光电导探测器
photoconductive detector
利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。为了避免光生载流子扩散引起图像模糊，连续薄膜靶面都用高阻多晶材料,如PbS-PbO、***2S3等。其他材料可***取镶嵌靶面的方法，整个靶面由约10万个单独探测器组成。
1873年，英国W.史密斯发现硒的光电导效应，但是这种效应长期处于探索研究阶段，未获实际应用。第二次世界大战以后，随着半导体的发展，各种新的光电导材料不断出现。在可见光波段方面，到50年代中期，性能良好的硫化镉、硒化镉光敏电阻和红外波段的硫化铅光电探测器都已投入使用。60年代初，中远红外波段灵敏的Ge、Si掺杂光电导探测器研制成功，典型的例子是工作在3～5微米和8～14微米波段的Ge:Au（锗掺金）和Ge:Hg光电导探测器。60年代末以后,HgCdTe、PbSnTe等可变禁带宽度的三元系材料的研究取得进展。
工作原理和特性 光电导效应是内光电效应的一种。当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时，光子能够将价带中的电子激发到导带，从而产生导电的电子、空穴对,这就是本征光电导效应。这里h是普朗克常数，v是光子频率,Eg是材料的禁带宽度（单位为电子伏）。因此，本征光电导体的响应长波限λc为
λc=hc/Eg=1.24/Eg (μm)
式中 c为光速。本征光电导材料的长波限受禁带宽度的限制。在60年代初以前还没有研制出适用的窄禁带宽度的半导体材料，因而人们利用非本征光电导效应。Ge、Si等材料的禁带中存在各种深度的杂质能级，照射的光子能量只要等于或大于杂质能级的离化能，就能够产生光生自由电子或自由空穴。非本征光电导体的响应长波限λ由下式求得
λc＝1.24/Ei
式中Ei代表杂质能级的离化能。到60年代中后期，Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe等三元系半导体材料研制成功,并进入实用阶段。它们的禁带宽度随组分x值而改变，例如x＝0.2的HG0.8Cd0.2Te材料，可以制成响应波长为 8～14微米大气窗口的红外探测器。它与工作在同样波段的Ge：Hg探测器相比有如下优点：①工作温度高（高于77K），使用方便,而Ge:Hg工作温度为38K。②本征吸收系数大,样品尺寸小。③易于制造多元器件。表1和表2分别列出部分半导体材料的Eg、Ei和λc值。
通常，凡禁带宽度或杂质离化能合适的半导体材料都具有光电效应。但是制造实用性器件还要考虑性能、工艺、价格等因素。常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有：CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等;在近红外波段有：PbS、PbSe、In***、Hg0.75Cd0.25Te等;在长于8微米波段有:Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等；CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。
可见光波段的光电导探测器 CdS、CdSe、CdTe 的响应波段都在可见光或近红外区域，通常称为光敏电阻。它们具有很宽的禁带宽度（远大于1电子伏）,可以在室温下工作，因此器件结构比较简单，一般***用半密封式的胶木外壳，前面加一透光窗口，后面引出两根管脚作为电极。高温、高湿环境应用的光电导探测器可***用金属全密封型结构，玻璃窗口与可伐金属外壳熔封。
器件灵敏度用一定偏压下每流明辐照所产生的光电流的大小来表示。例如一种CdS光敏电阻,当偏压为70伏时，暗电流为10-6～10-8安，光照灵敏度为3～10安/流明。CdSe光敏电阻的灵敏度一般比 CdS高。光敏电阻另一个重要参数是时间常数 τ，它表示器件对光照反应速度的大小。光照突然去除以后，光电流下降到最大值的 1/e（约为37％）所需的时间为时间常数 τ。也有按光电流下降到最大值的10％计算τ的;各种光敏电阻的时间常数差别很大。CdS的时间常数比较大（毫秒量级）。
红外波段的光电导探测器 PbS、Hg1-xCdxTe 的常用响应波段在 1～3微米、3～5微米、8～14微米三个大气透过窗口。由于它们的禁带宽度很窄，因此在室温下，热激发足以使导带中有大量的自由载流子，这就大大降低了对辐射的灵敏度。响应波长越长的光，电导体这种情况越显著，其中1～3微米波段的探测器可以在室温工作（灵敏度略有下降）。3～5微米波段的探测器分三种情况：①在室温下工作，但灵敏度大大下降，探测度一般只有1～7×108厘米·瓦-1·赫；②热电致冷温度下工作(约-60℃),探测度约为109厘米·瓦-1·赫;③77K或更低温度下工作,探测度可达1010厘米·瓦-1·赫以上。8～14微米波段的探测器必须在低温下工作，因此光电导体要保持在真空杜瓦瓶中，冷却方式有灌注液氮和用微型制冷器两种。
红外探测器的时间常数比光敏电阻小得多,PbS探测器的时间常数一般为50～500微秒,HgCdTe探测器的时间常数在10-6～10-8秒量级。红外探测器有时要探测非常微弱的辐射信号,例如10-14 瓦；输出的电信号也非常小,因此要有专门的前置放大器。
说明：
1.802.11、802.11b、802.11g都工作在2.4GHz的ISM（工业、科学、医疗）公共频段，无需向无委申请；而802.11a工作在5GHz频段，该频段目前暂不开放，需要申请。
2.802.11a和802.11g物理层速率最高都可达54Mbps，传输层速率最高也可达25Mbps，但稳定性有待进一步改善，且成本也较高。而802.11b最高速率可达11Mbps，因为起步较早，技术较为成熟，成本也不高，将是未来最有前途的无线局域网标准，下面重点介绍802.11b标准。
二、IEEE 802.11b无线网络标准
1． 无线局域网的物理层
无线局域网同传统有线局域网的区别，表现在物理层上就是无线局域网一般用无线电作为传输介质，而不是传统的电缆。对于IEEE 802.11b无线局域网，有三种可选物理层：跳频扩频（FHSS）物理层、直接序列扩频（DSSS）物理层和红外线（IR）物理层。物理层的选择取决于实际应用的要求。跳频扩频和直接序列扩频是通信技术中两种常用的扩展频谱技术，用以提高无线信道的利用率和数据通信的安全性。目前大多数基于IEEE 802.11b的无线局域网产品的物理层介质工作在2.4000～2.4835GHz的无线射频频段（ISM频段），***用直接序列扩展频谱技术以提供高达11Mbps的数据传输速率。
2． 无线局域网的MAC协议
原则上讲，无线局域网的MAC协议和有线局域网的MAC协议并无本质上的区别。然而，由于无线传输媒体固有的特性以及移动性的影响，无线局域网的MAC协议不能沿用原有的局域网协议。例如，IEEE 802.3的MAC层***用CSMA/CD来使各个不同的站点共享同一物理信道。而实现CSMA/CD的一个重要前提是，各站点能够非常容易地实现冲突检测功能。在有线局域网（如以太网）的情况下，可根据检测电缆线上直流分量的变化容易地实现冲突检测。然而在使用无线传输媒体时，由于以下的原因，很难实现冲突检测。
1） 冲突检测的能力要求各站能同时发送（发送自己的信号）和接收（决定其他站的传输是否干扰自己的传输），这将增加信道的花费。
2） 更重要的是，由于隐藏终端问题的存在，即使一个站有冲突检测的能力，并已经在发送时检测到冲突，在接收端仍然会有冲突发生。
鉴于以上原因，无线局域网协议标准IEEE 802.11b***用了一种具有冲突避免的载波监听多路访问（CSMA/CA）协议实现无线信道的共享。
一种简单的CSMA/CA可实现如下：在数据包传输之前，无线设备将先进行监听，看是否有其他无线设备正在传输。若传输正在进行，该设备将等待一段随机决定的时间，然后再监听，若没有其他设备正在使用介质，该设备开始传输数据；因为很有可能在一个设备传输数据的同时，另一个设备也开始传输数据，为了避免此类冲突造成的数据丢失，接收设备检测所收到的分组的CRC，如果正确，则向发送设备传输一个确认信息（acknowledgement）以指示没有冲突发生。否则，发送设备将重复上述CSMA/CA过程。
为了使两个无线设备同时进行传输（这将导致冲突）的可能性减到最小，802.11设计者使用称为发送请求/清除以发送（RTS/CTS）的机制。例如：若数据到达无线节点指定的无线访问点（AP），该AP将给那个无线节点发送一个RTS帧，请求一定量的时间向它传输数据，无线节点将用CTS帧进行回应，表示它将阻止任何其他的通信，直到AP发送完数据为止。其他无线节点也能听到正在发生的数据传输，并把它们的传输延迟到那段时间之后。在这种方式下，数据在节点之间进行传递时，由设备导致的在介质上产生冲突的可能性最小。这种传输机制同时解决了无线局域网中的隐藏终端问题。
为了确保数据在传输中不丢失，CSMA/CA还引入了确认（ACK）机制，接收者在收到数据后，向发送单元发一个确认通知ACK。若发送者没有收到ACK，表明数据丢失，将再次传输该数据。
3． 无线局域网实时性性能分析
