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未來黑科技通史 版權信息
- ISBN：9787504694584
- 條形碼：9787504694584 ; 978-7-5046-9458-4
- 裝幀：一般輕型紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：
未來黑科技通史 本書特色
作為“21世紀支柱性高新技術”之一的新材料技術正在徹底顛覆人類世界；本書將帶你了解“萬能新材料”石墨烯的革命性意義，洞悉智造產業機遇與挑戰，把握現代科技變革與人類文明演進趨勢。 美國航空航天局（NASA）杰出成就獎得主、納米技術領域硬核科學家聯袂合著，美國科學促進會會士、世界科幻類圖書大獎雨果獎、星云獎得主推薦
未來黑科技通史 內容簡介
洞悉智造產業機遇與挑戰 把握現代科技變革與人類文明演進趨勢 腦機接口能否讓飛行員僅憑大腦操控飛機，為士兵配備力量和速度是人體四肢5~10倍的機械骨骼？ 只要攜帶3D打印機和特殊材料，就能在月球或火星“復制”出適應獨特環境的生命支持系統？ 以石墨烯作為骨架，添加生物分子，就能形成類器官，甚至催生出賽博世界中的改造人？ 智能服裝不僅能根據指令控制溫度、變換顏色，還能嵌入傳感器，隨時反饋全身生理診斷信息？ 暢想一下在不久的將來，我們生活中的所有物品都將是多功能的，《星際迷航》《銀翼殺手》《頭號玩家》等科幻電影中的未來世界甚至也會成為現實，而這一切都要歸功于性能特殊、可變形、可編程的新型材料——石墨烯。 作為當今科學界和產業界當之無愧的“明星新材料”，石墨烯是一種單片厚度只有一個原子大小的二維碳材料，它擁有無與倫比的特性和巨大的應用價值，在現代信息產業、航空航天、國防軍工、生物醫學、能源與環境等領域都將帶來顛覆性的技術變革，幾乎覆蓋人類的一切活動領域。 在《未來黑科技通史》這本跨越科學、經濟、歷史的作品中，NASA物理學家萊斯??約翰遜和納米技術領域科學家約瑟夫??米尼將帶你俯瞰一整部新材料科學發展史，你可以把握近幾十年來令人興奮的創新浪潮，前瞻式了解石墨烯在人工智能、星際探索、基因工程、腦機接口等前沿領域正在創造的奇跡，深刻洞察現代文明即將面臨的嶄新紀元。
未來黑科技通史 目錄
**部分 發現與爭議
第1章 碳，隨處可尋的碳！
德謨克利特的蘋果與原子論
自然界的任何分子，人類都能合成
碳原子的魔術：將苯變成石墨烯
空心“球”富勒烯：藏在眼皮底下的化學物質
剝下單一的碳原子層
第2章 碳基納米材料的認知之旅
“碳科學女王”的故事
碳研究的爆炸式發展
為什么碳纖維被商業化，碳納米管卻無法上位？
石墨與更小、更高效的電路：納米晶體管技術小史
**個富勒烯模型——成功沖擊諾貝爾獎的模型
第3章 “玩樂時間”里的意外產物
“透明膠帶萬歲！”
誰才是石墨烯的*早發現者？
第二部分 融入我們的生活
第4章 正在崛起的神奇材料
從鋁的往事說起
在家都能制造的萬能材料
如何解決存儲的難題？
細胞之敵：有毒的新材料
改造人的未來不是夢
第5章 即將成為快消品？
其他材料的失敗之處，正是石墨烯的成功之所 136
從輪胎到襪子，石墨烯將無處不在
第6章 石墨烯超級電荷
比銀還完美的超導體
化石燃料的替代品
一個褶皺，把石墨烯變成半導體
第三部分 新材料的功與過
第7章 顛覆性創新簡史
