Scienceshow/奈米技術
奈米技術演示實驗和動手活動
- 有關奈米技術的更多資訊，請參閱 奈米科學和奈米技術開源維基手冊
- 討論頁面上有一個針對新實驗的集思廣益活動：討論頁面
- 正在用英語準備中，但 丹麥語版本 中有許多指南。
所有指南都在 概述頁面 上列出。
這個展示序列包含了超過 2 小時站立式奈米技術展示的材料，並有大量的動手活動，可以讓觀眾參與更長時間。展示中有一條貫穿始終的紅線，但重點在於展示人們在日常生活中會看到的各種奈米級現象，或者可以用簡單的裝置進行演示。
這並不是真正的奈米技術，它只是表明微結構表面可以呈現白色，並且不同於後面描述的奈米粒子中的瑞利散射。
- 大型透明晶體和小塊白色晶體（鹽、沙子、玻璃...）是白色的，整體是透明的。
- 稜鏡中的折射會產生彩虹，無序材料中的多次折射會產生白光。
- 水滴或圓底水瓶中的折射可以產生彩虹 [1]
- 指南：用液氮製造雲。雲，用液氮製造，可以產生彩虹，但由於多次折射而呈白色。
如何讓白色物體消失
- 指南：透明羊毛。羊毛和絲綢，將羊毛浸入與羊毛折射率匹配的苯甲醇中，可以使羊毛變得透明。
- 指南：隱形玻璃。在折射率匹配的透明油中的隱形玻璃。食用油和耐熱玻璃效果很好。你可以做一些有趣的事情，比如拿一塊碎玻璃，把它放進裝滿油的罐子裡，然後取出之前放進去的整塊玻璃，這樣就能神奇地修補碎玻璃。
| 材料 | n | 折射率匹配 | |
| 固體 | |||
| 耐熱玻璃 | 1.47 | 食用油 | |
| 石英 | 1.544-1.553 | ||
| PMMA（亞克力玻璃） | 1.4893-1.492 | ||
| 尼龍 | 1.53-1.566 | ||
| 聚苯乙烯 | 1.55- 1.60 | ||
| 聚碳酸酯 | 1.584-1.586 | ||
| 羊毛 | 1.553 | 苯甲醇 | |
| 棉花/亞麻 | 1.515 | ||
| 紙張/纖維素 | |||
| 醋酸纖維素 | 1.4750 | ||
| 食鹽 (NaCl) | 1.516-1.544 | ||
| 糖/蔗糖 | 1.5376 | ||
| 鑽石 | 2.417 | ||
| 磷化鎵 | 3.50 | ||
| 液體 | |||
| 水 | 1.33 | ||
| 乙醇 | 1.36 | ||
| 石蠟 | 1.332-1.412 | ||
| 乙腈 | 1.3441 | ||
| 多不飽和油 | 1.371-1.432 | ||
| 環己烷 | 1.4260 | ||
| 乙二醇 | 1.4318 | ||
| 甘油/甘油 | 1.4729 | ||
| 葵花籽油 | 1.474-1.475 | ||
| 糖溶液 (80%) | 1.49 | ||
| 苯 | 1.5010 | ||
| 苯甲醇 | 1.538-1.540 | ||
| 2-碘乙醇 | 1.5720 | ||
| 二硫化碳 | 1.63 | ||
| 二碘甲烷 | 1.74 | ||
混合液體，如甘油和水，可以形成具有中間折射率的溶液。
透過逐漸改變折射率，可以避免反射。這可以透過奈米結構表面來實現。例如，蝕刻成小尖刺的矽表面會變成黑色（黑矽），不像光滑表面的銀色光澤。
- 小奈米粒子，比光波長小或與光波長相近，會根據波長散射光，散射光的強度與波長的四次方成正比——所以藍光散射程度很高，而紅光則散射程度很低。
- 指南：膠體日落。我們在投影儀上用瓶子製造硫奈米粒子，你可以看到紅光穿透而藍光被散射。所以你看到的日落和上面的藍天都是由空氣中的奈米粒子（鹽、粘土、煙霧...）造成的。奈米粒子濃度過高的溶液會呈現白光（好吧，略帶黃色，因為硫是黃色的）。
