形制作术紧密相关的一项技术是纳米球珠光刻术。此项技术的基本思路是将在旋转涂敷的球珠膜中形成的图形转移到衬底上。各种尺寸的聚合物球珠是商业化的产品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比较困难的。用球珠单层膜已能制备出特征尺寸约为球珠直径1/5的三角形图形。双层膜纳米球珠掩膜版也已被制作出。能够在金属、半导体以及绝缘体衬底上使用纳米球珠光刻术的能力已得到确认。纳米球珠光刻术（纳米球珠膜的旋转涂敷结合反应离子刻蚀）已被用来在一些半导体表面上制造空洞和柱状体纳米结构。

—将图形从母体版转移到衬底上的其他光刻技术。几种所谓“软光刻“方法，比如复制铸模法、微接触印刷法、溶剂辅助铸模法以及用硬模版浮雕法等已被探索开发。其中微接触印刷法已被证明只能用来刻制特征尺寸大于100nm的图形。复制铸模法的可能优点是ellastometric聚合物可被用来制作成一个戳子，以便可用同一个戳子通过对戳子的机械加压能够制作不同侧向尺寸的图形。在溶剂辅助铸模法和用硬模版浮雕法（或通常称之为纳米压印术）之间的主要差异是，前者中溶剂被用于软化聚合物，而后者中软化聚合物依靠的是温度变化。溶剂辅助铸模法的可能优点是不需要加热。纳米压印术已被证明可用来制作具有容量达400Gb/in2的纳米激光光盘，在6英寸硅片上刻制亚100nm分辨的图形，刻制10nmX40nm面积的长方形，以及在4英寸硅片上进行图形刻制。除传统的平面纳米压印光刻法之外，滚轴型纳米压印光刻法也已被提出。在此类技术中温度被发现是一个关键因素。此外，应该选用具有较低的玻璃化转变温度的聚合物。为了取得高产，下列因素要解决：

1）大的戳子尺寸

2）高图形密度戳子

3）低穿刺（lowsticking）

4）压印温度和压力的优化

5）长戳子寿命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已经被制作出来。已有少量研究工作在试图优化压印温度和压力，但显然需要进行更多的研究工作才能得到温度和压力的优化参数。高图形密度戳子的制作依然在发展之中。还没有足够量的工作来研究戳子的寿命问题。曾有研究报告报道，覆盖有超薄的特氟隆类薄膜的模板可以用来进行50次的浮刻而不需要中间清洗。报告指出最大的性能退化来自于嵌在戳子和聚合物之间的灰尘颗粒。如果戳子是从ellastometric母版制作出来的，抗穿刺层可能需要使用，而且进行大约5次压印后需要更换。值得关心的其他可能问题包括镶嵌的灰尘颗引起的戳子损伤或聚合物中图形损伤，以及连续压印之间戳子的清洗需要等。尽管进一步的优化和改良是必需的，但此项技术似乎有希望获得高生产率。压印过程包括对准、加热及冷却循环等，整个过程所需时间大约20分钟。使用具有较低玻璃化转换温度的聚合物可以缩短加热和冷却循环所需时间，因此可以缩短整个压印过程时间。

IV．纳米制造所面对的困难和挑战

上述每一种用于在衬底上图形刻制的技术都有其优点和缺点。目前，似乎没有哪个单一种技术可以用来高产量地刻制纳米尺度且任意形状的图形。我们可以将图形刻制的全过程分成下列步骤：

1．在一块模版上刻写图形

2．在过渡性或者功能性材料上复制模版上的图形

3．转移在过渡性或者功能性材料上复制的图形。

很显然第二步是最具挑战性的一步。先前描述的各项技术，例如电子束光刻或者扫描微探针光刻技术，已经能够刻写非常细小的图形。然而，这些技术都因相当费时而不适于规模生产。纳米压印术则因可作多片并行处理而可能解决规模生产问题。此项技术似乎很有希望，但是在它能被广泛应用之前现存的严重的材料问题必须加以解决。纳米球珠和倍塞共聚物光刻术则提供了将第一步和第二步整合的解决方案。在这些技术中，图形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分来确定。然而，用这两种光刻术刻写的纳米结构的形状非常有限。当这些技术被人们看好有很大的希望用来刻写图形以便生长出有序的纳米量子点阵列时，它们却完全不适于用来刻制任意形状和复杂结构的图形。为了能够制造出高质量的纳米器件，不但必须能够可靠地将图形转移到功能材料上，还必须保证在刻蚀过程中引入最小的损伤。湿法腐蚀技术典型地不产生或者产生最小的损伤，可是湿法腐蚀并不十分适于制备需要陡峭侧墙的结构，这是因为在掩模版下一定程度的钻蚀是不可避免的，而这个钻蚀决定性地影响微小结构的刻制。另一方面，用干法刻蚀技术，譬如，反应离子刻蚀(RIE)或者电子回旋共振（ECR）刻蚀，在优化条件下可以获得陡峭的侧墙。直到今天大多数刻蚀研究都集中于刻蚀速度以及刻蚀出垂直墙的能力，而关于刻蚀引入损伤的研究严重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深处探测到刻蚀引入的损伤。当器件中的个别有源区尺寸小于100nm时，如此大的损伤是不能接受的。还有就是因为所有的纳米结构都有大的表面-体积比，必须尽可能地减少在纳米结构表面或者靠近的任何缺陷。

