偶極子在電場作用下將重新排列，在這個過程中，偶極子與周圍分子(粒子)發生碰撞磨擦而產生大量的熱量
偶極子
偶極子指相距很近的符號相反的一對電荷或「磁荷」。如由正負電荷組成的電偶極子，其場力線分佈如圖。地球磁場可以近似地看作磁偶極子場。在物探中，研究偶極子場是很重要的，因為理論計算表明，均勻一次場中球形礦體的激發極化二次場與一個電流偶極子的電流場等效，某些磁異常也可以用磁偶極子場來研究。用等效的偶極子場來代替相應電、磁場的研究，可以簡單清楚地得到場的空間分佈形態和基本的數量概念，也便於作模型實驗。
電極偶子的等值線圖。等值曲面清楚地區分於圖內。
1、偶極子指的是幾何尺寸遠小于波長的帶電體，一個輻射體可以近似是許多偶極子的組合，根據帶電體特性分別用電偶極子或磁偶極子模擬。
2、水分子電子活化作用水分子中氫原子和氧原子的位置是不對稱的，因而水分子具有極性，一般稱為偶極子。在水分子中有10個(5對)電子，其中一對電子位於分子內部氧核附近，另4對位於分子外部。
3、工程上把一對零極點間的距離比其自身的模值小一個數量級，就把這對靠得很近的閉環零、極點稱為偶極子。主導極點:附近沒有閉環零點、離虛極最近，對系統狀態性能影響最大起主要的決定性控制作用的閉環極點。
4、在電場作用下，非極性分子的正負電荷分別朝相反方向運動，使分子發生極化，被極化的分子稱為偶極子。偶極子在電場作用下將重新排列，在這個過程中，偶極子與周圍分子(粒子)發生碰撞磨擦而產生大量的熱量。
5、偶極子是指流體介質中既孤立又穩定的南北對稱分佈的氣旋性和反氣旋性渦旋。
6、食品物料中的極性分子(稱為偶極子)在作雜亂無規則的運動，例如水就是極性分子。當處於電場中時，極性分子將重新排列，帶正電的一端朝向負極，帶負電的一端朝向正極。
7、隨機偶極振子的形成及研究隨機偶極振子的必要性眾所周知，兩個相距很近且帶等值異號的點電荷的整體，稱為「偶極子」。
偶極子在交變電場中的作用
電偶極矩由負電荷指向正電荷，大小等於正電荷量乘以正負電荷之間的距離。磁偶極矩的方向，根據右手法則，是大拇指從載流迴路的平面指出的方向，而其它拇指則指向電流運行方向，磁偶極矩的大小等於電流乘以線圈面積。
雙偶極子天線.
兩個相距很近的等量異號點電荷組成的系統。電偶極子的特徵用電偶極距P=lq描述，其中 l是兩點電荷之間的距離，l和P的方向規定由－q指向+q。電偶極子在外電場中受力矩作用而旋轉，使其電偶極矩轉向外電場方向。電偶極矩就是電偶極子在單位外電場下可能受到的最大力矩，故簡稱電矩。如果外電場不均勻，除受力矩外，電偶極子還要受到平移作用。電偶極子產生的電場是構成它的正、負點電荷產生的電場之和。
有一類電介質分子的正、負電荷中心不重合，形成電偶極子，稱為有極分子；另一類電介質分子的正、負電荷中心重合，稱為無極分子，但在外電場作用下會相對位移，也形成電偶極子。在電介質理論和原子物理學中，電偶極子是很重要的模型。應用有偶極子天線。
(a) 分子基鐵電體從順電相到鐵電相相變
鐵電晶體是在居里溫度以下電偶極子自發排列形成電疇，並可以隨外加電場而使自發極化反向的一種材料。有極軸且無對稱中心是鐵電體的必要條件，因此，居里溫度以下的鐵電體必然也具有壓電性。鐵電材料對電信號表現出高介電常數，對溫度改變表現出大的熱釋電響應，在應力或聲波作用下具有強的壓電效應和聲光效應，在強電場作用下具有顯著的電光效應。另外，鐵電材料在強光輻照下，電子被激發引起自發極化的變化，從而出現許多新的現象，如光折變效應等。鐵電材料具有優良的鐵電、介電、熱釋電及壓電等特性，在鐵電存儲器、紅外探測器、聲表面波和集成光電器件等固態器件方面有著非常重要的應用。
（b）分子基鐵電晶體。
