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光催化大全：從基礎到應用圖解

為了解決屋頂型太陽能英文的問題，作者（日）藤島昭 這樣論述：

《光催化大全》精闢概況了光催化自發現以來數十年取得的系列成果，是光催化鼻祖藤島昭教授的新作。全書概述了光催化在空氣淨化、汙水處理、自清潔、殺菌防腐、太陽能制氫等領域的技術原理和應用前景，全文文字簡潔、圖文並茂、深入淺出、排版生動、可讀性強，是不可多得光催化科普書。 《光催化大全——從基礎到應用圖解》是被譽為光催化鼻祖、光催化大師的國際著名學者——藤島昭（Akira Fujishima）教授的*著作。本書對光催化自發現以來數十年間取得的系列成果進行了精闢概括，概述了光催化在空氣淨化、汙水處理、自清潔、殺菌防腐、太陽能制氫等領域的應用情況和技術原理。此外，作者將自己多年的科學研究方法、研究思維、

心得體會等娓娓道來。在藤島昭教授的眼裡，科學研究不僅僅是對自然規律的客觀描述，更是充滿人文氣息和生活溫度的科學之旅。 全書文筆凝練、圖文並茂、排版生動、可讀性強，集學術性、技術性和科普性于一體，適合相關專業人員以及大中學生閱讀，也是一本為新學科、新技術好奇者準備的入門書。 藤島昭（AkiraFujishima） 1942年生，1966年橫浜國立大學工學部畢業，1967年發現光催化現象，即“本多-藤島效應”。1971年獲得東京大學大學院工學系博士學位，同年任神奈川大學工學部講師，1975年東京大學工學部講師。1976～1977年德克薩斯大學奧斯丁學院博士後研究員，1978

年東京大學工學部助理教授，1986年東京大學工學部教授。2003年財團法人神奈川科學技術研究院理事長，2003年東京大學名譽教授，2005年東京大學特別榮譽教授，2010年始任東京理科大學校長。 現任東京理科大學光催化國際研究中心主任、東京應用科學技術振興團理事長、光學材料研究會會長、吉林大學名譽教授、上海交通大學名譽教授、中國科學院大學名譽教授、北京大學客座教授、歐洲科學院院士、中國工程院外籍院士。 曾任電化學學會會長、日本化學會會長、日本學術會議化學委員會委員長等職。 發表原創性論文（英文）896篇、著書（含合著和英文著書）約50部、綜述及評論文章494篇、發明專利310項。 【主

要獲獎】日本文化勳章（2017年）、湯姆森路透引文桂冠獎（2012年）、路易吉·格瓦尼獎章（2011年）、文化功臣獎（2010年）、神奈川文化獎（2006年）、國家發明嘉獎（2006年）、日本國際獎（2004年）、日本學士院獎（2004年）、產學官合作功臣——內閣總理大臣獎（2004年）、紫綬帶勳章（2003年）、首屆Gerischer獎（2003年）、日本化學獎（2000年）、井上春成獎（1998年）、朝日獎（1983年）等。 第1章為什麼光催化的應用範圍在持續擴展？1 1.1光催化的廣泛應用2 光催化應用的無限可能性引起廣泛的關注2 以光催化國際研究中心為平臺3 利用光

催化抗黴菌取得效果的“日光東照宮的油漆工程”5 日本特有的漆器也利用了光催化技術7 1.2光催化在醫療領域的應用9 利用光催化技術的手術室每年有數百間9 對癌症和手足口病也有一定療效11 世界首例預防食物中毒的應用和“光催化滅蚊器”13 預防才是最好的治療！漂白劑及牙根種植體也用上了光催化14 1.3光催化在農業和生物學領域的應用16 農業生產的高效率和低成本16 將太陽光引入室內18 光導管(液體光導管)18 可生成用於預防齲齒及抗癌的“稀少糖”20 1.4光催化在提高生活品質方面的應用22 賓館、醫院、護理機構、保育院、二手車等行業使用的可見光高靈敏度光催化劑發展迅速22 光催化在預防花粉

症口罩、抗菌圓珠筆、地毯等商品上的使用也很普及23 利用希拉斯火山灰製作防汙塗層25 從2020年東京奧運會到宇宙開發26 ［作者縱談］光催化，終於登上了審定教材！30 第2章在建築物和高樓上使用光催化大受歡迎的原因31 2.1建築物外牆上採用不易髒的光催化瓷磚已成新常識32 丸大廈成為日本第一個使用光催化瓷磚的高層建築！帶動了1000億日元的市場32 光催化瓷磚創造了住宅的美觀34 光催化瓷磚的住宅可去除NOx36 2.2活躍在高樓、工廠、教堂外牆的建材、裝飾材料38 TOTO公司將日本的原創技術傳播到世界38 空氣淨化能力相當於2000棵白楊樹的豐田工廠39 筆者私宅、岐阜大學、德國、中

國、義大利光催化隨處可尋39 既美觀又降低了清潔成本的鋁材41 無需清潔維護的眼鏡店看板41 2.3提升了帳篷膜材功能的光催化帳篷43 製造了東京巨蛋帳篷膜材的公司43 “四大特點”和網球場、足球場、棒球練習場44 八重洲出口的光之帆大屋頂、達拉斯10萬人體育館帳篷膜材在世界各地大顯身手45 胡夫金字塔也用上了光催化！48 2.4不易髒、不起霧的玻璃讓您始終視野清晰50 節水成功的中部國際機場和東京理科大學不起霧的玻璃50 盧浮宮美術館和學校等也使用光催化自清潔鋼化玻璃52 2.5活躍於室內的可見光型光催化56 “可見光回應型”光催化在內裝玻璃上的應用56 世界首例！日本製造抗菌、抗病毒玻璃5