随着器件持续微型化的趋势的发展，普通光刻技术的精度将很快达到它的由光的衍射定律以及材料物理性质所确定的基本物理极限。通过采用深紫外光和相移版，以及修正光学近邻干扰效应等措施，特征尺寸小至80nm的图形已能用普通光刻技术制备出。然而不大可能用普通光刻技术再进一步显著缩小尺寸。采用X光和EUV的光刻技术仍在研发之中，可是发展这些技术遇到在光刻胶以及模版制备上的诸多困难。目前来看，虽然也有一些具挑战性的问题需要解决，特别是需要克服电子束散射以及相关联的近邻干扰效应问题，但投影式电子束光刻似乎是有希望的一种技术。扫描微探针技术提供了能分辨单个原子或分子的无可匹敌的精度，可是此项技术却有固有的慢速度，目前还不清楚通过给它加装阵列悬臂樑能否使它达到可以接受的刻写速度。利用转移在自组装薄膜中形成的图形的技术，例如倍塞共聚物以及纳米球珠刻写技术则提供了实现成本不是那么昂贵的大面积图形刻写的一种可能途径。然而，在这种方式下形成的图形仅局限于点状或者柱状图形。对于制造相对简单的器件而言，此类技术是足够用的，但并不能解决微电子工业所面对的问题。需要将图形从一张模版复制到聚合物膜上的各种所谓“软光刻“方法提供了一种并行刻写的技术途径。模版可以用其他慢写技术来刻制，然后在模版上的图形可以通过要么热辅助要么溶液辅助的压印法来复制。同一块模版可以用来刻写多块衬底，而且不像那些依赖化学自组装图形形成机制的方法，它可以用来刻制任意形状的图形。然而，要想获得高生产率，某些技术问题如穿刺及因灰尘导致的损伤等问题需要加以解决。对一个理想的纳米刻写技术而言，它的运行和维修成本应该低，它应具备可靠地制备尺寸小但密度高的纳米结构的能力，还应有在非平面上刻制图形的能力以及制备三维结构的功能。此外，它也应能够做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而时至今日，仍然没有任何一项能制作亚100nm图形的单项技术能同时满足上述所有条件。现在还难说是否上述技术中的一种或者它们的某种组合会取代传统的光刻技术。究竟是现有刻写技术的组合还是一种全新的技术会成为最终的纳米刻写技术还有待于观察。

另一项挑战是，为了更新我们关于纳米结构的认识和知识，有必要改善现有的表征技术或者发展一种新技术能够用来表征单个纳米尺度物体。由于自组装量子点在尺寸上的自然涨落，可信地表征单个纳米结构的能力对于研究这些结构的物理性质是绝对至关重要的。目前表征单个纳米结构的能力非常有限。譬如，没有一种结构表征工具能够用来确定一个纳米结构的表面结构到0.1À的精度或者更佳。透射电子显微术(TEM)能够用来研究一个晶体结构的内部情况，但是它不能提供有关表面以及靠近表面的原子排列情况的信息。扫描隧道显微术（STM）和原子力显微术（AFM）能够给出表面某区域的形貌，但它们并不能提供定量结构信息好到能仔细理解表面性质所要求的精度。当近场光学方法能够给出局部区域光谱信息时，它们能给出的关于局部杂质浓度的信息则很有限。除非目前用来表征表面和体材料的技术能够扩展到能够用来研究单个纳米体的表面和内部情况，否则能够得到的有关纳米结构的所有重要结构和组份的定量信息非常有限。

篇2

2011年“国家优秀自费留学生奖学金”获得者，1985年出生，2007年获南开大学生命科学学院理学学士学位。同年赴美国贝勒医学院留学，从事分子与人类遗传学研究，2012年获博士学位。读博期间，在Cell、American Journal of Human Genetics、Nature Genetics等国际知名期刊10余篇。

刘畅

非常高兴成为“自费生奖学金”获得者。这一荣誉的取得是祖国对我留学生涯的肯定和鼓励。同时，要感谢导师对我的指导，同事对我的帮助，以及家人对我的关爱和支持。

——刘畅

2011年“国家优秀自费留学生奖学金”获得者，1984年出生，2007年获北京大学化学、经济学双学士学位，现就读于加拿大不列颠哥伦比亚大学化学系。主要研究方向为新型样品纯化技术的研发，以及单分子和纳米颗粒的超灵敏光学检测。博士期间先后在Analytical Chemistry等本领域顶尖期刊10余篇。同时，担任Electrophoresis等学术期刊以及葡萄牙科学技术委员会的特邀审稿人。曾先后获得加拿大化学会Ryan-Harris研究生奖、美国化学会分析化学研究生奖学金等多项荣誉。

丁铭

虽然身在他乡，但总能感受到祖国的关怀，这种关怀从来没有因为时间和空间而停止过。“自费生奖学金”的获得，对我来说是一份极大的鼓舞，让我更加坚信只要付出，就会有回报，更感觉到了一份强烈的归属感。总有一天，我会带着那份对自然最原始的好奇，对科学最虔诚的求知，对理想最纯真的渴望和对祖国、对人类最无私的责任感，把我所学到的完完全全地奉献给祖国，为祖国的建设贡献自己的一点光和热。

