诺贝尔奖下神秘光镊之谜42页PPT

说道石墨烯就不得不先提到石墨。石墨是由 二维碳原子层纵向叠加而成。由于原子层之间的 耦合比起同一层中碳原子之间的化学键结合小得
多，因此，石墨十分容易进行剥离。
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石墨烯（graphene）是单层碳原子紧密堆积成 的二维蜂窝状晶格结构。其厚度只有0.335纳米, 仅为头发的20万分之一。
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石墨烯发明者获得2010诺贝尔物理学奖ppt课件石墨烯的名字石墨烯的名字由于这种材料是从石墨中制取的而且包含烯类由于这种材料是从石墨中制取的而且包含烯类物质的基本特征物质的基本特征碳原子之间的双键所以称为碳原子之间的双键所以称为石墨烯
《诺贝尔物理奖》PPT课 件
思考：
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石墨烯发明者获得2010诺贝尔物理学奖
有科学家预言：2025年以后电子行业可能从“ 硅”时代跨越到“石墨烯”时代。
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结束
英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃 谢洛夫，于2004年首次制成石墨烯材料。这是目前世 界上最薄的材料，仅有一个原子厚。因此，2010年诺 贝尔物理学奖授予给了他们两人，以表彰他们在石墨烯 材料方面的卓越研究。
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石墨烯的名字
由于这种材料是从石墨中制取的，而且包含烯类 物质的基本特征—碳原子之间的双键，所以称为 石墨烯。
碳纳米管结构
石墨烯
碳纳米 富勒烯
石墨
富勒烯（足球烯）
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石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现 石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中的各个碳 原子之间的连接十分柔韧，当对其施加外部机械力 时，碳原子面就会弯曲变形，从而使碳原子不必重 新排列来适应外力，也就保持了该材料结构的稳定 性。
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三 石墨烯的基本性质

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石墨烯与诺贝尔物理学奖
（5）石墨烯是有史以来被
证实的最结实的材料,其
强度可达130 GPa，是钢
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的100多倍，其断裂强度
-1
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石墨烯与诺贝尔物理学奖
（5）石墨烯是有史以来被 证实的最结实的材料
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如果将一张和食品保鲜 膜一样薄的石墨烯薄片覆
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石墨烯与诺贝尔物理学奖
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石墨烯与诺贝尔物理学奖
1.获奖者 安德烈·海姆
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石墨烯与诺贝尔物理学奖
安德烈·海姆（AndreGeim）
英国曼彻斯特大学科学家。父母为德国人， 1958年10月出生于俄罗斯西南部城市索契， 拥有荷兰国籍。1987年在俄罗斯科学院固体 物理学研究院获得博士学位，毕业在校工作 三年后在英国和丹麦继续他的研究工作。现 受聘于英国曼彻斯特大学，1994年在荷兰奈 梅亨大学担任副教授，也是荷兰代尔夫特大 学的名誉教授。他于2001年加入曼彻斯特大 学任物理教授。在他的职业生涯中，海姆发 表了超过150篇的顶尖文章，其中很多都发表 在自然和科学杂志上。
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石墨烯与诺贝尔物理学奖
石墨的特性：
（2）导电导热性:
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石墨的导电性比一般非金
属矿高一百倍，导热性超
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石墨烯与诺贝尔物理学奖
石墨的特性：
（3）化学稳定性:
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石墨在常温下具有良好的
化学稳定性，能耐酸碱、
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石墨烯与诺贝尔物理学奖
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石墨的特性： （3）润滑性: 石墨的润滑性能取决于石
墨鳞片的大小，鳞片越大， 19

激光与微观粒子的相互作用
原子的激光冷却和捕陷
S. 朱棣文 ，C.C.达诺基，
W.D.菲利浦斯
1997年 诺贝尔物理学奖
原子冷却——不停热运动的原子 速度(v =104~ 105cm/s)慢下来
原子的激光冷却—原理图
六束各向同 性激光辐射 与具有热速 度分布原子 气体冷却
原子的激光冷却—实验装置图
(2) 光镊可以穿过透明封闭系统的表层（细胞膜）操控其内 部微粒（细胞器），也可以透过封闭的样品池的外壁，操控池 内微粒，实现真正的无菌操作。使得光镊有‘隔墙取物’之功 能。 (3)光镊是微小力的探针，类似弹簧，是极其灵敏的力传感 器。
激光斑直径mm会聚到μm量级
b
a
单光束梯度力阱—光镊
1986年，美国贝尔实验室的Arthur Ashkin等
人发现：单光束高度聚焦的激光可以稳定的捕
获直径数纳米到数十微米的微粒。 并形象的称之为“光镊”。
首次实现了单光束梯度力阱，即三位光学势阱，
单光束梯度力阱—光镊
a
b
F
Fb
O
a
Fa
R <λ/20
所采用的计算方法：
用瑞利散射的理论进行近似计算
光镊原理
光镊原理
C.第三类粒子（ R ~）介观粒子
在实验中，由于尺度与波长相近的粒子易被很牢
固地捕捉。所以我们经常用这样的粒子作为探测
对象，去研究我们感兴趣的微观现象。
但很不幸，在此尺度内(介观领域)，我们缺少与
之相配的理论，这就给我们带来了数值计算上的 困难。

