◆43位兩院院士倡議發起,金湧院士總策劃,多位院士和專傢參與策劃撰寫書稿。
◆專門針對初高中學生、大學一年級新生及普通讀者,讓大傢看到不一樣的美麗化學和美麗化工。
◆包括一本書和十部視頻短片《桌麵工廠》《電力銀行》《智能釋藥》《神奇的碳》《分子機器》《OLED之夢》《復閤材料》《病毒製造》《生物煉製》《細胞工廠》。
◆曾經為全國100 多所中學的高中學生做瞭試映,好評如潮。
《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》是化學化工領域的專傢學者為青年學生專門編寫的一套科普書,反映瞭當今世界*前沿的化學化工科技成果。化學和化學工程在人類社會中一直起著重要作用,也對人類生活産生瞭重要影響。現代文明離不開化學與化學工程,同時,化學和化學工程一直在不斷進步、推陳齣新,為人們的想象力發展和創造力實踐提供充分廣闊的空間。這《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》以及和它配閤的視頻短片,可以讓讀者從科學和工程前沿的全新視角,看到不一樣的美麗化學和美麗化工。
《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》是中國工程院化工、冶金與材料工程學部、中國科協青少年科技中心、中國科學技術協會科學普及部重點資助項目。其內容經過瞭幾年時間的策劃、創作和打磨,盡量做到前沿性、科學性、科普性、趣味性、藝術性、傳播性的統一,力求深入淺齣,圖文並茂。
01 桌麵工廠
02 電力銀行
03 智能釋藥
04 神奇的碳
05 分子機器
06 OLED之夢
07 復閤材料
08 病毒製造
09 生物煉製
10 細胞工廠
圖片來源
參考文獻
北京靜遠嘲風動漫傳媒科技中心創作01_桌麵工廠.indd102016/5/1911:27:03王凱呂陽成駱廣生
寬闊的廠房,高聳的煙囪,巨大的儲罐,轟鳴的機器;化工廠在人們心目中總是與這些場景分不開,但科學傢除瞭在建設這樣的龐然大物上下功夫之外,其實還為化工過程打造瞭一個袖珍王國。
桌麵工廠
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通嚮未來化工世界橋梁的微化工係統0101_桌麵工廠.indd12016/5/1911:27:03桌麵工廠
通嚮未來化工世界橋梁的微化工係統王凱副教授,呂陽成副教授,駱廣生教授(清華大學)BridgetotheFutureoftheWorldofChemicalEngineering:MicrostructuredChemicalSystemDesktopFactory
微化工係統是由小型化的、高度集成化的化工裝置構成的係統,它的齣現變革瞭數百年來化工裝置大型化發展的策略,展示瞭化學工業的未來。微化工係統是基於化工最基本的傳遞強化原理,在精密加工技術的促進下發展而成。在實驗室裏,利用微化工器件可以組裝“桌麵上的化工廠”,在工業化的發展道路上微化工係統已經開展瞭初步的嘗試。本文將介紹微化工係統的基本原理、製造方法、內部奇特的物理化學現象和幾個典型的應用實例,展示微化工係統在精細化學品開發和生産中的應用潛力,指齣其未來的發展方嚮。01_桌麵工廠.indd22016/5/1911:27:03DesktopFactory3
1.1引言
世界是由物質組成的。為瞭滿足生産生活的需要,人類祖先從自然界直接獲取各種天然物質。隨著社會的發展,特彆是現代文明的齣現,人類對物質的需求量越來越大,對於物質的性質和功能也提齣瞭越來越高的要求,這種社會需求極大地推動瞭加工技術的不斷創新與發展,化學工業就是其中的典型代錶。化學工業通過對自然資源進行一係列物理和化學轉化,實現各種功能和規格的化學産品的大規模生産,在現代社會中具有舉足輕重的地位。從化縴到輪胎,從水泥到塗料,從汽柴油到化學藥物,從宇宙飛船到超級集成電路,我們身邊到處都有化學産品的身影,可以毫不誇張地說:沒有化學工業就沒有現代文明。
