发表一下我的感想好了，不过在此之前先转贴2004年的文章 ========================= 作者 harry901 (感情学业面包何重要?) 看板 Physics 标题 Re: [问题] 奈米光之剑 时间 Sun Mar 7 03:16:58 2004 ─────────────────────────────────────── ※ 引述《hydraj (徵女友)》之铭言： : ※ 引述《hydraj (徵女友)》之铭言： : : 可否运用奈米技术将碳元素 : : 制作成长度一公尺的结构体 : : 但是截面积仅仅只有四分之一奈米平方乘以拍大小的物体 : : 也就是说 : : 这个圆柱体是由碳元素组成的 : : 底面积是四分之一奈米平方乘以拍 : : 高是一公尺 : : 如果可以的话 : : 这个物体的硬度会是多少 : : 会不会像是卡通影片当中的光之剑一样啊 : 我原本的想法是 : 如果有一把武士刀 : 长度有一公尺 : 但是宽度(或说是截面积也行) : 仅仅只有几平方奈米大小 : 肉眼几乎无法看的到 : 而且它的硬度非常的高 : (用任何物质作成的都行,不局限是碳) : 拥有这样的武器应该很炫吧 : (原本的构想是来自於"光之剑") : 谢谢大家 单就你说的那样，假使1m长，而截面积暂且定为A 就拿他来砍些木头，鱼肉等等，或许可以实现 but，就针对像骨头，石头，金属等这些硬度较高的物体 可能很难喔 何以下这定论? 比方说砍一较硬的物体，虽然你的成分硬度很高 但是相对的大部分硬度高的东西都很脆，那麽现在再考虑 若可以克服脆的问题 接下来将会遇到什麽问题呢? 就拿1m长的长度来算好了 当切割物体时，初步计算将对距离切点最远的距离产生最大的力矩 假设距离切点为d好了，那麽切割时所产生的力矩将会跟切割之力量F有关 <=====================||刀柄(往下切喔) y ↑ d O ○ |_x 这是剖面图 F 直径=nm，所以符合你文中 "四分之一nm平方*pi"之面积 M=F*d，F又跟施力有关(我秃然想到一个现实的问题，等一下会继续这个问题) (Take moment of point O) 那麽对於O点的力矩为f*r 在O点所造成之最大拉应力为σ=My/I 这里的M就是只外力造成的moment，y指的是中性轴(Natural axis)到y轴方向之距离 I指惯性矩 针对圆形断面之最大拉应力，y=半径(也就是在最外围会发生最大拉应力)=0.5nm I=pi*(nm)^4/64 所以造成之最大拉应力将变成 σ=My/I=F*d*0.5nm*64/{pi*(nm)^4}=32F*d/{pi*10^-27} 算到这边应该知道，拉应力将会是无限大，保证会在该点(O点下方)断裂!!! 那麽，我刚刚文中说的现实问题是什麽呢?(这边真的很好玩，很有趣，值得看倌一看) 恩，考虑这把'奈米刀'的自重好了，现在令长度为d的奈米刀，截面积同於你所假设 则碳的原子量取C-12，一颗原子质量为1.6606*10E-24g，一颗原子的直径取1*10E-10m 又再次假设这把奈米刀之碳结晶所形成的金属堆积(虽然是碳，碳以金属堆积讨论之)之 结晶结构为HCP(六方精密晶格，较强)来排列，忽略其他因素，则我们有以下代数 奈米刀长度d (m) 奈米刀断面直径 D (nm) 一颗碳原子重量 12*gra*1.6606*10E-24 (g) ........................(1) gra为重力加速度常数 一颗碳原子体积 12*0.74*(4/3)*pi*{1*10E-10}^3 (m)^3.............(2) 12个原子*HCP堆积因子0.74*球体体积公式 堆积因子定义为==>单位晶胞内，实际上原子所占的体积 则这把奈米刀的体积为0.25*pi*D^2*(nm)^2*d(m)=025*pi*D^2*d {10E-18 m^3}.....