2015 一月號
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第110期電子報  出刊日期:1040117


科學新文摘

 

原子樂高!

~把厚度僅一個原子的各種薄層組合,即可形成另一種特性完全不同的新材料,未來我們將能打造功能更強的嶄新裝置。
撰文/蓋姆(Andre K. Geim) 
翻譯/甘錫安

樂高積木這種小小的塑膠組合方塊,啟發了許多世代的傑出人才。這種小方塊可做出時髦汽車的樣式、精細的城堡,以及效果遠超過所有方塊組合、令人讚歎的各種創作。現在,新型樂高積木將啟發新一代的材料科學家,而這種樂高積木就是原子尺度的「構件」。

這種新的構件是厚度僅一個原子的薄層,可依照精心設計的順序堆疊。藉由這類前所未有的精密結構控制,能夠製作出嶄新材料,其導電和光學性質是以往不可能存在的。有了這類材料,科學家將可設計出依極低電阻特性打造的裝置、速度更快且運算效能更強大的電腦,以及能夠彎曲、摺疊且重量極輕的穿戴式電子裝置。

這項重大突破的先鋒是石墨烯。石墨烯是厚度僅一個原子的碳原子薄層,2004年,我和英國曼徹斯特大學的同事首度由體積較大的石墨塊分離而得。我們使用透明膠帶,從石墨塊表面撕起厚度僅一個原子的石墨烯,石墨烯是由六角碳環構成如蜂巢般的薄層,原子結構看來就像鐵絲網一樣。近10年來,研究人員以「撕起膠帶分離薄層」的方式,發現了數十種物質,而且種類正在快速增加。石英就是一例,另外還有六方氮化硼和二硫化鉬等名稱較不常聽到的材料。

這類薄層通常視為二維平面,因為對於任何材料而言,一個原子是最小的可能厚度。(即便厚度為兩、三個原子的薄層也適用。)這類薄層的寬度和長度可能大上許多,全看製作者的需求。過去幾年,平面薄層由於具備許多獨特的性質,已經成為材料科學和固態物理領域的熱門主題。

這些薄層能以相當穩定的方式堆疊,但並非透過共用電子的共價鍵等傳統方式,而是當原子十分接近時,以微弱的凡得瓦力(van der Waals force)互相吸引。這種作用力通常不足以使原子和分子結合,但由於這類薄層的原子密度極高、距離極近,因此總合的力相當強大。

要了解這類材料的驚人潛力,可以想想室溫超導性。輸送電力時能量不會散失,而且輸送器材不需要裝置在難以想像的低溫下,是各個世代科學家的目標。如果能發現達到這個目標的材料,對人類文明的影響將十分深遠。科學家都認為這個目標原則上可以達成,但沒有人知道該怎麼做。目前超導材料的最高溫度仍需低於-100℃,近20年來提升此極限的進展相當有限。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2015年第155期1月號】


活動訊息_圖示

台達電大手筆 開發網路開放課程

2015-01-03 01:22:24 聯合報 記者林上祚/台北報導

「這是教育,不是生意」台達電創辦人鄭崇華推動網路開放課程,他說「這是教育,不是生意。」 記者蘇健忠/攝影 「這是教育,不是生意」台達電創辦人鄭崇華推動網路開放課程,他說「這是     教育,不是生意。」 記者蘇健忠/攝影

為解決高等教育學用落差,台達電今年將引進美國麻省理工學院(MIT)網路開放課程(MOOCs),選定北科大等三所學校的自動化學程,還將向下扎根,提供高職電機電子學程與高中自然學科MOOC,希望翻轉技職體系的學用落差現象。

台達電創辦人鄭崇華,這幾年受到MIT校長舒維都啟發,MIT的MOOC課程遍及世界一百八十八國,讓沒上過學的蒙古學生也能進入MIT深造,他印象深刻。

台灣大專院校已有很多老師投入翻轉教學,鄭崇華在元智大學校長彭宗平的建議下,決定從資源最少的技職體系著手,去年已投入兩千萬元,錄製高畫質教學節目,還將增加到四千萬元。

