Showing Revision 19 created 01/11/2020 by Yolanda Zhang.

1. Title:
   智能手机的工作原理
2. Description:

   有想过你的智能手机是怎么工作的吗？让我们和科学家 Cathy Mulzer 一起开启一段原子级别的旅程。她揭露了我们高性能装置的每一个部分的存在都要感谢化学家——而不是我们每个人想到的硅谷企业家。就像她提到的：“化学是电子通讯技术的幕后英雄。”

3. Speaker:
   Cathy Mulzer
4. 1125 0:01 - 0:05
   当我带着我的新诺基亚手机，
   迈着轻快的步伐去上高中时，
5. 5292 0:05 - 0:08
   我以为它是我
   老旧粉红公主款对讲机的
6. 7708 0:08 - 0:11
   最新最酷的替代品。
7. 10708 0:11 - 0:15
   然而现在，我和朋友不论在哪里，
8. 14583 0:15 - 0:16
   都可以互相发信息或者对话，
9. 15875 0:16 - 0:17
   而不再需要像
10. 17167 0:17 - 0:20
    在后院里东奔西跑时
    那样假装互相对话。
11. 20417 0:20 - 0:22
    坦白说，

    ¶

12. 22167 0:22 - 0:26
    在那个时候，我并没有想过太多
    这些装置是如何制造出来的。
13. 26458 0:26 - 0:29
    它们就像在圣诞节的早晨突然出现，
14. 28833 0:29 - 0:32
    所以也许是被圣诞老人
    手工店的小精灵做出来的。
15. 32875 0:33 - 0:35
    我想问你们一个问题。

    ¶

16. 35042 0:35 - 0:38
    你们认为谁是真正
    制造这些设备的小精灵？
17. 39333 0:39 - 0:41
    如果我问一些我认识的人，
18. 41500 0:42 - 0:45
    他们会说是硅谷里面那些
    穿着连帽衫编辑代码
19. 45167 0:45 - 0:47
    的软件工程师。
20. 47833 0:48 - 0:50
    但是在这些设备进行
    任何代码编辑前，
21. 49792 0:50 - 0:52
    它们已经经过了大量的准备工作。
22. 52125 0:52 - 0:56
    这些设备的诞生是从原子级别开始的。
23. 55667 0:56 - 0:57
    所以如果你问我这个问题，
24. 57375 0:57 - 1:00
    我会说，那些真正
    的小精灵是化学家们。
25. 60875 1:01 - 1:03
    是的，我说的是化学家们。
26. 64000 1:04 - 1:08
    化学是电子通讯技术的幕后英雄。

    ¶

27. 68208 1:08 - 1:11
    我今天的目的就是说服你们
28. 71000 1:11 - 1:12
    赞同我的观点。
29. 73667 1:14 - 1:16
    让我们从简单一点的开始，

    ¶

30. 75583 1:16 - 1:20
    从内部来看看
    这些令人痴迷的设备。
31. 80042 1:20 - 1:22
    因为没有化学，
32. 82083 1:22 - 1:26
    我们所喜爱的这个信息高速公路，
33. 86000 1:26 - 1:29
    将会只是一个非常昂贵的、
    闪亮的压纸器。
34. 90708 1:31 - 1:33
    化学使每一层材料能够发挥作用。
35. 94167 1:34 - 1:36
    让我们从显示层开始。

    ¶

36. 96375 1:36 - 1:39
    你们认为我们是如何得到这些
37. 98958 1:39 - 1:41
    令人爱不释手的明亮生动的颜色的？
38. 101167 1:41 - 1:42
    事实上，
39. 102458 1:42 - 1:45
    嵌入在显示层中的有机聚合物，
40. 105292 1:45 - 1:49
    能够把电流变成我们在图片中看到的
41. 109500 1:50 - 1:52
    令人赏心悦目的蓝色、红色和绿色。
42. 112750 1:53 - 1:55
    那么电池层呢？

    ¶

43. 115000 1:55 - 1:57
    目前有一些密集的研究。
44. 117333 1:57 - 2:01
    我们如何将传统电池的化学原理
45. 121208 2:01 - 2:05
    与新兴的、高表面积电极相结合，
46. 124625 2:05 - 2:08
    使得我们能够将更多的电荷
    放进一个更小的空间，
47. 128292 2:08 - 2:11
    这样当我们自拍时，
48. 130667 2:11 - 2:12
    设备可以续航一整天，
49. 132375 2:12 - 2:14
    不必再去给电池重新充电，
50. 134333 2:14 - 2:17
    或者在一个插座附近坐着。
51. 138125 2:18 - 2:22
    再看看把这些全都
    紧紧固定在一起的粘合剂，

