化學家眼中的科技里程碑（二） . 資訊與通訊

從十九世紀末期迄今的化學、工程與電子創新，讓我們可以在世界上的任一角落保持聯繫。人類的生活型態在過去一個世紀內劇烈改變，從鄉村生活轉成都市生活，從菁英教育轉為普及教育，從務農轉為研究工作。隨之而來的人群、資訊、新觀念與物質的流通，帶來了顯著的社會改變。

化學的諸多成果，對於我們需要藉以捕捉、儲存與散佈資訊的許多通訊工具發展，貢獻良多。無線通訊與光纖技術，為我們的網路社會提供了基礎。矽的化學應用以及高效能聚合物，造就了今日的電腦微處理器。電影、電視與攝影能夠保存我們的記憶，靠的都是化學。

化學家的科學成就，讓彼此距離遙遠的家庭成員，無論身處地球何處，都能彼此保持聯絡。

（二） . 1. 通訊進展 電話的發展 無線通訊 傳真與複印技術 雷射與光纖

（二） . 2. 電腦科技 電腦的演進 半導體科技 矽晶片與積體電路 螢幕與顯影技術 資訊儲存 通訊衛星

（二） . 3. 娛樂發展 電影 電視 攝影

（二） . 4. 電子產品創新 消費者電子產品的演進 先進合成材質 電晶體

大事記

1876 貝爾 (Alexander Graham Bell) 打出第一通電話。

1926 華納 (Warner) 兄弟做出第一部讓音樂與聲響效果同步化的電影。

1926 第一通雙向語音對話，橫跨大西洋傳達。

1927 法華渥斯 (Philo T. Farnsworth) 利用陰極射線管，將第一個電視影像傳播出去。

1946 第一台電子數位電腦 ENIAC 上線運轉。出生於匈牙利的馮紐曼 (John von Neumann) ，從一九四四年起就參與修改 ENIAC 數學邏輯細節的工作。

1947 貝爾電話實驗室發明電晶體。

1955 強森 (Reynold Johnson) 研發出第一台磁碟機。

1958 德州儀器公司的基爾畢 (Jack Kilby) 發明積體電路 (IC) 。

1961 矽晶片首度問世。

1961 全世界第一枚服役的通訊衛星 Telstar 送上軌道。

1961 柯達公司發表大受歡迎，附帶軟片匣的傻瓜相機。

1971 英特爾公司發表給消費者使用，大受歡迎的 4004 四位元微處理器。

1977 商業化光纖通訊系統首度進行測試。

1983 在一系列的蜂巢式通訊法問世，通訊方式自動轉為無線之後，行動電話開始流行起來。

1984 唯讀式光碟 (CD-ROM) 與光碟播放器聯袂問世。

資訊與通訊的科技里程碑大事記

（二） . 1. 通訊進展電話的發展

自 貝 爾 (Alexander Graham Bell) 於一八七六年發明電話以來，電話就提供全世界幾乎是即時的聯繫，因而成為現代生活的基石。第一通雙向語音對話於一九二六年橫越大西洋傳達，利用無線電進行的商業電話服務，則在一九二七年於紐約與倫敦兩地之間開辦。 AT&T 在一九三五年開始提供國際電話服務，越洋電話服務則在一九五六年鋪設海底電纜鋪設，以及一九六二年通訊衛星發射後開始。今日的化學工程師帶領我們，從銅線跨越到光纖，從電話總機升到通訊衛星，從同線電路直達網際網路。

貝爾

（二） . 1. 通訊進展無線通訊

行動電話與呼叫器技術，靠的是化學發展出來的印刷與積體電路、先進材質、以及迷你化技法。 AT&T 實驗室在一九四○年代發展出行動汽車電話，但是由於欠缺通訊頻道，並沒有普及起來。情況在一九八○年代卻有了重大突破，無線通訊被分割成為一系列的蜂巢式通訊，隨著打電話的人移動，這些蜂巢會自動切換，因此每個蜂巢都能夠被重複利用，行動電話很快地就大受歡迎。化學在手機用可充電式鋰電池的發展上，也扮演了重要角色。