表格

除了自動化學程,台達電建教合作的技職科大也加強高中職基礎自然學科。「這是教育,不是生意。」鄭崇華說。

台達電文教基金會副執行長張楊乾表示,網路開放課程在兩年前逐漸成熟,台達電從技職體系切入,由台達電機電事業群副總張訓海參與三家科大的課程規劃,還捐給三校自動化實驗室,讓學校能運用業界最新設備教學,縮短學用落差,加速台灣進入「工業4.0」時代。

台達電的MOOC分成技職科大與高中職,前者聚焦自動化學程,後者除六大自然學科外,還有高職電機電子學程;自動化學程初期僅開放北科大、台科大與雲科大三校互選,成功後再開放全國學生上線;高中職是與教育部指定的學科中心高中合製線上課程,作為輔助教材,全國學生都可上線。

「台灣是第一個將MOOC向下扎根到高中職的國家;未來三年內,如果能將高中自然學科MOOC建起來,所有高中生都能獲益,」彭宗平說。

彭宗平指出,MOOC除了可提供最佳師資授課內容,還融合了巨量資訊(Big Data)技術,老師可以透過專屬帳號,透過系統查詢那些學生上線到MOOC上課、誰做了練習題、哪幾題答錯,了解教學上要如何補強。

台達電文教基金會執行長郭珊珊說,MOOC線上課程利用愛爾達電視攝影棚拍攝,每單元十到十五分鐘,搭配電子白板工具,由老師與學生互動、解題,「內容若夠好,未來可推廣到中國大陸等華人社會」。

大型線上開放課程

「磨課師」即「大型線上開放課程」(MOOCs,Massive Open Online Courses),從二○一二年掀起風潮,美國麻省理工學院、史丹福及香港科大等大學打造國際三大磨課師品牌;強調小單元(約五到十分鐘)的分段課程,配合即時線上討論與回饋、線上同儕合作學習與討論、虛擬線上實驗,並有線上練習與評量。


活動訊息_圖示

主  題:科學史講座(四)
日  期:104年1月27日(星期二)下午14:00~17:10。
講  師:陳竹亭教授、楊信男教授
地  點:國立臺灣大學思亮館國際會議廳
報名網址:教育部全國教師在職進修網登錄報名,課程代碼:1706510

主  題:2015動手做物理教學研討會
日  期:2015年1月30日
地  點:國立清華大學
活動網址:http://gensci.phys.nthu.edu.tw/2015CHOPE/index.html
報名網址:http://goo.gl/6PwFgI

 

主  題:2015中華民國物理年會
日  期:104年1月28~1月30日(星期三~五)
地  點:國立清華大學
活動網址:http://annualmeeting.psroc.org/
大會講員:沈元壤博士 (加州大學柏克萊 分校物理系)
      李東海博士 (加州大學柏克萊 分校物理系)
      Dr. Malcolm R. Beasley (美國物理學會理事長、美國史丹佛大學應用物理系)
      Dr. Jun Ye (美國科羅拉多大學博爾德分校)
      毛河光博士 (美國卡內基研究院地球物理實驗室)
      Dr. David Charlton (英國伯明罕大學物理系

主  題:紙的科學
日  期:2015年1月30日
地  點:國立中央大學
講  師:卓志賢老師
報名網址:http://sci.ncu.edu.tw/archives/13563

主  題:智慧鐵人創意競賽
報名時間:第一梯次2014/12/15-2015/2/4
     第二梯次2015/3/30- 4/29
參加對象:歡迎各縣市師生組隊參與
報名網址:http://ironman.youthwant.com.tw/apply/tutorial.php

主  題:2015 FLL暨FTC機器人創意大賽
活動日期:104年2月13日(週五)
參加對象:歡迎各縣市師生組隊參與
報名網址:http://www.era.org.tw/main/category/news/news-fll/

 
 

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