——丁铭

2011年“国家优秀自费留学生奖学金”获得者，1985年出生，2008年获北京交通大学光信息科学与技术专业学士学位，2009年赴英国南安普敦大学光电子学研究中心攻读博士学位，从事微/纳米光纤方面的研究。目前已在领域内知名期刊Applied Physics Letters、IEEE Photonics、The Open Optics Journal、Optics Communications等发表科学论文30余篇。曾多次被邀请作会议报告。

李强

篇3

化学科学是研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成反应、分离和分析、结构形态、物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。随着新世纪脚步的不断加快，作为物质科学组成之一的化学科学将愈来愈引起世界各国的关注。化学中的前沿科学也将成为化学工作者关注的焦点。

从一定意义上讲，科学论文的发表是科学成果被人们承认的唯一形式。一定频次的引用反映了某篇论文重要性的程度，超高频次的引用，常可认为其研究成果引发了科学研究的热点或在科学研究中取得突破。因此，近期化学科研论文的引用情况也体现了化学学科前沿的科学研究成果，以及当前国际化学前沿的特点和变化趋势和研究方向。据中科院文献情报中心的报道，90年代的化学研究前沿领域有：

（1）富勒烯C60的研究导致发现了自然界一类新的物质――碳的另一种存在形式，并对宇宙内碳循环和经典芳香性的关系这一理论化学的关键问题有了全新的认识，开辟了新的化学研究领域。

（2）模拟程序和密度泛函理论的发展引起整个化学领域的革命，使量子化学成为成千上万化学家手中的工具，可用以预测和阐明物质的化学性质。

（3）对不同管径和缠绕角的单壁碳纳米管的结构和导电性质的研究展示了单壁碳纳米管在纳米分子电子学领域的应用前景。

（4）人工合成新药的发展：天然抗癌药物的人工合成以及用以开发新药的组合化学方法。

（5）组合化学新研究领域的发展打破了传统药物开发的模式，可同时合成和筛选大批生物活性物质，大大缩短了新药开发的时间。组合化学技术还被广泛应用于催化剂的筛选、手性化合物合成等材料科学领域。

（6）仿生聚合物是一种先进材料，它的人工合成向模仿机体功能的“目标”迈进了一步。

（7）分析化学在这一阶段已不再仅仅是化学家手中的工具，它已发展为一门分析科学。它一方面为人们提供关于物质，特别是构成生命的基本物质的组成和结构甚至生命过程的信息；另一方面，在精密分析仪器本身的研制上不断获得进展。

（8）计算机技术的飞速发展使化学家的研究手段产生巨大变革。有关生物大分子（如蛋白质、核酸）多维结构图像实现和精细结构表达的程序及软件包的研究受到化学界的极大关注。

（9）有机反应、不对称合成及催化是90年代以来的持续热点。这是一个有工业应用前景和巨大市场潜力的、一直很活跃的研究领域。

在经历了20世纪的空前繁荣发展后，进入21世纪，化学学科面临着四大难题。第一，合成化学难题――化学反应理论；第二，功能结构化学难题――结构和性能的定量关系；第三，生命现象的化学机制――生命化学难题；第四，纳米尺度难题。徐光宪院士等科学家认为21世纪是信息科学、合成化学和生命科学共同繁荣的世纪，化学的微观方法和宏观方法相互结合，相互渗透这一潮流将进一步向前发展，并提出了新世纪的化学科学包含了对下列八个层次的物质对象的研究：

（1）原子层次的化学：其中包括核化学、放射化学、同位素化学、sp区元素化学、d区元素化学、4p区元素化学、5f区元素化学、超5f区元素化学、单原子操纵和检测化学等。

（2）分子层次的化学：现已合成的2000余万种分子和化合物，通常分为无机、有机和高分子化合物。但近30余年来合成的众多化合物，如金属有机化合物、元素有机化合物、原子簇化合物、金属酶、金属硫蛋白、富勒烯、团簇、配位高分子等很难适应老的分类法。21世纪将研究分子的多元分类法，如按照分子片结合方式和生成的分子结构类型分类，可分为0维、1维、2维、3维分子等。

（3）分子片层次的化学：原子只有110余种，但分子数目已超过2000万种，因此有必要在原子和分子之间引入一个“分子片”的新层次，在21世纪应该开展分子片化学的研究。

（4）超分子层次的化学：其中包括受体和给体的化学、锁和钥匙的化学、分子间的非共价作用力、范德华引力、各种不同类型的氢键、疏水-疏水基团相互作用、疏水-亲水基团相互作用、亲水-亲水基团相互作用、分子的堆积组装、位阻和各种空间效应等。

（5）宏观聚集态化学：其中包括固体化学、晶体化学、非晶态化学、流体和溶液化学、等离子体化学、胶体化学和界面化学等。

（6）介观聚集态化学：包括纳米化学、微乳化学、溶胶-凝胶化学、软物质化学、胶团-胶束化学和气溶胶化学等。

（7）生物分子层次的化学：包括生物化学、分子生物学、化学生物学、酶化学、脑化学、神经化学、基团化学、生命调控化学、药物化学、手性化学、环境化学、生命起源、认知化学和从生物分子到分子生物的飞跃等。