    ¶

52. 141667 2:22 - 2:25
    它经得起我们的频繁使用吗？
53. 144542 2:25 - 2:27
    毕竟，作为千禧一代，
54. 146542 2:27 - 2:30
    我不得不每天
    把手机拿出来检查 200 次，
55. 150500 2:30 - 2:33
    并且在这个过程中摔了两到三次。
56. 156042 2:36 - 2:38
    但是什么才是
    这些设备真正的大脑？

    ¶

57. 158250 2:38 - 2:42
    为什么我们对它们爱不释手？
58. 162083 2:42 - 2:45
    这些都和电子组件，
59. 165334 2:45 - 2:49
    以及围绕在一个印刷电路板
    周围的电子线路有关。
60. 168667 2:49 - 2:51
    或者也许你更喜欢生物学隐喻——
61. 171208 2:51 - 2:53
    你应该听说过的，主板。
62. 175000 2:55 - 2:58
    围绕印刷电路板，
    并没有太多真正的讨论。
63. 178333 2:58 - 3:01
    坦白讲，我不知道这是为什么。
64. 180583 3:01 - 3:03
    可能是因为它是最不吸引人的一层，
65. 182833 3:03 - 3:07
    并且它隐藏在其它所有
    设计流畅的应用层下面。

    ¶

66. 186542 3:07 - 3:10
    但是现在是时候给予这
    名不见经传的一层
67. 189875 3:10 - 3:14
    超人般的赞誉了。
68. 193667 3:14 - 3:16
    所以我想问你们一个问题。

    ¶

69. 196208 3:16 - 3:19
    你们认为什么是印刷电路板？
70. 199500 3:20 - 3:22
    考虑用隐喻的方式。
71. 201625 3:22 - 3:24
    想想你居住的城市。
72. 203875 3:24 - 3:27
    你知道所有的景点，然后你想去：
73. 207208 3:27 - 3:30
    你家里，你工作单位，餐厅，
74. 210125 3:30 - 3:32
    以及每个街区的星巴克。
75. 213208 3:33 - 3:36
    所以我们修了
    将它们都连接起来的路。
76. 217833 3:38 - 3:40
    这就是印刷电路板。
77. 220375 3:40 - 3:43
    除了那些类似餐厅的东西，
78. 223167 3:43 - 3:47
    我们在芯片上用晶体管，
79. 226958 3:47 - 3:48
    电容器，电阻器替代了它们，
80. 228292 3:48 - 3:51
    所有这些电子元件，
81. 230792 3:51 - 3:54
    都需要可以相互通话的方式。
82. 234000 3:54 - 3:56
    那么我们的道路呢？
83. 236667 3:57 - 3:59
    我们造了微小的铜线。
84. 240667 4:01 - 4:02
    所以下一个问题是，

    ¶

85. 241958 4:02 - 4:04
    我们如何制造这些微小铜线？
86. 244250 4:04 - 4:06
    它们非常的小。
87. 245917 4:06 - 4:08
    可不可能，我们走进一家硬件商店，
88. 248417 4:08 - 4:10
    拿一轴铜线，
89. 250417 4:10 - 4:13
    再用那些钢丝钳，一点线缆，
90. 253417 4:13 - 4:17
    把它们组装起来，然后，砰——
    我们就有了印刷线路板吗？
91. 258000 4:18 - 4:19
    没门。
92. 259292 4:19 - 4:22
    我们需要的铜线是非常微小的。
93. 261750 4:22 - 4:25
    所以我们不得不
    依靠我们的朋友：化学。
94. 266708 4:27 - 4:30
    化学工艺使制造这些微小铜线