IEEE 802.11b无线局域网标准在媒体访问控制层***用CSMA/CA协议以实现无线信道的共享。在网络负荷较轻的情况下，发生冲突的机会很少，再加上一些无线网络产品***取了一些附加的措施，甚至可以完全避免冲突的发生。如Wi-LAN的无线产品AWE 120-24无线网络桥接器利用动态时间分配轮询的方式：当有多个无线远端设备要与基站通信时，基站会根据远端站的ID依次询问各个远端站是否有数据要发送，如果有数据要发送，就给其分配时间片，如果没有，则会继续向下询问，周而复始。这里的所谓动态轮询是指用户可以设置基站的轮询方式，对于非活动站减少对其询问的次数，这样可以保证时间片不会被浪费。动态时间分配轮询技术完全避免了冲突的发生，可以获得比CSMA/CA更好的实时性。这使得无线技术在工业控制网络中的应用成为可能。
三、基于无线技术的网络化智能传感器介绍
计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种智能传感器集成了数据***集、数据处理和无线网络接口模块，无线网络接口模块底层网络接口（硬件接口）***用基于IEEE 802.11b的网络接口芯片，高层网络接口（软件接口）***用TCP/IP协议，把TCP/IP协议作为一种嵌入式应用，即把TCP/IP协议固化到智能传感器的ROM中，使得现场数据的收发都以TCP/IP协议进行。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。
无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站(AP)、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现。
在工业自动化领域，有成千上万的感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络，通常这些设备提供的通信接口是RS- 232或RS-485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换，符合无线局域网IEEE802.11b和以太网络IEEE 802.3标准，支持标准的TCP/IP网络通信协议，有效的扩展了工业设备的联网通信能力。
四、无线局域网在工业控制网络中的应用
工业控制系统的网络化为无线技术在工业控制系统中的应用提供了基础和可能。近几年很多研究人员也展开了这方面的研究工作。中国科学院沈阳自动化所的曾鹏等人以FF（现场总线基金会）颁布的FFHSE（高速以太网）为蓝本，结合无线以太网标准IEEE802.11b，构造了现场级无线通信协议栈。该协议栈保持了基金会现场总线的通信模型，能够完成无线设备间的时间同步和实时通信。韩国釜山国立大学的Kyung Chang Lee等人设计了协议转换模型，实现了Profibus－DP网络和IEEE802.11无线局域网的互连。Mario Alves等人对基于广播方式的现场总线／无线网络的混合网络报文传送延迟时间进行了估算。C．Koulamas等人研究了Profibus现场总线与基于IEEE802.11b的DSSS物理层相结合的性能。
除了在理论上的研究工作外，在一些工业控制网络中，无线通信技术已获得了应用。如美国罗克威尔公司在基于DeviceNet、Control－net、Ethernet／IP的三层控制网络体系中，加入了无线以太网部分，可以实现无线通信。德国西门子公司在基于Profibus－DP、Profinet的控制网络中结合无线以太网技术，使控制网络具有了无线通信功能。由于无线网络无可比拟的优越性，它可以免去大量的线路连接，节省系统的构建费用和维护成本，还可以满足一些特殊场合的需要，与此同时，大大增强了系统构成的灵活性。加之无线通信技术自身的不断改进，无线通信技术在工业控制领域中必将具有广阔的发展空间和应用前景。
五、无线技术在工控网络中的应用方案及使用设备
1.无线工业控制的方法
通过使用基于无线技术的网络化智能传感器，结合目前市场上出现的各种基于IEEE 802.11b的无线局域网网桥，就可以实现无线局域网技术在工业控制网络中的一种应用方案。无线局域网网桥用作无线访问点（AP），基于无线技术的网络化智能传感器***集现场数据、处理，并以TCP/IP协议对数据进行打包，通过无线链路发送到AP，由于无线链路和有线以太网高层均***用TCP/IP协议，且低层协议对高层协议是透明的，就实现了无线网络和有线网络的无缝连接。通过Internet，就可以实现远程监控。
2．无线设备的选择
要实现无线网络，需要选择的设备一般为两种。一种为无线局域网网桥，可将多个无线站点连入已有的局域网之中；另一种为无线通讯装置，例如无线网卡、无线Modem等。下面介绍一下研华公司的无线装置。
A．WLAN-9200系列11Mbps工业无线局域网接入器
WLAN-9200是一款用于室外的增强11Mbps无线局域网网桥。它能够在无须任何物理布线的情况下，将多个远程站连接到局域网中。
纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。 1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米cu材料，硬度比粗晶cu提高5倍；晶粒为7urn的pd，屈服应力比粗晶pd高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望，根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的***都在部署本来10～15年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会（nsf）1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；美国darpa（国家先进技术研究部）的几个***里也把纳米科技作为重要研究对象；日本近年来制定了各种***用于纳米科技的研究，例如 ogala***、erato***和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究***，19***年，纳米科技投资1.28亿美元；德国科研技术部帮助联邦***制定了1995年到2010年15年发展纳米科技的***；英国***出巨资资助纳米科技的研究；19***年西欧投资1.2亿美元。据1999年7月8日《自然》最新报道，纳米材料应用潜力引起美国白宫的注意；美国总统克林顿亲自过问纳米材料和纳米技术的研究，决定加大投资，今后3年经费资助从2.5亿美元增加至5亿美元。这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。 2国际动态和发展战略 1999年7月8日《自然》（400卷）发布重要消息 题为“美国******加大投资支持纳米技术的兴起”。在这篇文章里，报道了美国***在3年内对纳米技术研究经费投入加倍，从2.5亿美元增加到5亿美元。克林顿总统明年2月将向国会提交支持纳米技术研究的议案请国会批准。为了加速美国纳米材料和技术的研究，白宫***取了临时紧急措施，把原1.***亿美元的资助强度提高到2.5亿美元。《美国商业周刊》8 月19日报道，美国***决定把纳米技术研究列人21世纪前10年前11个关键领域之一，《美国商业周刊》在掌握21世纪可能取得重要突破的3个领域中就包括了纳米技术领域（其它两个为生命科学和生物技术，从外星球获得能源）。美国白宫之所以在20世纪即将结束的关键时刻突然对纳米材料和技术如此重视，其原因有两个方面：一是德科学技术部1996年对2010年纳米技术的市场做了预测，估计能达到14400亿美元，美国试图在这样一个诱人的市场中占有相当大的份额。美国基础研究的负责人威廉姆斯说：纳米技术本来的应用远远超过计算机工业。美国白宫战略规划办公室还认为纳米材料是纳米技术最为重要的组成部分。在《自然》的报道中还特别提到美国已在纳米结构组装体系和高比表面纳米颗粒制备与合成方面领导世界的潮流，在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术中的应用与欧共体并列世界第一，纳米尺寸度的元器件和纳米固体也要与日本分庭抗礼。1999年7月，美国加尼福尼亚大学洛杉矾分校与惠普公司合作研制成功 100urn芯片，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学于1998年制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系，10bit／s尺寸的密度已达109bit／s，美国商家已组织有关人员迅速转化，预计2005年市场为400亿美元。1988年法国人首先发现了巨磁电阻效应，到19***年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世，在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印橡带来革命性的变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量，在未来市场上占有重要的份额。纳米材料在医药方面的应用研究也使人瞩目，正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战略地位。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国***在这个领域的基础研究独占“老大”的地位。 