尝试一下 Nano
课 重点
本课重点介绍两项简单的活动，小学生可以通过这些活动了解纳米技术。首先，学生用纳米测量他们的手，其次，学生了解液晶、其应用和纳米技术联系，并测试手的热量如何改变晶体的颜色。他们观察所见，向全班展示他们的发现，并反思这次经历。
课程概要
“亲手体验纳米”课程向低年级学生展示了纳米到底有多小，并介绍了元素在较小尺寸下行为变化的概念——例如，液晶在不同温度下会改变其行为和颜色。学生分组测量手部纳米尺寸，并测试液晶片。小组回顾他们的经验，向全班展示他们的发现，并反思经验。
年龄层
8-11.
学习 目标
- 了解纳米技术。
- 了解液晶。
- 了解工程如何帮助解决社会挑战。
- 了解团队合作和小组工作。
预期学习成果
通过本次活动，学生应该能够理解：
- 纳米技术
- 液晶
- 电
- 团队合作。
课程活动
学生通过涉及液晶的测量和温度练习探索纳米技术。他们了解液晶应用，以及尺寸如何影响材料的行为。学生团队考虑他们的经验，向全班展示，并反思经验。
资源/材料
- 教师资源信息
- 学生资源信息
- 学生作业表 (包括在这里)
与课程框架保持一致
查看包含的 课程调整 信息。
互联网资源
- TryEngineering (www.tryengineering.org)
- TryNano（您已经在这里了！）
- 国家纳米技术计划（www.nano.gov)
- 液晶（美国国家科学基金会 uTube）（www.youtube.com/watch?v=nAJgchCI3kg)
- 液晶简介 – 麦吉尔大学（http://barrett-group.mcgill.ca/tutorials/liquid_crystal/LC02.htm).
补充阅读
- 纳米技术入门（ISBN：978-0470891919）
- 纳米级科学：入门教科书（ISBN：978-9814241038）
- 液晶显示器：基础物理和技术（Wiley 显示技术系列）（ISBN：978-0470930878）
可选写作活动
写一段文字说明液晶显示器如何影响我们看电视的方式。
对于教师：
课程目标
“亲手体验纳米”课程向低年级学生展示了纳米到底有多小，并介绍了元素在较小尺寸下行为变化的概念——例如，液晶在不同温度下会改变其行为和颜色。学生分组测量手部纳米尺寸，并在液晶片上书写。小组回顾他们的经验，向全班展示他们的发现，并反思经验。
课程目标
- 了解纳米技术。
- 了解液晶。
- 了解工程如何帮助解决社会挑战。
- 了解团队合作和解决问题。
材料
- 学生资源表
- 学生作业表
- 课堂材料：液晶片，尺寸约为 20 厘米 x 20 厘米（可从亚马逊以及许多科学和教育供应服务处购买）
- 学生团队材料：尺子、铅笔、纸。
程序
- 向学生展示学生参考表。这些可以在课堂上阅读，也可以作为前一天晚上家庭作业的阅读材料。
- 为了介绍课程，可以考虑询问学生他们的手以纳米为单位有多大。
- 如果可以上网，让学生查阅 www.trynano.org 上的资源。该网站将提供有关纳米技术及其产生巨大影响的行业的更多背景信息。
- 活动 1：让学生假设，然后实际测量他们的手（以纳米、厘米和英寸为单位）。让学生将实际数字与他们的假设进行比较，并考虑纳米有多小。
- 活动 2：查看有关液晶及其应用的纸张，然后让学生轮流将手放在一块大液晶片上并观察会发生什么。学生团队提出假设，然后测试当他们将各种物品放在液晶片上时会发生什么：他们的手、苹果、冰块或一杯冷水。
- 团队观察发生的事情，将他们的假设与实际结果进行比较，完成反思表，并向全班同学展示他们的经验。
所需时间
一到两次 45 分钟的课程。
对于学生：
什么是纳米技术？