PT 2 R
y
光镊原理
Y
oM
θ0 X
/
i OM O1

他一生中在机械、化学方面都有过许多发明，其中最突 出的发明是炸药。他发明炸药的过程一波三折，艰辛不断。 第一次他与哥哥、爸爸一同发明了一种“诺贝尔炸药油”， 它的缺点是在运输过程中非常容易爆炸；第二次实验室被 炸成灰烬，弟弟被炸死，父亲不幸被炸成残废，但他毫不 气馁；第三次他亲自点燃了导火索，虽然受了重伤，但功 夫不负有心人，历经无数次失败后，他终于成功了。
21诺贝尔
每年的(12)月(10)日下午 (4点半),在瑞典王国首都(斯德 பைடு நூலகம்尔摩),都要举行一次世界性 的盛会——— 诺贝尔奖的授奖仪式。
为了发明炸药,诺贝尔投入 了他的整个生命。
．．
诺贝尔先后发明了哪几种炸药？
液体炸药
固体炸药
爆炸力更大的炸药
1864年６月３日，诺贝尔实 验室在一声巨响中化为灰烬．诺 贝尔的弟弟被炸死，父亲被炸成 残废，但诺贝尔毫不气馁。
移动的火星。近了！近了！火星已经接近
炸药了！诺贝尔的心怦怦直跳，但双眼仍． 然．盯．着．炸药不放。“轰！”巨大的爆炸声
震撼着大地，滚滚浓烟从实验室里涌出来。
人们都慌忙赶来，齐声惊呼:“诺贝尔完了！ 诺贝尔完了！”
突然，一个
满．身．鲜．血．的中 年人冲出浓烟，
高举双．手．呼．喊． 着．:．“成．功了！ 成功了！”
33、发现者，尤其是一个初出茅庐的年轻发现者，需要勇气才能无视他人的冷漠和怀疑，才能坚持自己发现的意志，并把研究继续下去。——贝弗里奇 34、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。——左拉 35、一个有决心的人，将会找到他的道路。——佚名 36、意志坚强，就会战胜恶运。——佚名
37、钢是在烈火和急剧冷却里锻炼出来的，所以才能坚硬和什么也不怕。我们的一代也是这样的在斗争中和可怕的考验中锻炼出来的，学习了不在生活面前屈服。——奥斯特洛夫斯基 38、事业常成于坚忍，毁于急躁。我在沙漠中曾亲眼看见，匆忙的旅人落在从容的后边；疾驰的骏马落在后头，缓步的骆驼继续向前。——萨迪 39、天行健，君子以自强不息。——文天祥 40、生命里最重要的事情是要有个远大的目标，并借助才能与坚持来完成它——歌德 41、即使在把眼睛盯着大地的时候，那超群的目光仍然保持着凝视太阳的能力。——雨果 42、卓越的人的一大优点是：在不利和艰难的遭遇里百折不挠。——贝多芬 43、成大事不在于力量的大小，而在于能坚持多久。——约翰逊 44、告诉你使我达到目标的奥秘吧，我唯一的力量就是我的坚持精神。——巴斯德 45、即使遇到了不幸的灾难，已经开始了的事情决不放弃。——佚名

