作者簡介:
《科學人》
遠流出版公司於2002年3月發行Scientific American中文版──《科學人》雜誌,除了翻譯原有文章更致力於本土科學發展與關懷。
我們希望《科學人》所搭建的知識平台,能把求真講理的科學精神擴散出去,讓科學與科學、科學與人文找到一個對話的窗口
網站:http://sa.ylib.com/
臉書:http://www.facebook.com/ylib.sa
章節試閱
原子樂高
把厚度僅一個原子的各種薄層組合,即可形成另一種特性完全不同的新材料,未來我們將能打造功能更強的嶄新裝置。
撰文/蓋姆(Andre K. Geim)
翻譯/甘錫安
樂高積木這種小小的塑膠組合方塊,啟發了許多世代的傑出人才。這種小方塊可做出時髦汽車的樣式、精細的城堡,以及效果遠超過所有方塊組合、令人讚歎的各種創作。現在,新型樂高積木將啟發新一代的材料科學家,而這種樂高積木就是原子尺度的「構件」。
這種新的構件是厚度僅一個原子的薄層,可依照精心設計的順序堆疊。藉由這類前所未有的精密結構控制,能夠製作出嶄新材料,其導電和光學性質是以往不可能存在的。有了這類材料,科學家將可設計出依極低電阻特性打造的裝置、速度更快且運算效能更強大的電腦,以及能夠彎曲、摺疊且重量極輕的穿戴式電子裝置。
這項重大突破的先鋒是石墨烯。石墨烯是厚度僅一個原子的碳原子薄層,2004年,我和英國曼徹斯特大學的同事首度由體積較大的石墨塊分離而得。我們使用透明膠帶,從石墨塊表面撕起厚度僅一個原子的石墨烯,石墨烯是由六角碳環構成如蜂巢般的薄層,原子結構看來就像鐵絲網一樣。近10年來,研究人員以「撕起膠帶分離薄層」的方式,發現了數十種物質,而且種類正在快速增加。石英就是一例,另外還有六方氮化硼和二硫化鉬等名稱較不常聽到的材料。
這類薄層通常視為二維平面,因為對於任何材料而言,一個原子是最小的可能厚度。(即便厚度為兩、三個原子的薄層也適用。)這類薄層的寬度和長度可能大上許多,全看製作者的需求。過去幾年,平面薄層由於具備許多獨特的性質,已經成為材料科學和固態物理領域的熱門主題。
這些薄層能以相當穩定的方式堆疊,但並非透過共用電子的共價鍵等傳統方式,而是當原子十分接近時,以微弱的凡得瓦力(van der Waals force)互相吸引。這種作用力通常不足以使原子和分子結合,但由於這類薄層的原子密度極高、距離極近,因此總合的力相當強大。
要了解這類材料的驚人潛力,可以想想室溫超導性。輸送電力時能量不會散失,而且輸送器材不需要裝置在難以想像的低溫下,是各個世代科學家的目標。如果能發現達到這個目標的材料,對人類文明的影響將十分深遠。科學家都認為這個目標原則上可以達成,但沒有人知道該怎麼做。目前超導材料的最高溫度仍需低於-100℃,近20年來提升此極限的進展相當有限。
原子樂高
把厚度僅一個原子的各種薄層組合,即可形成另一種特性完全不同的新材料,未來我們將能打造功能更強的嶄新裝置。
撰文/蓋姆(Andre K. Geim)
翻譯/甘錫安
樂高積木這種小小的塑膠組合方塊,啟發了許多世代的傑出人才。這種小方塊可做出時髦汽車的樣式、精細的城堡,以及效果遠超過所有方塊組合、令人讚歎的各種創作。現在,新型樂高積木將啟發新一代的材料科學家,而這種樂高積木就是原子尺度的「構件」。
這種新的構件是厚度僅一個原子的薄層,可依照精心設計的順序堆疊。藉由這類前所未有的精密結構控制,能...
作者序
編者的話
2014年轉眼即過,各大媒體不免選出年度N條重大新聞、風雲人物,以為回顧。《科學人》雜誌則是前瞻未來,要猜猜哪些科學創意可能有所應用?哪些創新科技值得投資?
