手机背后的高科技!10个诺贝尔奖,激光、原子钟、光纤均上榜

 2022-07-29 10:00:10    18  

如果出门只能带一件东西,你会带什么? 对大多数来说,答案毫无疑问——手机。

近两年,我国智能手机普及率已达到了80%以上,手机网民数量也接近10亿人。手机对我们现代生活的影响如此之深,以至于我们往往都忽略了,它的背后是多少划时代的重大科技成果。

今天,小编为大家盘点手机背后的10个诺贝尔奖,看看你知道几个。

NO.1 晶体管技术

1956年,贝尔实验室的科学家巴丁与同事巴拉顿肖克利发明了这个改变未来世界的小型半导体器件而获得了诺贝尔物理学奖。

1945年的十月,巴丁加入到贝尔实验室的肖克利小组,参与研究开发制造晶体管的项目。这个小组还有另外两位美国物理学家:课题负责人威廉·肖克利和另一位同事沃尔特·布拉顿。

1946年冬,他们的研究工作向前迈进了一大步,并且也产出了几篇论文。

但很快地,巴丁、布拉顿与肖克利之间,发生了一些不愉快的纠葛。一个月之后,肖克利自己又发明了一种全新的、能稳定工作的“P-N结型晶体管”。总之,晶体管的发明成为人类微电子革命的先声,也使得三人后来共同获得了1956年诺贝尔物理学奖

这三个人中大家最熟悉的应该是肖克利了,他被称为“晶体管之父”,利用他的名声,招募了一批杰出的年青科学家,其中有大名鼎鼎的“八叛逆”为后续的仙童公司、英特尔公司等一大批知名半导体公司创立打下了基础

如今,晶体管是电子科技的主力军,也是人类走进数字时代的重要设备,包括卫星和航天器上都有它的身影

NO.2 激光技术

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”

激光的横空出世是个过程。1905年,阿尔伯特·爱因斯坦提出了光子存在的假设。1917年,他开始思考光子是如何从原子中发射出来的问题。在一篇题为《辐射的量子理论》的论文中,他提出了原子与光子的相互作用可能存在三个不同的过程:吸收(即一个原子吸收一个光子并获得能量,成为激发态的过程)、自发发射(即一个受激原子通过释放一个光子而失去能量的过程)、受激发射(即一个受激原子在另一个光子的激发下释放出一个光子,而失去能量的过程)。

美国科学家与前苏联科学家在1954年制造出了激光器的前身——微波激射器,基于微波器的开放式谐振腔构型,在1960年研制出了激光器,于1964年获得诺贝尔物理学奖。

我们在手机上到处都有这种激光打标的影子,比如手机外壳、耳机充电器、手机电池等,甚至在你看不见的手机内部也有零部件使用激光打标设备加工。

对于人们对手机的个性化追求,精细激光打标加工技术,将在手机制造中发挥越来越重要的作用。

此外,激光在另一种测量方法中扮演主角:光探测和测距。激光雷达系统射出激光脉冲,计算脉冲反弹所需的时间,并确定物体的距离,如蝙蝠使用回声定位寻找晚餐。1969年,激光用于遥感勘测,激光被射向阿波罗11号放在月球表面的反射器,测得的地月距离误差在几米范围内。同样,激光雷达将成为无人驾驶汽车技术很重要的一部分

NO.3 原子钟

准确地记录时间是人类文明最重要的标志之一。从古代的日晷到近代的钟摆,时间的计量方式在不断地进化。工业革命时期发明的机械钟表一直是人类机械制造工艺的顶峰。

世界上最准确的计时工具就是原子钟,卫星导航、空间站系统普遍运用原子钟维持时间精度。我国目前发射的北斗导航卫星星载原子钟已经全部实现国产化,天宫二号上搭载的世界首台太空运行的冷原子钟也已实现预定科学目标。

这个当今世界上最准确的钟和最稳定的钟都包含了1989年诺贝尔物理学奖获得者哈佛大学的拉姆齐、华盛顿大学的德莫尔特和波恩大学的保罗三人的贡献

目前,我们手机、电脑的时间,就是原子钟确定的 ,精度可以达到每2000万年才误差1秒

NO.4 显示屏的液晶原理

某些物质在熔融状态或被溶剂溶解后,尽管失去固态物质的刚性,却获得了液体的易流动性,并保留着部分晶态物质分子各向异性有序排列,形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态,这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶。液晶应用广泛,最主要的就是我们生活中最常见的液晶显示器