- 觀察藍光偏振的不同
- 偏振片 NT45-668 8.5x15" 35 美元
- 製作奈米粒子的簡單方法是將幾顆硫磺晶體新增到乙醇中，靜置使其形成飽和溶液（每毫升幾毫克就足以使它飽和）。然後將溶液滴入水中，硫磺奈米粒子會立即形成。丙二醇可以使溶液更濃（穩定的膠體硫溶液，M. W. Brenner；Joseph L. Owades，科學，新系列，第 119 卷，第 3104 期（1954 年 6 月 25 日），第 911 頁）。來自異丙醇溶液的硫磺奈米粒子的 Zeta 電位為 -50mV。
- 這與一些酒類飲料（如茴香酒）中出現的情況類似，當新增過量的水時，茴香油會在酒精中形成油滴。
- 指南：牛奶和奈米粒子。稀釋的低脂均質牛奶也會出現相同的現象，因此這裡存在賦予白色顏色的脂肪奈米粒子。牛奶中的雷射散射
- 指南：銀鏡塗層。
- 合成銀鏡以展示奈米級金屬薄膜仍然具有金屬特性 [2]。
- 指南：銀奈米粒子合成。合成銀奈米粒子，並展示稀釋溶液中透射的光為紅色，而反射（反向散射）的光為綠藍色。這些粒子在黃色頻率範圍內具有等離子體共振，因此它們散射藍光到黃光，並讓紅光透過。
- 金屬奈米粒子被用於許多方面 - 一些妊娠測試中的紅色來自金奈米粒子。
- 簡單的基於葡萄糖的合成 [3]，另請參見 DOI 10.1039/b512540e
- 詳細的資訊 檸檬酸鹽法合成金奈米粒子的建模 Ind. Eng. Chem. Res.，46（10），3128 -3136，2007。
- 這些並非真正的奈米結構，而是具有獨特光學特性的化學化合物（但如今許多化學領域都被稱為“奈米”）。
- 指南：尼羅藍熒光。尼羅藍在酒精中 - 當你用綠光雷射筆照射它時，顯示出紅色熒光。該分子吸收綠光到紅光，並且在吸收綠光後也能發出紅光。
- 指南：熒光染料。羅丹明染料和其他熒光染料（金雞納霜在奎寧水中）
- 我們需要一種方法來區分所有這些奇怪的光學現象，幸運的是，奈米結構的表面可以用來做到這一點。
- 指南：光碟光譜儀。光碟 - 光碟表面上的“摩爾斯電碼”位模式的衍射會產生散射光的干涉，可以觀察到明亮的彩虹。使用光碟，你可以瞭解不同光源發出的是什麼顏色。試著觀察老式燈泡，並將其與熒光燈管進行比較 - 燈管內部塗層的熒光分子會發出不同的光帶。
- 指南：衍射光柵光譜儀。使用衍射光柵更容易看到這種效果，你可以研究例如放電管和發光二極體。
- 聚苯乙烯球體單層可以產生很好的衍射圖案。
- 液晶和偏振效應
- 指南：光的吸收、透射和反射以及熱量。這並非真正關於奈米結構，而是展示了不同的波長在不同材料中的表現方式。這是一個很好的起點，可以討論材料的光學特性及其帶隙等。
- 使用燈泡和紅外熱源，你可以看到和感覺到以下現象
- 玻璃透射可見光，但不透射熱量
- 薄矽片和鍺片透射熱量，但不透射可見光（藍寶石也可以做到這一點）
- 厚矽片吸收熱量，會迅速變熱
- 鍍金的矽片反射熱量，保持相對涼爽。電磁輻射僅到達金片的幾個奈米深度（趨膚深度），並能很好地從亞 100 奈米厚的金膜上反射。
- 金屬網格上的薄水膜（新增一些肥皂）會阻止熱量（這就是為什麼雞燈能舒適地溫暖你的皮膚，但你從它們那裡實際上並不會變暖太多:-)以及為什麼烤麵包會烤焦表面，而不是內部。在肥皂膜部分，我們將看到這種薄膜可以是亞 100 奈米厚（我沒有檢查過它實際上需要多厚才能阻擋你能夠感受到的熱輻射，但這可能大約是一微米）。
- 試試氣凝膠...
