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改變世界史的12種新材料：從鐵器時代到未來超材料，從物質科學觀點看歷史如何轉變

為了解決氦氣價格的問題，作者佐藤健太郎 這樣論述：

  科學與文明的化學反應、材料與歷史的物理變化 日本獲獎科普作家佐藤健太郎解析撰述 鐵、橡膠、膠原蛋白……等十二種材料 如何轉動時代之鑰、開啟改變歷史的關鍵時刻   從材料科學角度建構全球史！ 本書介紹12種你最熟悉，卻未想過他有扭轉世界歷史能力的材料。 世界的變化快速，我們日常生活中的音樂載體即是一例，自戰後從唱片到CD登場後不久就讓出了寶座，至今由網路的串流及影片網站取代，急速消失。變化難以預測。作者認為世界如此快速變化，最重要的關鍵就是「材料」。自石器時代、青銅時代、鐵器時代至今，這些名詞證明了材料的出現是文明邁向新階段的關鍵。回到唱片的例子，最早的唱片是以蟲膠製成

，五○年代由於更加耐用便宜又易於量產的聚氯乙烯（PVC）唱片出現，使得流行樂的巨大市場成形。 推動歷史的材料有很多種，既有大量普及的材料，也有被競相爭奪的稀有材料，有自然和加工的材料，也有人工材料。本書選出其中十二種並介紹相關的歷史，希望能和讀者一窺材料才是打開時代之門的鑰匙。   ▌人人都愛黃金，但卻「不實用」 黃金是最為人渴望，也是集歷史於浪漫於一身的存在。黃金在牙醫治療或是電子上的用途都是很後期才被開發的，古代的黃金，如同希臘神話邁達斯國王點石成金故事所說本身毫無用處，主要是作為裝飾和貨幣，後者是最重要的用途。作者從神話切入，並介紹了黃金在日本的歷史，以及人類對黃金的追求，如淘金熱、西班

牙對印加帝國的征服，還有煉金術從現代化學的角度來看，要在燒瓶裡轉換元素是不可能的，但數千年的鍊金術發展中也發現了許多化學物質，磨練出基本化學實驗技術，化學進步後也才發現了黃金的新用途：導電。 作者也介紹了黃金的化學特性、作為貨幣的變化。今日的黃金已不再作為貨幣，但在人們心中仍是高價而保值的金屬，寄託著人類的想像。黃金卻造就了它吸引人目光的無限魅力，甚至成為計量「價值」的重要素材。   ▌從黏士到堅硬材料，陶器成為人類生活最重要的存在 陶瓷器的燒製是考古學者判斷文明的指標，也是自古便為世界各地人們常用，至今仍是生活裡被廣泛使用的材料。目前考古所知最早的燒製品是在中國湖南省出土，大約一萬八千年前的

土器。日本則是在冰河期結束時開始使用。各種形式的燒製品有助於水以及食物的儲存和調理，大幅提升人類的繁榮。 作者從化學變化來解釋為什麼黏土經過高溫能變得更加堅固耐久，並介紹了中國低溫燒製的陶藝技術（秦俑、長城磚塊）還有為了取得燃料過度砍伐森林對環境的影響，並從釉藥的進步再帶到白磁在中國和歐洲瓷器頂點梅森瓷器的起源，最後提及現代科學技術和陶瓷材料。伴隨人類超過萬年的陶瓷器，作為材料還隱藏著各式各樣的潛力。   ▌膠原蛋白不只留住青春，還在戰場上保你一命 經歷多次的冰河期以及必須跨越寒冷地域旅程的人類，在很長的時間裡唯一的防寒衣物是動物毛皮。毛皮要能使用必須經過加工，鞣製過的皮革具有柔軟度，能保溫且

