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當化學遇上創新!從OLED夢想到病毒製造的科技革命:小規模化×精密化×智慧化,探索生物技術與化工結合下的未來可能,開拓新的科學領域

當化學遇上創新!從OLED夢想到病毒製造的科技革命:小規模化×精密化×智慧化,探索生物技術與化工結合下的未來可能,開拓新的科學領域

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內容簡介

全釩液流電池、智慧釋藥系統、碳材料、分子機器……
顛覆傳統化工裝置,開啟精細化學品製造的新篇章!
 
◎從石墨烯到碳纖維,碳的無限可能與應用
◎創新儲能科技為可再生能源的有效利用鋪路
◎用化學工程精準控制藥物釋放,提升治療效率
◎如何建造功能性分子裝置並開創製造業新途徑
 
  ▎桌面工廠 Desktop Factory
  本章深入探討了微化工技術的發展和應用,這種技術允許在微小空間內進行化學過程,從而革新了傳統的大型化工裝置理念。介紹了微尺度傳遞現象和化工過程強化的基本原理,並透過實例展示了微化工系統在精細化學品開發和製造中的應用。此外,還探討了微化工技術未來的發展方向,指出它將如何繼續推動化學工業的創新。
 
  ▎電力銀行 Electricity Bank
  本章探討了儲能技術,特別是全釩液流電池等大規模儲能技術的發展。這些技術對於有效利用可再生能源如太陽能和風能至關重要,可以解決能源生產的間歇性問題。透過介紹釩的多價態金屬元素和膜技術在儲能領域的應用,讀者可以了解到儲能技術如何支持現代能源系統的可持續發展。
  
  ▎智慧釋藥 Smart Drug Delivery
  本章介紹了先進的藥物傳遞系統,這些系統利用化學和化學工程的原理實現藥物的定時、定量和定向釋放。強調了化學工程在提高藥物治療效果和患者便利性方面的重要作用,說明了透過化學工程如何使藥物遞送更加精確。
 
  ▎神奇的碳 Miraculous Carbon
  本章探討了碳的獨特性和多樣的應用,從石墨到碳纖維和石墨烯等同素異形體的相互轉化。透過深入碳的原子結構和成鍵特性,解釋了碳素材料在科技和工業中的廣泛應用,並展望了碳基材料未來的創新潛力。
 
  ▎分子機器 Molecular Machines
  本章介紹了分子機器的概念和發展,從分子水平製造具有特定功能的裝置。探討了化學家如何利用自下而上的策略革新傳統製造業,並介紹了各種分子裝置如分子車和分子剪刀的研究進展。不僅展示了化學在創造微觀機械中的應用,也討論了未來的挑戰和機遇。
 
  ▎ OLED之夢 OLED Dream
  本章闡述了有機發光二極體的工作原理及其在顯示和照明領域的應用。從有機半導體材料的光電原理到OLED的發光機制,詳細介紹了這一技術如何提供更節能、高效的顯示解決方案,並探討了有機電子學的未來方向。
 
  ▎複合材料 Composite Materials
  本章介紹了這些材料的基本組成和優勢,特別是它們在航太等高科技領域中的應用。本章從模仿自然界的傷口自癒合功能到實際工業應用,詳細描述了複合材料的設計和功能,展望了複合材料科技的創新前景。
 
  ▎病毒製造 Virus Manufacturing
  本章闡述了如何利用病毒的生物學特性進行創新應用,如使用基因改造的噬菌體提高鋰電池的效率。介紹了病毒作為生物工程工具的潛力,探討了其在環境治理和能源生產中的應用,為讀者揭示了生物技術的新範疇。
 
  ▎ 生物煉製 Biorefinery
  本章探討了將生物質轉化為能源和化學品的過程,強調了生物煉製技術在替代傳統石化煉製方面的重要性。介紹了從木質纖維素到生物能源和化學品的生產過程,揭示了這一技術如何有助於實現可持續的生態工業系統。
 
  ▎細胞工廠 Cell Factory
  本章介紹了利用微生物生產化學品和藥物的技術。透過合成生物學和代謝工程,改造微生物以生產高價值化合物。從科學基礎到實際應用,說明了微生物如何成為解決能源、環境和資源問題的重要工具。
 
本書特色
 
  本書是集尖端科技成果於一身的化學化工科普書,內容涵蓋從桌面工廠、智慧釋藥到OLED技術等多元主題,以圖文並茂的方式深入淺出地介紹了化學和化學工程的魅力。透過生動案例和科學解說,旨在激發讀者對化學化工領域的興趣和探索欲,強化其對於當前和未來科技進展的理解,是一部科學性與趣味性兼具的科普佳作。
 