首先關注的是〈基因剪輯魔術師CRISPR〉。不認識這縮寫沒關係,它「只是」利用了細菌的某段基因序列、一個萬用酵素Cas9,再搭配一段RNA當引子……是當今最新穎、最快速精準的基因轉殖「套組」。想想PCR還沒普及之時,做一段基因定序可以出一篇碩士論文,如今個人全基因組定序只要1000美元、幾天就可以拿到報告。CRISPR的無窮潛力,已經應用在隨時客製化的實驗動物,治療病毒感染、遺傳疾病也不無可能。難怪創投資金紛紛湧進,儼然一個新興產業!
以石墨烯獲2010年諾貝爾物理獎的蓋姆(Andre K. Geim)也有新點子。他以〈原子樂高〉的概念重新組合氧化物超導體,可製造出更能導電、更有彈性的全新材料。人類能否因此從矽時代邁進下一個未知?本期還有好幾個〈改變世界的妙點子〉,請您10年之後再來回顧了。
美國直升機學會有25萬美元獎金一直發不出去,兩名年輕工程師如何改造腳踏車,〈挑戰不可能的飛行〉?癌症療法千奇百怪,最新卻也最不創新的辦法,竟是〈病毒爆破癌細胞〉!還沒搞懂3D列印,又要迎接〈4D列印新時代〉?前瞻未來,「近」在2015年1月號的《科學人》雜誌。
編者的話
2014年轉眼即過,各大媒體不免選出年度N條重大新聞、風雲人物,以為回顧。《科學人》雜誌則是前瞻未來,要猜猜哪些科學創意可能有所應用?哪些創新科技值得投資?
首先關注的是〈基因剪輯魔術師CRISPR〉。不認識這縮寫沒關係,它「只是」利用了細菌的某段基因序列、一個萬用酵素Cas9,再搭配一段RNA當引子……是當今最新穎、最快速精準的基因轉殖「套組」。想想PCR還沒普及之時,做一段基因定序可以出一篇碩士論文,如今個人全基因組定序只要1000美元、幾天就可以拿到報告。CRISPR的無窮潛力,已經應用在隨時客製化的實驗動物...
目錄
第155期 原子樂高
2015年1月號
科技創新
30 改變世界的妙點子
文/佛萊徹(Seth Fletcher)
我們必須仰賴科學來改善地球環境、拯救生命、造福社會,追求更美好的未來!
32 基因剪輯魔術師CRISPR
文/諾克斯(Margaret Knox)
這種可以快速剪輯基因的技術,能對抗頑強疾病,可以拯救世人,但也可能帶來災難!
37 溫柔擠開細胞膜
文/布萊德雷(Ryan Bradley)
讓細胞短暫變形,打開細胞膜的孔洞。
38 實驗鼠好透明
文/布萊德雷(Ryan Bradley)
用水凝膠取代血液組織中的脂質,讓你一眼看透實驗鼠標本。
38 唾液燃料電池
文/布萊德雷(Ryan Bradley)
唾液可能成為供給微型醫療設備使用的新型再生能源。
39 螢幕替你戴眼鏡
文/納維爾(Rachel Nuwer)
智慧型手機與平板電腦能自動調整螢幕影像,讓四眼田雞免戴眼鏡。
40 原子樂高
文/蓋姆(Andre K. Geim)
把厚度僅一個原子的各種薄層組合,即可形成另一種特性完全不同的新材料,未來我們將能打造功能更強的嶄新裝置。
42 可回收的熱固塑膠
文/納維爾(Rachel Nuwer)
新的熱固性聚合物不僅更環保,還兼具高強度和自行修復功能。
42 超音波無線充電
文/納維爾(Rachel Nuwer)
古生物系學生化奇想為現實,把超音波的能量高效轉換成電力。
43 低溫廢熱蓄電池
文/布萊德雷(Ryan Bradley)
運用熱電溫差效應蒐集工業生產中散逸的大量熱能。
43 奈米解析度全像顯微鏡
文/福格爾森(Ben Fogelson)
利用粒子的雷射散射圖樣,快速檢驗工業產品。
44 袖珍水族箱看奈米水世界
文/張平
新式液態樣本槽能讓電子顯微鏡下的生物樣本不再乾巴巴,還可直接取樣。
航空學
46 挑戰不可能的飛行
文/努南(David Noonan)
一架以人力驅動的巨型腳踏車直升機順利升空了,這項創舉跌破專家眼鏡!兩位年輕工程師化不可能為可能,抱走了25萬美元獎金。
機械工程
52 4D列印新時代
文/坎貝爾(Thomas A. Campbell)、提比茲(Skylar Tibbits)、賈瑞特(Banning Garrett)