6 抗病毒窗簾、高附加值壁紙、百葉窗58 可淨化室內空氣的光催化空氣淨化器59 TOTO公司和筆者合作解決廁所問題的緣由61 光催化除菌消臭器“LUMINEO”62 ［作者縱談］朝著“3F”努力！65 第3章在機場和新幹線等場所如何普及光催化技術？67 3.1活躍在機場、空運貨物等航空場所的光催化68 中部國際機場內17000m2的玻璃上採用了光催化技術68 抗流感病毒有效果70 世界首例光催化用於航空運輸71 3.2活躍在新幹線等鐵路系統的光催化72 什麼是陶瓷光催化篩檢程式72 活躍在“希望號N700系”吸煙室內的光催化空氣淨化器72 月臺屋頂和白色帳篷74 “光催化塗料”使車站變美75

用於車站內的廁所76 3.3光催化讓路面和道路周邊乾淨整潔77 提高排水效果的高性能鋪裝道路77 淨化路面空氣的道路光清潔施工法77 無需特別維護管理的NOx削減法78 避免隧道擁堵，安裝光催化隧道照明器具79 對公路兩側的遮音壁、道路標識、看板等大有用武之地80 “橋樑膜材施工”使高架橋下變成明亮歡快的休閒場所81 “橋樑膜材施工”的3大優勢82 光催化車門後視鏡已成豐田高級車的標配84 ［作者縱談］讀書是最好的靈感之源85 第4章光催化的6大功能及其日常系列產品87 4.1光催化的6大功能是什麼？88 氧化分解能力和超親水性88 光催化的6大功能和轉捩點89 世界首例用於普通住宅——筆

者私家的光催化外牆!91 4.26大功能之①抗菌、抗病毒效果92 耐藥性細菌急增、持續高漲的病毒感染症威脅92 既可抗細菌病毒又能分解去除有機揮發物93 防汙、滅菌、防臭效果超群的光催化瓷磚96 可見光就OK！強抗病毒的光催化玻璃97 在新千歲機場、內排國際機場大顯身手的“光催化薄膜”98 可見光回應型粉末漿料LUMIRESHTM及認證制度99 三維網狀結構的陶瓷片和空中浮游菌去除裝置100 不發生二次感染是最大優點101 4.36大功能之②受哥白尼式轉折啟發誕生的除臭效果103 為什麼氧化鈦不能分解大量的物質？103 以微量的物質為目標——哥白尼式轉捩點104 延伸到紙、纖維製品、空氣淨化

器的緣由106 篩檢程式和光源組合而成的大型光催化除臭裝置107 4.46大功能之③玻璃和鏡子的表面不易起霧的防霧效果109 何謂光催化的超親水現象？109 水的接觸角以及親水性110 超親水性就是接觸角幾乎為零111 不易起霧、不易髒的超親水性和氧化分解能力的合力並舉112 汽車的車門後視鏡和保命的彎道凸面鏡(道路反射鏡)113 4.56大功能之④通過自清潔達到防汙效果115 來訪者突破10萬人的光催化博物館115 對“魔法實驗”將信將疑和“氫博士”的秘密116 超親水性實驗，體驗“光和水之美”117 反向思維將“失敗”變為可用118 利用雙重自清潔效果降低成本！進軍1000億日元的市場11

9 4.66大功能之⑤光催化的水淨化效果121 地球上的淡水資源很有限121 不增加成本又安全的土壤地下水淨化系統122 70多座ADEKA公司綜合設備的解決方案123 軍團桿菌和二英統統分解！環保的淨水裝置125 利用太陽光處理農業廢液！水稻耕作和番茄栽培也進入光催化時代126 有機物去除率幾乎100%，收穫與過去同等程度的番茄127 解決魚市上的“光復活現象”難題獲得安全潔淨的海水129 4.76大功能之⑥光催化的空氣淨化效果130 讓古羅馬帝國的塞內加也苦惱的空氣污染問題130 既能去除NOx又能大幅降低成本的劃時代的系統是什麼？130 ［作者縱談］為什麼說蒲公英是農夫的時鐘133 第

5章人工光合作用的最新常識135 5.1資源、能源、環境問題和光合作用機理136 什麼是葉綠素的“Z型反應”136 化石燃料存在的兩大問題137 5.2光解水發現的震撼和光催化的誕生140 50年前成功實驗“光增強電解氧化”的原理140 光解水發現之前的相關科學史141 Nature上發表論文的緣由144 1974年元旦的《朝日新聞》頭版、“朝日獎”、“湯姆森路透引文桂冠獎”145 光催化劑的定義147 發現氧化鈦光催化制氫的局限性148 5.3迅速發展的人工光合作用的最新動向151 太陽能電池和水的電解混合系統151 引人矚目的金屬氧化物材料152 可見光也可以使水完全分解！單一體系和Z型體