在科技部973和863計劃、國家自然科學基金、中科院「百人計劃」等項目的支持下，福建物質結構研究所中科院光電材料化學與物理重點實驗室羅軍華研究小組首次提出了基於手性陰離子和陽離子分子馬達組裝成一類新穎的分子基鐵電晶體材料酒石酸雙咪唑，其飽和極化強度Ps = 1.72 μC/cm2，相應的矯頑電場值Ec ≈ 1.1 kV/cm。研究人員通過變溫單晶衍射、差熱分析、變溫介電和變溫電滯回線等方法，證實了其順電相到鐵電相相變。
該研究小組還在分子基光電晶體材料的研究方面取得了系列進展（Inorg. Chem., 2012, DOI:10.1021/ic202406f; Cryst. Growth Des., 2011, 11, 2386–2397, 3744–3747; New J. Chem., 2011, 35, 2804–2810）。
为什么纳米？
精选
There's Plenty of Room at the Bottom
http://blog.sciencenet.cn/blog-2444-14639.html 此文来自科学网时东陆博客，转载请注明出处。
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偶極子
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「偶極子」在學術文獻中的解釋是所謂偶極子是指幾何尺寸遠小于波長的帶電體。一個輻射體可以近似為許多偶極子的組合。根據帶電體特性可分別用電偶極子或磁偶極子模擬。
偶極子 - 定義編輯本段回目錄
偶極子偶極子 - 解釋編輯本段回目錄
電極偶子的等值線圖。等值曲面清楚地區分於圖內。2、水分子電子活化作用水分子中氫原子和氧原子的位置是不對稱的，因而水分子具有極性，一般稱為偶極子。在水分子中有10個(5對)電子，其中一對電子位於分子內部氧核附近，另4對位於分子外部。
3、工程上把一對零極點間的距離比其自身的模值小一個數量級，就把這對靠得很近的閉環零、極點稱為偶極子。主導極點:附近沒有閉環零點、離虛極最近，對系統狀態性能影響最大起主要的決定性控制作用的閉環極點。
4、在電場作用下，非極性分子的正負電荷分別朝相反方向運動，使分子發生極化，被極化的分子稱為偶極子。偶極子在電場作用下將重新排列，在這個過程中，偶極子與周圍分子(粒子)發生碰撞磨擦而產生大量的熱量。
5、偶極子是指流體介質中既孤立又穩定的南北對稱分佈的氣旋性和反氣旋性渦旋。
6、食品物料中的極性分子(稱為偶極子)在作雜亂無規則的運動，例如水就是極性分子。當處於電場中時，極性分子將重新排列，帶正電的一端朝向負極，帶負電的一端朝向正極。
7、隨機偶極振子的形成及研究隨機偶極振子的必要性眾所周知，兩個相距很近且帶等值異號的點電荷的整體，稱為「偶極子」。
偶極子 - 簡介編輯本段回目錄
偶極子在交變電場中的作用
用它的偶極矩描述
在電磁學里，有兩種偶極子（dipole）：電偶極子是兩個分隔一段距離，電量相等，正負相反的電荷。磁偶極子是一圈封閉循環的電流，例如一個有常定電流運行的線圈，稱為載流迴路。偶極子的性質可以用它的偶極矩描述。電偶極矩由負電荷指向正電荷，大小等於正電荷量乘以正負電荷之間的距離。磁偶極矩的方向，根據右手法則，是大拇指從載流迴路的平面指出的方向，而其它拇指則指向電流運行方向，磁偶極矩的大小等於電流乘以線圈面積。
是電子的自然性質
除了載流迴路以外，電子和許多基本粒子都擁有磁偶極矩。它們都會產生磁場，與一個非常小的載流迴路產生的磁場完全相同。但是，現時大多數的科學觀點認為這個磁偶極矩是電子的自然性質，而非由載流迴路生成。
永久磁鐵
