现代化学进展(综述) PPT课件
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1.数据挖掘1.1.绿色化学(Green Chemistry)利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染;反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”,有关化学生产过程和终端均为零排放或零污染。
这是未来化学发展的主要方向。
1.2.反应动态学反应动态学是研究在分子阶层、非常短时间内的过程。
反应动态学的研究目的是在研究为什么化学反应会发生、如何去预测乃至控制一个基元反应的发生。
实验研究通常需要与光谱学及量子化学理论计算配合才能有全盘的了解。
1.3.理论化学理论化学是运用非实验的推算来解释或预测各种化学现象或化学性质。
有关内容包括量子化学、计算(机)化学、分子模拟、分子动力学、分子力学等。
1.4.QSAR(定量构效关系)Quantitative Structure - Activity Relationship定量构效关系(QSAR)就是有机小分子的生物活性与其理化性质参数或结构参数的定量关系,即以数学和统计学手段定量研究有机小分子的构效关系。
这种方法广泛应用于药物、农药、化学毒剂等生物活性分子的合理设计。
1.5.超分子化学1987年诺贝尔化学奖授予了超分子化学研究方面的三位科学家(Pedersen、Cram、Lehn)超分子化学是研究两种以上的化学物种通过分子间力相互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系的科学。
1.6.纳米化学纳米化学(nanochemistry)主要研究原子以上、100nm以下的纳米世界中的各种化学问题的科学,是研究纳米体系的化学制备、化学性质及应用的科学。
主要涉及胶体与界面化学、材料化学、催化化学、环境科学等领域。
1.7.“材料基因组工程”内涵阐释1.通过高通量的第一性原理计算,结合已知的可靠实验数据,用理论模拟去尝试尽可能多的真实或未知材料,建立其化学组分,晶体结构和各种物性的数据库;2.利用信息学、统计学方法,通过数据挖掘探寻材料结构和性能之间的关系模式,为材料设计师提供更多的信息,拓宽材料筛选范围,集中筛选目标,减少筛选尝试次数,预知材料各项性能,缩短性质优化和测试周期,从而加速材料研究的创新。
深紫外非线性光学材料研究前景1、介绍深紫外相干光是指低于200nm的相干光。
在很多科研设装备和前沿科学研究中具有重要意义。
例如:集成电路193 nm光刻技术,微纳精细加工技术,超高能量分辨率光电子能谱仪和光电子发射显微镜等先进科学仪器,以及化学反应动力学等基础研究,都对深紫外(一般指波长短于200 nm)相干光源有着强烈需求。
通过深紫外非线性光学晶体进行多级变频技术,是获得深紫外相干光的重要手段。
其核心研究内容是发展合适的深紫外非线性光学晶体。
非线性效应,即激光的场强很大时,入射到一块非线性光学晶体中会产生二倍频、三倍频等谐波。
要得到加强的倍频光,通俗来说就是要让基频光和倍频光“合拍”,亦即在晶体中某个方向上的传播速度大小一样,这个方向叫相位匹配方向,这种情形下基频光会不断地转化为倍频光。
由于光的色散现象,频率不同的光在介质中传播速度不同,频率越高的光在介质中传播速度越小。
由于基频光和倍频光频率相差一倍,为使得其在晶体中传播速度一致,需要晶体具有各向异性。
即晶体需要具有一定的双折射。
当双折射率大到一定程度,时就完全可能弥补色散导致的基频光和倍频光的传播速度差。
因此,如果我们想通过非线性光学晶体倍频输出深紫外激光,从光学性能来说,该晶体一般要求满足下述两个基本条件:(1)晶体的透光范围要宽。
在紫外波段具有良好的透过性能是深紫外非线性光学晶体的前提条件。
紫外波段的截止波长要达到150 nm 左右(截止波长是指晶体在紫外区域透过率为零时的波长)。
显然材料本身必须是无色的。
这就排除了某些具有d-d或f-f跃迁的过渡金属以及镧系金属原子。
(2)必须具有大的双折射率,从而能实现在紫外短波段的相位匹配,一般要求Δn>0.07。