作者介紹

主編簡介
 
金湧
 
  清華大學化學工程系教授。專業方向為化學反應工程、生態工業工程,近年來熱心科學普及工作。曾榮獲美國化學工程師協會(AIChE)講座教授獎等榮譽。
 
執行主編簡介
 
楊基礎
 
  博士生導師。近5年來在海內外雜誌和會議上發表學術論文50多篇。合作出版專著《液液萃取過程及設備》,參加編寫《化學工程手冊》(第二版)、《液液萃取手冊》。
 

目錄


前言
01 桌面工廠Desktop Factory
1.1 引言
1.2 無處不在的傳遞現象
1.3 微尺度傳遞與化工過程強化
1.4 精密製造與微化工裝置
1.5 桌面工廠——神奇的微化工系統
1.6 微化工系統在工業生產中的應用初探
1.7 微化工技術的未來

02 電力銀行Electricity Bank
2.1 引言
2.2 夜晚還能利用太陽照明嗎?
2.3 把電儲存在哪裡?
2.4 儲能電池會替生活帶來哪些變化?
2.5 歷史悠久的鉛酸電池儲能技術
2.6 利用水溶液來儲電的全釩液流電池
2.7 能存更多電量的鋅溴液流電池
2.8 利用金屬鈉和硫磺做成的電池
2.9 會「呼吸」的鋅空氣電池
2.10 面向未來的儲能科學與工程
2.11 結束語

03 智慧釋藥Smart Drug Delivery
3.1 引言
3.2 什麼是藥物傳輸系統,為什麼要發展智慧釋藥系統?
3.3 從化學工程的角度理解藥物在體內的輸送
3.4 化學與化學工程促進藥物的吸收
3.5 化學與化學工程幫助藥物靶向輸送
3.6 化學與化學工程實現藥物的控制釋放
3.7 結語:化學工程為人類的健康創造新奇蹟

04 神奇的碳Miraculous Carbon
4.1 碳的發現
4.2 獨特的原子結構
4.3 豐富的成鍵特性
4.4 碳的單質形態——同素異形體
4.5 新型碳材料
4.6 結束語

05 分子機器Molecular Machines
5.1 未來的機器——微型化的方向
5.2 分子的「革命」——什麼是分子裝置和分子機器?
5.3 緣起分子車輪——分子裝置和分子機器的研究歷史
5.4 家族的擴張——形形色色的分子裝置和分子機器
5.5 結束語

06 OLED之夢OLED Dream
6.1 OLED技術簡介
6.2 有機半導體材料的光電原理
6.3 OLED發光原理
6.4 有機材料——OLED的根本
6.5 神奇的有機材料設計與合成
6.6 OLED的應用
6.7 OLED為人類提供更美好的生活體驗

07 複合材料Composite Materials
7.1 複合材料的由來
7.2 複合材料的特點和應用
7.3 傷口自癒合複合材料太空梭構件
7.4 複合材料的未來
7.5 結束語

08 病毒製造Virus Manufacturing
8.1 病毒製造——從大千世界說起
8.2 病毒製造的科學基礎
8.3 病毒製造的大事業
8.4 放飛夢想——病毒製造的大時代

09 生物煉製Biorefinery
9.1 石化煉製的過程及其存在的問題
9.2 生物煉製的概念
9.3 生物煉製過程
9.4 木質纖維素的生物煉製
9.5 典型的生物煉製產品
9.6 展望

10 細胞工廠Cell Factory
10.1 微生物細胞工廠的科學基礎
10.2 微生物細胞工廠的大事
10.3 結束語
 

 
化學與化學工程鑄造未來世紀
 
  回顧人類在這個星球上的發展歷程,我們看到,人類文明已經極大地改變了這個星球的面貌和人類的生存狀態,而人類文明的發展離不開科學與技術。本書要特別強調的是,現代文明離不開化學與化學工程,它們支撐著人們吃穿用度的日常生活,為眼花撩亂的高科技產品提供了各種先進材料,也在維護人類生命健康、應對全球氣候變化等重大挑戰方面發揮著重要作用。
 
  毫無疑問,化學與化學工程所支撐的泛化學工業,是國民經濟的脊梁。離開了化學與化學工程,現代社會將有很多人衣不暖、食不飽、居無所、行不遠,生活水準和品質大幅下降。本書雖然對這些相對傳統的內容並無太多著墨,但提請讀者注意化學和化學工程被社會大眾「日用而不知」的這一事實。
 
  化學和化學工程更是高新科技的發端和支撐。先進製造業的發展需要各種高效能材料,包括高強度、高耐熱、高耐寒、高耐磨、高氣密封、高耐腐蝕、高催化活性、高純度、高磁、超導、超細、超含能、超結構和自組裝材料等等,無一不需要化學與化學工程技術來發明和製造。
 