- 來自電離的發光 - 來自熒光燈、等離子球和放電管的發光可以用來分析氣體成分
- 指南：等離子球。
電離過程本身也可以用來分析存在哪些氣體，並且可以透過奈米級尖端來改善，場電離也被用來在空氣清淨機中產生離子（實際上也會產生大量對人體有害的臭氧）
- 摩擦氣球，使它們粘在牆上。
- 指南： 范德格拉夫起電機。在范德格拉夫起電機上，解釋充電方式，就像持續用氣球摩擦襯衫一樣 - 並演示棉花碎片在靜電力的作用下上下跳動並暫時粘住的現象。
- 討論高電場如何分解分子。
- 指南： 范德格拉夫起電機。展示帶角度尖端的旋轉器產生的場發射，並解釋尖端如何產生巨大的電場並生成離子和平流層臭氧。
- 指南： 離子噴霧。演示去離子噴霧槍 - 聞聞臭氧，感受來自它的電離空氣。嘗試使用它來分離粘在塑膠和其他物體上的聚苯乙烯球。它們也會像被摩擦的氣球一樣帶電，並像棉花一樣粘在一起。離子噴霧使離子移動到電荷密度高的區域並使其中和，然後其餘的離子將或多或少均勻地附著在各個地方並降低靜電“吸塵”力。一些吹風機內建了“離子噴霧”來減少幹發時的靜電感覺。
- 透過雲被VdG排斥和吸引來視覺化空氣中的離子運動 [7]
- 就像電荷差異會導致物體粘附一樣，分子中帶不同電荷的部分也會相互吸引，例如水分子H2O中的H喜歡靠近其他水分子中的O。如果分子中沒有靜電荷，仍然會存在微弱的吸引力，因為只有當我們觀察時間平均值時，整體電荷中性才會存在。在任何時刻，電子都會處於特定的位置，並且會存在微小的極化，但這會隨著時間的推移而迅速變化。然而，兩個分子會因快速變化的極化而相互影響，這會導致一種吸引力，稱為範德華力。
- 石蠟、硬脂酸和蠟是由於範德華力而成為固體的材料的例子。
- 水是靜電荷分子的例子。
- 帶電分子相互吸引得如此強烈，以至於它們不喜歡與弱吸引力的範德華物質混合 - 油和水不能很好地混合。
- 指南： 毛細壓力。毛細壓力將有色水吸入細小的玻璃管中，但不會吸入塑膠/特氟龍管中。油和肥皂水怎麼樣？
- 例子
- 廚房中的特氟龍塗層
- 超疏水塗層
- 荷葉效應（見下文）
- 超親水和自清潔表面（見下文）
- 壁虎毛髮 [11]
根據油滴在水面上鋪展開來估計分子的尺寸[12].