輕盈，即便在有許多替代材料的今天依然很受歡迎，其祕密就在皮主要成分的膠原蛋白上。 作者從生物化學角度介紹膠原蛋白的特殊結構和重要性，膠原蛋白約占人體的三分之一，但和其他蛋白質的構造以及功能不同，主要是位於細胞外，發揮連結的作用，也是皮能維持柔軟彈性的原因，也是骨頭和肌腱的主要成分。骨頭是舊石器時代人類重要的硬質材料之一。蒙古帝國征服世界所使用的複合弓是在木製弓內側貼上動物骨頭或肌腱來加強彈性和硬度。貼合兩者的明膠、也是由膠原蛋白而來。除此之外，膠原蛋白也用在底片的塗料上。 今日由於對野生動物的保護意識和替代材料的開發，皮草皮革不再像以前那樣常見，底片也被數位相機取代。但膠原蛋白作為美容、醫療修

補，還有生物醫學植入材料受到矚目。若說由植物產生的材料中最重要的是纖維素，那麼動物材料裡最重要的就是膠原蛋白。   ▌運用最廣泛的金屬王者 鐵是材料之王。但鐵本身是柔軟的白色金屬，需要和其他金術製成合金才能擁有堅硬的優點，且容易鏽蝕，融點高達一五三五度，需要一定技術才能加工。鐵的優勢在於（和其他金屬比較下）易於取得。如果黃金的是稀少尊貴的代表，鐵就是能廉價大量生產的代表。 為什麼鐵的存在數量比其他金屬多？作者認為解答在核物理學中。人體由許多元素構成，包括碳、氧還有鐵等元素。這些元素是從星星而來。像太陽這樣的恆星內部超過一千萬度以上的高溫裡，核融合產生新的元素，我們的太陽中進行的是氫的融合，產生

了氦。更加古老而巨大的恆星中則有更重的原子融合出更重的元素，但並非永無止境。元素合成的界線就是鐵，是最安定的存在。地球上的重金屬還有人體中的重元素，可以說都是星星的碎片。現在的宇宙最多的仍是氫元素，和排名第二的氮元素總和大約佔全宇宙百分之九九點八七。但經過數百億數千億年後，鐵的比例會逐漸增加，最後變成都是鐵素的寂靜空間。 後半作者以鐵合金中最重要的鋼為切入，從西臺人和鐵的歷史說起。西臺人因鍛造鐵器而興盛，衰亡可能為了鍛造而跟過度砍伐森林有關。另一假設是西臺人為了尋求森林資源東進，後被稱為韃靼人。西臺帝國以及製鐵技術擴散的歷史還有很多疑問尚待證明。後半則是介紹日本刀的鍛造，還有不銹鋼的歷史。 從

西臺以來人類進入鐵器時代，恐怕鐵會持續材料之王的寶座直到人類消亡。   ▌纖維素造就了傳播之王 纖維素是地球上最大量的有機化合物，全球植物每年共可產出一千億噸。這樣大量的素材實際已被人類廣泛運用，從布料、食品、藥物錠劑都有纖維素，其經過化學加工後在高科技製品中也是不可缺的材料。但生活中最常間的纖維素製品應該是紙。 本章中作者從蔡倫的發明談起，蔡倫發明的紙重要性在於不但原料價格低廉，品質亦大幅提升，使得文化易於保存和傳播，並使中國能發展出書法等藝術。科舉制度能持續到二十世紀，紙的存在也功不可沒。作者從化學角度解釋纖維素的強韌和特點，並介紹了製紙技術在日本的發展以及和紙的特點，還有製紙技術因怛羅斯

之役傳到西方，以及印刷術的發展等。 纖維素作為主要知識和情報載體的王者地位，直到二十世紀後半才因磁性紀錄載體的出現而受到威脅。但陪伴人類兩千年的紙，作為材料也出現了大進展，那就是奈米纖維素（Nanocellulose）的出現，具有輕量而高強度的特點，混合其他材料可能製作出能通電的紙。雖然目前仍有成本高昂的缺點，未來的應用範圍相當廣泛，或許會成為今後社會發展的關鍵吧。   ▌千變萬化的碳酸鈣   若説鐵是材料的王者，碳酸鈣就是大明星。碳酸鈣來自石灰岩，即便是資源貧乏的日本也相當豐富。從教室裡的粉筆到食品添加物，濕壁畫的使用材料，碳酸鈣用途廣泛，在藝術上嘉惠人類良多。作者從地科角度說明碳酸鈣在地球