3国内研究进展我国纳米材料研究始于80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方***和部分企业家的介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究，其中，承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有：中国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学。中国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、中国科技大学、中国科学院化学研究所、清华大学，还有吉林大学、东北大学、西安交通大学、天津大学、青岛化工学院、华东师范大学，华东理工大学、浙江大学、中科院大连化学物理研究所、长春应用化学研究所、长春物理研究所、感光化学研究所等也相继开展了纳米材料的基础研究和应用研究。我国纳米材料基础研究在过去10年取得了令人瞩目的重要研究成果。已***用了多种物理、化学方法制备金属与合金（晶态、非晶态及纳米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物纳米粉体，建立了相应的设备，做到纳米微粒的尺寸可控，并制成了纳米薄膜和块材。在纳米材料的表征、团聚体的起因和消除、表面吸附和脱附、纳米复合微粒和粉体的制取等各个方面都有所创新，取得了重大的进展，成功地研制出致密度高、形状复杂、性能优越的纳米陶瓷；在世界上首次发现纳米氧化铝晶粒在拉伸疲劳中应力集中区出现超塑性形变；在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应和自旋波共振等方面做出了创新性的成果；在国际上首次发现纳米类钙钛矿化合物微粒的磁嫡变超过金属gd；设计和制备了纳米复合氧化物新体系，它们的中红外波段吸收率可达 92％，在红外保暖纤维得到了应用；发展了非晶完全晶化制备纳米合金的新方法；发现全致密纳米合金中的反常hall－petch效应。近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。一是大面积定向碳管阵列合成：利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，用这种技术合成的纳米管，孔径基本一致，约20urn，长度约100pm，纳米管阵列面积达到 3mm 3mm。其定向排列程度高，碳纳米管之间间距为100pm。这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示的场发射阴极等方面有着重要应用前景。这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上。二是超长纳米碳管制备：首次大批量地制备出长度为2～3mm的超长定向碳纳米管列阵。这种超长碳纳米管比现有碳纳米管的长度提高1～2个数量级。该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上。英国《金融时报》以“碳纳米管进入长的阶段”为题介绍了有关长纳米管的工作。三是氮化嫁纳米棒制备：首次利用碳纳米管作模板成功地制备出直径为3～40urn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念。该项成果被评为1998年度中国十大科技新闻之一。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是制备成功一维纳米丝和纳米电缆，该成果研究论文在瑞典召开的1998年第四届国际纳米会议宣读后，许多外国科学家给予高度评价。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶；发现了非水溶剂热合成技术，首次在300℃左右制成粒度达30urn的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬（crn）、磷化钴（cop）和硫化锑（***s）纳米微晶，论文发表在19***年的《科学》杂志上。七是用催化热解法制成纳米金刚石；在高压釜中用中温（70℃）催化热解法使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉，论文发表在1998年的《科学》杂志上。美国《化学与工程新闻》杂志还发表题为“稻草变黄金---从四氯化碳（cc14）制成金刚石”一文，予以高度评价。我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，中科院上海硅酸盐研究所、南京大学、中科院固体物理所、中科院金属所、物理所、中国科技大学、清华大学和中科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的中坚力量。在过去10年，我国已建立了多种物理和化学方法制备纳米材料，研制了气体蒸发、磁控溅射、激光诱导cvd、等离子加热气相合成等10多台制备纳米材料的装置，发展了化学共沉淀、溶胶一凝胶、微乳液水热、非水溶剂合成和超临界液相合成制备包括金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料的方法，研制了性能优良的多种纳米复合材料。近年来，根据国际纳米材料研究的发展趋势，建立和发展了制备纳米结构（如纳米有序阵列体系、介孔组装体系、mcm－41等）组装体系的多种方法，特别是自组装与分子自组装、模板合成、碳热还原、液滴外延生长、介孔内延生长等也积累了丰富的经验，已成功地制备出多种准一维纳米材料和纳米组装体系。这些方法为进一步研究纳米结构和准一纳米材料的物性，推进它们在纳米结构器件的应用奠定了良好的基础。纳米材料和纳米结构的评价手段基本齐全，达到了国际90年代末的先进水平。综上所述，“八五”期间我国在纳米材料研究上获得了一批创新性的成果，形成了一支高水平的科研队伍，基础研究在国际上占有一席之地，应用开发研究也出现了新局面，为我国纳米材料研究的继续发展奠定了基础。10年来，我国科技工作者在国内外学术刊物上共发表纳米材料和纳米结构的论文2400多篇，在国际上排名第五位，其中纳米碳管和纳米团簇在1998年度欧洲文献情报交流会上德国马普学会固体所一篇研究报告中报道中国科技工作者发表论文已超过德国，在国际排名第三位，在国际历次召开的有关纳米材料和纳米结构的国际会议上，我国纳米材料科技工作者共做邀请报告24次。到目前为止，纳米材料研究获得国家自然科学三等奖1项，国家发明奖2项；院部级自然科学一、二等奖3项，发明一等奖3项，科技进步特等奖1项；申请专利 79项，其中发明专利占50％，已正式授权的发明专利6项，已实现成果转化的发明专利6项。最近几年，我国纳米科技工作者在国际上发表了一些有影响的学术论文，引起了国际同行的关注和称赞。在《自然》和《科学》杂志上发表有关纳米材料和纳米结构制备方面的论文6篇，影响因子在6以上的学术论文（phys．rev．lett，j．ain．chem．soc ．）近20篇，影响因子在3以上的31篇，被sci和ei收录的文章占整个发表论文的 59％。 1998年 6月在瑞典斯特哥尔摩召开的国际第四届纳米材料会议上，对中国纳米材料研究给予了很高评价，指出这几年来中国在纳米材料制备方面取得了激动人心的成果，在大会总结中选择了8个纳米材料研究式作取得了比较好的国家在闭幕式上进行介绍，中国是在美国、日本、德国、瑞典之后进行了大会发言。
4 纳米产业发展趋势
（1）信息产业中的纳米技术：信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。2000年，中国的信息产业创造了gdp5800亿人民币。纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面：①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及***晰度数字显示技术。因为不管通讯、集成还是显示器件，都要原器件，美国已经着手研制，现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件，这种器件已经在实验室研制成功，而且可能在2001年进入市场。 ②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，中国要超前15年到20年对这些方面进行研究。③网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面，我国的研究水平不落后，在安徽省就有。④压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。
（2）环境产业中的纳米技术：纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境，必须用纳米技术。我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0.1ppm，该设备已进入实用化生产阶段；利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水中有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效；***用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。