- 指南： 油在水上。油在水面上形成奈米級的薄膜，併產生干涉效應
在肥皂泡中我們可以看到這樣的效果（[SoapBubbler.com 網站，有肥皂泡]）。
- 指南： 肥皂膜。在一個垂直懸掛在金屬絲環中的肥皂膜中，你可以看到光在其上反射產生的彩虹色。頂部最終會變得透明，那是因為膜的厚度小於波長的1/4 - 並且就在薄膜破裂之前。
- 活細胞的重要組成部分 [15]
- 指南： 超疏水塗層。超疏水塗層
- 荷葉效應，討論其工作原理。參見[w:Lotus_effect| 荷葉效應]。
- 奈米管森林演示和影片 [16]
- 一種市售的完全疏水材料
- 水塗層
- 指南： 非牛頓流體。玉米粉或土豆粉實驗。玉米澱粉通常是最好的。大約等體積的粉末和水可以產生良好的流體。典型的顆粒尺寸為10微米，如果1克水與1.5克玉米澱粉混合（最佳結果），則會形成5微米的水膜塗覆在顆粒上。所以它不是奈米級的，而是微米級的。
如果你煮沸它，澱粉葡萄糖聚合物鏈將溶解在水中。
- 另請參見 新科學家部落格
- 表面活性劑
- 前面提到的銀顆粒被一層帶電的分子膜包覆。
物質由於熱能而產生的運動。這就是為什麼鐵磁流體不會簡單地聚整合團，而是保持流體狀態的原因。
- 使用膠體石墨或少量牛奶進行顯微鏡演示（新增一些食用色素以便更好地觀察，可以使用疏水性色素，例如辣椒粉）[17]
- （我還沒有成功完成這個實驗：）也可以使用投影儀 - 在這裡使用硫磺顆粒 [18]
- 演示氣體透過肥皂膜擴散 [19]
- 基於草酸鐵的鐵奈米粒子用於在空氣中燃燒噴泉。在加熱時分解成超細鐵粉和二氧化碳。這些粒子在從管子中倒入周圍空氣中時會自燃。 [20]
- 奈米粒子的形成過程取決於溫度，在不同的溫度下可以形成許多不同的化合物 [21]
- 另一個選擇是雷尼鎳 [22]，它可以塗在紙上燃燒。
- 指南： 鐵磁流體。鐵磁流體 - 鍍有塗層的鐵粒子分散在流體中
- 鐵磁流體配方 使用溶解在煤油中的油酸表面活性劑。
- 以及一個 簡單的
- 這些粒子就像我們日常生活中看到的磁鐵一樣——或者更確切地說像一盒釘子，你可以用磁鐵把它吸出來，並拉出相互吸引的長長的釘子鏈。
- 例如，鐵磁流體用於揚聲器，以確保磁鐵和動圈之間良好的散熱和一些阻尼。
- 上述磁性實驗展示了納米級鐵磁性，它與宏觀磁性非常相似（僅僅是這些粒子——大量的研究正在進行，以控制奈米級磁性，用於硬碟等上的資料儲存）。
- 鐵磁流體可用於在光學顯微鏡下使硬碟上的磁性貼片可見。
就像控制鐵磁流體的磁場一樣，電場可用於控制分散在液體中的微小粒子。
- 在電導率方面，奈米尺度上會發生奇怪的事情：量子化電導率。
- 指南： 量子化電導率。正在準備的實驗
- 12K 歐姆——這是電子一個通道的電阻。
- 用它來觀察瑞利散射。討論在窗戶中使用它時的隔熱和能量平衡。觀察毛細管力如何將其壓碎。檢查它能承受多大的重量以及它如何捕獲“彈丸”（如星塵衛星）。
- 我想另一種製作“凝膠”的方法是製作飽和醋酸鈣溶液（1 升水中加入 412 克，攪拌兩天以充分溶解），取 10 毫升此溶液，與酒精（100 毫升）混合，在 10 秒內會產生一種無定形凝膠，看起來很像氣凝膠——氣凝膠可以透過對這種液體凝膠進行臨界點乾燥來製成，以避免因毛細管效應而坍塌。毛細管效應也是造成凝膠在您用手觸控時變白的原因，因為來自您皮膚的水被吸收到氣凝膠的細毛細管中，導致其坍塌。