(3) 这把奈米刀内碳原子的重量W为(3)*(1)/(2) 得W=12*gra*1.6606*10E-24*0.25*pi*D^2*d*10E-18/{12*0.74*4/3*pi*10E-30} =0.42076*D^2*d*10E-12*gra 由於D=1，又gra=9.81m/s^2带入可得W=4.122766*d*10E-12 (g) 若d=1m带入(因为我都化成公尺的单位)，W=4.122766*10E-12 (g) 这个数据代表这把奈米刀很轻! 轻的影响我想不用说了吧.... 重点是! 对於奈米刀本身的自重! 咱们来算算看自重的影响 算自重造成对O点的拉应力 σ=My/I 这时的M=0.5W (m-g)(公尺-公克) y=0.5 (nm) (因为此时受自重影响，刀身张力在断面之y方向向上0.5nm处最大) I=不变=pi*(nm)^4/32={pi*10E-36}/32 (m^4) σ=0.5*4.122766*10E-12(m-g)*0.5*10E-9(m)/{pi*10E-36}/32 =10.5*10E15 g/m^2 =10.5*10E12 kg/m^2 =10.5*10E6 kg/mm^2 =10.5*9.81*10E6 N/mm^2 =~103*10E6 MPa 这是很大的一个拉应力 我想这奈米刀恐怕连自己的重量都无法支撑吧! 一般金属 最大最大给你拉应力300MPa(很大罗) 假使这奈米刀，给你允许的拉应力为1000MPa好了 带回去可以求到长度要多少才可以合乎规范 ============================================================== 以上是用宏观的理论来描述微观的现象 我必须先声明这部份是部分错误，因为在上篇的假设中并没有考虑到分子间的键结力 但是上面的叙述如果将尺度放大到原文所述可以看得到"该物" 那麽这就是一个标准的界观(微观-巨观之间)问题了 界观问题是一个很难，牵涉到的领域很广的一项学门 就目前学界的研究而言，要统合所有界观问题的理论的难度是 跟科学家找统一场论一样困难 因为在这界观问题中会牵涉到所有物理上与化学上的变化 现在将尺度放大到如原文所述可以看到"该物"为准时 显然这变成宏观的问题了，计算不算之，因为不知道那只兔子长什麽样子 但是针对类似这样的问题(爪子还会变形先开钢板这种问题) 在宏观的问题中，蛋白质是被允许到看得见的尺度，因此就上述简单的材料力学 证明这个怪物在宏观理论中承受拉应力是不可能的，同理我想剪应力也可轻易证明 首先要记得材料力学里面讨论的尺度是大尺度的，但是在分子生物力学里面，尺度 可以被用来更精细的计算，我手上的文献也只能指出蛋白质的摺叠问题到目前为止 是由热力学还是动力学来控制都是一个问题。 就生物膜理论，提供以下数据；(单位依文所订)(任何领域的人想算的可以拿去用) 生物膜 类脂双层膜(人工仿生膜) 厚度10^-10m 40~130 40~90 电容μF*cm^2 0.5~1.3 0.3~1.3 电阻Ω*cm^2 10^2~10^5 10^3~10^9 击穿电压mV 100 100~550 折射率 ~1.6 1.37~1.66 界面张力 (10^-7*J*cm^2) 0.03~3.0 0.2~6.0 水透性 (10^-4*cm*s^-1) 0.25~400 ~8.5 当然在这些理论中，我并没有把一些很烦的方程式打上来 因为那些都超出我的能力所及 但是这边要提的是，这些研究都跟，电磁力，热力，分子动力 以及界观力学的连结有关。 学化学的人，单就微观的分子间的键结力计算之，理论上是可行的 因为光是一个H bound我想就够刺激到打不开了，可是若从这理论解释之，则 必须在实际上所有的结合从原子，分子到皮米 (PS皮米=pico meter,这也是一个界观力学问题，称皮米力学) 然後再上去奈米，到我们看得到的宏观力学，这一连串的所有连结都不能有任何的 杂质阿~ 什麽空隙~ 还有其他电磁力热力什麽挖沟的 全部不能有干扰 但实际上当然是没办法做到，至少是目前的科技无法作到 但以後有没有办法? 我想是有的，毕竟科技是由不断的知识累积所堆叠出来的 但我想这问题在我们大家有了孙子之前是看不到的 部分资料来源:软物质物理学导论，北京大学出版社 --

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