1、研習(xí)收穫與心得自然科陳淑孟老師研習(xí)日期：現(xiàn)代科技簡(jiǎn)介內(nèi)容重點(diǎn)：簡(jiǎn)介現(xiàn)代科技發(fā)展及應(yīng)用，如醫(yī)療器材、雷射、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、液晶、電漿及奈米材料1. 醫(yī)療行為包括診斷和治療，近代物理的發(fā)展，提供現(xiàn)代臨床醫(yī)療許多診斷的 工具，例如：X射線、超音波、電腦斷層掃描、核磁共振造影、正子造影等， 讓醫(yī)生可以清楚地看穿人體內(nèi)部的奧秘，醫(yī)生對(duì)於身體內(nèi)部組織疾病的診斷，不再是瞎子摸象一樣。2. X射線(X-ray，俗稱X光)是在1895年11月8月，由德國(guó)物理學(xué)家侖琴(Wilhelm R?n tge n)在進(jìn)行陰極射線研究時(shí)無(wú)意中發(fā)現(xiàn)的。由於不知這射線為 何物，侖琴就用未知數(shù)X來(lái)命名，稱它為X射線。我們現(xiàn)在知道X

2、射 線是波長(zhǎng)介於10 nm10 pm的電磁波。大部份物質(zhì)在X射線照射下的折射 率非常接近1，也就是說(shuō)X-光在人體內(nèi)只走直線不會(huì)偏折。而人體不同組織 對(duì)X-光有不一樣的吸收，如骨骼對(duì) X-光的吸收較肌肉大許多，所以就可以 藉著X-光透視肌肉，清楚看到骨骼。在臨床醫(yī)學(xué)上，X-光機(jī)在牙科、骨科、 胸腔科的檢查使用頻繁。3. 所謂斷層掃描是指由物體繞某一旋轉(zhuǎn)軸二維的X-光影像得到其內(nèi)部三維影像之技術(shù)。電腦斷層掃描儀是利用不同角度的X光，獲得不同方向的影像資料，最後經(jīng)由電腦運(yùn)算而成立體 X光影像。一般CT得到的是一層橫切圖 的影像，如同身體內(nèi)部的剖面圖。雖然 X光有輻射危險(xiǎn)之虞，但是CT可以 讓醫(yī)護(hù)人員

3、以非侵入方式，透視人體各局部器官的形態(tài)變化，對(duì)於病變的診 斷有很大助益，突破傳統(tǒng)解剖等醫(yī)療技術(shù)。4. 超音波指的是頻率超過(guò)2萬(wàn)赫茲(20 kHz)的聲波。大家都知道蝙蝠可以靠發(fā) 射及接收超音波來(lái)偵測(cè)行進(jìn)方向與捕捉獵物 。潛艇上的聲納也是利用音波的 發(fā)射與反射來(lái)確認(rèn)方位與偵測(cè)距離。由於人體內(nèi)不同組織根本組成的差異， 使得各組織間的密度不同，因此各自具有不同的音波阻抗 ( 類似光曲折射 率)。當(dāng)超音波儀器的探頭與人體接觸時(shí)，其產(chǎn)生的音波進(jìn)入身體傳遞，因 為不同組織之間介面，彼此阻抗的改變，變產(chǎn)生反射與散射，此時(shí)利用一個(gè) 偵測(cè)探頭，接收反射和散射回來(lái)的音波，利用電腦運(yùn)算，得到影像。醫(yī)用超 音波的音波

4、源，一般俗稱為超音波探頭，它主要是由壓電晶體構(gòu)成，利用電 壓變化產(chǎn)生高頻音波，醫(yī)用超音波產(chǎn)生的方式，分為連續(xù)和脈衝兩種。前者 利用都卜勒作用(Doppler effect)，可以偵測(cè)血液的流動(dòng)；後者則用來(lái)形成組 織的解剖影像。5. 雷射(LASER)的全名為受激輻射之光放大(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)。顧名思義，雷射是利用光受激輻射產(chǎn)生 光放大作用的一種光源。雷射的應(yīng)用日新月異，從雷射筆、 CD 唱盤、雷射 雕刻、雷射醫(yī)學(xué)、雷射測(cè)距、至雷射武器，舉凡民生、娛樂(lè)、藝術(shù)、工業(yè)、 科研、國(guó)防各方面都脫離不了雷射的影