法国物理学家德热纳因在液晶和聚合物方面做出的巨大贡献,而在1991年活的诺贝尔物理学奖。德热纳发展了对磁体、超导体、液晶、聚合物溶液中的相变进行描述的极有普谊性的数学方法,人们称他为“当代牛顿”

NO.5 集成电路

集成电路,是20世纪50年代后期到60年代发展起来的一种新型半导体器件。

1958年9月12日,基尔比研制出世界上第一块集成电路,成功地实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想,并通过了德州仪器公司高层管理人员的检查。集成电路是将一定数量的常用电子元件,如电阻、电容、晶体管等,以及这些元件之间的连线,通过半导体工艺,集成在一起具有特定高性能的电路。

请记住这一天,集成电路取代了晶体管,为开发电子产品的各种功能铺平了道路,并且大幅度降低了成本,使微处理器的出现成为了可能,开创了电子技术历史的新纪元,让我们现在习以为常一切电子产品的出现成为可能

2000年,杰克基尔比因发明集成电路被授予诺贝尔物理学奖。

NO.6 超大容量磁盘

硬盘的空间从MB拓展到TB级,源于1988年巨磁阻现象的发现。

2007年12月 10日, 法国物理学家阿尔贝·费尔 和德国物理学家彼得 · 格伦贝格分别获得了一枚印着蓝白红标志的 2007年诺贝尔物理奖章。他们各自独立发现的巨磁阻效应,导致了具有海量存储硬盘技术的出现

从而引发了一场信息存储技术的革命,给我们的生活带来了极大的便利:用 MP3聆听音乐, 拿数码相机记录生活, 甚至能够让我们十分轻松地将一个“图书馆”随身携带。

NO.7 WIFI连接的光纤

光纤是光导纤维的缩写,是一种由玻璃或塑料制成的纤维,可作为光的传导工具

1966年,英籍、华裔学者高锟博士在PIEE 杂志上发表论文《光频率的介质纤维表面波导》,从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性,并预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性。至此开启了光纤在通讯领域广泛的应用,也开启光纤的全新时代。

2009年,中国香港科学家高锟因在光学通信领域中光的传输的开创性成就而获得诺贝尔物理学奖。

光纤在眼科中应用主要是用于传输激光能量或是照明使用。光凝光纤,主要用于眼底手术,对视网膜进行光凝治疗。照明光纤,主要用于眼底手术,给手术大夫提供照明。

NO.8 摄像头后面的CCD

CCD广泛应用在数码摄影、天文学、尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜和高速摄影技术。

我们的手机要想完成拍照功能,离不开其中的一块成像器件——CCD。它是一类新型的固体阵列扫描式光敏成像器件。CCD图像传感器可直接将光学信号转换成模拟电流信号,实现图像的获取、传输、存储和处理及复现

2009年,科学家史密斯因发明了图像传感器CCD荣获了诺贝尔物理学奖。

NO.9 液晶屏后面的LED

我们电脑和手机使用的显示器属于液晶显示器,但液晶本身并不发光,只有选择让光通过多少百分比的功能,所以液晶显示器的发光部分其实源自于背后的LED屏。LED屏发出的白光先经过红绿蓝三色像素过滤屏,再经过液晶屏调节每一个像素的亮度(红绿蓝三色像素每一个前面都有一个液晶像素,通过透过光的亮度来选择颜色比例),最终显示出我们在屏幕上看到的图像。

LED出现以后,红光和绿光很快出现,但蓝光波长的LED一直是个“硬骨头”2014年,日本教授赤崎勇,天野浩以及美籍日裔教授中村修二因发明的蓝光二极管而获得诺贝尔物理学奖。

这一发明是我们人类照明的一大革命,现已被广泛应用。

NO.10 供电的锂电池

2019年诺贝尔化学奖授予美国固体物理学家约翰·巴尼斯特·古迪纳夫、英裔美国化学家斯坦利·威廷汉和日本化学家吉野彰,以表彰他们发明锂离子电池方面做出的贡献,三位科学家将平分诺奖奖金。

可以说,如果没有锂电池,就不会有智能手机,平板电脑和笔记本电脑,以及你现在阅读这篇文章所用的设备。

而且,现在锂电池不单单使用在手机上,还使用在电动汽车上、储能设备上,配合光伏太阳能电站、风力发电站,将再一次改变世界。

但是,值得注意的是,锂电池工作的电化学反应使它容易爆炸。当过充时,电池可能自燃。即便你小心避免了这些问题,电池也会在反复充放电过程中逐渐衰减。

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