激光、微處理器和互聯網
高溫超導體的滑鐵盧
冷核聚變：20世紀*后10年的熱潮
塑料改變世界，石墨烯也將如此
第8章 從實驗室到市場，石墨烯的應用之路為何如此艱辛？
來自經濟學定律的狙擊
舊材料有效，而且我們用過
這是一場專利之戰
第四部分 未來黑科技已來？
第9章 太空中的石墨烯
與航天儀器合為一體的未來宇宙飛船
想在有生之年抵達恒星，你一定需要石墨烯太陽帆
太空電梯與太空級3D打印機
第8章 從實驗室到市場，石墨烯的應用之路為何如此艱辛？
來自經濟學定律的狙擊
舊材料有效，而且我們用過
這是一場專利之戰
第10章 石墨烯生控體系統
我們都是賽博格
能夠檢測DNA的傳感器，將讓早期癌癥無所遁形
腦機接口：從操控機械臂，到制造性高潮
第11章 決戰元素周期表
可編程材料讓納米機器走進人體
天然與人造的“烯”家族
親歷一次人類文化的終結
后 記
致 謝
附 錄
展開全部
未來黑科技通史 節選
第10章 石墨烯生控體系統（節選） 能夠檢測DNA 的傳感器，將讓早期癌癥無所遁形 現在回想一下我在前面對如何利用DNA 重組制造人工胰島素所做的簡要介紹。這個過程可不是隨意而為的。美國大約有300 萬人患1 型糖尿病，而在全球范圍內，這個數字可能增至7 000 萬人。生產足量的胰島素來維持所有患者的生命和健康是一項重要使命，只有讓胰島素達到工業級產量才能滿足這種需要。不難想象，我們可以借助萊波雷的發現，在石墨烯生產中應用胰島素的制造方法：先利用DNA 重組技術找出制絲過程中加入石墨烯的*佳途徑，再改進制造工藝， 然后將這種制造工藝轉化為大規模生產。 與此前介紹的種種方法相比（如化學氣相沉積法、工業強酸氧化法， 或者雇用數千人用膠帶把石墨烯從鉛筆芯中分離出來），現在這種方法聽起來自然要簡單得多。本書前面探討過的許多應用，特別是第5 章中談及的應用，也許有一天能夠通過工業化的蜘蛛紡絲技術實現。現在讓我們將注意力從蜘蛛絲轉向其他纖維，也就是服裝中使用的纖維。 一百年前的人們不會想到，今天的科學家們已開始與時尚行業聯手合作，共同開發嵌入石墨烯強化電子產品的服裝，這種服裝可以根據穿著者的呼吸模式或其他生理變化產生發光反應。具體而言，這些自供電的傳感器與低功率的LED 燈相連，可以依據呼吸模式的改變， 控制燈泡顏色的變化。如果你在休息，且呼吸不太深，那么燈泡可能會顯示藍色；當你步行并開始中等強度的鍛煉時，燈泡可能會發出綠色的光；在你早上工作的時候，燈泡則可能會開始閃爍黃色或橙色的光；總之，燈光的顏色任你設定。如果通過低功率的藍牙將這套設備與下一代智能手機、智能手表或其他健康監測設備相連接，你就可以獲取全身生理診斷信息。 對于那些只想擁有*新健康監測設備的電子迷來說，這只不過是一件新奇有趣的事情，但對于醫學界而言，能夠為那些面臨各種疾病風險的患者評估身體狀況，則是具有重大意義的事情。具體來說，患有心臟疾病的老年患者以及可能因慢性阻塞性肺病（COPD）、肺結核或其他呼吸道疾病而危及呼吸的患者，可以通過一個實時智能連接系統與云端相連，對步速進行自我監控。當他們達到自己的體能極限時， 這個設備會發出報警提示。 更常見的場景可能是（至少對我們當中的某些人來說），我們會聽到自己的個性化人工智能運動教練對我們說：“加快步伐！照你現在這速度，今天的目標就別想實現了！加油！” 