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內容簡介

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目錄

基礎科學
天文學
地球地理
人體科學
生命科學
生物天地
科技發明與應用科學
軍事科學
交通與通信
科學未解之謎

精彩書摘

　　半導體的應用與推廣
　　現代的汽車安裝瞭“芯片”來監控諸多行駛過程參數，例如進入發動機的燃料流量、輪胎抓地力等。“芯片”還可以控製發光二極管以照亮汽車儀錶盤，使汽車行駛更安全。洗衣機、洗碗機和微波爐等傢用電器內部都裝有芯片，通過預設程序運行。我們日常生活涉及到各種類似的“芯片”，但假如沒有半導體，它們將毫無用處。
　　多數金屬都是電的良好導體，例如，電綫通常就用銅製成。另一類包括玻璃、紙和橡膠等在內的物質都是電的不良導體甚至是絕緣體，因此常用做電綫的絕緣材料。介於導體和絕緣體之間的第三類材料即半導體。半導體材料很多，按化學成分可分為元素半導體和化閤物半導體兩大類。鍺和矽是最常用的元素半導體，另外還有锡、硒、鋅和銻等；化閤物半導體包括Ⅲ-V族化閤物（砷化鎵、磷化鎵等）、Ⅱ-Ⅵ族化閤物（硫化鎘、硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅的氧化物），以及由Ⅲ-V族化閤物和Ⅱ-Ⅵ族化閤物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。所有這些半導體材料中，矽是應用最廣泛的。
　　一種半導體可能有時是絕緣體，但在一定條件下能使電流通過019世紀30年代，科學傢研究電現象時發現一些材料受熱後會喪失導電的性質，而有些導電性較差的材料當用光照射時，隻允許電流朝一個方嚮通過。
　　意大利物理學傢古列爾莫？馬可尼試驗將電流轉化為無綫電波時，他需藉助一種稱做整流器的裝置來檢測進入的無綫電信號。整流器隻允許電流朝一個方嚮通過而不允許電流反嚮通過01874年，德國物理學傢費迪南德？布勞恩研製齣一種硫化鉛晶體整流器。硫化鉛晶體是第一種用在無綫電接收機上的晶體，所以這種接收機也叫“晶體機”，它將電傳導至一根縴細導綫的尖端也就是“貓須”上。布勞恩的整流器也是世界上第一種半導體裝置。由於傑齣的成就，他和馬可尼分享瞭1909年諾貝爾物理學奬。
　　整流器隻有兩個接綫端，但是無綫電技術的進展需要具有三個接綫端的半導體元件，通過加在第三個接綫端的電壓或電流控製其他兩接綫端間的電壓或電流。第一種三個接綫端的半導體元件是真空管三極管，即真空管。後來發展到將幾個三極管密封到同一個真空管中。因為真空管耗電量很大，這樣很容易産生大量的熱而導緻金屬部分熔融，最終使真空管燒毀。
　　．1947年，三位物理學傢——英裔美國人威廉？肖剋利和美國人約翰？巴登、沃爾特？布拉坦——研製齣瞭第一颱固體三接綫端整流器裝置，稱做麵點接晶體管，利用的是半導體材料鍺。他們1948年在貝爾電話實驗室研製齣瞭幾種“晶體管”，並與其他組件結閤，製造齣瞭音頻放大器，它與以前的真空管放大器不同，其晶體管不需要預熱就可以工作。三位物理科學傢分享瞭1956年諾貝爾物理學奬。
　　1948年，肖剋利又提齣瞭麵結型晶體管概念，這是一種由半導體材料薄片壓縮到一起組成的晶體管。肖剋利還發現鍺晶體中的不純物質會提高其半導體特性。
　　現代的半導體是由摻人濃度為百分之幾的雜質的矽晶體薄片構成的。半導體中的雜質對電阻率的影響非常大。半導體中加入雜質的步驟稱做“半導體摻雜”。如果摻入的雜質為砷，那麼在每個砷原子都會與四個矽原子結閤，這樣，在砷原子的最外層還剩餘一個電子。電子攜帶有一個負電荷，所以這種半導體叫做n-型半導體。如果三價硼摻入矽晶體中，硼原子最外層的三個電子全部與矽電子成鍵，這樣矽晶體為帶正電荷的質子留下瞭一個空位。空位通常被稱做空穴，所以這一類型的半導體叫做p一型半導體。當半導體加壓通電時，自由電子就會隻沿一個方嚮通過n-型半導體，而空穴則會沿相反的方嚮通過p-型半導體。
　　1958年，半導體技術取得瞭新的突破。美國德州儀器公司的電氣工程師傑剋？基爾比研究發現，晶體管並非一次隻能摻雜一種雜質，可以通過疊加幾種雜質的手段將它們一起整閤到同一塊半導體上。然後，在其上再添加如二極管、電阻器、電容器等元件，這就是基爾比發明的集成電路。
　　一年後，美國仙童半導體公司的瑞士物理學傢瓊？霍爾尼和美國電氣工程師羅伯特？諾伊斯研製瞭平麵技術。這是一種利用光掩模在矽晶圓內對金屬及化學物質進行層疊和刻蝕的係統。利用這種新技術，工程師們就可以設計齣更加復雜、應用範圍更廣的電路。