永久磁鐵的磁偶極矩來自於電子內稟的磁偶極矩。長條形的永久磁鐵稱為條形磁鐵，其兩端稱為指北極和指南極，其磁偶極矩的方向是由指南極朝向指北極。這常規與地球的磁偶極矩恰巧相反：地球的磁偶極矩的方向是從地球的地磁北極指向地磁南極。地磁北極位於北極附近，實際上是指南極，會吸引磁鐵的指北極；而地磁南極位於南極附近，實際上是指北極，會吸引磁鐵的指南極。羅盤磁針的指北極會指向地磁北極；條形磁鐵可以當作羅盤使用，條形磁鐵的指北極會指向地磁北極。
產生的機制只有兩種
根據當前的觀察結果，磁偶極子產生的機制只有兩種，載流迴路和量子力學自旋。科學家從未在實驗里找到任何磁單極子存在的證據。 偶極子 - 電偶極子編輯本段回目錄
雙偶極子天線.有一類電介質分子的正、負電荷中心不重合，形成電偶極子，稱為有極分子；另一類電介質分子的正、負電荷中心重合，稱為無極分子，但在外電場作用下會相對位移，也形成電偶極子。在電介質理論和原子物理學中，電偶極子是很重要的模型。應用有偶極子天線。
偶極子 - 磁偶極子編輯本段回目錄
定義 ：一個載流的小閉合圓環稱為磁偶極子，即一個小電流環。
當場點到載流小線圈的距離遠大於它的尺寸時，這個載流小線圈就是一個磁偶極子。磁荷觀點認為，磁場是由磁荷產生的，磁針的N極帶正磁荷，S極帶負磁荷，磁荷的多少用磁極強度qm來表示。相距l、磁極強度為±qm的一對點磁荷，當l遠小於場點到它們的距離時，±qm構成的系統叫磁偶極子。
與電偶極子的比較，在遠離偶極子處，磁偶極子和電偶極子的場分佈是相同的，但在偶極子附近，二者場分佈不同。
引申：磁力線是閉合的，電力線是間斷的。
當場點到載流小線圈的距離遠大於它的尺寸時，這個載流小線圈就是一個磁偶極子。磁荷觀點認為，磁場是由磁荷產生的，磁針的N極帶正磁荷，S極帶負磁荷，磁荷的多少用磁極強度qm來表示。相距l、磁極強度為±qm的一對點磁荷，當l遠小於場點到它們的距離時，±qm構成的系統叫磁偶極子。
與電偶極子的比較，在遠離偶極子處，磁偶極子和電偶極子的場分佈是相同的，但在偶極子附近，二者場分佈不同。
引申：磁力線是閉合的，電力線是間斷的。
偶極子 - 控制系統中的偶極子編輯本段回目錄
定義：實軸上一對距離很近的開環零點和極點，附近又沒有其它零極點，我們把它們稱為偶極子。
偶極子 - 應用編輯本段回目錄
偶極子天線
偶極子天線用來發射和接收固定頻率的信號。雖然在平時的測量中都使用寬頻天線，但在場地衰減和天線係數的測量中都需要使用偶極子天線。SCHWARZBECK偶極子天線的頻率範圍由30MHz~4GHz。其中的VHAP和UHAP是一套精確偶極子天線，特別適用於場地衰減和天線係數的測量。同時該天線為日本VCCI等標準機構指定的電波暗室和開闊場場地衰減測量等的唯一專用天線。該天線為眾多實驗室所採用，作為實驗室的天線標準。
奇極子天線
偶極子是相對於奇極子而說的，我們常用的天線基本都是偶極子天線。奇極子天線一般只有電視台、廣播電台才會用到，只有一極，其實另一極是大地。偶極子 - 最新應用編輯本段回目錄
鐵電晶體
(a) 分子基鐵電體從順電相到鐵電相相變
證實順電相到鐵電相相變
（b）分子基鐵電晶體。
相關研究成果
相關研究成果發表在《德國應用化學》(Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201200407)上。該鐵電晶體的發現將為新型分子基鐵電晶體材料的合成和設計提供新的思路。該研究小組還在分子基光電晶體材料的研究方面取得了系列進展（Inorg. Chem., 2012, DOI:10.1021/ic202406f; Cryst. Growth Des., 2011, 11, 2386–2397, 3744–3747; New J. Chem., 2011, 35, 2804–2810）。