（8）复杂分子体系的化学。从以上分类可以看出，新世纪化学别值得关注的有化学信息学、分子片化学、超分子化学、生命化学、纳米化学、理论化学和复杂分子体系的化学等。

随着化学分支学科的重组及其它学科的交叉、融合和不断渗透，21世纪初化学学科的前沿方向与优先领域有：绿色化学与环境化学中的基本化学问题、材料科学中的基本化学问题、合成化学、化学反应动态学、分子聚集体化学、理论化学、分析化学测试原理和检测技术新方法建立、生命体系中的化学过程、能源中的基本化学问题、化学工程的发展与化学基础等。

参考文献：

[1]刘春万.研讨我国理论化学跨入新千年发展的一次盛会[J].化学进展，2000， 36（2）： 230-232.

篇4

2突破传统的教学理念与方法，夯实理论基础

讲授法教学仍然是目前多数课程所用的最基本的教学方式，具有一定的优势，即教师能连贯地向学生传授基础知识，并配合其它方法，可将基本概念、基本原理及相关课程知识传授给学生。教授法运用得当，不仅能将讲授内容系统、科学而准确地传递给学生，而且还能很好地突显讲授内容的重点和难点。然而，实际教学过程中若自始至终均采用这一方法，学生极易疲劳，产生厌倦甚至烦躁的心理。事实上，有些教师一直喜欢满堂灌和填鸭式教学，教师在课堂上洋洋洒洒、痛痛快快地大讲特讲，却完全忽略了学生作为教学主体的作用。这种教学，只是教师知识的倾泻，而不是传授，其结果是教师教得非常累，学生听得更累，因而教学效果往往显得特别差。在近几年材料化学专业的学生对《大学化学》课程的授课评价中我们可以清楚地看到，学生对那些采取满堂灌式教学的教师微词颇多，普遍要求采用灵活多样的教学方法，要充分激发学生学习的积极性。在我系《大学化学》课程教学团队中，我们都十分重视教学理念的转变、更新和教学方法的改革。我们都视其为课程能否鲜活生动的源泉。首先，我们确立了以学生学习为中心的教学观念，以学生最大程度掌握好专业基础知识为目标。如果把教师作为工程师或技术工人，那么学生将可看成为其加工的“产品”。“产品”质量的优劣，能否赢得市场，是检验作为教师教学质量是否合格的标准。要做到这一点，必须对学生进行科学合理地训练和培养。因此，在课堂教学上，教师要积极引导，在十分融洽的环境下合理有序地向学生传授知识，并能激起学生的求知欲，使其在课后有进一步跟踪并深入研究的渴望。其次，为更好地传授知识，改革教学方法，要采用灵活多样、切实可行的教学方法，使学生以最直接、最有效的方式获得知识。比如，在课前，教师要布置任务，设置问题，引导学生进行预习，通过多种途径了解有关课题的成就以及最新发展动态，以吸引学生的注意力，让其对所学内容产生浓厚的兴趣。在课堂上，以多媒体教学为主，必需的板书为辅;以探讨和学生参与教学作为主线，以教师补充和更正作为辅线;以经典基础知识的教学和实际应用为主要教学内容，以相关科学前沿知识的穿插为辅助内容。课后，学生以完成经典题目作业为主要巩固课程内容的方式，以查阅相关知识，进行实验和撰写课程小论文来扩大视野，等等。《大学化学》课程理论众多，在有限的课时里让学生牢固掌握众多理论，难度较大。我们主要通过精选教学内容，采用精讲、精练的方式，理论与实际相结合，科学前沿介绍与教师的科研课题相结合，深入简出，形象生动地向学生进行传授。通过具体的材料合成与应用示例，夯实基础理论，加深《大学化学》与材料化学之间的联系，使学生产生强烈的欲望和浓厚的兴趣。

3转变课程的管理机制

课程管理机制的建立与课程改革相适应，课程管理机制的优劣将直接关系到课程教学质量。课程改革的深入开展应是课程教学管理的核心内容，我们应积极探索新的教学理念，大力开展创新教育，逐步推进教学新模式的转变，确保教学质量的提高。第一，我们要求《大学化学》课程教师都要进行教学研究，特别注重课堂教学、教学内容、教学模式以及教学细节方面的探索与研究。通过对课堂教学过程、特别是教学细节等方面的研究，让教师更加重视教学规律。第二，加强课堂教学的诚信教育和情感交流，培养师生感情，帮助学生正确掌握求知观，不仅要培养学生的道德情操和知识品德，还要增进学生服务于社会的意识和责任感。第三，不断转变教学方式，由封闭式教学向开放式教学转变，由单向式教学向双向式教学转变。第四，教师要转变自己的角色，尽快由“教书匠”转变为“研究者”，由知识的“储备者”向知识的“传播者”转变。教师要经常进行反思，逐步实现深层次创新，使自己成为一个教学理念、教学实践的开拓者和研究者，崇尚科学，崇尚学术。第五，加强课堂教学的监督机制。我们主要通过教学督导、教研室听课与评教、院领导随机听课以及学生期中进行教学评价等方式来提高课堂教学的管理与监督机制。第六，加强课程学习的奖惩机制。对本课程学习比较优秀的学生应及时进行表扬、鼓励甚至奖励，树立模范。对那些不爱学习、偷懒疲沓的学生要及时教育、激励以及必要的课程惩罚，如阅读几篇科学论文，撰写小论文等。