大量存在的理由。地球誕生時大量二氧化碳溶於海水，並和海底火山噴發的鈣元素結合，這讓地球大氣裡的二氧化碳比例下降，降低氣溫。和地球大小和質量類似的金星就沒那麼好運，海洋在吸收二氧化碳前就被蒸發，結果殘留大量二氧化碳，溫室效應讓溫度高達四百度以上。 石灰和木灰是最易取得的鹼性材料。粉碎的石灰石或貝殼經燒過後的生石灰具有殺菌效果，且能用來照明。石灰能調節土地酸鹼，是糧食生產的重要物質，也能用在防止病蟲害上。宮澤賢治也曾為推廣石灰的使用而奔走。但石灰最重要的用途是作為水泥，能用做建材，其中最能有效利用的就是羅馬人。條條大路通羅馬，固定大路表面的石板還有各種公共建築的都是水泥。 後半段作者則將重點放在海

洋生物。地球誕生時融入海水的二氧化碳也對海生物造成的影響，形成他們禦敵的硬殼。現在能有那麼多大量便宜的攤酸鈣能使用，也是受惠於當時的海中生物。然而碳酸鈣產物也有高價品，即是珍珠。作者在此介紹了珍珠的歷史、日本養殖業的發展，最後提到珊瑚礁和地球暖化危機。   ▌編織出帝國的柔軟素材 作者回憶小學時社會科背誦的地圖符號裡有「桑田」記號，由於當時周遭環境裡已經看不到桑田，作者一直對這個記號抱著疑惑。在昭和初年，桑田面積占日本農地四分之一，大約四成的農家養蠶，這也對日本農家建築和習俗產生影響。『日本書紀』和中國神話都顯示絹很早就出現在人類歷史中，也影響到日本的漢字。 絹觸感光滑，帶有光澤且耐用，並具有

透氣性且能保溫，理由是其成分絲蛋白的性質以及製程上。作者從化學結構和纖維形狀來解釋原因，並介紹絲路的歷史、以及日本從平安朝到現代的養蠶取絲歷史，包括蠶的品種改良、製絲工廠在日本現代化過程的角色。在化纖取代蠶絲的現在，桑田的地圖符號已在二零一三年廢止，科技也將目標轉向蜘蛛絲的利用，或許也可能有強化蠶絲的出現。   ▌運動與交通的世紀革命 二○一七年富比世公布的運動員收入排行榜裡，前百大中球類運動就占了九十名。風靡全球的球類運動裡，許多是在十九世紀後半誕生。這些運動中，比如足球擁有悠久歷史，棒球最初的比賽方式和現在完全不同，但都在差不多的時期裡大幅發展，作者認為這是因為品質優良的橡膠普及，讓球本身

能大幅改良且有穩定品質的緣故。作者接下來介紹了天然橡膠的產生，並從化學結構來說明橡膠有彈性的秘密。哥倫布第二次航行中發現橡膠並帶回歐洲， 英國化學家發現他能擦去鉛筆字跡。但橡膠能被廣泛使用，則是在固特異發明硫化處理使得汽車發明產生交通革命。作者再次提起材料和時代的關係性，他認為如果是中國道士取得橡膠，或許是否也能發明加硫法，若是把橡膠交給羅馬人，是否能讓幫助羅馬帝國更加擴張。想像各種可能，也是一種樂趣。   ▌地球兩端的吸引，開發了強力磁鐵的應用 為什麼磁鐵能吸引鐵的謎直到二十世紀才被解開，最簡單的說法就是電子旋轉產生磁性。電子的旋轉方向有兩種，一般物質中兩者數量相同，抵消了磁力，但由於鐵的原