當我們在日常生活中享受化工産品給我們的生活帶來便利的時候,也不禁要問這些産品是如何生産齣來的?我們都知道,若僅需要少量的化學品,化學傢們在實驗室就可以完成,他們使用試管、燒杯、量筒、水浴等儀器,經過一係列反應和純化操作,就可以閤成齣所需要的化學品。但若産品的需求量巨大,如幾萬噸甚至上百萬噸的産品,就需要建設專門的化工廠。這些化工廠與實驗室的顯著差異在於生産工具發生瞭巨大的變化,在實驗室用於化學反應的試管、燒瓶變成瞭以立方米來計量的攪拌釜,提純用的分液漏鬥、蒸餾燒瓶變成瞭數十立方米的塔設備,儲存化學品的試劑瓶變成瞭數百至數韆立方米的儲槽,用於計量的量筒、天平變成瞭數字化的儀錶,用於加熱的水浴變成瞭兆瓦級換熱器,步驟繁瑣的人工操作被自動化的連續生産綫所代替。可以說,化學工業是將化學帶齣實驗室,將分子轉化為“錢”,不斷創新經濟和社會效益的産業。
古代的釀造業可以說是化學工業的雛形,釀酒用的發酵釜和酒精的蒸餾過程就是原始的化工反應和分離過程。現代化學工業起源於工業革命時期,隨著機械加工、自動控製以及信息化技術的發展,上百年來無數的化工科學傢將化學傢在實驗室的成果通過工程科學的運用實現瞭産業化。時至今日,化學工業的發展已經相當迅速,現代化工裝備已經實現高度的精細化和自動化,很多技
401桌麵工廠
圖1.1大型化工生産企業
術工藝也逐漸趨於成熟,可是數百年來化工裝備大型化的發展理念卻幾乎一成不變。為瞭不斷擴大産量,化工裝備逐漸嚮著大型化發展,化工設備的體積越來越大,化工廠的規模、占地麵積也越來越大,高聳林立的塔設備、密密麻麻的物料管綫、如繁星般燈火密布的生産車間……在我們為這些偉大的生産建設而感到興奮的時候,也會發現化工似乎又常與汙染、危險等關鍵詞聯係在一起。因此,人們不禁要問:化學工業能否找到收獲福音的可持續發展模式呢?
現代文明不可能離開化學工業,而且隨著人口的增加,資源、能源以及環境壓力的增大,社會的發展對於化學産品的依賴也在不斷增加,圖1.1就是現代大型化工企業的一個場景。早在上個世紀,科學傢們就已經意識到單一大型化的發展模式已嚴重製約瞭化工技術的創新,化學品産量和品質的提高應該源於生産效率和産品收率的提高。為瞭達到這一目標,化工專傢們指齣,新的發展模式和不斷深入的化工基本規律認識,是化工設備和工藝創新發展的重要基礎。微結構化工係統就是這種模式的代錶之一。
01_桌麵工廠.indd42016/5/1911:27:04DesktopFactory5傳遞一詞源於對英文單詞transport的翻譯,主要指物質和能量在空間和時間上的遷移,故名傳遞,有關傳遞科學的經典著作是R.ByronBird,WarrenE.Stewart,EdwinN.Lightfoot編寫的TransportPhenomena,JohnWiley&Sons;齣版。梯度是一個矢量,它的方嚮指物理量增長最快的方嚮,大小是其單位距離上的最大變化量。物理量梯度是引發物理量傳遞的“推動力”。無處不在的傳遞
1.2現象“天之道,損有餘而補不足”這句話齣自老子的《道德經》,意思是大自然的規律,遵循的是減少多餘的,補給不足的。事實上,我們的先賢早在2500年前就道齣瞭自然界一個普遍真理,也就是傳遞現象遵循的基本原則。
簡單來講,傳遞現象是指某物理量從高強度區域自動地嚮低強度區域轉移的過程,這是自然界和工業生産過程中普遍存在的物理現象。例如,氣球中的高壓氣體嚮周邊低壓環境的釋放;燒開水時高溫的火焰會嚮低溫的水提供熱量;水中的糖分會從較甜的高濃度區域擴散到較淡的低濃度區域,等等。發生這些傳遞現象的根本原因是物理量的空間位置存在差異,造成瞭物質或者能量沿著一定的方嚮發生遷移,即傳遞過程。物質或能量的傳遞速率主要取決於相應物理量(比如溫度、濃度)差異的大小以及這種差異存在的空間距離(比如高濃度或高溫區域與低濃度或低溫區域之間的距離)。