4加大学生实践与创新能力的培养

创新是关乎国家和民族昌盛兴旺的灵魂和永不衰竭的动力源泉。创新人才的培养是大学教育义不容辞的责任。当代大学生创新人才的培养可以分为创新能力和创业素质的训练两个部分。《大学化学》作为专业基础学科，在大学生创新能力培养方面具有更重要的基础性作用，是其他学科无可替代的。因此，结合我系材料化学专业近几年的发展，通过《大学化学》课程的教学与实践，主要在以下几个方面实施对大学生创新能力大力进行培养。(1)教师首先要有创新意识和创新实践活动。通过教师教研和科研课题的申报与立项，教学改革的实施，教学方法的改进，教师进行各种形式的进修，通过指导学生申报课题项目，引导学生参与科学研究。带领大学生参与各种竞赛，领导学生直接服务于社会等，切实提高教师的创新意识和实践活动。(2)精选并优化教学内容，使教学内容更加系统化、科学化。将大学化学课程中无机化学与化学分析中的相关知识紧密结合起来，尽量节省课时。(3)加大基础实验的权重，增设综合性、设计性实验和开放性实验。(4)教师进行课题讲座，通过专题研究，加强《大学化学》课程与专业学习的联系。同时，挑选一些能力较强的学生在课堂上进行小专题报告，培养和锻炼学生进行理论交流的能力。(5)积极邀请学生参与教师课题组或科研课题中来。让学生参与教师的课题研究，不仅使学生了解科研的一般途径，更重的是培养了学生的科研意识和素质，能使学生在进行课程学习时不自觉地提高了科学分辩和吸收的能力。

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合成生物学对设计的启发

20世纪以来的生物学将人们的目光引入显微镜下的微观世界。从1911年“合成生物学”的概念出现在科学论文，到1995年大规模基因组测序技术来临，建立在此技术和分析方法上的“合成生物学”趋于成熟。这是一门研究如何利用基因组的基本要素及其组合来设计、改造、重建或制造生物分子乃至整个生命活动的细胞和生物个体的学科。换言之，在实验室中，人类不仅能读懂一些物种的生命密码和运行机制，更能通过编写新密码、组合新的运行机制，制造出符合特定需要的“新物种”。

面对这样一项听上去充满前景，但面目稍显可疑的技艺，如果我们先抛开伦理问题上的担心，将它与人类处理其他材料的技艺平放在同一个平面上看，那么这些在实验室里制造出生物分子、生物细胞甚至生命体的人，与在工作室里制作木器、铁器或陶器的手工艺人在某种意义上是否相当？一群有着好奇心和敏感嗅觉的人，试图利用这项关于“生物”的技艺去探索设计形态、制作流程和互动方式的新可能，这便是本次展览中用“生物”做设计的参展者了。

在自然面前，我们是谁？

展览五个俏皮的子主题――“抄袭者”、“新手工艺人”、“生物黑客”、“新炼金术士”、“者”――实际上分别对应了参展作品中面对自然的几种不同方式，展览的区块也依此划分。

“抄袭者”（the plagiairsts）以自然为师，用仿生学的方法论去尝试和模仿自然界一些事物的运行机制。但他们所使用的材料并非是有生命的，而主要是来自工业化、数字化生产。比如展厅一层占据最大空间的一件作品《发光的土壤》（Radiant Soil），便是由成千上万个微型的处理器支持的一件交互性装置。定制的聚合体层、不锈钢支架与玻璃容器共同组成了这个如热带植物般枝繁叶茂的空气“滤网”。它的运行机制是利用传动器将“不干净的”空气搅进滤网系统，去喂养玻璃容器中盛放的原始细胞（protocell，一种人造的模仿生物细胞运行机制的模型）。玻璃容器中还有一些有机电力细胞（organic power cell），它们能产生类似于人体神经系统反射那样的微弱电流。另一些更小的玻璃容器中则盛放了盐、糖和油类物质来保持周围空气的湿润。这些部件构成了一套类似于生物“新陈代谢”行为的系统。当参观者触碰或靠近它时，叶子形的传动装置如含羞草般轻缓地展开或收拢，“枝条”上的白色LED灯也会变换亮度，如同《阿凡达》中的电影场景。

另一件有趣的作品《养珠》（Pearling），是一部可以让人们在家中就能养出珍珠的机器。天然的珍珠是当异物进入蚌的体内而又无法被排出时，蚌分泌出碳酸钙与珍珠母将异物层层包围，以每层0.5微米的进度经过2～5年的时间长成的宝石。人工培养珍珠的方法之一，是将一颗圆核放入蚌体内，通过漫长的时间培育成宝石。在这件作品中，设计者埃米尔・德・维舍（Emile de Visscher）将各种形状的“核”浸在电解液中，用物理方法让液体中的碳酸钙慢慢地附着到“核”的表面。有意思的是，尽管这件作品使用了机器和人工的手段去养珠，设计师却无意加快“养”的进度。他反而特意在展台上安放了一些标有月份的盒子，逐月放进未完成态的珠子，以此来展现一颗珍珠养成过程中漫长而难以察觉的时间感。