子構造特殊，無法抵銷，因此產生磁性。人類發現磁鐵時間尚無定論，中一個說法是遊牧民族的鞋或拐杖上的鐵製品吸住了黑色的磁石，而發現了天然磁鐵。最早利用磁鐵的是中國人。作者在此介紹了指南車和「天子南面」的由來，還有鄭和下西洋的歷史，以及古代人因磁石「偏角」現象產生的困擾。伊能忠敬在一八一七年繪製出正確的日本地圖，他的仔細測量是最大的因素，但也受惠於當時日本附近的偏角近乎於零的運氣。 作者接下來介紹了物理學上第一部闡述磁學的專門著作《論磁石》，再從地球的地磁場延伸到近代電磁學的誕生以及在記錄媒體上的應用。最後則介紹了近代日本對強力磁鐵的開發。 ▌人類在天空遨翔的最大功臣 鋁是地球上非常普遍的元素，在地

表上的含量僅次與氧和矽，排行第三。但由於鋁和氧的結合太強，長久以來都是以氧化狀態存在，直到一八二五年才首次被提煉成金屬。具有輕盈、合成後有能有一定強度的優點，鋁作為金屬被人類使用的歷史卻只有兩百年左右，直到二十世紀才確立了量產方式而被廣泛使用。 作者本章中介紹了鋁的歷史，丹麥化學家成功提煉出鋁，以及法國拿破崙三世對鋁的熱愛，還有十九世紀分別成功提煉出鋁的美國科學家。並從化學角度解釋鋁為何輕盈、以及如此容易氧化的元素為什麼位是不易鏽蝕的材料，以及鋁在飛機製造上的應用等等。 ▌無所不在的塑膠改善了人類的生活也污染了未來 作者幼年裝著果汁的玻璃瓶，在一九八二年的食品修正法後被塑膠取代。輕盈，耐用，價

格低廉又容易形塑和上色，還可製作出不同的強度跟機能，塑膠取代了許多素材被應用在今天的日常生活、甚至航太用途上。而最早察覺到塑膠的人是誰呢？作者從工匠獻杯給羅馬皇帝的故事推測，那個不會粉碎的玻璃杯說不定就是塑膠材質的。作者引用日本工業規格的定義，塑膠是一種以高分子物質為主原料以人工製成各種用途的固體，並從分子和化學結構來說明這個定義，並介紹人工合成樹脂的歷史，從十九世紀的硝化棉、到二十世紀確立高分子的概念，到尼龍、聚乙烯的發明以及量產。最後提及塑膠的未來發展以及海洋污染的問題。   ▌影響近代科技最主要的元素：矽 僅僅一個世代，電腦就從企業或是研究機構裡的巨大機器化身為智慧型手機，成為日常生活的

一部份，這數十年來的社會變化，也有許多和電腦有關，因此矽是代表現代社會的材料。 在過去，人類也為了精密計算打造出各種工具，作者從古代希臘人打造用來計算天象的安提基特拉機械開始介紹，談及十七世紀著名的數學家帕斯卡、萊普尼茲設計過齒輪式的計算機，被視為電腦先驅巴貝奇的計算裝置開發、到真空管電腦的誕生。但電腦能發展成今日的樣貌，還是因為矽。 矽和氧是週期表上下相鄰的元素，性質類似，但在生物界幾乎沒有矽的存在。作者從此出發介紹矽的特性、化學構造以及用途，還有半導體從鍺到矽的發展過程，以及對電腦、人工智慧等產業的影響。  