電話總機

（二） . 1. 通訊進展傳真與複印技術

雖然德國發明家柯爾 (Arthur Korn) 在一九○二年，就首度以電子形式傳送圖片，但是第一台可用的傳真機，要到一九二四年才首度問世。這台傳真機採用電話迴路，利用電傳攝影術進行圖片傳輸（電傳攝影術將圖片的幻燈片，掃瞄成可指示出影像陰影處的電子訊號）。資料透過電話傳輸，送到接收處一張攝影負片上，然後拿去暗房沖洗出來。一九四九年，可以多印一張影像出來的複印機問世。傳真技術的化學創新，包括新的調色劑與墨水、先進的造紙技術、以及在一九七○年代引進的有機感光技術。

電傳攝影術

（二） . 1. 通訊進展雷射與光纖

透過革命性的科技成就，純粹的玻璃纖維在雷射光加持下，如今已是承載資訊的基礎建設材料。化學家在一九七○年發明第一條光纖，很快地就被裝配成積體元件。全世界第一個透過網路，提供傳送聲音、資料與影像服務的光波系統，在一九七七年安裝完畢。時至今日，單單一條光纖電纜就可傳送數百萬通電話、資料檔案及影像。

在芝加哥市中心安裝光纖 (1977)

（二） .2. 電腦科技電腦的演進

化學工程促成了電算革命，並且持續讓電腦變得更快、更強大、人人都負擔得起。第一台電子電腦於一九三九年，由美國愛荷華州立大學發明出來。可計算二進位數與布爾邏輯的可程式化計算機，在一九四○年代開始出現。第一台電子數位電腦 ENIAC ，於一九四六年上線運轉。第一台迷你電腦則於一九六二年問世。到了一九七一年，英特爾公司發表給消費者使用，大受歡迎的 4004 四位元微處理器，個人電腦市場因此一飛沖天。現今的創新方興未艾，舉凡電晶體、矽晶片、積體元件、資料儲存裝置、以及先進材料等，比比皆是。

馮紐曼與 ENIAC

（二） .2. 電腦科技半導體科技

化學工業將矽與鍺轉化為半導體，成為今日電腦、電器用品以及通訊裝置的核心。半導體與金屬相反，是一種隨著溫度升高，導電性也跟著升高的材質。這些半導體經過進一步處理，可製造出多餘或不足的電子。電腦晶片與積體電路就是由半導體材料製成，半導體電子元件體積更小，速度更快，使用能源更有效率。在半導體產業服務的化學家，控管元件品質，制訂最佳化的製程，進行除錯工作，創新研發微電子裝置。

P 型半導體（缺電子）

N 型半導體（多出電子）

（二） .2. 電腦科技矽晶片與積體電路

研究者巴定 (John Bardeen) 、薛克利 (William Shockley) 與布拉坦 (Walter Brattain) ，在一九四七年示範通過矽的電流，可以選擇性地受到控制。接著發明的矽晶片、積體電路與微處理器，實現了今日高速、有效率的電腦。一九六一年問世的矽晶片，由電晶體、電阻、電容、以及建在層層矽製薄層裡的記憶晶片組成，然後經過多步驟的化學製程完成。一九六七年，第一款手持計算機使用積體電路做成，是一台含有許多電晶體及其他電子元件的小型電子裝置。到了一九八○年代，積體電路就被應用在電腦上。

矽晶片

第一片積體電路

（二） .2. 電腦科技螢幕與顯影技術

電腦顯影技術近年來有戲劇性的改良。高解析度彩色圖像螢幕，主要是根據電視的陰極射線管製成的。其他替代型的顯影技術，有筆記型電腦所用的平板螢幕。以有機化學物質製成的液晶螢幕 (LCD) ，發明於一九六九年。後續發展包括薄膜電晶體液晶螢幕，每個像素都是由其個別的電晶體驅動。化學家研發出液晶材質、彩色濾鏡、聚合排列塗層、模製塑膠光分佈板、以及電漿顯影技術等等。

暗房

（二） .2. 電腦科技資訊儲存

倘若資訊要能夠全然被利用操作，就必須記錄下來，好在日後能夠被取回。化學創新確保這類錄製工作所用的媒體，能夠維持高品質、容易使用、價格又不貴。錄製能力（高解析度、高速以及多彩）、攝影底片、磁帶錄音、數位影像等技術突破，也為錄製裝置帶來進展。身為電腦先鋒的美國發明家強森 (Reynold Johnson) ，於一九五五年研發出第一台磁碟機，用以儲存電腦化的資料。後續又有許多進展，特別是電腦磁片、磁帶、與一九八四年問世的唯讀式光碟。