- 光纖不會斷裂
- HF 蝕刻的玻璃棒也能承受比未經處理的玻璃棒更多的應力 [26]，因為表面沒有微觀裂紋引發斷裂。
碳是一個很好的例子，它可以具有許多不同的奈米結構
- 石墨——在你的鋼筆中可以看到它。既黑又金屬。化學惰性（好吧，它可以燃燒），用於電池中的電極。
- 石墨烯薄片——它們是怎麼製造的？可以演示嗎？
- 熱解石墨——請參閱下文的抗磁性。還可以由於高導熱率而用於切割冰。而且它在機械上非常堅固。
- 高取向熱解石墨——HOPG——用STM 製作有序結構的影像
- 炭黑——用於墨水和黑色橡膠的著色。可用於演示布朗運動。
- 柴油黑——可能是城市地區最豐富的奈米粒子來源。有很多環境和安全方面需要討論（為什麼擔心實驗室裡的一點奈米粒子，而外面的交通空氣中卻到處都是？）。
- C60——富勒烯——足球分子。有什麼演示嗎？
- 碳奈米管——捲起來的石墨烯薄片，具有許多有趣的特性。我們能否演示 CNT 紙電極在水中的驅動 [27]？討論科幻空間電梯和奈米電子學。
- 金剛石——最硬的材料。不導電，但如果我記得沒錯的話，它可以導熱……我們可以用金剛石粉進行任何演示嗎？
- 鉀石墨 [28]
- 指南： 管中的磁感應。讓磁鐵掉入鋁管中，以複習感應
- 指南： 銅板中的磁感應。將磁鐵在液氮冷卻的銅板上移動
- 指南： 熱解石墨。討論石墨烯薄片以及電子如何在其中移動。讓人們玩弄懸浮在磁鐵上方的熱解石墨。
- 指南： 超導體。為了顯示更強的效果，演示磁鐵懸浮在超導體上。順便說一下，你也可以展示液態氧是順磁性的（而且燃燒良好）。
- 與鐵磁流體進行比較
- 指南： 用液氮冷凍。快速冷卻會形成小的晶體
- LN2 用於工業中，以製造小的冰晶，確保食品的更好口感。它用於儲存生物樣本，不會因冷凍和解凍而開裂
- 指南： 用液氮冷凍。用液氮冷凍花朵
- 指南： 過飽和醋酸鈉。演示過飽和醋酸鈉溶液結晶，形成白色晶體（大約 650 克 CH3COONa 可以溶解在 250 毫升水中，在 100°C 下緩慢冷卻在不受干擾的地方）。
- 指南： 非晶金屬。演示具有獨特機械效能的非晶金屬，另請參閱 [29]
- 指南： 液氮棉花糖。供應低溫棉花糖
- 指南： 液氮冰淇淋。用液氮製作冰淇淋——我們回到了我們開始的地方，有小粒子的白色物質！
- 記憶金屬 [30]
如果存在催化材料，化學反應通常可以在更低的溫度下更有效地進行。例如，各種酶被用來增強洗滌劑和洗衣粉中的生化過程，因此您可以在更低的溫度下用更少的功率和洗滌劑消耗量洗滌衣物。催化劑在工業化學過程中也得到了廣泛的應用。通常，催化材料非常昂貴，只有材料表面的少量活性位點實際上具有催化活性。出於這些原因，使用奈米結構的催化物質更加有效，這些物質可以最大化催化劑面積，並具有許多活性位點，同時最小化材料本身的消耗。
- 汽車尾氣催化劑
- 用鉑絲演示甲醇催化（另請參閱《化學教育雜誌》，第 71 卷，第 4 期，第 325-327 頁）。
- [31]
- 在錐形瓶中加熱 10 毫升甲醇（可以用甲基藍給它染色）。可以用乙醇代替甲醇，因為乙醇的危險性低於甲醇嗎？
- 加熱鉑絲直到發光，然後將其懸掛在錐形瓶中
- 隨著甲醇被催化氧化成甲醛，鉑絲會微弱發光，然後會越來越亮，這是放熱反應 CH3OH + 1/2 O2 =CH2O + H2O