氦氣價格進入發燒排行的影片

廢棄污泥做成製程排氣除污利器之研究

為了解決氦氣價格的問題，作者高慶揚 這樣論述：

半導體工廠的污染產出無可避免，尤其在日益提升的環境保護觀念之下，改善及降低污染顯得更急迫更重要。倘若能夠利用工廠生產過程中所產生的廢棄物，加工處理後當作製程廢氣的過濾裝置，那無疑一舉兩得，使廢物變黃金，兩邊同時減廢，若還能兼具節能的效果，那將會是極為值得研究的課題。本研究利用半導體工廠廢水廠產出的氟化鈣污泥，製成選擇性中孔洞材料與觸媒，將之置入製程排氣管道中吸附HMDS及當作廢氣焚化爐的催化劑，最終將可達成上述成效，解決半導體工廠廠務端的長期困擾。本研究是以溶膠-凝膠法來製備奈米級選擇性中孔洞材料，由於含有CaF2，簡稱為CF-MCM，此選擇性中孔洞材料用來專門吸附HMDS及silane等高

沸點VOCs（Volatile Organic Compounds）。另在製備CF-MCM的過程中加入硝酸鐵製成觸媒，簡稱為Fe-CF-MCM，用以當作焚化爐內的催化劑，不但可以降低焚化爐的燃燒溫度，還同時提升VOCs的裂解效率。新製材料在使用前必然需要妥予實驗其適用性。取坊間最具代表性的中孔洞材料MCM-41當作比對標的，用來比較新製材料的物化特性。並架設VOCs及HMDS之連續反應實驗系統來測試新製材料的吸附功能及適用性。CF-MCM材料需具備高比表面積與高孔洞體積等特性，也需要具有良好的吸附HMDS等高沸點VOCs的能力。Fe-CF-MCM觸媒由於本身也是孔洞性材料，因此同樣必須檢視其特

性，並做壽命測試。本研究預期的效果是消納廢棄物、降低擾人的高沸點VOCs處理問題、降低沸石轉輪與VOCs焚化爐的維修負擔、同時又能達到節能效果。完成上述實驗後還必須在工廠實地做小型測試，驗證可行之後兩種新材料才能真正上線使用。

看得到的化學：美麗的元素：最美的第一堂化學課，讓你反覆翻閱、讚嘆欣賞的化學元素圖鑑。

為了解決氦氣價格的問題，作者大嶋建一 這樣論述：

　　出版《大人的科學》等科普書權威「學研Plus」出品、筑波大學名譽教授監修， 　　集合化學元素拍攝、解說生活應用的超精美圖鑑！ 　　日本bookmeter網站97%★★★★★絕讚好評 　　本書從元素週期表的第一個「氫」開始，介紹目前已知118種元素的 　　性質──硫很臭？其實無味。煙火很美，是哪些金屬燃燒後產生的鮮豔火焰？ 　　歷史──為什麼天文學家會發現化學元素？哪個元素是解開恐龍滅絕之謎的線索？ 　　應用──手機螢幕為什麼能透明又導電？什麼元素從單車、飛機到火箭都用到？ 　　獨家搭配無以倫比的美麗照片： 　　氧化的鉍綻放彩虹光澤、菱錳礦美到有「印加玫瑰」之稱…… 　 　　◎看過這本

書，你拿到週期表不再死背，而是慢慢欣賞： 　　‧元素的起源，從宇宙誕生談起： 　　138億年前宇宙誕生後，最初的元素「氫」出現了。 　　之後恆星進行核融合反應，許多元素出現。但為何不會產生比鐵還重的元素？ 　　‧看懂週期表──學會化學的第一步： 　　週期表的化學符號是用什麼順序排列？ 　　週期表相當於化學世界的地圖，我們能根據某元素在週期表上的位置， 　　在某種程度上明白其化學性質。（所以化學不用背！） 　　◎不只是化學，更是你我的生活應用： 　　‧大量存在於太陽系中，地球上卻很稀有的「氦」： 　　從飛船、磁振造影檢查到磁浮列車都用得到氦， 　　但發現它的竟然是天文學家，而非化學家。 　