(3)能源环保中的纳米技术：合理利用传统能源和开发新能源是我国当前和今后的一项重要任务。在合理利用传统能源方面，现在主要是净化剂、助燃剂，它们能使煤充分燃烧，燃烧当中自循环，使硫减少排放，不再需要***装置。另外，利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了，实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质，有助燃、净化作用。在开发新能源方面国外进展较快，就是把非可燃气体变成可燃气体。现在国际上主要研发能量转化材料，我国也在做，它包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等。
(4)纳米生物医药：这是我国进入wto以后一个最有潜力的领域。目前，国际医药行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医药就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法。在提取精华后，用一种很少的骨架，比如人体可吸收的糖、淀粉，使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进，***用纳米技术可以提高一个档次。
(5)纳米新材料：虽然纳米新材料不是最终产品，但是很重要。据美国测算，到21世纪30年代，汽车上40％钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替，这样可以节省汽油40％，减少co2，排放40％，就这一项，每年就可给美国创造社会效益1000亿美元。此外，还有各种功能材料，玻璃透明度好但份量重，用纳米改进它，使它变轻，使这种材料不仅有力学性能，而且还具有其他功能，还有光的变色、贮光，反射各种紫外线、红外线，光的吸收、贮藏等功能。
(6)纳米技术对传统产业改造：对于中国来说，当前是纳米技术切入传统产业、将纳米技术和各个领域技术相结合的最好机遇。首先是家电、轻工、电子行业。合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱，可折叠的pvc磁性冰箱门封不发霉，用的是抗菌涂料，里面的果盘都***用纳米材料，发展轻工、电子和家用电器可以带动涂料、材料、电子原器件等行业发展；其次是纺织。人造纤维是化纤和纺织行业发展的趋势，中国纺织要在进入wto后能占据有利地位，现在就必须全方位应用纳米技术、纳米材料。去年关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术，特殊功能的有防静电的、阻燃的等等，把纳米的导电材料组装到里面，可以在11万伏的高压下，把人体屏蔽，在这一方面，纺织行业应用纳米技术形势看好；第三是电力工业。利用纳米技术改造20万伏和11万伏的变压输电瓷瓶，可以全方位提高11万伏的瓷瓶耐电冲击的性能，而且釉不结霜，其它综合性能都很好；第四是建材工业中的油漆和涂料，包括各种陶瓷的釉料、油墨，纳米技术的介入，可以使产品性能升级。
1999年8月20日《美国商业周刊》在展望21世纪可能有突破性进展的领域时，对生命科学和生物技术、纳米科学和纳米技术及从外星球上索取能源进行了预测和评价，并指出这是人类跨入21世纪面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪先进的国家。挑战严峻，机遇难得，我们必须加倍重视纳米科技的研究，注意纳米技术与其它领域的交叉，加速知识创新和技术创新，为21世纪中国经济的腾飞奠定雄厚的基础。
对于纳米科技，科学的态度是积极参与，脚踏实地地推动这一前沿科技的健康发展，既不需要商业炒作，也不需要科学炒作。
参考资料：
在区域地质调查中，应用遥感技术经历了从黑白航空相片目视解译到广泛应用多平台多传感器航空航天遥感各种信息的过程。目前随着传感器系统的探测能力、质量、品种和分辨率的大大提高，可供遥感地质应用的航空航天遥感数据越来越多，其应用领域也不断扩大，遥感数据处理、解译、成果和交流也正在逐渐向数字化和自动化方向发展。在中小比例尺的区域遥感地质调查中，已形成了以航天遥感数据为主，地面分辨率高的航空遥感为重要补充的技术格局；同时，遥感技术与地质、物化探等地学学科，以及其他领域的某些新技术、新方法（如GIS、GPS等）紧密融合，使区域地质调查中的遥感应用成为多学科、多技术互相渗透的综合应用体系。
目前国内使用的星载多光谱遥感系统主要为表1-1所列。
表1-1 目前常用的星载遥感技术系统
从表1-1可以看出，TM数据的光谱覆盖范围0.45～2.35μm，划分7 个波段，最小的光谱间隔达6 nm，除一个热红外波段分辨率为 120 m 外，其余分辨率均为 30 m，幅宽185 km。整个波谱范围包括地球表面的各种再生***与不可再生***反映出的反射光谱及热辐射特性。由于 TM探测器波段设置合理，多波段优化组合图像可满足不同类地质信息解译提取，且效果明显，价格适中，适用于1∶25万区域地质填图应用。
ETM数据的光谱覆盖范围，除全色波段外，与TM完全一致，其地质应用效果相同。由于ETM增设了0.5～0.95 μm的全色波段，分辨率为15 m，这样就为最佳波段融合处理提供了方便，且使图像解像率提高，地质信息更加丰富，细节更加清晰，价格适中，是1∶25万遥感地质填图的理想数据。
SPOT数据的光谱范围0.5～0.89 μm，划分4个波段，其中3个多光谱波段分辨率为20 m，全色波段分辨率为10 m。由于其空间分辨率高，故图像信息丰富。因地面覆盖范围仅为60 km，相当于TM的1/3，单位成本高，故虽然是1∶25万遥感填图的理想数据源，但受价格影响，实际应用难度较大。
CBERS-1数据的光谱范围为0.45～12.5μm，划分为11个波段，其中 CCD为5个，分辨率为19.5 m；红外光谱扫描仪为4个，分辨率为78～156 m；宽视场成像仪为2 个，分辨率为258 m。尽管 CBERS-1CCD相机各波段的空间分辨率较高，但为用户提供的数据波段数较少。因此，给波段组合选择带来困难，无法完成最佳波段组合的选择。在遥感填图的实际应用过程中，可作为一种数据源使用。
合成孔径雷达成像技术可产生高分辨率目标图像，能直接显示目标物电磁波辐射特性的几何分布的成像雷达技术及其应用取得了重要进展。起初对 SAR 的应用研究是在机载条件下进行的。随着1***8年 L波段Seasat SAR的发射、1981 年 SIR-A的上天及 年数字记录的SIR-B的升空，特别是进入20 世纪 90 年代，原苏联的 Almaz SAR、欧洲空间局的 ERS-1、ERS-2 SAR、日本的JERS-1 SAR、加拿大的Radarsat-1 SAR和美国航天飞机成像雷达SIR-C/X-SAR的成功发射与运行，更是将微波遥感技术的应用与研究推向了***（表1-2）。
表1-2 主要在天星载合成孔径雷达系统特征
RADARSAT-1 SAR数据来自加拿大1995年发射的雷达卫星。该卫星具有不同的成像技术参数（表1-3）。
从表1-3可以看出，RADRASAT-1 SAR有 7 种不同的成像方式，每种方式对应着不同的分辨率、侧视角等参数。
在实际应用中，所***用的数据为WIDE模式成像，侧视角为20°～49°，幅宽150 km×150 km，主要技术参数见表1-4。
表1-3 Radarsat-1 SAR数据主要技术参数
表1-4 阿龙山地区 RADARSAT-1 SAR数据主要技术参数
Radarsat-1 SAR数据不仅仅提供了原始数据，而且提供了原始数据单个记录格式的描述、数据记录数、数据质量、数字信号直方图、处理后数据直方图、数据处理参数、卫星平台参数、姿态数据、辐射数据等，利用这些数据可以进行 Radarsat-1 SAR数据的各种预处理。
机载遥感技术系统包括航空摄影（黑白、彩色、彩色红外）、光谱扫描（多光谱、热红外、成像光谱）、雷达等。目前区域地质调查中使用最多的航片是彩色红外航片，由于其空间分辨率和地面分辨率高，可满足区调填图各类地质体信息提取，但由于受数据形式、相片尺寸及价格限制，故在实际应用中难度较大；而成像光谱技术是20世纪90年代以来发展较快、应用前景巨大的遥感技术，已进入实用化的机载成像光谱系统为 NASA的AVIRIS、美国GER公司的DAIS、澳大利亚的 HYMAP成像光谱仪，我国863-308 主题研制的OMIS模块化成像光谱仪也正在试运行中。成像光谱主要技术参数如表 1-5 所列，随着星载成像光谱系统的发射，成像光谱技术必将对区域地质与矿产勘查产生重大的影响。
表1-5 目前常用的机载成像光谱技术系统
纳米材料的研究最初源于十九世纪六十年代对胶体微粒的研究，二十世纪六十年代后，研究人员开始有意识得通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米体系的奥秘。年，德国萨尔布吕肯的格莱特(Gleiter)教授把粒径为6nm的金属铁粉原位加压制成世界上第一块纳米材料，开创纳米材料学之先河。1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议(Nano- ST)，标志着纳米材料学作为一个相对独立学科的诞生。