Early disk drive

（二） .2. 電腦科技通訊衛星

直到一九六○年代之前，北美洲與其他大陸之間的語音通訊非常昂貴。全世界第一個運轉的通訊衛星「電星」，於一九六二年送上地球軌道。化學為這枚衛星提供了結構材料（金屬合金、塑膠以及其他先進材質）、電腦與電子元件，以及發射這些衛星所需的燃料科技。直到一九九○年代之前，通訊衛星在拓展國際與國內長途電話，以及電視訊號傳送的工作上，扮演重要的角色。時至今日，通訊衛星在電視訊號傳送的工作上，角色日漸吃重，其中包括直接將訊號傳播到數位電視的家用衛星碟。

軌道上的全球定位衛星

製造全球定位衛星

「電星」

（二） . 3. 娛樂發展電影

一九二七年的《爵士歌手》，是第一部全片使用同步歌聲與對話的長片。到了一九三○年代晚期，影片經過「特異七彩」精製，第一批推出的彩色電影造成大轟動。影片所需的化學技術，需要一系列的技術突破，其中涉及基礎材料、各式化學溶劑、以及曝光效應。

第一部使用同步歌聲與對話的長片《爵士歌手 》 海報

（二） . 3. 娛樂發展電視

蘇格蘭人拜德 (John Logie Baird) 在一九二六年，在倫敦首度公開展示電視機，用的是於一八八三年取得專利的「倪卜可圓板」 機械式電 視系統。 法 華 渥 斯 (Philo T. Farnsworth) 則在一九二七年，利用一八九七年發明的陰極射線管，將第一個電視影像傳播出去。其後二十年是電子產品的真空管時代，化學為電極所用的獨特材質，以及真空管內的控制元件，貢獻良多。到了一九五○年代，有許多創新問世，其中包括一九五八年發明積體電路。之後數十年內，產生了固態造影裝置、體積迷你化，以及其他諸多電子改良。

法華渥斯與陰極射線管

「倪卜可圓板」 及其發明者 (Paul Nipkow)

（二） . 3. 娛樂發展攝影

攝影與底片科技，讓我們得以將生命中最重要的經驗與人物記錄下來。化學發展出適合各式各樣攝影機使用的底片，其中涉及的技術突破，有基礎材料、各式化學溶劑、以及曝光效應。電池改良也促使相機普及，其中包括一九五○年代，為內建閃光燈的小型相機設計的鹼性錳電池。由於技術上得以操控底片、電子設備與電池，才有一九六三年柯達公司大受歡迎，附帶軟片匣的傻瓜相機問世，這台相機在一九七○前之前，就賣了超過五千萬台。

柯達傻瓜相機

（二） . 4. 電子產品創新消費者電子產品的演進

電子材料與微電子裝置，是光碟播放器、電視、電腦、數位相機、無線裝置等無數現代產品的核心。從真空管、電晶體到積體電路，化學工程師讓電子產品體積變得更小、功能更強大、耗能更少、價格更便宜。新材料的誕生、製造高純度材質的製程、以及製作半導體的技術，產生出電晶體與積體電路等元件，藉以組裝成複雜的電子迴路，提供電子裝置廣泛的新能力。

（二） . 4. 電子產品創新先進合成材質

消費者電子產品、行動電話與個人電腦，都仰賴堅固耐用、不導電的塑膠質材，來保護敏敢的電子元件。產生電流的電子流動，無法穿透塑膠的分子結構；由於其絕緣特性，塑膠在電子產品裡扮演重要角色。化學家及工程師操控、創造新的分子結構，從而製造出強韌又有彈性的新材質。這些進展有助於改善避震性，減少設備的總重量，並減低消費者商品的成本。

（二） . 4. 電子產品創新

沒有任何其他單一的科技研發，能夠比這種稱為電晶體的微小可靠電子元件，更能讓電腦與通訊結合為一體了。巴定 (John Bardeen) 、 布 拉 坦 (Walter Brattain) 與薛克利 (William Shockley) ，在一九四七年發明電晶體，逐漸取代當時用來增大與轉換訊號，笨重脆弱的真空管。電晶體與後續的積體電路（裡頭含有數以百萬計的電晶體），成為現代電子產品研發的基礎。廣受歡迎的電晶體收音機，於一九五四年問世；美國電機工程師克雷 (Seymour Cray) 則在一九五八年，研發出電晶體電腦。

電晶體

電晶體發明者第一個電晶體