“新手工艺人”（the new artisan）不是去模仿自然，而更多地是遵循自然界中一些形态的生成规律，直接将这种规律应用到物品的制作过程中。因此这些物品的形态更多的是在一定的引导下自然生成的，而不是完全被设计的。服装设计师苏珊・李（Susanne Lee）所带领的团队的作品《生物时装》（BioCouture）是用他们研发的新面料制作的一系列服装与配件。这些面料是用有机物培养出来的一种质感近似于皮但更加透明的材料。它的原料是一种细菌，设计者将这些细菌养在茶叶水中，一段时间后，液体表面会结出一层厚厚的膜，半风干后的“膜”便可用于服装的立体剪裁。本次展示的女士高跟鞋，是设计团队的最新作品，相较于更早的夹克衫，它的美感更具亲和力。设计者认为，如果服装等快消品能用到这样的材料，将在一定程度上改善能源浪费与环境问题。

产品设计师托马斯・里博蒂尼（Tomás Libertiny）的作品《花瓶#1》（Vessel#1）是一只完全用蜂巢构成的花瓶。这些蜂巢的确是由蜜蜂筑成，但也经过了设计师的设计。托马斯・里博蒂尼受到盆景艺术的启发，想到利用人工的支架和有着特殊造型的蜂箱去“设计”出蜜蜂所能筑巢的空间。60000只蜜蜂花了两个月时间，用六角形的单元格填满了设计师留给它们的空间。相对于时下热门的快速成型技术，托马斯・里博蒂尼笑称这个过程为“慢速成型”。这个花瓶看起来并不牢固，但蜂巢本身是一种可以保存很久的材质，曾在法老墓穴中被发现，因此在一定条件下，这个花瓶有望保存上千年。

“生物黑客”（the bio-hackers）是不怕去改写自然的，他们想要大胆地与合成生物学家合作，用最尖端的生物技术拓宽设计的边界。策展人卡罗尔・克莱的作品《生物蕾丝》（BioLace）是一个利用植物的根生产蕾丝的概念。她设想在2050年左右，人们可以利用合成生物学这项工程技术去“编写”出新的植物品种，这些品种作为蔬菜或水果的同时，也是用根制作蕾丝的“机器”。如此一来，菜地或果园同时也是蕾丝工厂。这项技术并不是空穴来风，不过真正开发出样品至少还需要十年。设计者展望新兴技术的同时，也有意在提醒人们反思当下纺织制造业对化学品和能源的高度依赖。

摄影师文森・福尼（Vincent Founier）的作品《后自然史》（Post natural history）是一组动物肖像照片。这些动物是他设想的人类用合成生物技术修改基因后出现的新物种。在人类的“帮助”下，它们更可能成为未来世界丛林法则的优胜者。比如，蜣螂的壳被3D打印技术参与后变得更加牢固，兔子有了能够直立行走的基因之后更加灵活，而水母变成了机器人之后在水中速度更快。文森・福尼把这组肖像定义为一份为未来准备的考古学文献，它们或将成为百科全书里新物种的档案。

“新炼金术士”（the new alchimistes）会把生物学、化学、机器人学和纳米技术结合在一起创造新的组织。换句话说，是将生命体与非生命体相融合。鞋类设计师沙梅・亚登（Shamees Aden）的《变形虫鞋》（Amoeba Shoe）是一双用新材料制成的概念跑鞋样品。沙梅・亚登一直关注材料的化学构成，对她而言，原始细胞（protocell）是非常具有潜力的领域。原始细胞所具备的生物体的部分功能，使其能够对来自其它生物体和外界环境的刺激产生反应。《变形虫鞋》所使用的新材料，正是利用原始细胞的这一特征并结合其它微生物与化学物质制作而成，它能够根据双脚在运动中的受冲击状况及时地提供支撑。设计师探索的是一种材料与使用者以及使用环境产生互动的可能。

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研究星风

近年来，专业巡天望远镜的诞生大大减少了在自家后院天文台里的观测者们在某些领域做出科学贡献的机会，例如搜索小行星和彗星。但是现在，廉价、高分辨率、现成的商品摄谱仪可以填补这个空缺了。甚至在中小口径望远镜上安装摄谱仪，就可以通过揭示一颗恒星的温度、化学组成，或者通过揭示天体上原子激发和电离的物理条件，从而获得有科学意义的结果。

使用加纳利天体物理研究所的31英寸反射望远镜，Eversberg和他的团队观测了天鹅座中的三颗沃尔夫—拉叶星：WR 134、135和137。它们的光球层被高密度气体云包裹，这些气体云以非常快的速度运动和旋转。目视观测者不会发现这类恒星有什么异常，但气体云可以在恒星光谱中产生明亮的发射线。通过研究这些谱线，天文学家们可以探索被遮掩的恒星表面与其强劲星风之间的关系，同时检测这些星风的周期性和随机的凝聚性。