系153 日本引領二氧化碳的還原和資源化154 從大自然中學習，拓寬視野找到最優解155 ［作者縱談］湯姆森路透引文桂冠獎及論文被引用次數156 第6章反應機理和光159 6.1光催化反應的兩大主角160 氧化鈦的使用量反映一國的文化水準160 氧化鈦的製作方法162 硫酸法和氯氣法的原理163 光催化的氧化鈦是銳鈦礦型164 有效利用近紫外線是個打破常規的思路166 6.2氧化鈦是半導體的一種169 什麼是半導體169 本征半導體和雜質半導體170 氧化鈦是具有光活性的n型半導體171 6.3氧化鈦的能帶結構和光照效果172 半導體的能帶結構172 禁帶寬度和帶隙能量173 影響光催化反應

的三個因素174 6.4氧化鈦的結晶形態和光催化活性176 氧化鈦是如何被發現的176 金紅石型和銳鈦礦型的禁帶寬度177 銳鈦礦型具有更高光催化活性的原因177 6.5氧化鈦光催化可利用光的波長179 什麼是可見光、紫外線、紅外線179 氧化鈦的獨特性和普及推廣的理由180 6.6強氧化分解和還原的原理182 氧化鈦表面到底發生了什麼182 氧化分解的原理182 還原的原理184 6.7為什麼會產生超親水現象？185 親水性和憎水性的區別185 氧化鈦表面的結構變化引起關注186 6.8不易髒和不起霧的作用機制有什麼不同187 防汙效果的光介面反應和防霧效果的光固體表面反應187 自清潔是2

個反應的合力作用188 6.9光催化具有多功能性的原因190 為什麼多個行業接連進入？190 “本多-藤島效應”延伸而來的3個研究方向190 ［作者縱談］外出講課給孩子們傳授科學的趣味性192 第7章光催化劑的合成方法193 7.1光催化劑的形態194 氧化鈦溶膠、鈦醇鹽、氧化鈦塗料194 7.2如何活用兩種表面塗裝工藝196 濕法工藝和幹法工藝196 塗層工藝的選擇要點197 7.3塗層的核心在於黏結層200 利於保護光催化反應的二氧化矽中間層200 防止基材老化、提高黏接性的梯度膜202 7.4世界首塊光催化瓷磚是如何做成的204 最普及的光催化瓷磚204 光催化和抗菌金屬組合205 向

外牆的自清潔建材延伸206 7.5光催化玻璃、後視鏡的製作208 光催化自清潔玻璃的製作208 被寄予安全駕駛厚望的“防雨車門後視鏡”209 7.6淨化國際宇宙空間站的UV-LED光催化211 光源和光催化篩檢程式的模組化212 UV-LED助力淨化國際宇宙空間站213 國際上快速發展的LED214 ［作者縱談］伽利略、法拉第、巴斯德，向這些偉大的先人們學什麼？215 第8章光催化技術的標準化、產品認證制度217 8.1日本(JIS)和世界(ISO)試驗方法的標準化218 JIS、ISO等標準化的制定現狀219 海外光催化標準化的應對221 8.2建立全日本體制！光催化產品的認證制度222

建立和完善健全的市場機制222 建立認證制度促進試驗方法的標準化222 安全標準和設置管理責任人的必要性225 認證流程和認證後的監督活動226 【參考文獻】228 結尾——從中國古典名言中學習超越“死亡之穀”229 檢索詞231 光催化清潔技術的發展已經日趨成熟。東海道山陽新幹線希望號上的光催化空氣淨化器、成田國際機場的光催化屋頂帳篷、丸之內大樓(丸大廈)的光催化瓷磚，以及最近日光東照宮的油漆噴塗項目和光催化滅蚊器等家庭住宅方面的應用，都標誌著日本原創的光催化清潔技術是值得在全世界誇耀的。 我的光催化研究，自1967年發現“本多-藤島效應”，到今年(2017年)正好整

整50年了。 當時，光催化實驗用的基礎材料氧化鈦(TiO2)在水中受到光照後，我意外發現水被分解產生了氧氣，之後所發生的一切也都從那裡開始。 對我們人類來說，最重要的化學反應是光合作用(太陽光照在植物葉片上發生的反應)。當時，我也突然靈光一現：莫非像植物光合作用中樹葉的葉綠素那樣，所用的氧化鈦在這裡也發揮著同樣的作用？ 那份感動，真是無以言表。 接著，我將這一發現寫成論文《太陽光下水分解成氫氣和氧氣》發表在英國的學術期刊《自然》上。運氣很好，引起了世界的矚目。1974年元旦的《朝日新聞》在頭版以“太陽，夢想的燃料”為標題，用一個版面對該研究作了介紹。 從那以後，因為“氧化鈦的光催化反

應的發現”我獲得了多種獎勵。其中，2012年獲得了“湯姆森路透引文桂冠獎”，2017年獲得了日本“文化勳章”。 我認為，研究最重要的是真實。不管誰做都能看到效果，只有自己可以自信地向別人推薦的技術才能生存下去。而且不僅僅只停留在理論階段，更重要的是人們在日常生活中也可以用到，這樣的研究才有意義。 現在，全世界使用氧化鈦的人工光合成研究如火如荼。但到目前為止，我的研究方向已轉移到利用光照射後氧化鈦表面所產生的一些獨特性能上，諸如很強的氧化分解能力以及對水具有很強親水能力的“超親水效果”等。 日本借2020年東京奧運會和國際殘疾人運動會的契機，提出了“環境立國”的目標，利用光催化技術的新產品