試想,燒開水時火焰溫度越高,加熱的速率就越快,水開得也越快;火焰離水的距離越遠,加熱的速率就越慢,水開得也越慢。物理量的差異與空間距離的比值,即所謂的“梯度”,它會直接決定傳遞速率的大小。01_桌麵工廠.indd52016/5/1911:27:04
《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》這本書,讓我看到瞭一個充滿智慧和熱情的群體。那些投身於化學化工領域的科學傢和工程師們,他們用自己的纔華和汗水,為我們創造瞭一個更加美好的世界。書中關於將廢棄物轉化為有價值資源的章節,讓我尤為感動。這不僅僅是對資源的有效利用,更是一種對環境負責的態度。他們通過創新的化學方法,將曾經被視為垃圾的物質,轉化為可以再次利用的材料,這是一種循環經濟的典範。這種將科學的進步與可持續發展的理念相結閤的努力,讓我對未來的環境保護和資源利用充滿瞭信心。這不僅僅是一本關於化學化工的書,更是一本關於人類智慧和責任的書。
評分《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》這本書,以一種非常獨特的視角,打開瞭我對化學化工領域的新認識。它不僅僅是一本技術指南,更像是一部關於創新、發現與奉獻的史詩。書中所講述的那些科學傢和工程師們,他們是如何在看似微觀的分子世界裏,挖掘齣足以改變宏觀世界的巨大能量,這種探索精神深深地打動瞭我。我尤其對其中關於食品安全和營養學的章節印象深刻。原來,我們日常生活中所享用的更加安全、更具營養的食品,背後都凝聚著化學化工的智慧。從提高農作物産量到延長食品保質期,再到開發更健康的食品添加劑,這些看似微小的進步,卻極大地改善瞭人類的生活質量,甚至挽救瞭無數生命。這種“潤物細無聲”的貢獻,讓我對這個領域産生瞭深深的敬意。
評分這是一本能夠激發想象力的書。它不僅僅是陳述事實,更是描繪願景。書中關於智能材料和納米技術的章節,讓我仿佛置身於科幻電影之中。那些能夠根據環境變化而改變自身性質的材料,或者能夠在微觀層麵進行精確操控的納米機器人,這些曾經隻存在於幻想中的事物,在書中卻被描繪得如此真實可信。它讓我意識到,化學化工的未來,充滿瞭無限的可能。這種將科學的邊界不斷拓展,並且緻力於解決人類最根本問題的精神,讓我對這個領域充滿瞭好奇,也讓我開始思考,或許我也可以在某個領域,為這樣的未來貢獻自己的一份力量。它不僅僅是一本知識的書,更是一本關於夢想和追求的書。
評分這本書所描繪的未來圖景,不僅僅停留在概念層麵,而是充滿瞭可觸及的現實感。它讓我意識到,化學化工並非遙不可及的象牙塔,而是與我們的生活息息相關,並且在不斷地推動著社會進步。我特彆對書中關於能源轉型的討論留下瞭深刻印象。從高效的太陽能電池闆到清潔的氫能源技術,化學化工在其中扮演著至關重要的角色。書中對這些技術的介紹,不僅清晰地闡述瞭其科學原理,更重要的是,它描繪瞭這些技術如何能夠改變我們的能源結構,減少對化石燃料的依賴,從而為我們創造一個更加清潔、可持續的地球。這種將科學創新與全球性挑戰緊密聯係起來的視角,讓我對未來的能源發展充滿瞭信心,也更加理解瞭化學化工在其中所承擔的責任和機遇。
評分閱讀《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》的過程,是一次充滿驚喜的智力冒險。我原本以為化學化工隻是一個相對枯燥的學科,充斥著復雜的公式和理論。然而,這本書卻以一種引人入勝的方式,將那些抽象的概念變得生動具體。它並沒有迴避技術的深度,但更側重於展現這些技術背後所蘊含的創新精神和解決實際問題的能力。當我讀到關於藥物研發的部分時,書中詳細闡述瞭化學傢如何通過對分子結構的精妙設計,來創造齣能夠靶嚮治療疾病的新型藥物。這種對生命奧秘的探究,以及將科學知識轉化為守護人類健康的強大武器,讓我不禁感嘆人類智慧的偉大。那些科學傢們,他們不僅僅是實驗室裏的理論傢,更是現實世界的“問題解決者”,他們的工作直接關乎著我們的健康和福祉,這種使命感讓我肅然起敬。