1990年，美国国际商用机器公司的科学家利用隧道扫描显微镜上的探针，在镍表面用36个氙原子排出“IBM”三个字母。科学家们从这种能操纵单个原子的纳米技术中,看到了设计和制造分子大小的器件的希望。1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。
九十年代以来，准一维纳米材料的研制一直是纳米科技的前沿领域。1991年1月，日本筑波 NEC实验室的***澄男(S. Iijima)首次用高分辨分析电镜观察到碳纳米管，这些碳纳米管为多层同轴管，也叫巴基管(Bucky tube)。2000年10月，美国宾州大学研究人员在Science上发表文章称，纳米碳管的质量是相同体积钢的六分之一，却具有超过钢 100倍的强度。不仅具有良好的导电性能, 还是目前最好的导热材料。纳米碳管优异的导热性能将使它成为今后计算机芯片的热沉，也可用于发动机、火箭等的各种高温部件的防护材料。最新的研究表明，碳纳米管当中的空腔不仅可以充当微型试管、模具或模板，而且将第二种物质封存在这个约束空间还会诱导其具备在宏观材料中看不到的结构和行为。计算机模拟显示，封存在碳纳米管中的水能够以新的冰相存在，在合适的条件下，碳纳米管中液相和固相的明显界线将会消失，液体物质将会连续地转变成固体，而不发生明显的凝固过程。
1993年，美国IBM公司Almaden实验室Bethune等人和Iijima同时报道了观察到单壁碳纳米管(Single- walled Carbon Nanotubes)。1996年，因发现C60获得诺贝尔奖的斯莫利(Smalley)和他的研究组合成了成行排列的单壁碳纳米管束。同年，中科院物理所解思深研究员的研究组用化学气相法制备出面积达3mm×3mm的大面积碳纳米管阵列，它可用作极好的场发射平面显示器件。他们还于 1998年合成了当时最长的2毫米长度的纤维级碳纳米管。
除了碳纳米管外，科研人员还合成了其他的纳米管材料，如BxCyNz、NiCl2、类酯体、 MCM-41管中管、水铝英石、b-(g-)环糊精纳米管聚集体及定向排列的氮化硅纳米管等[1]。准一维纳米材料中除了空心的纳米管以外还有实心的纳米棒、纳米线、量子线。图1为我们研究组合成的氧化硅纳米线，直径为5-120nm，从线末梢到根部，长度为10-70mm。19***年，法国学者 Colliex在利用分析电弧放电得到包覆异质纳米壳体的C-BN-C管，由于它的几何结构类似于同轴电缆，直径又为纳米级，故称其为同轴纳米电缆(coaxial nanocable)。由于同轴纳米电缆具有的独特结构，将在纳米结构器件中占有重要的地位。
1996年，中国科技大学谢毅博士利用苯热合成法制备出产率很高、平均粒度为30nm的氮化镓粉体。19***年，清华大学范守善教授制备出直径为3-50纳米、长度达微米量级的氮化镓纳米棒，首次把氮化镓制备成一维纳米晶体，提出碳纳米管限制反应的概念。1999年，他与美国斯坦福大学戴宏杰教授合作，实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长。
19***年，美国纽约大学科学家发现，DNA（脱氧核糖核酸）可用于建造纳米层次上的机械装置。2000年，美国朗讯公司和英国牛津大学的科学家用DNA的碱基配对机制制造出了一种每条臂长只有7纳米的纳米级镊子。
1998年，中国科技大学钱逸泰院士的研究组用催化热解法，从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为“稻草变黄金”。
1999年，北京大学电子系薛增泉教授的研究组在将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，组装出性能良好的扫描隧道显微镜用探针。同年，中科院金属所成会明博士合成出高质量的碳纳米材料，使我国新型储氢材料研究跃上世界先进水平。
1999年巴西和美国科学家用碳纳米管制备了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；不久，德国科学家研制出称量单个原子重量的“纳米秤”，打破了先前的纪录。同年，美国科学家在单个分子上实现有机开关，证实在分子水平上可以发展电子和计算装置。
中科院沈阳金属所的卢柯小组在纳米材料及相关亚稳材料领域取得了突出的成绩。他发展的利用非晶完全晶化制备致密纳米合金的方法已与惰性气体蒸发后原位加压法、高能球磨法成为当前制备金属纳米块材的三种主要方法之一。他们发现的纳米铜的室温超塑延展性，被评为2000年中国十大科技新闻。
从发现纳米碳管始，科学家们不断研制出越来越细的纳米碳管。2000年，解思深组利用常现电弧放电方法制备出内径为 0.5nm的碳纳米管。同年，香港科技大学的汤子康博士即宣布发现了世界上最细的纯碳纳米碳管?0.4nm碳管，这一结果已达到碳纳米管的理论极限值。12月柏林的马克斯—玻恩研究所研制出1nm直径的薄壁纳米管，创出薄壁纳米管研制的新记录。
2001年初，中国科技大学朱清时院士的研究组首次直接拍摄到能够分辨出化学键的C60单分子图像，这种单分子直接成像技术为解析分子内部结构提供了有效的手段，使科学家可以人工“切割”和重新“组装”化学键，为设计和制备单分子级的纳米器件奠定了基础。3月，美国佐治亚理工学院留美中国学者王中林教授的研究组利用高温固体气相法，在世界上首次合成了独特形态且无缺陷的半导体氧化物纳米带状结构。这是继纳米管、纳米线之后纳米家族增加的新的成员。它有望解决纳米管在大规模生产时稳定性的问题，并在纳米物理研究和纳米器件应用上有重要的作用。6月，香港科技大学沈平教授的研究组在单根纯碳纳米碳管中观察到超导特性。这一观察表明，当纳米碳管细到一定程度时，其材料性质将发生突变。从应用上来讲，纳米碳管超导性的发现，将有助解决电子在集成半导体器件中传输时的发热问题。
由上可见，在纳米基础研究领域，中国并不落后?自90年代初，科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等单位就启动了有关纳米材料的攀登***、国家重点基础研究项目等，投入数千万元资金支持纳米基础研究；中国的纳米科学家，在国际上取得了一系列令人瞩目的成果，相继在《Science》、《Nature》等权威杂志上发表了高水平的论文，使中国在纳米材料基础研究方面，尤其是纳米结构的控制合成方面，走在比较前沿的位置，继美、日、德之后，位居世界第四。但是，在纳米器件上总体来说研究层次还不是很高，手段离国外还有很大的差距。
二、 纳米科技的应用
在纳米材料中，由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏；纳米微粒的表面层附近的原子密度减小；电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。目前描述纳米材料中的基本物理效应主要是从金属纳米微粒研究基础上发展和建立起来的，要准确把握纳米科技中现象的本质，必须要在理论上实现从连续系统物理学向量子物理学的转变。
当今科技的发展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等特性为纳米科技和纳米材料的应用提供了广阔的空间。美国制定的“国家纳米技术倡议”(NNI)中所列纳米科学与技术涉及的领域很宽泛，但最基本的有三个，即纳米材料，纳米电子学、光电子学和磁学，纳米医学和生物学。
1 纳米电子学、光电子学和磁学
纳米粒子的宏观隧道效应确立了微电子器件微型化的极限。纳米电子学、光电子学及磁学微电子器件的极限线宽，以硅集成电路而言，普遍认为是70nm左右。目前国际上最窄线宽已为130nm，在十年以内将达到极限。如果将硅器件做的更小，电子会隧穿通过绝缘层，造成电路短路。解决纳米电子电路的思路目前可分为两类，一类是在光刻法制作的集成电路中利用双光子光束技术中的量子纠缠态，有可能将器件的极限缩小至25nm。另一类是研制新材料取代硅，***用蛋白质二极管，纳米碳管作引线和分子电线。新概念器件的形成，单原子操纵是重要的方式。19***年，美国科学家成功地用单电子移动单电子，这种技术可用于研制速度和存储容量比现在提高上万倍的量子计算机。2001年7月，荷兰研究人员制造出在室温下能有效工作的单电子纳米碳管晶体管。这种晶体管以纳米碳管为基础，依靠一个电子来决定“开”和“关”状态，由于它低耗能的特点，将成为分子计算机的理想材料 。在新世纪，超导量子相干器件、超微霍尔探测器和超微磁场探测器将成为纳米电子学中器件的主角。
利用纳米磁学中显著的巨磁电阻效应(giant magnetoresistance，GMR)和很大的隧道磁电阻(tunneling magnetoresistance, TMR)现象研制的读出磁头将磁盘记录密度提高30多倍，瑞士苏黎世的研究人员制备了Cu、Co交替填充的纳米丝，利用其巨磁电阻效应制备出超微磁场传感器。磁性纳米微粒由于粒径小，具有单磁畴结构，矫顽力很高，用作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。19***年，明尼苏达大学电子工程系纳米结构实验室***用纳米平板印刷术成功地研制了纳米结构的磁盘，长度为40纳米的Co棒按周期性排列成的量子棒阵列。由于纳米磁性单元是彼此分离的，因而称为量子磁盘。它利用磁纳米线阵列的存储特性，存贮密度可达400Gb×in-2。利用铁基纳米材料的巨磁阻抗效应制备的磁传感器已问世，包覆了超顺磁性纳米微粒的磁性液体也被广泛用在宇航和部分民用领域作为长寿命的动态旋转密封。