的研發正急速地展開。 值此本書出版之際，我以圖解的形式將光催化從基礎到最新事例進行了完整的歸納總結。與其說是一本書，不如說是我人生的集大成之作。 本書寫作過程中得到了菱沼光代、東京理科大學的角田勝則、鈴木孝宗、伊藤真紀子、宮本崇、木村繭子、寺島千晶、中田一彌等人的大力協助，感謝神奈川縣立產業技術綜合研究所的落合剛先生，以及鑽石出版社寺田庸二先生，在此對他們的熱情幫助表示衷心的感謝。 2017年11月吉日 藤島昭

10種物質改變世界

為了解決屋頂型太陽能英文的問題，作者米奧多尼克 這樣論述：

　　物質竟然如此不簡單，材料科學原來這麼有趣！ 　　 　　且看史上精采且重要的十種物質，如何改變了我們的過去，又如何蓄勢待發，準備改造未來！ 　　這其中有許多物質看起來實在太平常，讓我們幾乎忘了它們的存在，像是做衣服的布料、做工具的金屬、做罐子的陶瓷、溝通用的白紙，還有吃了開心的巧克力。然而，這些物質卻曾徹底改變了人類生活。 　　當然也有一些物質以怪得出奇聞名，例如人類已知最輕的固體「氣凝膠」、可以自行復原的金屬和能變成真正骨骼的植入物，這些都是會改變我們未來的劃時代新物質。 　　你會驚嘆，物質如何以獨特的方式，深刻影響我們每一個人。 得獎紀錄 　　2014年英國皇家學會科學圖書獎 　　A

mazon 2014年度科學類選書 　　《物理世界》2014年推薦最佳科普書 　　《紐約時報》2014年最值得閱讀的一百本書之一 名家與媒體推薦     　　我要很難為情的承認，我本來以為材料科學無趣又單調，但《10種物質改變世界》完全改變我的想法。現在我發現我會用手指滑過物質表面，然後發出讚嘆。米奧多尼克這本生動有趣的書完全改變了我看待世界的方法。──《華爾街日報》 　　我們覺得無聊、平凡，根本不值得一顧的東西，竟然有這麼多隱藏不現的奇蹟……也許早有人說過這些神奇的故事，以及其中相關的科學，但就像好的巧克力一樣，唯有米奧多尼克知道，要怎麼調出最好的味道。──《紐約時報書評》 　　這本書

對創造現代世界的物質，做了美好的描述。米奧多尼克寫得真好，即使是水泥，在他筆下都顯得閃閃發光。──《金融時報》 材料科學家米多尼克，以有感染力的熱誠，述說了紙、玻璃、巧克力、混凝土背後的歷史與科學。──《科學美國人》 　　我熬夜看完這本書，米奧多尼克的書寫如此充滿知識性，如此的熱情，他對物質的熱情如此顯而易見！──知名科學家與暢銷書《錯把太太當帽子的人》作者奧立佛‧薩克斯 　　混凝土、巧克力、紙張、陶瓷，這本書把這些日常生活中的物品，做了動人且充滿知識性的描述。──《拿破崙的鈕釦》作者之一，潘妮‧拉古德（Penny Le Couteur） 　　《10種物質改變世界》不僅揭露構築了世界的各

物質其後的神奇結構，還告訴我們隱藏其中的精采故事──科學記者昆丁．庫柏（Quentin Cooper） 　　《10種物質改變世界》提醒我，歷史學家可能花了太多時間在人說了和寫了什麼，卻沒花足夠的時間在建構現代社會的物質上。──歷史學家，丹．史諾（Dan Snow） 　　材料大師又出招了。馬克．米奧多尼克是天生的娛樂高手，以獨特手法結合了世界上各種物質的科學與感性，讓我們讀得興致勃勃。──史上最年輕的皇家工業設計師，湯瑪斯．海澤維克（Thomas Heatherwick） 　　這本書實在太迷人了。一旦沉浸其中，你就會開始用米奧多尼克的眼睛看這個世界。我們平日生活習以為常的每一樣「物質」都隱

藏著豐富的故事。這本書讀起來真是愉快──理論物理學家，暢銷書《悖論》作者，吉姆．艾爾—卡利里（Jim Al-Khalili） 作者簡介 米奧多尼克Mark Miodownik 　　 　　倫敦大學院材料科學教授，英國皇家工程學會會士，並曾入選《泰晤士報》「英國百大影響力科學家》。 　　他樂於為大眾講解材料科學，且廣受歡迎，曾擔任多部紀錄片的主持人，包括英國國家廣播公司第二台製作的《發明的天才》。 　　2010年，他獲邀在科普界最負盛名的英國皇家科學院聖誕講座進行演講。 　　他也是倫敦大學學院的製成研究中心主任，這個中心裡有一座材料館，收藏了地球上最神奇的一些物質，並且和多所博物館共同推出互