对于立方晶系,缺少双折射,不可能实现相位匹配。
对于非立方的晶体,由于折射率的曲线在紫外区域色散很陡,因此至少需要0。
07的双折射才能补偿色散。
然而太大的双折射又会导致严重的走离角和自聚焦效应,从而影响能量转换效率。
浅谈现代化学进展我们已经知道,化学是一门在分子、原子水平上研究物质组成、结构和性能的辩证关系,以及物质、能量转化规律的科学。
化学也是一门满足社会需要的中心科学。
现代化学的发展,经历了很长的历史时期。
大约五十万年以前,人类掌握了人工取火的技术。
这是人类最早的一项化学实践活动,也是人类最早知道的一种化学现象。
古代化学是一种实用化学,由它产生的制陶,金属冶炼,火药制造,染色,酿酒等化学工艺,几乎成为古代社会生产力发展的最重要的因素。
古代化学在实践的基础上,对物质也有了总体的认识,产生诸多的物质观点,如我国“五行说”,古希腊“四素说”等。
16世纪末至17世纪初,化学理论逐渐建立,英国化学家和物理学家波义耳,提出了科学的元素新概念,把化学确立为一门实验科学。
法国化学家拉瓦锡的氧化说,英国化学家和物理学家道尔顿的科学原子说,意大利化学家阿佛加德罗的分子假说,俄国化学家门捷列夫在1869年发现的元素周期律,以及一系列有关物质变化定量规律,如质量守恒定律,当量定律被发现,使化学研究从个别的、零散的和无规律的事实罗列中摆脱出来,近代化学科学逐渐形成了包括:近代无机化学、近代有机化学、近代分析化学和近代物理化学四大独立的分支科学体系。
二十世纪初,物理学科的新发现和新技术特别是相对论和量子力学为现代化学进一步发展概念和定量描述提供了理论依据,将化学和整个自然科学的研究,推进到更深的层次上。
现代化学朝着深、细、精,多、综合化的方向发展。
现代化学工业的蓬勃发展,化学工业和产品在人类生活和经济活动中具有越来越重要的地位和作用。
现代化学日益丰富并具有以下特点:①研究层面由宏观向微观发展②研究方法由定性向定量发展③研究对象由静态向动态发展④研究结果由描述性向推理性发展这些特点表明了现代化学总的发展趋势是既高度分化又高度综合。
其研究的方法,必要博采众长,协同多学科合作进行,以有机整体思维来思考。
现代化学研究的内容可以归纳为三个方面:第一,深入研究化学反应理论,揭示化学反应的实质,设计最佳的化学反应过程。
第8章 现代化学的研究进展本章内容:第1讲20世纪化学的回顾与21世纪化学之展望第2讲纳米化学第3讲绿色化学第4讲生命化学第5讲表面工程技术第6讲能源化学第7讲材料化学·274·现代化学的研究进展第1讲20世纪化学的回顾与21世纪化学之展望化学作为自然科学的基础学科,其重要性是毋庸置疑的。
它一方面不断借助于其它学科,特别是物理学、电子学和计算机技术的发展而得到了快速的发展;另一方面,其本身也日益渗透到其它学科(如生物学、环境科学、材料科学、信息科学)中,为这些学科的发展提供理论基础、工艺途径和测试手段。
现在很多化学工作者都在预测21世纪化学学科发展的前景,推测21世纪化学会在哪些方面取得重大突破?会遇到哪些挑战和难题?什么是未来化学的新生长点?化学在整个科学体系中占有什么地位?实际上,我们只要温故以知新,就不难看出未来化学发展的动向。
1.20世纪化学的辉煌成就20世纪人类对物质需求的日益增加以及科学技术的迅猛发展,极大地推动了化学学科自身的发展。
化学不仅形成了完整的理论体系,而且在理论的指导下,化学实践为人类创造了丰富的物质。
从19世纪的经典化学到20世纪的现代化学的飞跃,从本质上说是从19世纪的道尔顿原子论、门捷列夫元素周期律等在原子的层次上认识和研究化学,进步到20世纪在分子的层次上认识和研究化学。
如对组成分子的化学键的本质、分子的强相互作用和弱相互作用、分子催化、分子的结构与功能关系的认识,以至2000多万种化合物的发现与合成;对生物分子的结构与功能关系的研究促进了生命科学的发展。
另一方面,化学过程工业以及与化学相关的国计民生的各个领域,如粮食、能源、材料、医药、交通、国防以及人类的衣、食、住、行、用、等,在这100年中发生的变化是有目共睹的。
过去的100年间化学学科的重大突破性成果可从历届诺贝尔化学奖获得者的重大贡献中获悉(见附表)。
20世纪的化学成就,表现在理论、实验、应用等多方面。