2 纳米医学和生物学
从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。遗传基因序列的自组装排列做到了原子级的结构精确，神经系统的信息传递和反馈等都是纳米科技的完美典范。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。
纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。目前已得到较好应用的实例有：利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。
正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片) 等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。
纳米生物材料也可以分为两类，一类是适合于生物体内的纳米材料，如各式纳米传感器，用于疾病的早期诊断、监测和治疗。各式纳米机械系统可以快速地辨别病区所在，并定向地将药物注入病区而不伤害正常的组织或清除心脑血管中的血栓、脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。另一类是利用生物分子的活性而研制的纳米材料，它们可以不被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造。
3 在国防科技上的应用
纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如：纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系；对化学、生物、核武器的纳米探测系统；新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。
在雷达隐身技术中，超高频(SHF，GHz)段电磁波吸波材料的制备是关键。纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。由于纳米材料的界面组元所占比例大，纳米颗粒表面原子比例高，不饱和键和悬挂键增多。大量悬挂键的存在使界面极化，吸收频带展宽。高的比表面积造成多重散射。纳米材料的量子尺寸效应使得电子的能级分裂，分裂的能级间距正处于微波的能量范围，为纳米材料创造了新的吸波通道。纳米材料中的原子、电子在微波场的辐照下，运动加剧，增加电磁能转化为热能的效率，从而提高对电磁波的吸收性能。美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99％，法国最近研制的CoNi纳米颗粒被覆绝缘层的纳米复合材料，在2-7GHz范围内，其m?和m?几乎均大于6。最近国外正致力于研究可覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料，并提出了单个吸收粒子匹配设计机理，这样可以充分发挥单位质量损耗层的作用。纳米材料在具备良好的吸波功能的同时，普遍兼备了薄、轻、宽、强等特点。纳米材料中的硼化物、碳化物，铁氧体，包括纳米纤维及纳米碳管在隐身材料方面的应用都将大有作为。
图2是我们研究组利用溶胶－凝胶法制备的b-纳米碳化硅粉的透射形貌照片，一次颗粒尺度约为 20nm。经微波网络矢量分析仪测量其介电损耗(tgd)达到9.28，而其它碳化硅粉的介电损耗在0.2-0.6之间，因而具备了在常温和高温下吸收超高频段电磁波的潜力。
4 纳米陶瓷的补强增韧
先进陶瓷材料在高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料难以克服的弱点。英国材料学家Cahn曾评述，通过改进工艺和化学组分等方法来克服陶瓷脆性的尝试都不太理想，无论是固溶掺杂的氮化硅、相变增韧的氧化锆要在实际中作为陶瓷发动机材料还不能实现。纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径之一。
纳米陶瓷具有类似于金属的超塑性是纳米材料研究中令人注目的焦点。例如，纳米氟化钙和纳米氧化钛陶瓷在室温下即可发生塑性形变，180℃时，塑性形变可达100%。存在预制裂纹的试样在180℃下弯曲时，也不发生裂纹扩展。九十年代初，日本的新原皓一（Niihara）报道用纳米SiC颗粒复合氧化铝材料的强度可达到1GPa以上，而常规的氧化铝基陶瓷强度只有350-600MPa。Al2O3/SiC纳米复合材料在1300℃氩气中退火2小时后强度提高到1.5GPa，它的高力学性能是与纳米复相陶瓷的精细显微结构直接相关的。德国马普冶金材料研究所的科研人员将聚甲基硅氮烷在高温下裂解后，制得的a-Si3N4微米晶与a-SiC纳米晶复合陶瓷材料。它具有良好的高温抗氧化性能，可在1600℃的高温使用（氮化硅材料的最高使用温度一般为1200-1300℃）。他们最新进展是通过添加硼化物提高材料的热稳定性，利用生成BN的包覆作用稳定纳米氮化硅晶粒，将这种Si-B-C-N陶瓷的使用温度进一步提高到2000℃，这是迄今国际上使用温度最高的块体陶瓷材料。
目前，纳米陶瓷粉体的制备较为成熟，新工艺和新方法不断出现，已具备了生产规模。纳米陶瓷粉体的制备方法主要有气相法、液相法、高能球磨法等。气相法包括惰性气体冷凝法、等离子法、气体高温裂解法、电子束蒸发法等。液相法包括化学沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法、水热法等。我们研究组提出利用原位选择性反应法制备了纳米晶TiC和TiN复合TZP的复合粉料，为陶瓷材料的显微结构设计提供了新的研究思路。纳米陶瓷的致密化手段也趋于多样化，其中微波烧结和放电等离子体烧结(SPS)具有良好的效果。美国宾州大学陈一苇教授利用无压烧结制备平均粒径为60nm的致密Y2O3块体材料，为发展纳米陶瓷带来新的希望。2001年6月，日本经济产业省报道将纳米陶瓷等新型材料应用于飞机部件制造技术。
5 纳米科技在其它方面的应用
纳米颗粒的比表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强的优异性质使其在化工催化方面有着重要的应用。纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂，大大提高了反应效率。使用纳米镍粉作为反应催化剂的火箭固体燃料，燃烧效率可提高 100倍，用硅载体镍催化丙醛的氧化反应，当镍的粒径在5nm以下，反应选择性发生急剧变化，醛分解反应得到有效控制，生成酒精的转化率迅速增大。
小型化本身并不代表纳米技术，纳米材料和纳米科技有着明确的尺度和性能方面的定义。制造纳米器件目前主要的方法还是通过“由上而下”(top down)尽力降低物质结构维数来实现，而纳米科技未来发展方向是要实现“由下而上”( bottom up)的方法来构建纳米器件。目前此方面的尝试有两类，一类是人工实现单原子操纵和分子手术，日本大阪大学的研究人员利用双光子吸收技术在高分子材料中合成了三维的纳米牛和纳米弹簧，使功能性微器件的制备接受有了新的突破。另一类是各种体系的分子自组装技术，已由分子自组装构建的纳米结构包括纳米棒、纳米管、多层膜、孔洞结构等。美国贝尔实验室的科学家利用有机分子硫醇的自组装技术制备直径为1-2nm的单层的场效应晶体管，这种单层纳米晶体管的制备是研制分子尺度电子器件重要的一步。这方面的工作现在还仅限于实验室研究阶段。
(一)遥感工作方法及工作层次概述
本次遥感地质研究工作区主要是凤-太矿集区。工作方法为:充分应用不同遥感数据源进行遥感数字图像处理、遥感地质解译、遥感蚀变信息提取、遥感信息的GIS技术分析等; 通过矿集区1:5万层次、矿区1:1万层次的研究工作,总结研究区域铅锌矿及金矿等典型矿床的的遥感标志特征,建立遥感找矿模型。
矿集区1:5万层次遥感工作***用了光谱分辨率较高的日本Aster数据,对凤-太矿集区进行了遥感图像处理、遥感地质解译及近矿围岩蚀变遥感信息提取等工作。技术重点是解决多光谱数据的彩色合成及融合问题,充分利用Aster多光谱数据的光谱特征准确提取与矿有关的弱矿化蚀变以及使用GIS对遥感信息进行分析。
1:1万层次遥感工作***用地面分辨率较高的美国IKONOS卫星数据,对包括八方山铅锌矿、八卦庙金矿等在内的100km2范围的遥感影像进行了处理,同时进行了地质解译分析,并在该层次上从遥感角度对该区的铅锌矿找矿、金矿找矿提出了建议。技术难点是高分辨率遥感数据的处理、数据融合及大比例尺遥感图像的制作,以及大比例尺遥感图像中微观地质因素的解译。
(二)凤-太矿集区1:5万层次遥感方法应用研究
1.数据概况
1:5万层次遥感工作***用日本Aster数据,该数据具有3个15m分辨率的可见光近红外波段、6个30m分辨率的短波红外波段及5个90m分辨率的热红外波段,单景面积60×60km2。与常用的TM/ETM数据相比,在地面分辨率和光谱分辨方面有很大的提高。特别是短波红外波段ETM的两个波段被分为6个波段,理论上对羟基蚀变矿物的识别程度有了很大的提高(表4-17)。