動節目，合作夥伴包括泰特現代美術館、黑沃德畫廊和威康收藏館等等。 譯者簡介 賴盈滿 　　 　　倫敦政經學院科學哲學碩士，現專事翻譯，譯有《資訊》和《不大可能法則》等書。   目錄 前言  走進神奇的物質世界 1.不屈不撓的鋼 2.值得信賴的紙 3.重要的混凝土 4.美味的巧克力 5.神奇的發泡體 6.充滿創造力的塑膠 7.透明的玻璃 8.打不斷的石墨 9.精緻的瓷器 10.長生不死的植入物 更進一步  材料科學之美   前言 　　走進神奇的物質世界 　　 　　我站在地鐵車廂裡，身上有一道13公分、後來被醫師判定為穿刺傷的傷口汨汨滲血，我心想接下來該怎麼辦。那是19

85年的一個五月天，我在車門關上前跳進車廂，把攻擊者擋在門外，卻沒閃過他的攻擊，背上被刺了一下。傷口像遭利紙割傷一樣劇痛，而我看不到傷勢有多重。但身為英國人，又是中學生，我心中的難堪壓過了應有的常識。因此我非但沒有呼救，反而決定最好悶不吭聲坐車回家。這麼做很怪，但我就是那樣做了。 　　為了讓自己分心，別去注意疼痛和鮮血流過背部的不適，我試著回想剛才究竟發生了什麼。那傢伙在月台上朝我走來，向我要錢。我搖頭拒絕。他突然湊得很近，讓人很不自在。他盯著我說他有刀，他說這話時噴了幾滴口水，灑在我的眼鏡上。我順著那傢伙的目光望向他藍色連帽夾克的口袋，發現他一手插在口袋裡，口袋鼓了一塊。我直覺認為他只是虛

張聲勢，鼓起來的是他的食指。接著我心裡閃過另一個念頭：就算他有刀，也一定是很小一把，才塞得進口袋裡，因此絕不可能傷人太重。我自己也有小刀，知道那種刀很難刺穿我身上那麼多件衣服，包括我引以為傲的皮夾克、灰色羊毛西裝制服、尼龍Ｖ領套頭衫、白色棉襯衫，外加只打一半的條紋制服領帶和棉背心內衣。我腦中迅速浮現一計：繼續跟他說話，然後趁車門關上之前把他推開，趕緊上車。我看見車就快來了，確信他一定來不及反應。 　　一刀引起的機緣 　　 　　有趣的是我猜對了一件事：他真的沒有刀。他手上的武器只是一把用膠帶纏住的剃刀刀片。那一塊小鐵片不比郵票大，卻一口氣割穿了五件衣服，刺破我的表皮和真皮，一點阻礙也沒有。我後

來在警局看到那玩意兒，整個人愣傻了，如同遭催眠一樣。我以前當然看過剃刀，但那一刻卻發現自己根本不了解它。我那時剛開始刮鬍子，只看過嵌在比克牌橘色塑膠刮鬍刀裡的剃刀，那玩意感覺友善得很。警察問我兇器的事，我們之間的桌子微微晃動，剃刀也跟著搖晃，映著日光燈熠熠生輝。我清楚看見它的鋼刃依然完美無缺，下午那一番折騰沒有在上面留下任何刮痕。 　　 　　我記得後來要填筆錄，爸媽焦急坐在我身旁，不曉得我為何停筆不前。難道我忘了自己的姓名和地址？其實我是盯著第一頁頂端的釘書針瞧，很確定它也是鋼製的。這一小根其貌不揚的銀色金屬不僅刺穿了紙面，而且乾淨俐落，精準無比。我檢視釘書針的背面，發現它兩端整整齊齊對折收好

，把紙緊緊抱住。連珠寶匠也沒有這等功夫。我後來查到世界上第一把訂書機是工匠親手為法國國王路易十五打造的，每一根針上都刻著國王的姓名縮寫。誰想得到訂書機竟然有皇室血統？我覺得這釘書針真是「巧奪天工」，於是指給父母親看。他們兩人對看一眼，面帶愁容，心想這孩子一定是精神崩潰了。我想是吧，因為怪事顯然發生了。那一天，我正式成了「物質迷」，而頭一個對象就是鋼。我突然對鋼超級敏感，發現它無所不在，其實只要開始留意，就會察覺確實如此。 　　 　　我在警察局做筆錄時，發現原子筆尖是鋼做的；我父親焦急等待，鑰匙圈啷啷作響，那也是鋼製成的；後來它還護送我回家，因為包住我家車子外殼的還是鋼，而且厚度比一張明信片還薄

。說也奇怪，那輛小Mini平常很吵，但我覺得它那天特別乖巧，彷彿代表鋼為下午的事向我道歉。回家後，我和父親並肩坐在餐桌前，安靜喝著母親煮的湯。我突然停下來，發現自己正拿著一塊鋼片放進嘴裡。我把不鏽鋼湯匙吸吮乾淨，拿出來看著它發亮的表面。那勺面又光又亮，連我變形的倒影都看得見。「這是什麼材質？」我揮動手裡的湯匙問父親：「還有它為什麼沒味道？」說完，我把湯匙放回嘴裡仔細吸吮，確定它是不是真的沒味道。 　　 　　我腦中湧出了幾百萬個問題。鋼為我們做了那麼多事，我們為什麼幾乎不曾提到它？這材料和我們那麼親密，我們把它含在嘴裡、用它去除不要的毛髮、坐在它裡面到處跑，它是我們最忠實的朋友，我們卻幾乎不曉得