　　電腦、數碼相機等所有現代電子産品中的芯片都比郵票小得多，它們是用塑料外殼把多層晶體管及相關組件與連接組件的細微導綫一並封裝在一塊條狀的矽晶片上。這就是基於半導體技術的集成電路。
　　超導體的發現與應用
　　1911年，荷蘭萊頓大學的海科？卡茂林？昂尼斯偶然發現，將汞冷卻到液態氦的溫度時，汞的電阻突然消失瞭。後來他又發現許多金屬和閤金都具有與上述汞相類似的低溫超導態。這一發現引起瞭世界範圍內的震動。在他之後，科學傢們開始把處於超導狀態的導體稱為超導體，並將超導體應用到醫學成像、交通運輸和粒子研究等多個領域。
　　超導體對流經的電流沒有任何阻礙。超導體在1911年就被發現瞭，但是多年以來，科學傢們認為超導隻有在導體溫度極接近絕對零度（-273.15）時纔會發生。超導現象發
　　生時的溫度即為臨界溫度（Tc）。在大部分I型超導體中，首先被確定的是金屬或準金屬（介於金屬與非金屬之間的一類物質），並且它們隻有在極低的溫度下纔能發生超導現象。某些閤金和金屬化閤物被劃人Ⅱ型超導體，具有更高的臨界溫度——特彆是施加超高壓時。直到1985年，科學傢發現瞭在普通大氣壓下具有的最高臨界溫度為23.2K（-249.95℃）的超導體——鈮的一種閤金。
　　1986年，“高溫”超導研究取得瞭突破性的進展。1986年，IBM蘇黎世歐洲研究中心的兩位科學傢阿列剋斯？穆勒和貝德諾爾茨在鑭-鋇一-銅-氧化物陶瓷材料上發現瞭高溫超導電性——盡管陶瓷材料常用做絕緣材料。這種金屬氧化物陶瓷材料的超導臨界溫度約35K（-238.15℃）。盡管35K還是一個超低的溫度，但是這個發現暗示找到具有更高超導臨界溫度的材料是可能的，這就進一步激發瞭科學傢研究的興趣。就在穆勒-貝德諾爾茨超導新發現發布幾個月後，一些實驗室用鍶代替原來的鋇，將超導臨界溫度提高到39K（-234.15℃）。1987年3月，物理學傢硃經武及其同事在美國休斯敦大學，以及阿拉巴馬大學的吳茂昆等研究人員，用釔取代原來的金屬鑭，構成的鋇-釔-銅金屬氧化物陶瓷材料的超導臨界溫度升高到98K（-175.15C）o他們將其命名為“ibco”，並且根據材料中的三種原子釔、鋇、銅組成比例將這類的超導材料稱做1-2-3化閤物。在1987年上半年，至少有800篇關於高溫超導研究的論文發錶在科學期刊上，並且在下半年，這方麵的論文以每周30篇的速度迅速遞增01988年，許多實驗室稱，由鉈、鋇、鈣、銅和氧組成的化閤物超導臨界溫度達到瞭125K（一148℃）；還有報道稱，鉈化閤物超導臨界溫度已高達140K（一133.15℃）o鉈基化閤物在英國被稱為“煙草”o鉈類化閤物很難被分析，因為其具有超強的毒性。
　　在許多科學傢繼續研究陶瓷材料時，另一些科學傢則轉嚮瞭全新的超導研究方嚮，並在“巴基球”（1985年富勒發現）上發現瞭超導性。巴基球是碳原子的三種同素異構體之一（另外兩種形式是石墨和金剛石），巴基球分子（C60）是由60個碳原子以球狀相互鍵閤而成，外觀形狀像一個微小的足球。1991年，AT&T;（美國電報電話公司）貝爾實驗室研究人員將鉀原子摻雜在C60中構成K3C60，發現其是一種超導體，超導臨界溫度為18K（-255.15℃）o其他的研究人員後來改變瞭K3C60的組成，用銣或銫取代鉀原子，其超導臨界溫度提高到33K（-240.15℃）；當用鉈取代鉀時，超導臨界溫度升高到42K（-231.15℃）。
　　1993年，超導臨界溫度問題又取得瞭突破性的進展，在瑞士蘇黎世聯邦技術研究所，由漢斯．R．奧特領導的研究小組研製齣一種由汞、鋇、鈣、銅和氧四種元素組成的陶瓷化閤物材料，其超導I臨界溫度達到瞭133K（-140.15℃）o同年不久，休斯敦大學的硃經武和法國格勒諾布爾極低溫度國傢研究中心的曼努爾？努伊茲一雷蓋羅研製的汞基陶瓷材料在15萬~23萬倍於海平麵大氣壓的超高壓條件下，其超導臨界溫度達到瞭153K（-120.15℃）o有些研究小組聲稱已經發現瞭室溫-300K（26.15℃）——下的超導體，但是沒有任何證據證明其真實性。
　　物理學傢們都在積極地尋求有價值的研究成果。低溫超導體材料必須浸在液氦中，這既不方便又很昂貴。與之相反，液氮不但豐富、價廉而且使用方便。液氮的沸點為77K（-196.15℃），適閤高溫超導體材料的冷藏。
　　由超導體材料製成的導綫用於製造超導磁體。超導磁體在磁分離及醫學成像方麵有重要作用，而且還可以用於磁懸浮列車。磁體使列車懸浮，消除瞭列車與車軌之間的摩擦02003年12月，日本一列磁懸浮列車在山梨磁懸浮測試綫上行駛速度高達581韆米／小時。由超導導綫製成的發電機體積隻有傳統發電機的一半大小，但是其發電效率超過傳統發電機的99%。閉閤超導綫圈可以儲存電流而沒有一點損耗，可用來製造零損耗充電電池。
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前言/序言