    ¶

95. 269833 4:30 - 4:32
    看起来似乎非常简单。
96. 271875 4:32 - 4:34
    我们从一个带正电的铜球的
97. 273667 4:34 - 4:37
    溶液开始。
98. 277083 4:37 - 4:42
    然后我们加入一个
    绝缘的印刷电路板。
99. 281542 4:42 - 4:45
    同时我们通过往混合液里加入甲醛
100. 284958 4:45 - 4:47
     给带正电的球体里
101. 286750 4:47 - 4:49
     提供带负电的电子。
102. 289167 4:49 - 4:51
     你可能还记得甲醛是什么。
103. 290958 4:51 - 4:53
     非常独特的气味，
104. 292750 4:53 - 4:56
     用来在生物课上保存青蛙。
105. 296083 4:56 - 4:59
     是的，事实证明它可以用来
     做更多的事情。
106. 298875 4:59 - 5:01
     并且这是制造这些微小铜线的
107. 300958 5:01 - 5:03
     关键部分。
108. 304208 5:04 - 5:08
     于是，这些甲醛上
     的电子有了内驱力。
109. 307583 5:08 - 5:11
     它们想跳上这些带正电的铜球。
110. 312500 5:12 - 5:17
     这些都是因为一个叫
     氧化还原的过程。
111. 316792 5:17 - 5:18
     当这个反应发生的时候，
112. 318083 5:18 - 5:22
     我们可以将这些带正电的铜球
113. 321792 5:22 - 5:24
     变成明亮的，
114. 324250 5:24 - 5:29
     闪光的，金属的，有传导性的铜。
115. 328708 5:29 - 5:31
     一旦我们有了带传导性的铜，
116. 330958 5:31 - 5:32
     就相当于我们已经
     在用天然气做饭了。
117. 332458 5:32 - 5:35
     那么，我们能够使所有电子元件
118. 334792 5:35 - 5:36
     互相之间进行交流了。
119. 336083 5:36 - 5:38
     所以再次谢谢化学。
120. 339625 5:40 - 5:41
     让我们来想想，

     ¶

121. 341250 5:41 - 5:44
     思考一下有了化学以后
     我们走了多远。
122. 345583 5:46 - 5:48
     很明显，在电子通讯领域，
123. 348292 5:48 - 5:50
     尺寸非常重要。
124. 350000 5:50 - 5:53
     所以让我们思考一下
     如何才能缩小设备的尺寸，
125. 353458 5:53 - 5:57
     这样我们可以从
     90 年代的大哥大，
126. 357042 5:57 - 5:59
     过渡到一种更加流畅的，
127. 358917 5:59 - 6:02
     就像今天我们可以
     装进口袋里的手机。
128. 361958 6:02 - 6:03
     尽管，现实一点：
129. 363500 6:04 - 6:07
     很显然没有东西可以
     装进女士裤子的口袋里，
130. 367375 6:07 - 6:10
     如果你可以找到一对有口袋的裤子。
131. 370375 6:10 - 6:11
     （笑声）

     ¶

132. 371417 6:11 - 6:15
     并且我也不认为化学
     可以帮我们解决这个问题。

     ¶

133. 376833 6:17 - 6:20
     但是比让实际设备
     缩小尺寸更重要的是，
134. 380083 6:20 - 6:22
     我们如何使内部的电路
135. 382500 6:22 - 6:24
     缩小 100 倍，
136. 384458 6:24 - 6:28
     以便使电路从微米尺寸
137. 387875 6:28 - 6:30
     直接缩小到纳米尺寸？
138. 390833 6:31 - 6:32
     因为，我们面对的是，
139. 392125 6:32 - 6:36
     现在我们需要更强大，更快的手机，
140. 395750 6:36 - 6:40
     而更强大和更快意味着
     需要更多的电路。
141. 401333 6:41 - 6:43
     那么我们如何做到这一点？

     ¶

142. 403042 6:43 - 6:47
     并不是说我们拥有某些
     有魔力的电磁收缩射线，
143. 406792 6:47 - 6:50
     就像韦恩·萨林斯基教授在
     “亲爱的，我把孩子们缩小了”里面
144. 409875 6:50 - 6:51
     用来缩小他的孩子们的机器。
145. 411250 6:51 - 6:53
     当然，他不是故意的。
146. 413792 6:54 - 6:55
     我们可以用他的机器吗？
147. 415958 6:56 - 6:58
     事实上，在该领域内，
148. 417750 6:58 - 7:00
     有一个过程和那个非常类似。
149. 420500 7:00 - 7:03
     它的名字叫光刻法。
150. 423417 7:03 - 7:07
     在光刻法里，我们使用电磁辐射，
151. 426792 7:07 - 7:09
     或者，我们更倾向于叫光，
152. 428792 7:09 - 7:11
     我们用它来缩小电路的一些部分，
153. 431458 7:11 - 7:15
     这样我们可以在一个非常小的
     空间里塞进更多的电路。
154. 437583 7:18 - 7:19
     那么，这是如何运作的呢？