- 當鉑絲足夠熱時，它會點燃甲醇/空氣混合物，混合物會以綠色火焰燃燒，直到瓶中沒有氧氣 CH3OH + 1.5 O2 =CO2 + 2 H2O。
- 當瓶中進入新鮮氧氣時，反應會振盪，重新開始 [32]
- 另請參閱 [33]
- 如果在甲醇中新增硼酸和濃硫酸（催化劑），火焰可以變得更亮，呈綠色（形成易揮發的三甲基硼酸酯，燃燒時會產生綠色的火焰：B2O3 + 6 CH3OH = 2 B(OCH3)3 + 3 H2O
- [31]
- [34] 氨的催化氧化（似乎比甲醇燃燒更溫和，儘管它會產生 NOx，需要良好的通風）
- 在錐形瓶中加入 25 毫升濃氨水溶液。將發光的鉑絲降低到液體上方几釐米處，它將發出明亮的光芒。你也可以嘗試用銅，銅會融化成一滴滴到液體中，形成氧化銅和與氨的絡合物 [Cu(NH 3) 4] 2+。[B. Z. Shakhashiri, 化學演示，化學教師手冊，威斯康星州，1989 年，第 2 卷，第 214-215 頁][Gilbert, Alyea, Dutton, Dreisbach, 化學中經過測試的演示，由化學教育雜誌授權出版，1994 年，第 1 卷，第 I-35 頁]。另請參閱 [35]。
- 反應的例子，其中催化劑在反應中暫時被消耗，但最終會被回收並準備好進行新的反應迴圈 - 當濃 H2O2 加入到 Fe3+ 的黃色橙色水溶液中時 [36]。
- [37] 簡單的 Cu 催化的 Zn+酸反應和對潛在化學的討論...... 奈米催化劑是否有幫助？
聚合物
[edit | edit source]- 指南： 超吸水聚合物。超親水性超吸水劑。Luquasorb 3746sx 0.1 克在變成液體之前會吸收 14 毫升普通液體。
- [38] 聚乙烯醇粘液，另請參閱 [39]
- 海藻酸與食用色素混合。將有色海藻酸新增到氯化鈣溶液中，形成蠕蟲狀結構。
- 聚氨酯泡沫是由兩種聚合物混合而成，這兩種聚合物混合後會膨脹 [40] 和 [41]。
- 聚二甲基矽氧烷 (PDMS) 彈性體
- 硫也可以製成一種聚合物 [42]
DNA
[edit | edit source]酶
[edit | edit source]- 過氧化氫中氧氣的催化作用，使用 過氧化物酶
- 酶用於洗衣粉中，以
- 在低溫下洗滌衣服（衣服更耐用，節省能源）
- 去除澱粉的洗碗液
- 用更溫和的化學物質處理皮革
- 生物燃料生產
- 你身體中的大多數化學過程都需要各種酶才能順利進行，準備試劑並有效地去除廢物。
食物
[edit | edit source]食物中可以找到大量的分散體和奈米尺寸的顆粒。例如，參見用瑞利散射進行的牛奶實驗。
- 回顧 食品物理學 雅典娜·M·唐納德 1994 年 英國物理學報 57 1081-1135 doi:10.1088/0034-4885/57/11/001
完整的對話展示示例
[edit | edit source]天空中的顏色
[edit | edit source]本節目旨在演示日常生活或與日常生活相關的各種奈米級現象。我們的目的是讓觀眾在節目中進行一些動手實驗，並在一定程度上參與其中。自然地，可以採用不同的順序，根據觀眾和可用材料，可以輕鬆地新增或刪除實驗。根據觀眾的學校級別，你可能需要修改此順序。'展示' 在此描述中是指儘可能地將樣本傳遞給周圍的人。
白色奈米結構