表4-17 Aster数据与ETM数据光谱分辨率及地面分辨率对比
2.图像处理
图像处理在PCI geomatic 10.0及ENVI 4.0两个专业遥感软件平台上进行。工作区使用的数据时相为2004年4月19日,该时相无雪无云,植被覆盖相当少,数据质量总体良好。工作区成图范围为:106°27′52″～107°04′05″E,33°45′40″～34°01′36″N。
图像处理过程经过图像校正、图像增强、彩色合成、数据融合等过程,其中,图像校正使用1:5万地形图进行校正; 图像增强主要进行了对比度扩展,使用适应性拉升对直方图进行了扩展; 彩色合成及数据融合方案经对数据各种统计参数的分析及不同方案的反复对比,最终选择了4(R)+8(G)+2(B)与2波段融合的方案,融合后图像分辨率提高为15m,并保留了***彩色合成的色彩(图4-36)。
图4-36 凤-太矿集区Aster遥感影像图
图4-37 银母寺铅锌矿床不同彩色合成方案效果对比
不同合成方案及融合效果对比见图4-37(以银母寺铅锌矿区为例)。由图4-37可以看出,4(R)+8(G)+2(B)与2波段融合的方案在色彩及信息量上是最佳的; 完全使用最高分辨率的123波段进行合成,图像分辨率最高但色彩信息量很差; 随着高分辨率波段在彩色合成中的减少,图像分辨率下降; 融合可以提高图像分辨率,同时保持较好的色彩信息。
3.地质解译
(1)线性构造解译
线性构造包括断裂构造和线性影像体,断裂构造在影像上具有明显的构造标志,如断层崖、连续直线状三角面、水系突然转折或分叉的连线、两侧影纹图案截然突变的界线等; 线性影像体指影像中直线状展布的线状要素,多数情况下为构造信息的反映。遥感构造的解译以图像目视解译为主,必要时辅以图像处理手段,如以定向滤波、比值分析等来突出地貌上的线性影像。
凤-太矿集区遥感线性构造比较发育,规模、性质不同,影像特征有所不同,根据构造规模及影像特点可以划分为4级。
1)一级遥感断裂:一级遥感断裂为区域性断裂,如北部的唐藏-板房子断裂(图4-38),该断裂构造控制着凤-太矿集区的北边界。遥感影像中断裂构造标志清楚,两侧岩石地层差异大,影像纹形、色调也有明显差别。
图4-38 唐藏-板房子断裂典型遥感影像
2)二级遥感断裂:二级遥感断裂主要为泥盆系地层中岩性软、硬接触面发育的走向断层,断裂大致平行,呈NWW向至近EW向展布,对泥盆系构造格架起着控制作用。这类遥感构造规模相对较大,两侧岩性差异比较清楚,如小南沟-磨房沟遥感断裂、碾子坪-石垭子遥感断裂(图4-39)。
3)***遥感断裂:***遥感断裂多为线性构造,数量比较多,规模比较小,主要有两组:一是斜切地层的NE向断裂,多具右行剪切性质; 二是层间断裂,与地层线一致图(4-40)。
图4-39 碾子坪-石垭子二级断裂遥感影像(局部)
图4-40 ***断裂遥感影像
4)NE向节理群带:凤-太矿集区不均匀地发育有一组NE向密集遥感线列影像群带(图4-41),实地验证为节理带,这组构造对金矿化富集起着积极作用。
(2)环形构造解译
环形构造指成因与地质构造有关的由弧形或环形影纹构成的环状影像体,区内共解译出环形构造与环形构造影像6个。综合地质、物探、化探资料分析,其中图幅内规模最大的环形构造即王家庄-坪坎环形构造,其可能为稳定基底型环形构造,地表东西长约38km,南北最宽22km,为长轴近东西向的椭圆状,环形体内外影像在影纹、水系格局等方面存在明显的差异,代表着泥盆系基底同生沉积构造; 图幅西部凤县环形影像解译为断裂交汇型环形构造,其环形体由弧状水系与山脊构成,内部呈正地形,纹形杂乱,色调深浅不均,环内有NE向和NW向两组断裂交汇。此外,还有一些环形构造,目前其性质不能判明。
(3)褶皱构造解译
凤-太矿集区总体呈现为一个由中泥盆统为翼,上泥盆统为核,走向NWW—近EW的复式向斜构造,在全区卫星图像及岩性解译图上可以看出。另外,以中泥盆统古道岭组灰岩为核、星红铺组千枚岩为两翼的地层又构成若干次级背斜以及短轴背斜。由于南北向构造挤压强烈,背斜构造多呈紧密线型,遥感影像十分明显(图4-42)。这类次级背斜构造的倾伏端或两翼往往是铅锌矿定位的有利构造部位。
图4-41 北东向节理群带遥感影像
图4-42 背斜构造遥感影像
(4)地层(岩性)解译
岩性、矿物组合的不同及岩石结构的差异都会在波谱特征上显示出变化,在地貌上反映为不同的影像结构及不同的色调和纹理特征。凤-太矿集区解译、划分出以下遥感岩石组合单元:
1)第四系松散堆积物:彩色图像上呈淡青色、细斑点状图案,人文活动形迹清楚,主要分布于嘉陵江、安河两侧。
2)下白垩统东河群灰绿色砂砾岩:遥感影像上分布在中低山或山前坡地,彩色合成图像上呈浅棕色间白色斑块。
3)侏罗系泥岩、粉砂岩、砂岩:彩色合成影像上为浅棕红色,地貌相对比较平坦。
4)下三叠统任家沟组粉砂岩、薄层灰岩:影像上为规模较大的山体,水系为对称枝状或弧状。
5)下三叠统西坡组薄层灰岩夹钙质粉砂岩:影像上为较大山体,水系对称,排列整齐,具较宽的V型谷。
6)中下二叠统十里墩组炭质砂质板岩、长石砂岩、砂砾岩:影像特征纹理比较细腻,冲沟多与地层走向一致。
7)中石炭统灰岩、泥灰岩、灰质板岩:影像显示深暗色带,高山地形,多为桌状山、条状山或条块山。
8)上泥盆统铁山组厚—薄层灰岩:影像上显示山体陡峻,水系多为Y状分岔,或水系与山脊组合成“搓板”状。
9)上泥盆统九里坪组上段砂质板岩、砂质灰岩:高山地貌,砂质灰岩在彩色合成图像上呈绿色条带。
10)上泥盆统九里坪组下段细砂岩夹千枚岩:影像上水系短小,似平行排列。
11)中泥盆统星红铺组钙质千枚岩夹薄层泥质灰岩、砂质灰岩:影像上水系发育,细而密集,呈线状影纹,较乱,无规则,可见近EW向层结构纹。
12)中泥盆统古道岭组上段灰岩:影像上地貌显示为陡立山峰、棱状山脊、直线状水系、V型谷,冲沟短而直。影纹呈栅状、梳状。
13)中泥盆统古道岭组下段粉砂岩、砂质钙质千枚岩:影像上地貌显示为高山、弯曲状棱形山脊,局部可见分支状,树枝状、直线状水系,沟谷相对开阔,冲沟不发育,影像上影纹为细线状。
14)花岗岩组:岩基呈粗大的树枝状纹形图案,色调较深,呈暗绿色,以太白岩基为特征; 小花岗岩体纹形较细,色调较浅。
15)花岗闪长岩:遥感影像上显示典型树枝状水系,宏观影像为块状。
4.遥感异常信息提取
(1)遥感异常信息提取过程
一种地物或岩石在两个波段上的波谱辐射量是有差别的,这就是波谱曲线的坡度,不同地物在同一段曲线上的坡度有大有小,有正有负,比值方法就是增强这种微小的差别,同时还会消除或减弱地形信息的差别。
工作区特征蚀变信息的提取主要是依据数据特征及工作区主要的蚀变特征而进行的。地质工作研究表明,工作区最主要的蚀变特征为“硅化、铁白云石化、碳酸盐化、褐铁矿化”等,硅化信息的提取对于该数据不能完成,因为SiO2在0.52～11.65nm范围内没有特征的吸收显示,因此信息提取主要为白云石化和碳酸盐化的提取。
由图4-43可以看出,白云岩在9波段具有一定的反射,而在8波段具有特征吸收。依据以上特征使用Aster数据B8、B9波段进行比值运算,提取白云岩的特征信息,理论上信息图像中主要集中了白云岩等碳酸盐岩信息。图4-44为遥感地质解译图(附蚀变信息)。
图4-43 凤-太矿集区白云岩PCI光谱曲线
(2)蚀变信息分析
应用MAPGIS中区空间分析功能对遥感蚀变信息的分布特征进行了分析,图4-45a为解译的各种地层在工作区中的面积,图4-45b为遥感蚀变信息在各地层中的分布比例,可以看出星红铺组(D2x)分布的面积最大,其次为古道岭组和九里坪组上段,这也与该地层的岩性一致,同时也表明了蚀变主要分布的地层。图4-45c为信息面积占分布地层面积的比例,可以看出古道岭组中信息比例最高,上、下两段中信息比例占有近40%,表明古道岭组蚀变最为发育,同时也是矿体赋存的主要层位。
图4-44 凤-太矿集区局部遥感地质解译图(附蚀变信息)
遥感蚀变信息与已知矿床(点)叠加的分析表明,凤-太矿集区铅锌矿大多与遥感提取的白云岩化信息有关。如银母寺铅锌矿床、二里河铅锌矿床、铅硐山铅锌矿床等周围都存在遥感蚀变信息。值得注意的是还有许多具有遥感异常的区域目前没有发现矿体,有待进一步工作。
5.遥感地质认识
凤-太矿集区中部地区的王家庄-坪坎环形构造,代表着泥盆系基底性质的同生沉积构造,航磁异常对应显示为均匀低磁特征。该基底型环形构造内泥盆系含矿地层岩相比较稳定,岩浆活动与构造变形相对较弱,控制了主要铅锌多金属矿产的分布,矿床具有热水沉积特征。铅锌多金属矿床的产出与古道岭组灰岩、星红铺组千枚岩岩性接触带关系密切,矿床定位主要受次级背斜构造控制。
总结凤-太矿集区铅锌多金属矿床(点)赋矿空间与遥感岩石地层及遥感构造的关系,得出找矿信息位于:①以灰岩为核的背斜倾伏影像部位; ②灰岩影像分支部位; ③以灰岩为核的背斜轴线转折部位; ④以灰岩为核的短轴背斜及隐伏背斜。
(三)凤-太矿集区1:1万层次遥感方法应用研究
1.数据概况
1:1万层次遥感工作***用美国IKONOS卫星数据,该数据具有4个4.0m分辨率的多光谱波段、1个1.0m分辨率的全色波段。由于地面分辨率大幅提高,该数据在制作大比例尺遥感图像与解译微细构造等方面具有很大的优势。
图4-45 凤-太矿集区遥感蚀变信息分布特征
2.图像处理
工作区使用的数据时相为2008年3月10日,该时相无雪无云,植被覆盖较少,数据质量总体良好。工作区成图范围为:106°49′55″～106°57′37″E,33°53′17″～33°58′02″N。