诺贝尔改变了世界
阿尔弗里德·诺贝尔
物理学奖 化学奖 生理学或医学奖 和平奖
文学奖
X射线改变了世界
贝克勒尔 居里夫人
贾科尼
曼内·西格巴恩
罗伯特·霍夫史达特
约瑟夫·约翰·汤姆逊
伦琴 （1901年）
切连科夫
劳厄
巴克拉
卡尔.西格班
康普顿
X射线改变了世界
X射线的应用
（1）应 用 医 学 诊 断； （2）窥 探 物 质 结 构； （3）提 示 生 命 奥 秘； （4）利用射线制备一种神奇的热 收缩材料； （5）墙壁厚度测量； （6）测量尺寸的复杂变化 ； （7）测量密度变化； （8）透视复杂物体的内部结构 ； （9）产生组件缺陷位置的影像。
➢ 光的频率3x1014Hz（3000THz）微波频率3x109Hz（3THz）
➢ “我们怎么能轻易断定激光没有作为？如果光通信仅仅停留在
理论阶段，那实在是太可惜了”。
➢ 介电质波导---薄膜波导（拐弯时会泄露）---玻璃光纤
➢ 杂质浓度降低，高温玻璃釉较低的散射损耗
➢ 小体积的GaAs半导体激光器作为光源，低成本的包有保护层
应用： 全息电影 全息电视 全息存储
工业、农业、军事以及 文艺、科技等方面
记录--再现 振幅、相位 干涉、衍射
１．全息记录过程是：把激光束分成两束； 一束激光直接投射在感光底片上,称为参考 光束；另一束激光投射在物体上，经物体 反射或者透射，就携带有物体的有关信息， 称为物光束.物光束经过处理也投射在感光 底片的同一区域上.在感光底片上，物光束 与参考光束发生相干叠加，形成干涉条纹， 这就完成了一张全息图。
史密斯
诺贝尔改变了世界
诺贝尔改变了世界 改变了世界思维的方式 改变了世界思想的深度 改变了世界对未知的探索 改变了世界科研的方向 改变了世界的进程 改变了世界的容貌 不变的是无数科研工作者对学术严谨的态度和对真理执着的追求

实验原理——点光源产生的非定域干涉
因此，当M２镜移动时，若有 Δn个条纹陷入中心，则表明M２ 相对于M１移近了
d n
(3)
2
反之，若有Δn个条纹从中心涌出
来时，则表明M２相对于M１移
远了同样的距离。
如果精确地测出M２移动的 距离Δd，则可由式(3)计算出入 射光波的波长。
实验原理——测量钠光的双线波长差Δλ
③去掉遮住M２的物体，在E处放置毛玻璃屏。这时可看 到两排光点。调节M2背后的三个螺钉，使两排光点中最 强的光点完全重合，则M1与M2大致相互垂直了。
实验内容——测He-Ne激光的波长
①在He-Ne激光器前放置一扩束镜（短焦距凸透镜） 形成点光源的发射光束，在E屏上可看到干涉条纹。 ②谨慎调节M2背后的三个螺钉，使条纹变宽，趋向 圆形。 ③再仔细调节M１镜的两个拉簧螺丝，直到把干涉环 中心调到视场中央。 ④将微调手轮沿相同方向旋转手轮及鼓轮调好零点。 ⑤始终沿原调零方向，细心转动微调手轮，直到干涉 环发生“涌出”或“陷入”现象，观察并记录每“涌 出”或“陷入”50个干涉环时，M2镜的位置，连续记 录8次。然后用逐差法根据公式(3)求出激光波长。并 与公认值6.328×10-7m比较。
由式(4)求得钠黄光双线的波长差。
返回
实验内容——调整仪器
①点燃He-Ne激光器，使之与分光板G１等高并且位于沿 分光板和M１镜的中心线上，转动粗调手轮，使M１镜距 分光板G１的中心与M１镜距分光板G１的中心大致相等。
②遮住M2镜，使激光束经分光板G１射向M１镜。调节激 光器的方向，使由M１反射回激光器的光，能射在光束出 发点（也可以通过观察置于激光器出射孔附近的小孔屏上 反射点的分布来调节。因为玻璃板的每个平行界面都有反 射，故光点不止一个。但M１是高反射的。所以，它反射 的光点光强最强）。

• 应用膜片钳技术可证明受体的存在并进行受体分 型，即通过快速换液装置加相应的激动剂、拮抗 剂及变构性调制剂，记录膜单通道的离子电流， 并根据受体的动力学及其它特性来证明所要检测 的受体。
• 膜片钳技术扩展了电生理技术的应用范围，如以 往因技术缘故难以研究哺乳动物的小细胞或脆性 很大的细胞，而今用膜片钳技术则可进行研究。
膜片钳技术原理图
Electrophysiology-Apparatus
Faraday cage
Microscope
CCD Camera
Vibration Isolation Table
Micro-Manipulators Remote Controller
Amplifiers
Electrophysiology-Apparatus
DAD-VC system
MicroManipulators
CCD Camera
Patch clamp
膜片钳法的各种模式
• 首先建立的单通道记录法（single channel recording）是细胞吸附式（cell-attached mode），其 后又建立了膜内面向外模式（inside-out）和膜外面 向外（outside-out）的模式。后来，又分别建立了开 放细胞吸附内面向外模式（open cell-attached insideout mode）和穿孔囊泡外面向外模式（perforated cell-attached inside-out mode）。全细胞记录法是指 在常规的方法的基础上，附加穿孔膜片（perforated patch）的模式。
1991年诺贝尔生理医学奖
膜片钳技术
主讲人：唐国奎
获奖者简介
Neher出生于1944年，德 国人