　　科學包含瞭世界的全部奧妙，是揭開自然之謎的鑰匙，是通嚮未來世界的橋梁，它的不斷進步給世界帶來瞭翻天覆地的變化。掌握瞭科學的人，就像搭上瞭一列高速列車，嚮著美好的未來飛奔而去。科學是青少年的主要功課，而且，當今的世界對他們的要求也越來越高，因此，廣大的青少年朋友需要一條獲得科學知識的捷徑。對於廣大青少年來說，雖然未必人人成為科學傢，但作為一個21世紀的現代人，不瞭解基本的科學知識，是難以想象的。
　　基於此，我們精心編寫瞭這本彩圖版的《科學百科》，它專為中國青少年量身打造，就像一片神奇的帆，能將你輕鬆帶進浩瀚的科學海洋，讓你開開心心地愛上科學，成為有科學頭腦的人。
　　本書按照學科種類組織編寫，並考慮到讀者的閱讀習慣，將紛繁復雜的科學內容歸納為基礎科學、天文學、地球地理、人體科學、生命醫學、生物天地、科技發明與應用科學、軍事科學、交通與通信、科學未解之謎10大部分，從浩瀚的知識海洋中精心選取最有瞭解價值的內容，具體而直觀地介紹當今主要學科領域的基礎知識、曆史進展、核心概念、主要成就、科學趣談和最新應用等，幫助讀者係統全麵地架構起科學知識體係的框架，開闊視野，啓迪思維，一步步進入神秘而有趣的科學王國。全書以探索精神和人文關懷貫穿始終，為讀者展示瞭一個豐富多彩、奧妙無窮的科學世界，是一本融知識性和趣味性於一體的理想科普讀物。書中的每一節都獨立成篇，以通俗生動的語言闡述一個個科學專題，結構完整，講解準確清晰，能使讀者於趣味盎然中輕鬆受益，且便於隨時翻閱，可從任一頁讀起。
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　　厚厚一大本，卻不感到沉重枯燥，帶領讀者步人輕鬆、有趣、絢爛的彩色讀書之旅；對科學知識的講述既簡明通俗，但在專傢眼裏，又達到瞭準確的要求；內容編排上既注重各章節間的內在聯係和邏輯順序，又符閤一般讀者的認知規律；既可以作為青少年學科學的起步讀物，隨時隨地“充電”，又適閤父母與孩子一起在知識的海洋裏遨遊，相互學習、共同提高，還便於在急需查找某些信息時，迅速而準確地獲取相關的知識；既圖文並茂，又與現代審美有機結閤，用新穎科學的體例、版式和裝幀設計，全麵打造一個融匯文字、圖片等元素的全新視讀世界，彰顯其欣賞價值與藝術價值。這些就是本書的突齣特點。
　　今天，“科學技術是第一生産力”的觀念已深人人心，崇尚科學的精神正成為時代的主鏇律。現代社會要求每個勞動者對博大精深的科學知識體係有個概貌的瞭解，形成與之相匹配的知識結構，以便能夠與時俱進地進行知識更新。這樣，纔會理解和應對自然界的各種現象和社會上有關科學的各種問題。願每位讀者都能確立科學的觀點、科學的方法和科學的精神，具備較為豐富的科學素養。
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想買自然百科的，好多天都沒發貨就換瞭這本，結果孩子不感興趣:-(

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東西不錯，值得推薦。

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