想象一下，当红细胞在血管中移动时，能够观察到它的运动。当钠原子和氯原子靠得足够近，以致于真正转移电子并形成盐晶体时，或者当一锅水的温度升高时，观察分子的振动会是什么感觉？由于过去几十年来开发和改进的工具或“示波器”，我们可以观察到本段开头的许多例子。这种在分子或原子尺度上观察、测量甚至操纵材料的能力被称为纳米技术或纳米科学。如果我们有一个纳米“东西”，那么我们就有这个东西的十亿分之一。科学家和工程师将纳米前缀应用于许多“东西”，包括米（长度）、秒（时间）、升（体积）和克（质量），以表示可以理解的非常小的量。纳米通常应用于长度尺度，我们测量和谈论纳米 (nm)。单个原子的直径小于 1 纳米，大约需要 10 个氢原子排成一排才能形成 1 纳米长的线。其他原子比氢原子大，但直径仍小于纳米。典型的病毒直径约为 100 纳米，细菌从头到尾约为 1000 纳米。让我们能够观察以前看不见的纳米级世界的工具是原子力显微镜和扫描电子显微镜。
多大才算小？
很难想象纳米级的物体有多小。以下练习可以帮助您想象小物体可以有多大！考虑一下保龄球、台球、网球、高尔夫球、大理石和豌豆。想想这些物体的相对大小。
扫描电子显微镜
扫描电子显微镜是一种特殊类型的电子显微镜，它通过用高能电子束以光栅扫描模式扫描样品表面来创建样品表面的图像。在光栅扫描中，图像被切割成一系列（通常是水平的）条带，称为“扫描线”。电子与组成样品的原子相互作用并产生信号，提供有关表面形状、成分甚至是否导电的数据。用扫描电子显微镜拍摄的许多图像可以在 www.dartmouth.edu/~emlab/gallery.
纳米级特性
纳米级材料的性质在许多情况下与在其他尺度观察到的材料的性质不同。例如，考虑金属的熔化温度。纳米颗粒的熔化温度通常低于相应的块状金属，这些温度取决于尺寸。例如，块状金的熔化温度为 1064 摄氏度，但 4 纳米金颗粒的熔化温度约为 850 摄氏度。
材料的颜色也取决于尺寸。颜色的出现是由于材料中的电子吸收了部分光；未被吸收的光部分仍然可见。
在大多数光滑的金属表面上，光线会被密度极高的传导电子完全反射；这就是为什么金属板的表面具有镜面外观的原因。相反，小颗粒会吸收部分光线，从而产生颜色。这种行为取决于尺寸。
例如，金会根据其颗粒大小呈现不同的颜色。自玻璃制造的早期以来，极小的金颗粒就被用于彩色玻璃。几个世纪以来，红宝石花瓶（颜色从粉红色到血红色）都是使用细分散的金颗粒制成的。许多彩色玻璃窗因掺杂了金纳米颗粒而呈现红色。
纳米系统不够大，许多经典物理定律无法应用。例如，描述导体中电流和电压关系的欧姆定律，并不能描述通过微小纳米线的电流传导。在这里，其他效应（称为量子力学效应）更为重要。
液晶
液晶 (LC) 是一种物质状态，其性质介于普通液体和固体晶体之间。例如，液晶可以像液体一样流动，但其分子取向可能像晶体一样。液晶有几种不同的类型，但热致液晶会随着温度变化而改变其性质。如果你将热的东西（如你的手）放在封装的液晶片上，它会根据温度变化而改变颜色。随着液晶变热，颜色会从红色变为橙色、黄色，然后是绿色、蓝色和紫色！
这款 Nano 怎么样？
材料结构的变化通常太小而无法直接观察，但我们通常可以观察到由于结构变化而导致的材料特性变化。热致液晶在暴露于不同温度时会改变颜色——因此，即使我们无法在教室中观察到其分子结构的变化，我们也能看到颜色特性的变化。液晶由于其分子排列在纳米级的调整而改变颜色。在纳米技术中，科学家利用纳米级材料的特殊性质来设计新材料和新设备。
温度计应用
液晶变色片用于许多水族馆和游泳池温度计以及婴儿或浴缸温度计。其他液晶材料在拉伸或受压时会改变颜色。液晶片通常用于工业中寻找制造过程中的热点，或绘制热流图。
液晶显示器
液晶显示器 (LCD) 是一种平板显示器、电子视觉显示器或视频显示器，利用液晶 (LC) 的光调制特性。液晶不直接发光。LCD 用于许多产品，例如计算机显示器、电视、仪表板、游戏设备、钟表、手表、计算器和电话。