它如此萬能的訣竅。為什麼剃刀用來切割，迴紋針卻能隨意彎折？為什麼金屬會發亮，玻璃卻是透明的？為什麼幾乎所有人都討厭混凝土而喜歡鑽石？為什麼巧克力那麼好吃？某某材料為什麼外觀是那樣子、有那樣的性質？ 　　物質構築了我們的世界 　　 　　自從那天被人刺傷之後，我所有時間幾乎都沉迷在物質裡。我在牛津大學攻讀材料科學拿到博士，主題是噴射引擎合金，接著又到全球各地最先進的實驗室擔任材料科學家和工程師。我對物質愈來愈著迷，手邊收藏的特殊材料也愈來愈多。那些樣本如今都納入我跟同事好友賴芙琳（Zoe Laughlin）和康林（Martin Conreen）共同打造的物質館裡。其中有些怪得離譜，例如美國航太總

署的氣凝膠，成分有99.8%是氣體，感覺就像固態煙霧。有些具有放射性，例如我在澳洲一家古董店很裡面的角落發現的鈾玻璃。有些很小卻重得誇張，例如要費盡千辛萬苦才能從鎢錳鐵礦提煉鑄成的鎢條。有些雖然常見卻隱含不為人知的祕密，例如具有療效的混凝土。這座物質館目前位於英國倫敦大學學院的製成研究中心，裡頭收藏了上千種材質，呈現出建構我們這個世界，從住家、衣服、機器到車輛的各種原料。你可以用它們重建文明，也可以用它們毀滅世界。 　　 　　然而，我們還有一個更巨大的物質館，裡頭收藏了數百萬種材料，這是已知最大的物質館，而且收藏數量一直呈指數成長：那就是人造品的世界。 　　 　　這是我在我家屋頂喝茶的相片。這

張相片非常普通，但如果仔細觀察，就會發現它像一份型錄，列出了建構我們整個文明世界的各種物質。這些物質很重要。拿掉混凝土、玻璃、織料、金屬和其餘材質，我就只能光溜溜的飄在空中發抖。我們或許自認為文明，但文明絕大多數得歸功於豐饒的物質。少了物質材料，我們可能很快就得和其他動物一樣為了生存而搏鬥。因此從這個角度看，是衣服、住家、城市和各式各樣的「東西」讓我們成為人（只要去過災區就知道我在說什麼），而我們用習俗和語言讓它們具有生命。因此，物質世界不僅是人類科技與文化的展現，更是人類的一部分。我們發明物質、製造物質，而物質讓我們成為我們。 　　文明世代就是物質世代 　　 　　從我們對文明發展階段的劃分

（石器時代、銅器時代和鐵器時代），就可以看出物質對我們而言有多麼根本和重要。人類社會每一個新時代都是因為一種新物質出現而促成的。鋼是維多利亞時代的關鍵原料，讓工程師得以充分實現夢想，做出吊橋、鐵路、蒸氣機和郵輪。修建英國大西部鐵路與橋樑的偉大工程師布魯內爾（Isambard Kingdom Brunel）用物質改造了地景，播下現代主義的種子。 　　 　　二十世紀常被歌頌為矽時代，是因為材料科學的突破帶來了矽晶片和資訊革命。但這個說法忽略了其他五花八門的嶄新材質，它們同樣改寫了現代人的生活。建築師運用大規模生產的結構鋼和平板玻璃建起摩天大樓，創造出新的都市生活型態。產品和服裝設計師用塑膠徹底轉變

了我們的住家與穿著。聚合物製造而成的賽璐珞催生了影像文化一千年來的最大變革，也就是電影的誕生。鋁合金和鎳超合金讓我們製造出噴射引擎，使得飛行從此變得便宜，進而加速了文化互動。醫用和齒科陶瓷讓我們有能力重塑自己，並改寫了殘障與老化的定義。整形手術的英文是plastic surgery，而plastic有「塑膠」的意思，這顯示物質往往是新療法誕生的關鍵，從器官修補（如髖關節置換手術）到美化外表（如矽膠隆乳）都是如此。德國著名解剖學家馮．哈更斯（Gunther von Hagens）博士展出人體標本的「人體世界展」，也展現了新穎的生醫材料對文化的影響，促使我們思考自己生時和死後的物質性。 　　 　　

人類建構了物質世界。如果你想了解其中奧祕，挖掘這些物質來自何處、如何作用，又如何定義了我們，這本書便是獻給你的。物質雖然遍布我們周遭，卻往往面貌模糊得出奇，隱匿在我們生活的背景之中毫不顯眼，乍看很難發現它們各有特色。絕大多數金屬都會散發灰色光澤，有多少人能分辨鋁和鋼的差別？不同的樹木差異明顯，但有多少人能說出為什麼？塑膠更是令人困惑。誰曉得聚乙烯和聚丙烯有什麼差別？但更根本的問題或許是：這種事有誰在乎？ 　　 　　我在乎，而且我想告訴你為什麼。不僅如此，既然主題是物質，是構成萬物的東西，那我愛從哪裡開始都可以。因此，我選了我在屋頂的相片當成這本書的起點和靈感來源。我從相片中挑了十種物質，用它們