  高效能新材料是先進製造業的先導和根本,也是製造業落後的根源之一,需要奮起直追。
 
  泛化學工業在食品、製藥、醫用材料等人類健康支撐產業方面發揮著重大作用。此外,環境和生態改善也是化學化工的重要領域。化學和化學工程一直在不斷進步、推陳出新,為人們的想像力發展和創造力實踐提供著充分廣闊的空間。
 
  隨著科學與技術的指數式演進,可以預期我們現代社會所處的「今天」,會被認為是屬於人類歷史上相當原始的時期。再設想100年、500年、1,000年以後,現在地球上常用的礦產資源、化石能源可能已經所剩無幾,只有依靠化學和化工過程對可再生資源和清潔能源進行轉化利用,才能使社會經濟循環和永續發展。所以,強大而先進的化學與化學工程也是人類未來的依託。
 
  人類文明發展到今天,絕大多數的人絕不可能願意去過那種原始的、生產力低下的「自然」生活,只有依靠先進的科學與技術,人類才能更健康、更長壽、更幸福。那種認為應該停止科技發展去過田園牧歌式生活的想法,只能是少數人的烏托邦,是一種迴避現實的幼稚病。人們對科技給人類社會帶來的負面影響已經有了深刻理解,也具有足夠的智慧和方法來減少和避免這些負面影響,現在和未來都需要依靠科技自身的發展和進步,發揮科技的正能量。
 
  月球行走第一人、美國工程院院士尼爾.阿姆斯壯(Neil Alden Armstrong)曾呼籲說:「美國有許多人不相信邏輯,對專家們的努力持批評態度,而且往往感情用事,這些人所記得的全是橋梁塌陷、儲油罐洩漏、核輻射散發汙染等的報導。工程師們其實能言善辯,之所以沒有取信於人,是因為人們把工程師們看成技術的奴隸,看成絲毫不注意環境保護、不注重安全、不注重人生價值的人。」目前對化學和化學工業的報導又何嘗不是如此呢?阿姆斯壯接著說道:「我拒絕接受這些批評,工程師其實像社會上的其他人一樣有愛心、同情心和責任感。事實上,將他們馬失前蹄之例毫無保留地公諸於世,足以證明他們的卓越不凡。」
 
  坦言化學和化學工程還不完美,面對其所遭遇到的重大挑戰,正是因為它們的無可替代,因為它們對人類已經做出的重大貢獻並且還將做出的更大貢獻。我們呼喚年輕一代為此去建功立業,不為浮雲遮望眼,去為人類追求更幸福的生活。
 
  編輯出版本書的目的是把世界著名大學和研究機構近期進行的化學與化學工程方面的研究工作介紹給年輕朋友。出版品力求展現展望性、科學性、科普性和趣味性,以饗讀者,也希望吸引優秀的年輕學生投身化學與化學工程事業中。出版品中肯定有局限和不足之處,望不吝指正。
 
金湧
 

詳細資料

  • ISBN:9786263943988
  • 規格:平裝 / 258頁 / 17 x 23 x 1.29 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

01 桌面工廠 Desktop Factory
 
寬闊的廠房,高聳的煙囪,龐大的儲罐,轟鳴的機器;化工廠在人們心目中總是與這些場景分不開,但科學家除了在建設這樣的龐然大物上下工夫之外,其實還為化工過程打造了一個袖珍王國。
 
通向未來化工世界橋梁的微化工系統
 
Bridge to the Future of the World of Chemical Engineering:  Microstructured Chemical System
 
微化工系統是由小型化的、高度整合化的化工裝置構成的系統,它的出現變革了數百年來化工裝置大型化發展的策略,展示了化學工業的未來。微化工系統是基於化工最基本的傳遞強化原理,在精密加工技術的促進下發展而成。在實驗室裡,利用微化工裝置可以組裝「桌面上的化工廠」,在工業化的發展道路上微化工系統已經展開了初步的嘗試。本文將介紹微化工系統的基本原理、製造方法、內部奇特的物理化學現象和幾個典型的應用例項,展示微化工系統在精細化學品開發和生產中的應用潛力,指出其未來的發展方向。
 
1.1 引言
 
世界是由物質組成的。為了滿足生產生活的需求,人類祖先從自然界直接獲取各種天然物質。隨著社會的發展,特別是現代文明的出現,人類對物質的需求量越來越大,對於物質的性質和功能也提出了越來越高的要求,這種社會需求極大地推動了加工技術的不斷創新與發展,化學工業就是其中的典型代表。化學工業透過對自然資源進行一系列物理和化學轉化,實現各種功能和規格的化學產品的大規模生產,在現代社會中具有舉足輕重的地位。從化纖到輪胎,從水泥到油漆,從汽柴油到化學藥物,從太空梭到超級積體電路,我們身邊到處都有化學產品的身影,可以毫不誇張地說:沒有化學工業就沒有現代文明。

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