Eversberg表示：“我们可以说就是光谱天文学中专业人员与业余人员合作的经典范例。”他在位于波恩的德国空间局工作，却组织了这项以志愿者为主体的光谱研究。他和Anthony Moffat（蒙特利尔大学，加拿大魁北克省）一同发起了这项活动。2009年，他们有目的地组织了一批业余爱好者来到Tenerife岛，对一颗温度极高的双星WR 140进行近星点观测，这颗双星是星风碰撞双星中被研究得最充分的。他们得到了比2001年仅有专业近星点观测时多5倍的光谱数据。有了这些业余爱好者的数据，专业天文学家深化了对于该系统的质量、轨道周期和轨道倾角方面的认识。

有了这些来自世界各地的参与者，Eversberg和Moffat组建了ConVento团队（ConVento在意大利语中意为“随风”），团队成员包括致力于星风研究的业余爱好者和专业天文学家。ConVento成员主要使用他们自家的后院天文台，但是在Tenerife岛操作专业级别的望远镜却是这个活动的亮点。Eversberg说：“2009年取得的成功，帮助我们为2013年的观测活动申请到了望远镜时间。专业天文学家已经知道了我们的存在，而且也知道我们能够干什么。”

捕捉一次性事件

专业天文学家们可以使用绝大多数最先进的望远镜和设备，它们都位于世界上最好的观测台址。但他们却没有业余爱好者所拥有大量观测时间。长期的测量、巡天和监视需要几周甚至几个月的望远镜时间，而专业天文台的观测时间常常有许多人申请，很难为一支团队提供这么多时间。而一台装有制式摄谱仪的8英寸～20英寸（约合20.32厘米～50.8厘米）望远镜也能够很好地完成这些工作。即便在有光污染的城市，获得亮星光谱也是有可能的。而且，即使某个晚上在你那里乌云密布，别处的伙伴也能充当替补。

光谱观测也因此成为了一项新兴的、蓬勃发展的“公众科学”，特别是在欧洲的业余爱好者群体中。目前尽管这种观测正在发展，但参与人数仍然相对较少。Thierry Garrel说：“法国现在大约有30位认真的观测者，可能另有约100人对这个领域感兴趣。”他是法国“光谱观测者组织”（ARAS）的成员，该组织是欧洲最活跃的业余天文学组织。

但是这些专注的观测者中也很少有人完全倾心于这项工作。Eversberg说：“光谱观测显得有些枯燥乏味。你必须花费无数个夜晚来获取数据以供他人分析，而且更槽榚的是，这些数据并不是美丽的照片，而只是图表和数字。”但你的回报并不仅仅是可以在科学论文中署名。正如Eversberg指出的那样：“我们的工作不是拍摄无数张猎户星云的照片，而是见证那些一次性发生的事件。”

让我们看一看长周期食双星。在这种系统中，两颗恒星周期性地互相掩食，目前已经发现了几十个这样的双星系统，但只有几个得到了较好的研究。它们的长轨道周期使其成为业余爱好者的最佳观测对象。已知最好的一个食双星就是御夫座ε，它于2009年～2011年之间通过距离极小点，并且此时有一个暗气体尘埃云在主星前方越过。上次掩食发生在27年前，当时业余爱好者还没有摄谱仪。据英国的业余光谱学家Robin Leadbeater报告，有超过800条业余爱好者拍摄的光谱并已被纳入专业数据库，正在帮助天文学家们研究奇怪的蚀云。通过观测770纳米的钾吸收线，Leadbeater在这团蚀云使恒星变暗前几个月，以及真正的交食结束之后很久，都看到了这团蚀云。

其它长周期食双星还包括仙后座AZ和仙王座VV，其轨道周期分别是9.3年和20.3年。仙王座VV将会演化为一个变双星，它由一颗老年超巨星和一颗炽热的矮星组成，其光谱显示出了很强的氢和铁的发射线。这些谱线来自于这对恒星周围延展的气体包层，它们随时间演化的方式，与星风的模式和速度以及恒星特征参数和轨道参数有关。

由于刚刚推算出仙后座AZ将有一次交食，Cezary Galan（哥白尼大学，波兰）建议业余爱好者们在2014年全年对其展开持续监测。Galan在他的网页上写道：“连续密集的测光观测和光谱观测是很必要的。对仙后座AZ的长时间尺度变化进行监测需要大量观测者的参与，以降低天气的影响，同时保证对交食过程中最重要阶段的观测成功。”截至2013年6月初，业余爱好者提交了总共250个光谱中的2/3。Galan说：“业余观测者对这个活动的兴趣之大，远远超过了我的预期。”

与此同时，Darryl Sergison（埃克塞特大学，英国）请求业余爱好者对低质量金牛座T型星进行光谱监测，以帮助天文学家更清晰地了解年轻类日恒星的周围环境，并查明它们的各式各样的盘、生长过程和外向流结构的特征。这项研究在今年秋天将会达到，但是对其中三个目标的监测从去年年底就已经开始了。