图像处理过程经过图像校正、图像增强、彩色合成和数据融合等过程。其中图像校正使用1:5万地形图进行校正,比较粗略。图像增强主要进行了对比度扩展,使用适应性拉升对直方图进行了扩展。彩色合成及数据融合方案经对数据各种统计参数的分析及不同方案的反复对比,最终选择了3(R)+2(G)+1(B)与全色波段融合的方案,融合后图像分辨率提高为1m,并保留了***彩色合成的色彩(图4-46,图4-47)。
图4-46 凤-太矿集区八方山及***地区IKONOS遥感影像
图4-47 二里河铅锌矿床IKONOS遥感影像(局部)
3.地质解译
地质解译通过对八方山-八卦庙地区1:1万IKONOS卫星影像解译分析(图4-48),主要对工作区内的碳酸盐岩分布区及以碳酸盐岩为标志层的次级褶皱构造进行了圈定,同时对区内线形断裂构造及人类***矿形迹进行了解译,结合已有的地质资料初步得出以下认识:
图4-48 八方山-八卦庙地区1:1万遥感地质解译图
(1)遥感构造格局及分区特征
八方山-八卦庙地区遥感线性构造与褶皱构造分布特征显示,该区构造具有SN向分区特点。以黄泥峡沟脑-铜铃沟(银母寺-平坎)断裂为界线,形成两个NWW向展布遥感构造单元。边界断裂略呈弧形展布,走向NWW,断裂规模大、延伸长。影像显示,以该断裂为界,两侧地层褶皱变形特点完全不同。铜铃沟一带出露的酸性脉岩带基本沿分界断裂的北侧分布,研究区处于构造变形强烈的北部区。
北区构造变形十分强烈,以碳酸盐岩为标志的影像层呈分支复合、尖灭再现,形成一系列规模不等的褶皱。单元内部EW向与NWW向断裂比较发育,切割部分褶皱。上述褶皱与断裂构造控制着八方山-八卦庙地区绝大多数的多金属-贵金属矿产产出。南区古道岭组出露连续、稳定,代表碳酸盐岩的影纹规则、连续性好,褶皱构造与断裂构造影像极不发育。南部构造区至今未发现成型矿产。
(2)NNE向—近SN向二次叠加褶皱
凤-太矿集区经历了NWW向区域褶皱之后,受EW向应力作用,西河以西地区又叠加形成了轴向NNE向—近SN向的二次变形褶皱。该褶皱形态宽缓,褶皱轴在铜铃沟—八卦庙一带,遥感影像中可见及一系列同向弯曲、弧顶向南的弧形山脊与水系,同时伴有同向弧形展布的串珠状岩块出露,代表了褶皱的转折部位。根据八卦庙一带灰岩急剧变厚的现象判断,应属宽缓的背斜构造,该地区出现的NNE向密集线列影像应该代表了轴面辟理或者轴部张性断裂群。
(3)EW向断裂控制NW向雁列式背斜
八方山-严家坪-八卦庙EW向断裂切割了泥盆系,构造的局部抬升使断裂南侧古道岭组灰岩为核的次级小背斜沿EW向断裂清楚地显露出地表。背斜北西端被EW向断裂切割,核部灰岩在此出露最宽; 背斜轴向SE倾伏,核部灰岩逐渐尖灭。稍远于该断裂,影像亦显示有多个类似的次级褶皱存在,集中分布于二里河、打柴沟两侧以及手扒崖东侧。据影像特征分析,多属于半隐伏-隐伏的短轴褶皱,埋深不大。
(4)白杨沟-马家渠复式向斜构造
通过以古道岭组灰岩为典型标志层的岩性解译、追踪圈定了白杨沟-长沟-核桃沟复式向斜构造。该复式向斜走向NWW,出露全长约12km。由于NWW向断裂切错,褶皱在银洞沟-核桃沟段位移、破坏,显示不连续(该段褶皱挤压紧闭,两翼灰岩不易区分)。但是该褶皱构造在白杨沟向西的转折端和在西河马家渠向东的转折端显示比较清楚。向斜两翼以古道岭组灰岩为核的次级背斜发育。
(5)特殊影像块体
在南沟的偏沟、八卦庙北等地,古道岭组灰岩的旁侧,出现了几处影像色彩比较特殊的影像块体,比较容易与碳酸盐岩混淆。虽然目前尚不明确遥感波谱所反映的是何种岩石组合或者何种蚀变,值得注意的是,八卦庙北部的特殊影像块体与已知的金矿床空间关系密切,偏沟特殊影像块体附近也有丝毛岭矿化蚀变带出现。经对比同类方法处理的TM图像,与东部的双王金矿钠长角砾岩带影像具有十分相似的特征。
4.找矿预测
研究区铅锌矿的找矿预测工作应紧密围绕所解译确定的以古道岭组为核心的褶皱转折端以及短轴背斜开展,对于所圈定的性质不明的鼻状构造也应列入探查之列。
(1)二里河紧密褶皱群
沿二里河解译出5个连续出现的褶皱构造,由北而南分别为:
1)二-1次级向斜:以条带状灰岩影像为两翼,轴向NWW,可见影像约1000m,在二里河东侧转折。据影像中显示的二里河铅锌矿***矿活动位置,位于二-1向斜南北翼部。
2)二-2鼻状构造:灰岩影像呈锐角状在二里河东拐折,形成一倒Y字形。
3)二-3穿刺背斜:长轴呈NWW走向、等轴双层状显示,出露长约900m。中部为深色影像块体,推测为浅埋藏的灰岩,外侧环绕有浅色环带,可能为蚀变千枚岩。二-3穿刺背斜影像结构特征及规模都与八方山背斜十分相似,其背斜轴向与八方山背斜大致可以对应。
4)二-4次级背斜:轴向NWW,影像显示出露1.3km,背斜西侧转折端清晰,东侧转折部位影纹较杂乱,与二-3穿刺背斜具有相似的双层结构特点。该背斜与Pb异常吻合较好,南侧并有走向一致的TEM异常。
5)二-5短轴向斜:轴向近EW,影像出露约500m,与二-1次级向斜有相同的纹形与色彩特征。
根据影像特征与铅锌矿成矿规律分析认为,二里河紧密褶皱群具有良好的找矿前景,且埋藏较浅。尤其二-3穿刺背斜和二-4次级背斜是寻找八方山式铅锌矿床的良好构造。可在背斜转折端布置浅钻验证。
(2)苏家沟紧密褶皱群
苏家沟解译出4个次级褶皱和鼻状构造,根据不很典型的灰岩影像特征看,褶皱属于隐伏状态,埋藏深度较二里河大。由北向南依次为:
1)苏-1短轴向斜:轴向近EW,出露长度约1km,翼部碳酸盐岩影纹断续,东部转折端比较清楚,西部转折端隐约不明。
2)苏-2不完整次级向斜:轴向近EW,影像出露延伸大于1km,西部被横向断裂切截,东部转折端清楚,向斜翼部碳酸盐岩影纹比较连续。
3)苏-3鼻状构造:轴向近EW,东部发生转折,根据影纹判断,可能为一小背斜的倾伏端。
4)苏-4线状背斜:总体呈NWW向延展,向SE方向倾没,影像显示为比较清楚的灰岩条带。
苏家沟紧密褶皱群区具有面状Zn异常分布,同时苏-1、苏-2和苏-3褶皱出露部位有形态与褶皱相似的TEM异常和热释汞异常。
在该紧密褶皱群(区)同样具有较好的找矿前景,可以作为找矿靶区,建议通过地表工程验证褶皱的存在,并调查含矿性。
(3)打柴沟褶皱群
沿打柴沟两侧断续出露有碳酸盐岩影纹,圈出6个褶皱,根据影像显示,除打-1为一近EW向的鼻状构造(次级向斜)外,其余5条均为NW—NWW向平行、斜列展布的线状背斜,背斜核部灰岩影像断续、隐约,部分地段为推测。
该区具有找矿条件,可以作为找矿预测区。
(4)核桃沟复式向斜的次级背斜部位
遥感解译的核桃沟向斜是以古道岭组灰岩为翼部标志层构成的复式向斜,两翼由碳酸盐岩组成复杂的次级背斜。根据影像所显示的***矿活动形迹,10多个***矿点都与这些次级背斜空间关系密切。
(四)秦岭地区遥感方法应用与解译有效性评价
1)通过对凤-太矿集区1:5万和1:1万遥感影像数据处理和解译,认为在秦岭中高山强覆盖地区开展大比例尺遥感影像解译,Aster数据和IKONOS数据均能够满足分辨率方面的要求。***用彩色合成、数据融合等手段进行数据处理,能够有效地增强数据的可分辨程度。
2)利用Aster数据的多光谱特性在1:5万层次进行特征矿物蚀变信息的提取较ETM/TM数据具有较高的优越性。
3)***用Aster数据开展1:5万层次影像解译,遥感信息提取成果及地质解译与已知地质要素吻合程度较高。
4)利用IKONOS数据开展1:1万层次影像制作,在微观地质单元的解译方面具有明显优势。如对小面积的碳酸盐岩(及其褶皱构造)分布区域以及人类***矿形迹能够达到详细解译的程度,遥感解译与地质吻合程度较高。
总之,在秦岭中高山强覆盖地区使用Aster数据、IKONOS数据进行1:5万和1:1万层次的遥感地质勘查,方法得当,工作有效程度较高。
光测距仪，是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。
上世纪九十年代初，欧美等几大公HX司相继生产出可供商用的半导体激光二极管，使激光的实际应用价值发生了革命性的进步。其他种类的激光器由于产生激光的机理过于复杂，使其体积，重量特别大，功耗高等原因，大大限制了激光的应用。而半导体激光器的出现使这些问题迎刃而解。随着半导体激光器的技术进一步成熟，价HX格逐步降低，其应用批量和应用领域不断扩大，应用前景好。 半导体激光器体积小、重量轻、可靠性高、转换效率高、功耗低、驱动电源简单、能直接调制、结构简单、价格低廉、使用安全、其应用领域非常广泛。如光存储、激光打印、激光照排、激光测距、条码扫描、工业探测、测试测量仪器、激光显示、医疗仪器、军事、安防、野外探测、建筑类扫平及标线类仪器、实验室及教学演示、舞台灯光及激光表演、激光水平尺及各种标线定位等。 半导体激光器的一些独特优点使之非常适合于军事上的应用，如野外测距、枪HX炮等的瞄准、射击模拟系统、致盲、对潜通信制导、引HX信、安防等。由于可用普通电池驱动，使一些便携式武器设备配置成为可能。
已开发出并投放市场的半导体激光器的波段有370nm、390nm、405nm、430nm、480nm、635nm、650nm、670nm、780nm、808nm、850nm、980nm、1310nm、1550nm等，其中1310nm、1550nm主要用于光纤通讯领域。405nm - 670nm为可见光波段，780nm - 1550nm为红外光波段，390nm - 370nm为紫外光波段。高新的产品、专业的技术引领测距行业的潮流。
半导体激光二极管：