來說「東西」的故事。我會挖掘這十種物質當初發明的動機，揭開背後的材料科學之謎，讚嘆人如何用高明的技術把它製造出來。更重要的是，我會說明它為何重要，為何少一物便不能成世界。 　　 　　在發掘的過程中，我們將發現物質和人一樣，差異往往深藏在表面之下，大多數人唯有靠先進的科學儀器才能略窺一二。因此，為了了解物質的性質，我們必須跳脫人類的經驗尺度，鑽進物質裡面。唯有進入這個微觀世界，我們才能明瞭為何有些物質會有味道，有些則無；有些物質上千年不變，有些一曬太陽就發黃變皺；有些玻璃可以防彈，但玻璃酒杯卻一摔就碎。這趟微觀之旅將揭開我們飲食、衣著、用具和珠寶背後的科學，當然還探索了人體。 　　 　　不過，微

觀世界的空間尺度雖小，時間尺度卻常常大得驚人。就拿纖維和絲線來說，它的尺寸和頭髮差不多，是細得肉眼幾乎看不見的人造物，我們可以用它來製造繩索、毛毯、地毯和最重要的東西：衣服。我們身上穿的牛仔褲和所有衣服都是微型纖維結構，許多式樣比英國的巨石陣還古老。人類歷史都記載衣服能保暖、庇護身體，還能穿出時尚。但衣服也是高科技產品。二十世紀發明了強韌的纖維，讓我們可以製作太空衣保護登陸月球的太空人，還有堅固的纖維可以製造義肢。至於我，我很開心有人發明了一種名叫「克維拉」的高強度合成纖維，可以製作防刀刺的內衣。人類的材料技術發展了幾千年，所以我會在書中不斷提到材料科學史。 　　10種改造世界的物質 　　

　　本書每一章不但會介紹一種新材質，還會提供一個認識物質的不同角度。有些主要從歷史出發，有些來自個人經驗；有些強調物質的文化意含，有些則強調科技的驚人創造力。每一章都是這些角度的獨特混合，理由很簡單，因為物質太多種也太多樣，我們跟物質的關係也是如此，不可能一概而論。材料科學是從技術層面了解物質的最強大、最統合的理論架構，但重點還是關於材料，而不是探討科學。畢竟所有東西都是由別的東西製成，而製造東西的人（藝術家、設計師、廚師、工程師、家具師父、珠寶匠和外科醫師等等），對所使用的材料及物質都有屬於自己的情感、感覺和運用方式。我想捕捉的就是如此豐富多樣的材料知識。 　　 　　例如，我在討論紙的那一章

用了許多角度，像快照一樣呈現，理由不只是紙有各種型態，還因為幾乎所有人都以許多方式在用紙。但在討論生醫材料的那一章，我卻鑽入了「人類物質自我」（也就是人體）的最深處。這塊領域正迅速成為材料科學的處女地，不斷有新材料出現，開啟了名為仿生學的全新世界，讓人體得以借助植入物而重建。這些植入物都經過設計，可以「聰明的」融入肌肉和血液的運作中。它們誓言徹底改變人和自我的關係，因此對未來社會有深遠的影響。 　　看不見的微觀世界影響大 　　 　　由於萬物都由原子組成，因此我們無法不談原子的運作原理，也就是人稱量子力學的理論。這表示我們一旦進入微觀原子世界，就必須完全捨棄常識，開始談論波函數和電子態。愈來愈

多材料從這個微觀尺度創造出來，而且這些材料看起來幾乎無所不能。運用量子力學設計而成的矽晶片已經催生了資訊時代，而以同方式設計的太陽能電池很有潛力只靠陽光就能解決能源問題。不過革命尚未成功，我們還在使用石油和煤炭。為什麼？在這領域有一個明日之星—石墨烯，我會試著用它來解釋太陽能發電的限制。 　　 　　簡而言之，材料科學的基本概念就是：看不見的微觀世界若有變化，那麼在人類的尺度中，物質行為也會跟著改變。我們的祖先能做出銅和鋼之類的新材料，就是因為碰巧矇到了這個過程。差別只在於老祖先沒有顯微鏡，看不見自己在做什麼，但這只讓他們的成就顯得更加驚人。比方說，敲打金屬不只會改變它外在的形狀，還會改變它內在

的結構，因此若用某種方式敲擊，金屬的內在結構就會有所改變，使它變得更硬。我們的祖先從經驗中學到了此事，只不過並不知其所以然。人類的材料知識從石器時代開始就不斷累積，但直到二十世紀才掌握了物質的真正結構。然而，蘊含在鑄鐵和其他工藝裡的經驗知識依然重要，而本書提到的物質也幾乎都是經由我們手腦並用才發現和認識的，因此認識物質不只要靠腦袋，也靠雙手。 　　 　　人在感覺和生活上都和物質建立了關係，這帶來了許多奇妙的結果。有些物質雖然有瑕疵，我們卻愛不釋手；有些材料很實用，我們卻深惡痛絕。就拿陶瓷來說吧。陶瓷是餐具的原料，我們的杯碗瓢盤都是陶瓷做的，無論住家或餐廳，少了陶瓷就不完整。 　　 　　人類從幾

千年前發明農耕以來就在使用陶瓷，然而陶瓷用久了容易有缺口、發生龜裂，甚至在不該破的時候摔得粉碎。我們為何不改用更堅固的材料，例如塑膠或金屬來製作碗盤和杯子？陶瓷在物理上有這些缺點，我們為何還對它不離不棄？許多領域的學者都在問這個問題，例如考古學家、人類學家、設計師和藝術家，但有一門學科專門有系統的研究人對物質的感官反應，並且發現了許多有趣的現象，那就是精神物理學。 　　 　　例如針對「酥脆感」所做的研究顯示，我們覺得某些食物好吃與否不只跟味道有關，還跟品嘗時的聲音有關，兩者同樣重要。這讓不少廚師受到啟發，開發出具有音效的餐點，而某些洋芋片商更進一步，不僅讓產品更酥脆，還讓包裝更會發出聲音。我在