长期项目的最佳范例是国际Be型恒星观测活动，它已经运行了超过10年。大约20%的B型星（此类恒星占肉眼可见恒星的20%）会显示出氢发射线，有时还有氦和铁的发射线，它们还会以数小时到数十年不等的时间尺度变化。天文学家们认为，这些发射线是由恒星快速旋转时抛出的气体外壳或盘造成的，它们在赤道处的离心力足以克服自身引力。但是光谱的变化却让人难以理解。因此，业余爱好者拍摄的光谱资料就至关重要了。天文学家们总共已经收集了约600颗Be型星的超过72000条光谱，其中有29000条（40%）仅仅出自于49位业余爱好者之手。这些数据被储存在Be型恒星光谱数据库中，由业余爱好者和专业天文学家共同维护，天文学家们在20多篇论文中使用了这些数据。

成为业余光谱学家

还有其它许多有趣的目标可供业余爱好者选择，从新星、超新星到小行星和彗星。这些都可以得益于现在出现的廉价、现成的商品摄谱仪。而仅仅10年前，业余爱好者还没有高分辨率光谱观测所必需的仪器，除非他们自己制作。

业余爱好者希望获得简单而强大的仪器，以进行有科学意义的研究。受此激励，法国业余爱好者Fran？ois Cochard、Olivier Thizy、Christian Buil和Yvon Rieugné专门为业余爱好者设计了一种商业级高分辨率摄谱仪，后来发展为Lhires品牌。现在，他们的Shelyak仪器公司可以提供各种价位、覆盖所有分辨率的摄谱仪。欧洲南方天文台的工程师Jesús Rodríguez、Carlos Guirao和Gerardo ávila，以及德国马普地外物理研究所的专业天文学家Vadim Burwitz是欧洲的另一个摄谱仪来源。他们的“光谱发烧友俱乐部”与德国的Baader Planetarium公司合作，向业余爱好者提供摄谱仪。

但是硬件只是故事的一部分。怎样才能知道，你是否有业余光谱学家所必备的技能呢？Eversberg说：“这种技能需要学习。”因此各种互联网交流平台是极其重要的，例如ARAS主持的网上论坛和新闻组，以及德国的Spektroskopie论坛等。在这些平台上，光谱爱好者们可以交流观测技术和设备的相关知识，策划新的观测活动，以及讨论观测结果。大多数讨论都是用英语进行的，以便更多的人可以参与。

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二、重视教育，把知识教育和传统教育结合起来，提高民族的综合素质。以色列重视教育，把教育看作是开创未来的关键。其主要做法，一是对教育的投入一直很高，始终保持在占GDP的9―12％。政府为每个小学生每年花费3938美元，为每个大学生花费11036美元，均高于其他发达国家。以色列犹太人中受过高等教育的占38％，受过中等教育的占70％，这在世界上也是名列前茅的。二是将教育置于法律的基础上，成为教育法制化国家。“义务教育法”规定5―17岁孩子必须接受免费义务教育，18岁未学完国家规定课程的成年人要学完高中课程。此外，还有“国家教育法”、“高等教育委员会法”、“学校督导法”、“特殊教育法”，从教学内容到具体管理，从一般培养到特殊教育，甚至对学生的课时都做了规定。三是注重启发式教育。无论是中学还是大学，教学都比较宽松。但对中小学课时做了规定，学校教育每周4天，每天不得少于8小时，周末学习一天不得少于5小时，星期五不得少于4小时。这些规定是要学生把课程主要消化在学校里和课堂上，减轻学生负担，没有繁杂的家庭作业。四是注重课外教育。参观展示二战期间犹太人悲惨遭遇的“大屠杀博物馆”是每个学生的必修课。学校还组织学生参观众多的博物馆、展览馆、农产品展览、花卉展览等，使学生接受爱国主义教育和广博的课外知识。五是部队教育作为青年人成长教育的重要一环。凡满18―26岁的犹太人，男子服兵役三年，女子一年半。这实际是学校教育的继续。在军队青年人接触一些先进的武器装备，培养了必备的各种技能，同时培养团队精神，团结协作，互相支持。这都为今后工作奠定了良好的基础。

三、科技立国，科技兴国，使以色列在当今世界综合国力的竞争中出奇制胜。以色列前副总理兼外长西蒙・佩雷斯曾说过，在以色列这样的国家，不靠天、不靠地、就是靠科技。以色列年均降雨量200毫米，水资源严重缺乏，荒漠化土地占土地总面积的60％。多年来以色列在农业科技的研发、治理荒漠化土地、节水农业、工厂化农业、作物品种的改良和推广、生态农业、植物保护等方面取得的成就举世瞩目。农业人口由当初占全国人口的70％减少到现在的3％，小麦、花卉、水果、棉花等农产品不但自给有余，还大量出口。以色列高科技产业异军突起，信息产业已成为国民经济的支柱产业。新兴公司数量仅次于美国，居世界第二，高新技术出口占全部出口收入的70％。电子产品出口占全部工业品出口的40％。软件产业成为国际软件业的一支主要力量，是国际认可的软件设计中心。近年来，以色列在卫星图像、纳米技术、反导系统、农业新技术开发、太阳能发电、生物技术等领域都取得显著的成果。