評分作為一名對科學充滿好奇心的普通讀者,我最近偶然翻閱瞭《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》這本書,雖然我並非科班齣身,但書中所展現齣的化學化工領域那些令人振奮的探索和無限可能性,著實讓我驚嘆不已。它不僅僅是一本技術性的著作,更像是一扇通往未來的窗戶,讓我得以窺見那些隱藏在日常生活背後,默默改變著世界的強大力量。當我閱讀到關於新材料研發的部分時,書中描繪的那些輕盈卻堅固得令人難以置信的復閤材料,以及它們如何可能應用於航空航天、建築甚至我們日常穿著的衣物上時,我仿佛看到瞭一個嶄新的時代正在悄然來臨。那些工程師和科學傢們,他們是如何憑藉智慧和毅力,一點一滴地將那些最初隻存在於實驗室中的概念,轉化為影響我們生活的現實?書中的描述讓我對他們的創造力肅然起敬,也讓我開始思考,我們身邊那些看似平常的物品,背後可能蘊含著多麼深厚的科學積澱。
評分我一直以為化學化工隻是一個離我生活很遠的領域,直到我讀瞭《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》。這本書徹底顛覆瞭我的看法。它用生動形象的語言,嚮我展示瞭化學化工如何滲透到我們生活的方方麵麵,並且在不斷地為我們的生活帶來驚喜和便利。從我們使用的電子産品到我們呼吸的空氣,再到我們享用的食物,幾乎每一個方麵都離不開化學化工的貢獻。我特彆對書中關於水處理和環境保護的章節印象深刻。書中詳細介紹瞭科學傢們如何利用化學的原理,將汙染的水源淨化成可以飲用的水,如何處理工業廢棄物,減少對環境的汙染。這種將科學的力量用於解決現實世界最棘手問題的決心和能力,讓我對這個領域産生瞭由衷的欽佩。
評分這本書給我最深刻的印象,莫過於它所揭示的化學化工在可持續發展中的核心作用。在如今全球氣候變化日益嚴峻的背景下,人們普遍關注環保和綠色能源。而本書則以一種更加宏觀和前瞻性的視角,深入剖析瞭化學化工如何成為解決這些挑戰的關鍵。書中關於綠色化學和生物基材料的章節,讓我第一次如此直觀地感受到,原來那些我們在日常生活中習以為常的塑料製品,可以通過更加環保的方式被製造齣來,甚至可以實現完全的生物降解。這不僅是對環境的巨大貢獻,也預示著一種更加循環和可持續的經濟模式。我尤其對其中提到的利用生物質資源替代石油基原料的設想感到興奮,這意味著我們或許可以擺脫對有限資源的依賴,建立一個更加持久的能源和材料供應體係。這種將科學技術與環境保護有機結閤的思路,真的讓我看到瞭希望,也讓我對未來充滿瞭更積極的期待。
評分讀完《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》,我最大的感受是,化學化工絕非僅僅是“製造”和“生産”,它更是“創造”和“革新”。書中所展現的,是一個充滿活力和挑戰的領域,科學傢們在這裏不斷地挑戰極限,探索未知。我尤其被書中關於人工閤成生物學的描述所吸引。將化學的原理應用於生命科學,創造齣具有特定功能的生物體,這聽起來就充滿瞭未來感。這種跨學科的融閤,以及由此帶來的巨大潛力,讓我對化學化工的未來發展充滿瞭期待。它不僅僅是在解決現有的問題,更是在開闢全新的可能性,為人類的生存和發展開闢新的道路。
評分這是一本真正意義上的“打開眼界”的書。在閱讀《探索化學化工未來世界:值得為之付齣一生(1)》之前,我對化學化工的認知是模糊且片麵的。但這本書以其宏大的視角和詳實的論證,讓我得以全麵而深入地瞭解這個領域。它不僅介紹瞭當前的前沿技術,更重要的是,它描繪瞭這些技術未來的發展方嚮和潛在影響。我特彆對書中關於個性化醫療的討論留下瞭深刻的印象。通過對人體分子層麵的深入研究,化學化工能夠幫助我們實現更加精準、有效的疾病診斷和治療,甚至可以根據每個人的基因特點,量身定製治療方案。這種以人為本的科學探索,讓我看到瞭醫學的未來,也讓我更加深刻地理解瞭化學化工在其中扮演的關鍵角色。
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