不難想象，不同類型的傳感器可能會嵌入到我們的衣服當中，其作用可不限于測量呼吸速率那么簡單。血氧水平如何？血糖呢？有沒有可能患上了某種傳染病？ Siri 將來或許能夠提醒我們：“你剛剛接觸了病毒性腦膜炎。請立即就醫尋求治療！” 讓我們從石墨烯功能服裝跳轉到經石墨烯賦能后的醫學和人類學，并探討其中存在的種種可能性。 當得知自己的幾位祖輩都曾患有相同或相似的疾病時，你是否會擔心自己的健康呢？你的家族是某種癌癥的易患人群嗎？你想知道自身攜帶的基因是否會讓你和你的子女在未來面臨色盲、糖尿病或自閉癥的風險嗎？石墨烯強化傳感器也許能幫上忙。 印度和日本的科學家正致力于開發石墨烯晶體管，以檢測有害基因。這種傳感器可在DNA 雜交過程中發揮作用，當“探測DNA”與互補的“目標DNA”結合時，科學家便可檢測出有害基因。在這種結合或雜交發生的時候，探針的電性能便會發生變化。這個過程無需石墨烯也可實現，但會需要幾個中間步驟，還會用到其他材料和工藝。也就是說，整個過程十分復雜。但是應用石墨烯之后，研究人員便可跳過這些中間步驟，提高這項技術的整體效率。 但是，那些難以發現的疾病又該怎么辦呢？這些疾病往往發現得太晚，來不及治療。我們都有過朋友或家人遭受癌癥折磨的經歷， 如果幸運的話，腫瘤會在早期被發現，它們還沒有長得過大，或發生嚴重擴散，患者的存活率會大大提高。不幸的是，由于癌細胞與普通細胞十分相似，我們的免疫系統無法有效對抗它們，以致通常在我們發現它們時，已為時過晚。我遇到過一個案例：一位同事的妻子*近被診斷出晚期癌癥，在確診后兩周內就匆匆離世。在感覺到明顯癥狀之前，她已患病很長時間，等發現時一切都已經太晚了。 雖然石墨烯不太可能成為治療癌癥的“靈丹妙藥”，但它可能會在癌癥的早期發現方面發揮巨大作用。它有可能成為醫生開展癌癥檢測和治療的有力工具，原因是石墨烯對電荷或物體表面出現的任何物理性接觸十分敏感。回想一下，石墨烯本質上是一個原子厚的碳原子矩陣，所有碳原子都位于同一平面上。它的導電性能極佳，任何表面接觸都有可能引發導電性能的輕微變化，從而幫助人們輕松檢測出那些表面接觸。 想象一下，薄薄的一層水流淌過光滑的平面，途中帶入一小塊巖石。巖石激起的湍流是顯而易見的。這里的光滑平面就類似于單層石墨烯，水是電流，巖石則是與石墨烯接觸的某種“另類”原子。水流或電流的變化程度，可以揭示被帶入湍流的巖石的類型。當一個正常的生物細胞與通電的石墨烯傳感器接觸時，我們可以遠程探測出水或電子在流動過程中受到的特有干擾模式。如果接觸的細胞存在癌變現象，那么水流或電流受到的干擾方式或模式就會不同，我們可以通過一種名為拉曼光譜的技術對干擾方式或模式進行檢測。 癌細胞似乎比正常細胞更加活躍（畢竟，癌細胞的生長不受控制——這也是癌細胞極其危險的原因），因此它們的總負電荷會更高。石墨烯傳感器可以很容易地檢測到這種微小的電荷差異。 這種檢測方法從實驗室環境普及到各地診所還需要哪些步驟尚不清楚。為了使這種傳感器真正發展成為行而有效的早期檢測技術，它們還勢必要從診所進入到我們的日常生活，因為我們的目標是在癌細胞擴散至全身、達到失控狀態前找到它們。利用石墨烯提升檢測效果只是整個過程的**步。 石墨烯傳感器還能幫助我們輕松檢測到什么？讓我們暫且回到糖尿病的話題上。我們要知道，1 型糖尿病患者都必須準確且定期地監測血糖水平，以了解本人所需的胰島素注射量。