以嶄新的材料搭配3D印表機,打造能自動組合並依據指令改變形狀或功能的物件,可望更節省材料、能源和空間。
天文學
58 星系考古學──尋找銀河化石
文/強斯敦(Kathryn V. Johnston)
早期的銀河系曾吞噬許多小型的星系,那些殘留的痕跡正為我們星系的演化提供鮮明的線索。
氣候變遷
64 北極暖化 全球振盪
文/馬斯特斯(Jeff Masters)
過去四年,由於噴射氣流的起伏加劇,引發北半球各地夏季與冬季的異常天氣。但脫序的噴射氣流並非特例,可能成為新的氣候狀態。
醫學
72 病毒爆破癌細胞
文/馬洪尼(Douglas J. Mahoney)、史托德(David F. Stojdl)、賴德(Gordon Laird)
經過人工改造、專門對付癌細胞的病毒,就像神奇的武器一般,可治療某些癌症,這些病毒軍團還能召喚免疫細胞共同消滅癌細胞。
神經科學
78 新生神經元 減輕焦慮
文/凱爾貝克(Mazen A. Kheirbek)、韓恩(Rene Hen)
成年人腦中每天都有新的神經元生成,這些新生神經元讓我們能分辨不同的記憶,研究發現,加強新生神經元的功能,有助於發展治療精神疾病的新療法。
84 腦中太極
文/連正章、詹筑方、江柏翰
《周易》提到:「易有太極,是生兩儀。」兩儀即是陰陽,對立又相連,類比大腦中興奮性與抑制性兩種對立神經元不斷互動,雖然抑制性神經元的數量相對較少,卻與興奮性神經元一樣重要,共同維持大腦的生理平衡與功能正常運作。
數學
90 〈葛老爹數學遊戲〉解謎篇
文/洪志良
2014年12月號〈葛老爹數學遊戲不死〉「你是解謎高手嗎?」有五道數學益智問題,其中有些已成為經典題目,在這一個月之中你找到解答了嗎?
目錄
第155期
2015年1月號
科學人觀點
6 票房≠價值,享受≠欣賞
/曾志朗
總編輯的話
8 生物奧秘一眼看透
/李家維
讀者論壇
12
科學人新聞
14 城市自主抗暖化
菸草製藥抗伊波拉病毒
下個10年的保育策略
滅絕物種再添一員
幼獸哭聲惹誰憐?
採菇工程師
一覽世界科技進展
我的手機會彎曲
太空夢再次升空
物聯網供電妙方
少女與作物根瘤菌
雲讓地球更熱?
形上集
23 180年前的暢銷科普書
/高涌泉
網路不打烊
24 深度學習的深度
/林守德
不可勝數
26 祖沖之數學算冬至
/張海潮
健康與科學
27 高齡治癌的策略
/華立斯(Claudia Wallis)
專家看新聞
29 誰來監管機器人?
/卡羅(Ryan Calo)
解讀心智
88 多功能的大腦海馬?
/陳瑀葳
生物手記
92 舖地蜈蚣滿山爬
/張坤城
科學創藝術
94 D大調是藍色的
/沈伯丞
在家玩科學
96 熱狗木乃伊
科學人書摘
98 北極最後一隻「企鵝」
/摘自《第六次大滅絕》
資訊世界
102 去除按鍵後的亂象
/波哥(David Pogue)
真真假假
104 直搗陰謀論總部
/薛莫(Michael Shermer)
反重力思考
106 頂尖大對決
/米爾斯基(Steve Mirsky)
圖表會說話
108 109億人的世界
/菲謝蒂(Mark Fischetti)
第155期 原子樂高
2015年1月號
科技創新
30 改變世界的妙點子
文/佛萊徹(Seth Fletcher)
我們必須仰賴科學來改善地球環境、拯救生命、造福社會,追求更美好的未來!
32 基因剪輯魔術師CRISPR
文/諾克斯(Margaret Knox)
這種可以快速剪輯基因的技術,能對抗頑強疾病,可以拯救世人,但也可能帶來災難!
37 溫柔擠開細胞膜
文/布萊德雷(Ryan Bradley)
讓細胞短暫變形,打開細胞膜的孔洞。
38 實驗鼠好透明
文/布萊德雷(Ryan Bradley)
用水凝膠取代血液組織中的脂質,讓你一眼看透實驗鼠標本。
38 唾液...
購物須知
退換貨說明:
雜誌商品,恕不提供10天猶豫期退貨。
訂購本商品前請務必詳閱退換貨原則。