为什么纳米？
精选
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科学随想之一
时东陆
1。 尺寸之谜
科学发展到21世纪，出现了崭新的研究课题：纳米科学。纳米科学的产生，并不是偶然的。事实上，科学家在很早以前就发现了纳米现象。只不过那个时候没有形成一种巨大的科研浪潮。为什么需要研究纳米？它到底有何独特的意义？
我们知道，自然界物质之所以有不同的性质完全是由于它们的原子结构而造成的。比如，碳可以有多种结构：密排六方结构，纳米管结构，金刚石结构，和碳60结构。同样是碳原子，如果它们排列不同，会使其性质发生巨大的变化。具有密排六方结构的石墨，硬度大大地低于金刚石。碳纳米管由于其独特的原子结构而具有许多优秀的性能；比如高导电，高导热，高强度。这种结构上的区别十分类似宏观的建筑结构。在宏观建筑中，砖，柱，梁等是基本建筑元素，它们之间的组合对主体建筑的坚固性起到决定性的作用。而在固体内部，原子，分子，化学键，等等则构成物体微观结构的基本元素，与其宏观性质有着紧密的内在联系。
美国物理学家，加州理工学院教授，诺贝尔奖获得者，费蔓博士早在1959年美国物理年会上就谈到他关于“微小尺寸科学” 的概念 (见附录)。在他那个时代，“纳米科学” 的学科名称还未形成。所以，在费蔓的讲演中，他一直用传统的微观尺寸：“埃米” (注：1纳米 = 10 埃米) 。他在半个世纪前就提出十分深刻的问题：“如果我们能够任意排列组合原子的结构，那么我们会得到什么样的物体性质呢？”
在“埃米” 的尺度上，费蔓教授提出种种设想，比如导线直径在10-100埃米 (今天发现的碳纳米管的尺寸) ；线路板尺寸在几千埃米大小的计算机，埃米数量级的生物系统，超微型的电子显微镜，以及最小尺寸上能够储存的信息量，等等。费蔓的提示为后来的“纳米科学” 提供了想象的空间和科学的基础。
但是，为什么我们没有在更小的尺度提出所谓的“埃米科学，” 却一定要在纳米的尺度进行“纳米科学” 研究呢？纳米与埃米同样是长度单位，相互仅仅差十分之一，为什么偏偏要选择纳米呢？难道“纳米” 的确有其神奇之处吗？
2。物质的本征性质可以改变吗？
我们知道许多自然界物质所具有的性质是属于本征的(Intrinsic behavior), 。比如，纯元素的熔点，晶胞常数，晶体结构，超导温度，等等。但是自然界许多物质还具备所谓的非本征性质 (Extrinsic behavior) 。当把两种纯元素制备成合金之后，它的许多性质便可以随着成分的不同而发生变化，比如，熔点，强度，导电率，导热率，密度，等等。随着科技的发展，人类已经能够按照工业应用的要求，制造出形形色色的固体材料。这些材料可以在极大的范围内优化物理和机械性质，以满足应用的要求。因此，材料的非本征性质是可以通过科学方法改变的。
但是，我们是否可以任意的改变自然界物质的本征性质吗？比如，我们是否可以按照费蔓教授的想象，按照我们的要求改换物质的原子结构吗？比如，银具有面心立方结构，而且具有良好的延展性和导电性。那么，我们可否把银的原子重新排列组合，而得到另外一种原子结构，比如密排六方结构？或者换句话说，我们可否视原子为物质的基本结构元素，而人为的进行任意的组合。而重新排列之后，银的物理与机械性能将会发生怎样的变化呢？这正是费蔓教授向我们提出的基本命题。
3。埃米与纳米：自然与人工的区别
按照以上的讨论，我们发现自然界有两类物质世界，一种是纯自然的，比如基本元素的结构；另一种是人工的，比如合金。除此之外，还有许多自然界的物质和体系是“自然” 的，比如DNA双螺旋状结构，动物和生物的基因。在宗教界，这种自然产生的体系被认为是上帝创造的。或者，它们是一种超自然的“智慧” 设计 的。但是无论如何，到目前为止，人类还没有完全掌握自然创造力的奥妙，尽管科学界早已虎视眈眈的急于对这个命题发出挑战了。比如生物克隆，基因工程，纳米技术，人类总是急不可耐的试图代替上帝创造世界。