如果注射量過小，患者就會一直處于血糖較高的狀態，隨著時間的推移，他們的循環系統將會受到嚴重損毀，因為血糖負擔過重的血細胞會在毛細血管和動脈中肆虐。如果注射量過大，患者的血糖水平將急劇下降至低血糖水平， 導致患者失去知覺甚至死亡。由于大腦直接利用血糖來獲取能量，因此它幾乎可以立即察覺到低血糖帶來的影響。隨時拉緊保持正常血糖這根弦是1 型糖尿病患者必須時刻注意的日常事務。 要準確測量血糖水平，目前只需一滴血和快速血糖儀即可。為了獲取血滴，患者通常要用一根小針刺破手指，然后才能進行檢測。在理想狀態下，患者每天須刺破手指至少8 ～ 10 次以檢測血糖水平。而且日日如此，周周如此，月月如此，年年如此。你可以想象這將是多么令人厭煩、不便和痛苦啊。一定會有更好的辦法吧？ 科學家們發現，通過分析眼淚也可以測量血糖水平。可供測量的淚液量要比血滴量少得多，幸運的是，可實現該功能的微型傳感器已被成功研發出來。許多公司都在研究，如何將這種傳感器植入可供糖尿病患者佩戴的隱形眼鏡中，以代替不斷刺破手指的血糖檢測方法。問題在于，這種隱形眼鏡還較為粗糙，通常要比普通的隱形眼鏡更大、更重，而且容易造成眼睛干澀。然而，石墨烯在這里又有了它的用武之地。 在第6章中，我們討論過如何利用多層堆疊的氧化石墨烯薄片作為污水凈化的過濾器。只要往合理的方向多堆疊兩層石墨烯，我們就可以阻止水流，讓它們形成一個近乎完美的防水透氣層。再加上石墨烯既輕薄又強韌，還能吸收電磁能量（指可見光或紫外線等），并將這種能量以熱能的形式消散掉，因而可以說，我們已經找到了可以制作血糖檢測隱形眼鏡的理想備選材料。 這種設想中的石墨烯鏡片不僅堅固、輕薄，能夠保護眼睛免受紫外線的傷害，保持水分以緩解眼睛的干澀，還能為佩戴者提供血糖信息， 這樣糖尿病患者就無需再為控制血糖而經常刺破手指了。總之，這一切聽起來都像是穩操勝券的樣子。接下來，我們將在眼睛的基礎上， 進一步看看石墨烯在人類大腦中的應用。
未來黑科技通史 作者簡介
[美]萊斯·約翰遜 LES JOHNSON 三度榮獲美國國家航空航天局（NASA）杰出成就獎 石墨烯太陽帆太空推進關鍵技術專利權人 《美國國家地理》專訪“特色星際探索家” “Discovery探索頻道”系列節目“不可能的物理”特邀嘉賓 美國國家太空協會、世界未來學會及門薩俱樂部成員 萊斯·約翰遜是NASA眾多太空和星際推進項目管理者，也是NASA太陽帆深空任務的首席研究員。他曾于2018年完成“近地小行星偵察兵”任務；他負責的“太陽巡洋艦”任務將使用巨型石墨烯太陽帆推動航天器駛向太陽，計劃于2025年完成。 在社會公眾眼中，萊斯是“比搖滾明星還酷的物理學家”；他不僅是眾多科普讀物和科幻小說的作者，還曾擔任科幻電影《歐羅巴報告》《迷失太空》的技術顧問。萊斯是各大國際公共論壇的常客，經常接受CNN、NPR、福克斯新聞等媒體的專題訪談。 [美]約瑟夫·米尼 JOSEPH E. MEANY 美國田納西河谷星際工作室組委會成員 納米技術領域硬核科學家 約瑟夫·米尼博士的研究興趣集中于導電碳基分子在納米電路中的開發和制造，這是一種快速發展的納米技術領域。他對納米材料的熱情建立在將科學發現轉化為商業機會的基礎上。他的作品曾發表于《自然—化學》《化學與工程新聞》等國際化學研究期刊。
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