[edit | edit source]走動時，你實際上會在日常生活中看到大量由奈米級現象和結構產生的效果。例如，你可能會想知道為什麼有些東西是白色的。你知道通常是白色的東西嗎？你知道為什麼嗎？
雲彩 - 如果你想到雲彩，它們可以給我們帶來彩虹，也可以是厚厚的灰色雨雲或白色的蓬鬆雲。
彩虹是由液滴中的光線折射產生的，就像著名的平克·弗洛伊德的封面一樣，一個白色光束被分成彩虹。如果液滴過於密集，彩虹色會散落在許多液滴中，最終我們會看到所有顏色的混合物，這會給我們帶來白光。
我們可以用液氮製造漂亮的雲彩。
- 指南： 液氮。在這個杯子裡（兩個一次性塑膠杯相互放在一起，充當廉價且出乎意料地有效的杜瓦瓶），我放了液氮，這可能是你生活中最熟悉的物質，因為你呼吸的空氣有 80% 是氮氣。如果我們將它冷卻到 -196 攝氏度，它就會變成液體，就像水蒸氣可以在冷物體上冷凝一樣。
- 指南：液氮 。將它倒在地板上會產生大量'煙霧'，並且不會留下任何液體，因為它在接觸到比其沸點高 200 攝氏度的物體時會劇烈沸騰。這會讓你懷疑氮氣是否是灰色的...... 但如果空氣中有 80% 是氮氣，而且非常透明，這有點奇怪。
- 指南：用液氮製造雲彩。如果我把一個有機玻璃管放入液氮中，你可以看到它沸騰，並且'蒸汽' 在管中上升。管子裡的氮氣非常清澈；只有當它接觸到周圍的空氣時，它才會變成不透明的雲彩。這就是它的本質 - 空氣中水蒸氣的凝結就在這裡為我們創造了可以玩耍的雲彩。
- 指南：用液氮製造雲彩。如果我們取一些沸騰的水，其中有大量的水蒸氣，我們可以輕鬆地製造出更好的雲彩。將 1 毫升液氮倒入電熱水壺中 0.5 升沸騰的水中（可以*完全*開啟以避免沸騰的水和氮氣噴出），我們就會得到一團濃厚而重的冷凝水蒸氣雲。玩起來很有趣，又冷又舒服 - 只要注意不要玩太多，不要把沸水濺到自己身上。
因此，即使一些東西是透明的'塊狀'材料，它們也可能是白色的，僅僅是因為它們被切割成小塊，以所有方向折射光線。我們從鹽中也知道這一點，單個鹽粒可以是一個漂亮的透明晶體，而一堆這樣的鹽粒則是白色的。
粒子中光的折射取決於周圍環境和材料的折射率變化。
羊毛是另一種白色材料的例子，在這裡，白色來自幾乎透明的羊毛纖維的粗糙度（當它們來自白色的綿羊時）。
- 指南：透明羊毛。如果我們將羊毛浸入苯甲醇中（折射率為 1.540），它的折射率與羊毛纖維相同，光線就不會在纖維介面折射。正如我們所看到的，它變得幾乎完全透明。如果你把白色絲綢放進去，它就不會透明，因為絲綢的折射率不同。你也可以在紙袋中沾到油膩的食物時看到這種效果，它們會變得幾乎透明。
因此，用與水折射率相同的紡織品製作泳衣可能不是一個好主意 :-)
這種效果並不總是需要是奈米級的 - 即使鹽粒大到肉眼可見，它也是白色的。
(*指南：隱形玻璃。我們也可以透過將一個裝滿透明油或玻璃雕像的玻璃杯浸入一個也放在透明玻璃杯中的透明油浴中來顯示折射率匹配效果，並讓人們猜測其中是什麼 - 它會一直不可見，直到我們把它拉起來)
現在我們將轉向一種需要奈米級粒子的效應，希望你每天都能看到。
奈米粒子存在於我們頭頂的天空中——微小的水滴，來自海洋的鹽粒……
當粒子變得小於光的波長時，它們開始散射光，與形成彩虹的大水滴不同。它被稱為瑞利散射，並且非常依賴於光的波長。
為了說明這一點，我們將製作一些硫奈米粒子。硫是黃色的（展示一瓶黃色硫晶體），但當製成奈米粒子時，它們可以呈現多種顏色。