5、響。6. 顯示器 (1) 液晶顯示器液晶的發(fā)現(xiàn)可回溯到1888年，當(dāng)時(shí)奧地利植物學(xué)者Rei nitzer在加熱安息香酸膽 石醇時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)異常的融解現(xiàn)象。加溫時(shí)安息香酸膽石醇在145 °C熔化，卻呈現(xiàn)混濁的糊狀，達(dá)179 C時(shí)突然成為透明的液體；假設(shè)從高溫往下降溫的過(guò)程觀 察，在179 C突然成為糊狀液體，超過(guò)145 C時(shí)成為固體的結(jié)晶。其後由德國(guó)物 理學(xué)者Lehmann利用偏光顯微鏡觀察此安息香酸膽石醇的混濁狀態(tài)，證實(shí)是一種具有方向性的液體(crystalline liquid)，確認(rèn)液晶的存在。(2) 電漿顯示器以前學(xué)過(guò)物質(zhì)有三態(tài)，為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，其實(shí)物質(zhì)有第四態(tài)的存在-電漿

6、plasma。電漿是一種局部離子化氣體，其成份包括中性氣體原子和陽(yáng)離子及電子。在自然界中，如地球外圍的電離層、太陽(yáng)外表、或是星際氣體中，皆存在著 電漿太陽(yáng)產(chǎn)生的電漿，向宇宙發(fā)散出去，形成太陽(yáng)風(fēng)；這些帶電粒子被地球的 磁場(chǎng)捕捉後，在南北極和大氣層中的氣體分子碰撞，形成極光 。最常見的電漿 是在真空容器內(nèi)通入數(shù)十至數(shù)百毫托mTorr的氣體，加上高電壓產(chǎn)生的放電， 例如：霓紅燈及日光燈管內(nèi)氣體在使用時(shí)就是處?kù)峨姖{態(tài)。7. 超導(dǎo)Superconductivity是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)巨觀量子現(xiàn)象，超導(dǎo)現(xiàn)象不是一 般人直覺(jué)可以了解的。大家都知道量子通常只在微小的物理世界出現(xiàn)，在巨 觀世界中出現(xiàn)量子現(xiàn)象的機(jī)會(huì)

7、微乎其微。但是超導(dǎo)現(xiàn)象卻普遍存在，目前發(fā) 現(xiàn)的超導(dǎo)體Superconductor已超過(guò)一千種以上。8. 奈米科技是新世紀(jì)高科技產(chǎn)業(yè)的明日之星，為集大成的發(fā)展科技，改變了以 往人們對(duì)物理原理與化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)知，顛覆了物質(zhì)原有的特性。奈米的應(yīng) 用，將激發(fā)與創(chuàng)造二十一世紀(jì)的產(chǎn)業(yè)革命，是尖端材料、電子資訊、生物醫(yī) 學(xué)、化學(xué)化工、機(jī)械製造、資源環(huán)保等跨領(lǐng)域的大躍進(jìn)。奈米科技對(duì)人類生 活的衝擊與影響，甚至將遠(yuǎn)超過(guò)半導(dǎo)體和資訊科技，成為改變?nèi)祟惿钗拿?的關(guān)鍵，並為全世界先進(jìn)國(guó)家取得未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的國(guó)家級(jí)研發(fā)重點(diǎn)。在奈米 結(jié)構(gòu)尺寸下，物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物性質(zhì)，與巨觀尺度的情況截然不同， 常有新的特性與現(xiàn)象產(chǎn)生

8、，此時(shí)，古典科學(xué)理論與技術(shù)已不適用。通常奈米 粒子具有高延展性、高強(qiáng)度、高塑性、高催化性、高擴(kuò)散率、低熔點(diǎn)、燒結(jié) 溫度低，不同於巨觀時(shí)的熱導(dǎo)、電導(dǎo)、磁性、光學(xué)，以及機(jī)械等性質(zhì)，因而 引發(fā)了新的應(yīng)用契機(jī)。例如，深受人喜愛的黃金在被製成金奈米粒子時(shí)，其 黃金色澤消失，而呈紅色，這正是光學(xué)性質(zhì)因奈米尺寸所產(chǎn)生的變化。又如 陶瓷的特性易碎，應(yīng)用上受到極大的限制，但是奈米 TiO2 陶瓷，在室溫下 可彎曲，且具延展性；硬度低的石墨C,常用來(lái)製作鉛筆筆芯，然而同 為碳元素的奈米碳管，強(qiáng)度是鋼的百倍，成為顯微探針的絕佳材料；銀Ag 的導(dǎo)電性最正確，然而銀奈米粒子為非導(dǎo)體；化學(xué)惰性的金屬鉑 Pt,而鉑 奈米粒子卻成為活性極佳的催化劑等。這些都是奈米材料因結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān) 係，而造成質(zhì)變的奈米化現(xiàn)象。利用奈米材料的各種優(yōu)異特性，能開發(fā)具有 低污染、壽命長(zhǎng)、省能源、可再生、靈敏度高、多功能與智慧化等的高品質(zhì) 產(chǎn)品。奈米科技的應(yīng)用潛力，涵蓋了民生化工、能源環(huán)保、光電資訊、金屬 機(jī)電、生技醫(yī)療等各領(lǐng)域，影響的範(fàn)圍