　‧製造硫酸的主角「硫」： 　　其實硫本身無臭無味？那溫泉的刺鼻味哪裡來？ 　　切洋蔥時會流淚、臭鼬放出的刺激性液體都和硫有關。 　　‧強度高、耐腐蝕、又耐熱的「鈦」： 　　鈦常製成電腦機殼、防晒乳等，且因人體不排斥，可製成人工關節。 　　「二氧化鈦光觸媒」能靠光的能量去汙，因環保、實用而受注目。 　　‧有殺菌效果的貴金屬「銀」： 　　銀自古即作為貨幣和飾品使用，也被用來驗毒。 　　現代甚至能應用在相機底片、甜點的裝飾、抗菌劑上。 　　‧表示一秒基準的「銫」： 　　目前的一秒時間，是依據銫原子的震動頻率為基準定義。 　　放射性同位素銫-137，是2011年福島核災的主要外洩物質，半衰期達

30年。 　　‧在極低溫下成為超導體的「鉍」： 　　銀白色的鉍金屬氧化後竟呈現彩虹光澤？ 　　自動消防灑水器、胃潰瘍藥劑都會用到它。 　　你一定不知道，遊戲機PS2狂賣竟然在剛果引發戰爭？這和某些金屬有關； 　　到了21世紀，鍊金術不再是騙術？只不過鍊金成本比黃金價格還高。怎麼鍊…… 　　當你發現這些元素的綺麗身影，就能看見這個世界的變化多端。 名人推薦 　　國立臺灣師範大學化學系副教授／李祐慈　審定 　　國立清華大學生命科學系助理教授、泛科學專欄作者／黃貞祥 　　國立臺灣師範大學化學系主任／林文偉     

以Play Fairway Analysis評估大屯火山群地熱潛能區位

為了解決氦氣價格的問題，作者陳彥如 這樣論述：

地熱能可永續利用，並且具有價格低廉及抵抗天災能力強等特性，為極具開發潛力的綠色能源。台灣位處太平洋火環帶，相關火山活動形成豐富地熱資源，其中位於北部的大屯火山群地熱蘊藏潛能更為優越。然而地熱探勘風險相當大，如何降低探勘成本、提高鑽井成功率是近年來所追求的目標。 Play Fairway Analysis為一種探勘方法，利用相關資料分析探勘要素之存在與否及有效程度，並製成風險區位圖，目的即量化、降低探勘鑽井的風險及不確定性。地熱資源形成須具備的要素：熱源、裂隙、流體，本研究針對其中的熱源及裂隙做討論，故蒐集大屯火山群可反映這兩個要素的研究資料，熱源圖層利用地溫梯度、地表溫泉溫度、氦同位素

比值、溫泉露頭點、熱水換質帶及空中磁測所判釋之火成岩體資料；裂隙圖層利用斷層、微斷層分布及線型構造資料。將資料以ArcGIS軟體做處理，點資料以反距離權重法做內外插値，並且依據每個因子的重要程度，以層級分析法給予不同的權重，分別建立出熱源及裂隙的潛能圖層。其中，熱源準確性圖層則是為了確認點資料空間分布狀況，以資料點的影響半徑做為準確性劃分依據，修正部分無資料點位置的可信度。最終把熱源潛能圖層與裂隙潛能圖層疊合，以分數概念來量化潛能大小評估出潛能區位。 整合結果顯示，較有潛力之區位依序為小油坑、硫磺谷、馬槽、大油坑地區；但若考慮國家公園法之限制下，排除國家公園範圍後，較有潛力的區位則位於雙

重溪下游及大埔兩處。再將流體酸鹼值所影響之發電成本考慮進去，則建議國家公園內以馬槽地區為首要開發位置，國家公園範圍外的地區則以雙重溪下游為目標。而這些潛能區位也與前人研究結論相符，顯示Play Fairway Analysis所分析出來的結果是具有可信度及可行性，故建議此方析法可應用在台灣其他亦具有地熱潛能的地區。