睛的部位也只有两个洞，头部长得向人类的颅骨。
•
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你相信有UFO和外星人的存在吗？
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• 一、 地外高度文明的产物：有人认为有的 UFO是外星球的高度文明生命（外星人） 制造的航行工具。
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• 二、 自然现象：某种未知的天文或大气现 象，地震光，大气碟状湍流（一些科学家 认为UFO观象是由环境污染诱发的)，地球 放电效应。
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• 上世纪70年代，麦田怪圈还只是出现在英 国境内，但到80年代，这种神秘现象已遍 及全球各地，媒体对此进行了更多的报道。 早期的麦田怪圈图案比较简单。然而，随 着时间的推移，图案变得更加复杂并且呈 对称性，有些甚至往空中俯瞰呈现三维效 果。
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• 欧洲各国出现了许多新的麦田怪圈，其中， 最为著名的就是现身英国牛津郡大麦地长 约600英尺(约合183米)的水母状麦田怪圈， 它是迄今为止发现最大、最不同寻常的麦 田怪圈之一。
• 中新网4月20日 据外媒报道，近日，俄罗斯西伯 利亚伊尔库茨克地区的两名居民声称自己在散步 的时候发现了一具外星人的尸体，并拍下了一段 视频。放到网上后，短短几天里就有70万人点击 观看。
•
从视频解图上可以看到，“外星人”大概有
0.6米高，长得很像电影科幻片《E.T.》当中的外
星人，而其“尸体”已严重损毁：右腿断裂，眼
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• 比如98年10月3日，云南韩健伟拍的UFO录 像，反响很大。认为拍到明亮发光物，后 来变形，确实没法解释。2001年2月18号前 后，在泸沽湖一带，连续六天出现UFO， 一位姓薄的先生就拍到了两天，时长大概 45分钟，很奇异，很真切

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新型光镊光场
贝塞尔光束同时也属于非
衍射光束，相比于高斯型光
束，贝塞尔光束可传播较远
距离而保持中心光斑的大小
和尺寸基本不变。由于贝塞
尔光束在传播过程中具有很
好的稳定性，故被用于引导
微粒沿轴向输运距离可达3
mm，这个间距远远大于高斯
型光束的光镊的轴向捕获深
度。并且，在轴向3 mm 距
离中可以实现多个平面长距 非衍射光束还包括马提厄光束、
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分选单条染色体
光镊分选单条染色体。(a) 游离的水稻中期分裂相细胞; (b) 紫外脉冲光对细胞穿孔使
之破裂，释放出染色体; (c) 荧光激发下观测染色体，用光镊夹持其中单条染色体;
(d)~(f) 光镊夹持单条染色体使其从细胞残骸(染色体群体)中分离出来;
(g)~(h) 利用微吸管将光镊分离的染色精体选富版集课件ppt
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谢谢聆听
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光镊研究核
糖体运动。
(a) 原理图;
(b) 核糖体
运动的“位
移-时间”关
系曲线;
(c) 转录过
程中每一次
暂停生物分
子长度改变
为2.7 nm
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光镊与软物质胶体科学
研究分散体系都涉及到微小宏观微粒与流体相互作用这样 一个基本问题。直接通过实验研究很困难，而理想化的理论与错 综复杂的实际情形差异又很大，所以该领域的进一步发展几乎决 定性地依赖于对单个微粒相互作用过程的研究。光镊的特点是可 以限制微粒的运动，帮助研究人员在严密控制的条件下精确观测 单个微粒的动力学过程。如利用光镊研究微粒相互作用势，长程 引力相互作用，研究布朗运动和扩散以及其他动力学性质，研究 流体动力学相互作，两分散体系混合液的性质，测量微粒在流体 中受的粘滞作用等。光镊是在微粒层次对胶体科学进行实验研究 的重要工具。