     ¶

155. 440000 7:20 - 7:22
     我们从一个有一层
156. 441958 7:22 - 7:25
     感光膜覆盖的基底开始。
157. 444917 7:25 - 7:28
     然后我们用一张膜把它盖住，
158. 448500 7:28 - 7:30
     膜上面有一些
159. 450083 7:30 - 7:34
     用来定制手机功能的
     细线和特性的图案。
160. 453917 7:34 - 7:38
     接着我们让基底暴露在
     一束明亮的光下，
161. 457667 7:38 - 7:41
     在表面上留下一个阴影的图案。
162. 461875 7:42 - 7:45
     任何光透过的地方，
163. 464833 7:45 - 7:48
     都将会引起一个化学反应。
164. 468125 7:48 - 7:53
     并且会将图案的图像烙进基底里。
165. 472708 7:53 - 7:55
     所以你可能想问一个问题，

     ¶

166. 474833 7:55 - 7:57
     我们如何从一个烧出来的图像
167. 476792 7:57 - 8:00
     得到干净的线条和特征？
168. 479875 8:00 - 8:02
     要实现这个目的，
     我们必须使用一种
169. 482500 8:02 - 8:04
     叫显影剂的化学溶液。
170. 484125 8:04 - 8:06
     这种显影剂比较特别。
171. 486167 8:06 - 8:10
     它的作用是将没有曝光的区域
172. 489750 8:10 - 8:12
     有选择性的去除掉，
173. 491708 8:12 - 8:15
     留下干净的线条和特征，
174. 494667 8:15 - 8:17
     让我们的小型设备正常工作。
175. 498417 8:18 - 8:22
     所以，现在我们已经使用
     化学打造出了我们的设备，

     ¶

176. 502125 8:22 - 8:25
     也用它缩小了我们的设备。
177. 505500 8:26 - 8:29
     所以我可能已经说服了你们，
     化学才是真正的英雄，
178. 508708 8:29 - 8:30
     那我们就可以到这里结束了。
179. 510701 8:31 - 8:32
     （掌声）

     ¶

180. 511875 8:32 - 8:33
     等一下，还没有。

     ¶

181. 513417 8:33 - 8:35
     没这么快。
182. 515042 8:35 - 8:37
     因为我们都是人类。
183. 516917 8:37 - 8:40
     作为一个人类，我总是想要更多。
184. 519542 8:40 - 8:42
     所以现在我想思考如何使用化学
185. 522250 8:42 - 8:45
     从一个设备中提取出更多的东西。
186. 525833 8:46 - 8:50
     现在，我们知道了我们想造 5G，

     ¶

187. 529833 8:50 - 8:53
     或者说承诺的第五代无线技术。
188. 533458 8:53 - 8:56
     你应该已经在商业领域听说过，
189. 535583 8:56 - 8:58
     5G 已经开始出现了。
190. 538708 8:59 - 9:01
     或者你们中的一些人也许已经在
191. 540708 9:01 - 9:03
     2018 年冬奥会体验过了。
192. 543875 9:04 - 9:06
     5G 最使我兴奋的是，
193. 546250 9:06 - 9:10
     当我迟到了，冲出家门去赶飞机，
194. 549958 9:10 - 9:13
     我可以用 40 秒
     下载电影到我的手机上，
195. 553125 9:13 - 9:15
     而不是 40 分钟。
196. 556000 9:16 - 9:18
     但是一旦 5G 真的来了，
197. 557833 9:18 - 9:20
     比起我们可以
     放多少部电影在手机里，
198. 560125 9:20 - 9:21
     它实际上有更深远的意义。
199. 562458 9:22 - 9:25
     那么问题来了，
     为什么真正的 5G 还没来？

     ¶

200. 566375 9:26 - 9:28
     我想与你们分享一个小秘密。
201. 568375 9:28 - 9:31
     这个问题很好回答。
202. 570875 9:31 - 9:33
     只是因为太难了。
203. 573833 9:34 - 9:37
     想想看，如果你用
     那些传统的材料和铜
204. 576708 9:37 - 9:39
     来制造 5G 设备，
205. 578625 9:39 - 9:42
     信号并不能到达它的终点。
206. 583833 9:44 - 9:48
     传统上，我们用非常粗糙的绝缘层

     ¶

207. 588375 9:48 - 9:51
     来使铜线发挥作用。
208. 590917 9:51 - 9:53
     想象一下尼龙搭扣。
209. 593000 9:53 - 9:57
     是粗糙度让两片东西能相互粘牢。
210. 598208 9:58 - 10:00
     如果你想要一个设备，
     它的续航的时间
211. 600433 10:00 - 10:02
     比你把它从盒子里拿出来，
212. 602000 10:02 - 10:04
     并开始安装所有
     的应用程序要长的话，
213. 604042 10:04 - 10:06
     这一点就非常重要。
214. 607250 10:07 - 10:09
     但是这种粗糙度引起了一个问题。