另一種配方使用 6.75 升水、135 克硫代硫酸鈉和 5 毫升濃縮酸，但我不喜歡在課堂演示中使用濃縮酸。）
隨著粒子從溶液中沉澱出來並聚集形成奈米粒子而生長，你將看到顏色的變化。從瓶子側面射出的光為藍色，而穿透它的光為紅色——你可以看到當你抬頭看晴朗的天空時會發生什麼，穿過你的藍光被散射到你身上，而紅光則繼續傳播到地平線上看日落的人那裡。如果硫太多，在某個時刻，粒子會變得非常密集，沒有任何光能穿透瓶子，此時你應該使用更少的液體來開始反應。一段時間後，粒子會長得很大，就像白色的雲一樣散射白光（可能由於硫的顏色而略帶黃色）。藍天絕對是一種奈米級現象。
- 指南：牛奶和奈米粒子。如果你喝牛奶製品，你實際上每天都會遇到類似的效應。如果你取一些低脂均質牛奶，倒一點到一個裝滿水的大的瓶子裡，你就會看到同樣的效果。牛奶是白色的，因為牛奶中的脂肪形成了奈米粒子散射光。如果脂肪含量過高或沒有均質，可能難以顯示出明顯的效果。
我們不僅吸入奈米粒子，並在日落和藍天中享受它們的顏色，我們還經常飲用它們。
當然，存在著許多種類的奈米粒子——無害的、有益的、危險的和有用的，就像我們周圍存在著不同的材料一樣。
展示奈米粒子的一種快速方法是透過混合硝酸銀溶液和檸檬酸鈉並將其煮沸來製備銀奈米粒子，從而將銀還原為遊離的金屬銀。檸檬酸鹽穩定了銀，使銀組裝成帶電薄膜塗層的奈米粒子。
首先，我們將展示在沒有穩定劑的情況下還原銀時會發生什麼。
- 指南：銀鏡塗層。
演出前：每毫升 5%wt 硝酸銀溶液中加入一滴 0.4 M NaOH（aq）並輕輕搖動。然後在搖動時逐滴加入 1 M NaOH，直到沉澱物剛剛溶解。這是託倫試劑，一種二胺銀（I）配合物。在幾個小時內使用它。不要儲存託倫試劑 [46]，因為它會形成疊氮化銀，如果放置時間過長，會發生劇烈爆炸。使用後，用稀硝酸中和，如果允許，可以衝入排水管。 託倫試劑配方 託倫試劑
我們有一種叫做託倫試劑的銀溶液，我們在其中加入一滴葡萄糖，它會還原銀，但不會保護銀免於組裝成大的結構。
（將試管放入溫水浴中，然後透過讓一滴葡萄糖溶液沿玻璃側壁滑下，不要接觸它，直到反應形成漂亮的銀鏡。（醛會形成銀鏡，酮會形成淡黃色鏡，炔烴在 1 位有三重鍵會形成黃色碳化銀沉澱。））
因此，我們得到了一個美麗的銀鏡。
- 指南：銀奈米粒子合成。在檸檬酸鹽的情況下，檸檬酸根離子在銀反應時會在銀周圍形成一種肥皂膜，而檸檬酸鹽分子的帶電部分會使銀粒子相互排斥，因此它們不會聚集並沉澱為金屬薄膜。
當我們稀釋銀粒子溶液以便我們可以透過它觀察時，透過將它放在燈的前面和後面，我們可以看到透過它的光或從它“反射”的光具有不同的顏色。紅橙色光穿透，而綠藍色光被反射。
銀奈米粒子散射波長較短的光，並允許大多數黃光和紅光穿透。如果你用金來製備它們，你會得到紅色的奈米粒子（但化學品更昂貴）。
銀和金奈米粒子用於許多事物。金奈米粒子被廣泛用於製造化學反應——例如，妊娠測試中的紅色通常來自金奈米粒子。銀奈米粒子可以用來殺死細菌，例如，你可以買到含有銀奈米粒子的襪子，在某個時期，人們甚至認為喝它們會很健康……我不會嘗試那樣做。
- 物理教師研究所
- nanotek.nu
- 一些與化學相關的奈米活動
- [47]
- 普通化學演示實驗列表 [48]
- 水的奇特性質——不是真正的奈米，但包含大量資訊 [49]
- 奇怪的水橋 [50]