介紹巧克力那一章會討論物質的精神物理學意含，同時說明物質的感官性一直是幾百年來人類發明創造的主要動力。 　　 　　這本書當然無法涵蓋所有物質，也無法盡述物質和人類文化的關係，而是概略介紹物質如何影響我們的生活，並且闡述即使單純如在屋頂上喝茶的活動，也必須倚賴複雜的物質網絡才能進行。各位不必到博物館就能領略歷史和科技如何推動人類社會，它們的影響此時此刻就在你身旁四周，只是我們多數時候視而不見。我們必須視而不見，因為要是我們整天用手指滑過水泥牆面，一邊發出讚嘆，肯定會被當成瘋子。但在某些機緣下你會陷入沉思：我在地鐵站被人刺一刀的那一刻，就屬於那樣的機緣，而我希望這本書也提供這樣的機緣，能讓你走進神

奇的物質世界。 　　 　　（摘自本書前言）   2 值得信賴的紙 紙在我們日常生活中太普遍了，讓人很容易忘記在人類歷史上大多數的時候，紙都是稀有的奢侈品。 我們早晨醒來睜眼就會看見牆上有紙，也許是海報或印刷品，甚至就是壁紙。我們走進浴室執行晨間的例行公事，通常會用上幾張衛生紙。這東西要是沒了，可會立刻變成大危機。 我們走到廚房，紙以五顏六色的盒子出現在這裡，不只裝著我們早餐吃的燕麥片，還充當響板，哼著快樂的早安曲。我們的果汁也裝在上蠟的紙盒裡，牛奶亦然。茶葉裝在紙袋裡，這樣才能用熱水沖浸，而且容易從熱水中取出。過濾咖啡用的也是紙。 早餐過後，我們或許會出門迎向世界，但此時很少不帶著紙做的鈔

票、筆記、書本和雜誌。就算沒有帶紙出門，我們也很快會拿到：紙做的車票、報紙、零食包裝，還有買東西的發票。 大多數人的工作都會用到大量的紙，雖然一直有人提倡無紙運動，可是從來沒有形成風潮，而只要我們還信賴紙張，拿它來儲藏信息，無紙環境就沒有實現的一天。 午餐會用到紙巾，少了它，個人衛生就會嚴重惡化。 商店裡到處都是紙標籤，少了它，我們就不知道自己買了什麼、價格多少。我們買的東西通常都會裝在紙袋裡，讓我們輕鬆帶回家。 到家後，我們有時會用包裝紙把買來的東西包好當成生日禮物，附上一張紙做的生日卡片，並用紙做的信封裝好。在派對上拍了照，我們偶爾會用相紙沖印出來，創造可留存的回憶。 上床前，我們會讀讀書

、擤擤鼻子，最後上一次廁所，跟衛生紙肌膚相親互道晚安，然後沉入夢鄉（搞不好會做惡夢，夢到世界上突然沒有紙了）。所以，紙這東西我們現在習以為常，但它到底是什麼？ 化身為筆記本 雖然筆記紙看起來平整、光滑、毫無縫隙，不過這只是假象。紙其實是由一大群極微小的纖維壓疊而成的，就像乾草堆那樣。我們感覺不到它的複雜結構，是因為紙在微尺度下加工過，所以觸感上摸不出來。我們覺得紙很光滑，就和我們從太空中看地球覺得地球很圓，近看才發現滿是山巒谷地一樣。 大多數的紙張都來自於樹木。樹能昂揚挺立，靠的是纖維素，這是用顯微鏡才看得見的細小纖維。纖維素憑藉稱為木質素的有機黏著劑相互接合，形成極為堅硬強韌的複合體，可以留

存數百年。

台灣太陽能企業之競爭優勢個案研究

為了解決屋頂型太陽能英文的問題，作者劉公博 這樣論述：

太陽能產業是近10幾年來新興的產業，相較於台灣的傳統產業，屬於與國家政策依存度高度相關，且尚需由政策扶持發展之產業，此現象於世界各國亦然。因此，對一個尚在發展中的產業而言，因其市場的趨勢仍在持續變化當中，造成獲利方式無法穩定，因此大量企業陸續倒閉。本研究藉由深度訪談法，以波特之五力分析模型及SWOT優劣勢分析，對太陽能企業及個案之競爭優勢進行分析。根據本研究發現，專家學者針對個案公司共同的意見為工廠智慧化生產使產品品質一致性高、上下游垂直整合度高...等，經由現況觀察，個案公司之經營成效亦已逐漸展現，由五力分析及SWOT競爭策略矩陣分析的結果，可發現目前個案企業的最大競爭威脅來自於國內同業的

競爭及東南亞與大陸合資企業的外部競爭，而由SWOT策略分析中的ST緩衝策略建議，個案企業建議可朝新型態能源發展，與其他同業做出差異化競爭優勢，或可將威脅轉化為優勢，並採取積極的SO策略進行加強，例如擴展模組回收經濟及開發儲能商機，使企業維持競爭優勢，並能配合政府的2050年零碳計畫持續發展。