但是，世界上的事情毕竟有明确的分工，一种归属自然，一种来自人类。虽然人类从来都希望挑战自然，但是自然的神奇与诡秘却常常使人类在天然的分界线上寸步难行。事实上，纳米与埃米的边界，就是这种人工与自然的分水岭。费蔓博士在半个世纪之前就高瞻远瞩的看到这个微观的分界，并提出了深刻而精彩的设想。
在传统上，科学界一般习惯用埃米来描述物质的原子结构，比如晶胞。晶胞的大小，一般就是埃米级的。比如银的晶胞常数为：4.090 Å(埃米) 。可以这样来想象银的原子结构。想象一个立方体，它的每一个角落上的点都有一个银原子。在立方体的6个面的中间也有一个银原子。晶胞常数就是立方体的高度。银的面心立方晶体结构是大自然的产物，人类目前无法改变。
所以在微观显微学中，我们习惯用埃米来描述晶体的最小单位：晶胞。在某种意义上，用埃米描述的体系大多为那些“自然” 的系统，或者是“非人工” 的系统。不仅晶体结构用埃米来描述，原子内部的结构，比如电子，中子，质子也用埃米表征。虽然我们现在还不能“人工地” 任意排列组合银原子的结构，但是把数个银的晶胞排列组合起来已经是非常可能的了。
如果把数十个埃米级的晶胞组合起来，我们就进入了“纳米” 的世界。但是，这绝不仅仅是一个在长度尺寸上的进步，这可以说是向一个新的科学时代的迈进！为什么这么说呢？因为虽然我们还无法人为的设计和改造埃米级晶胞内部的原子结构，但是我们已经完全可以像建筑设计师那样重新排列组合数个，数十个晶胞了。这种把数十个晶胞人为地排列组合起来的研究工作即可以称为“纳米科学。”这种所谓的“纳米科学” 在尺寸的数量级上已经达到了费蔓先生的设想。因为，他所提出的尺寸范围就是10-100埃米。这正是目前纳米材料的尺寸数量级(1-10纳米) 。比如单臂碳纳米管的直径为1.5纳米。
纳米科学
正是由于人类可以按照自己的意愿在纳米的数量级设计并且制备材料，所以我们把这种研究工作叫做“纳米科学。” 如果我们真的能够在晶胞的内部重新排列原子了，也许另一个学科：“埃米科学” 就会产生。不是吗？当我们进入原子核内部的时候，一种叫做原子物理的学科应运而生。
必须指出的是，材料科学自从建立高分辨透射电子显微镜之后就已经观察到埃米级的晶体结构了，例如点缺陷，位错，小角晶界等等。如果把这些微结构考虑成为纳米级的现象也未尝不可。同时，许多薄膜方面的工作也早已经是纳米数量级的了。但是纳米科学与传统中仅仅在埃米范围内单方向的结构观察有很大的区别。也与二维薄膜制备技术有本质的不同。在埃米范围内的结构观察仅仅局限于材料某种特性的研究，比如缺陷与机械性质的关系。这种缺陷的形成虽然可以通过人为的技术手段，比如对成分和制备条件的控制，但是这种控制是宏观的。而纳米科学是在纳米的尺寸空间对物质的一种主观人为的设计和调控。
因此，纳米科学不单单是一个尺寸的概念和学科。纳米科学更侧重于在几个到几百纳米的范围内对物质的多维设计，结构建造，表面功能，纳米性能，计算模拟，理论模型，纳米器件，医学应用，等等。和费蔓想象的一样，现在的科学家企图在纳米世界重新创造当代工业的全部：纳米汽车，纳米电动机，纳米发电机，纳米泵，纳米传感器，纳米计算机，等等。
但是，人类真的可以突破纳米的极限而调控原子吗？
附件：费蔓教授1959年在美国物理年会上的报告。
There's Plenty of Room at the Bottom
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