     ¶

215. 609958 10:10 - 10:13
     在 5G 的高速下，
216. 613417 10:13 - 10:17
     信号不得不靠近粗糙面传输。
217. 617208 10:17 - 10:21
     那么在到达终点前它就会损失殆尽。
218. 622292 10:22 - 10:24
     想象一个山脉，
219. 624042 10:24 - 10:28
     环绕着一条错综复杂的道路系统，
220. 627542 10:28 - 10:30
     你试图到达山的那一边。
221. 630292 10:30 - 10:32
     那么你们同不同意，
222. 631583 10:32 - 10:35
     跟挖一条笔直的隧道，
223. 635000 10:35 - 10:37
     直接穿过山脉相比，
224. 637083 10:37 - 10:40
     翻山越岭
225. 639750 10:40 - 10:42
     要花上很长时间，
226. 642167 10:42 - 10:45
     而且还可能会迷路？
227. 644625 10:45 - 10:47
     这就是 5G 设备所面临的问题。
228. 647333 10:47 - 10:50
     如果我们可以去掉这个粗糙面，
229. 649708 10:50 - 10:52
     就可以让 5G 信号
230. 651583 10:52 - 10:54
     笔直穿过媒介而不受干扰。
231. 653625 10:54 - 10:55
     听起来不错，是吧？
232. 655792 10:56 - 10:57
     但是等一下。

     ¶

233. 656819 10:57 - 10:59
     我有没有告诉你们，
     我们需要那个粗糙面
234. 658919 10:59 - 11:01
     来保持设备相互连接？
235. 660846 11:01 - 11:04
     如果我们去掉了这部分，
     就无法将铜固定在
236. 663756 11:04 - 11:06
     下面的基底上。
237. 667583 11:08 - 11:10
     想象用乐高积木搭建一个房子，
238. 670458 11:10 - 11:15
     相比于光滑的积木块，
239. 674708 11:15 - 11:17
     乐高积木的所有边边角角
     都是嵌合在一起的。
240. 677375 11:17 - 11:21
     当两岁的小孩闯进客厅，
241. 680708 11:21 - 11:24
     试图扮演哥斯拉，
     并且把所有东西都拆掉，
242. 683583 11:24 - 11:26
     这两个中哪一个的结构
     会更稳固呢？
243. 687375 11:27 - 11:30
     但是如果我们
     在光滑的积木块上用胶水呢？
244. 691125 11:31 - 11:34
     这就是行业目前在等待的东西。
245. 693875 11:34 - 11:37
     他们在等化学家们为某些铜线设计出
246. 697000 11:37 - 11:40
     增加了固有粘着力的
247. 699542 11:40 - 11:42
     新的、光滑的表面。
248. 702457 11:42 - 11:44
     当我们解决了这个问题——

     ¶

249. 703958 11:44 - 11:46
     我们一定会解决这个问题——
250. 705667 11:46 - 11:48
     然后我们会跟物理学家
     和工程师一起合作，
251. 707917 11:48 - 11:51
     解决 5G 的所有挑战，
252. 711125 11:51 - 11:55
     然后应用程序的数量
     就会呈爆发性增长。
253. 714625 11:55 - 11:58
     是的，我们将会有像
     自动驾驶汽车一样的应用，
254. 717542 11:58 - 12:01
     因为现在我们的数据网络
     可以应对这个速度，
255. 721208 12:01 - 12:05
     并且信息的数量也
     需要使它达到这个速度。
256. 724667 12:05 - 12:08
     但是，再让我们来想象一下。
257. 727542 12:08 - 12:12
     比如，我和一个对花生
     过敏的朋友走进一家餐厅,
258. 731708 12:12 - 12:13
     拿出我的手机，
259. 733500 12:14 - 12:15
     对着食物晃一下，
260. 734875 12:15 - 12:17
     然后让食物来帮助我们
261. 737083 12:17 - 12:20
     回答一个非常重要的问题——
262. 740333 12:20 - 12:23
     这个食物是致命的还是安全的？
263. 743875 12:24 - 12:27
     或者我们的设备能够
264. 746875 12:27 - 12:30
     非常好的处理这些信息，
265. 749917 12:30 - 12:33
     这样它们就成为了我们的个人助理，
266. 752917 12:33 - 12:36
     能够了解对于我们
     燃烧卡路里最有效的方式。
267. 756208 12:36 - 12:38
     我知道到了十一月，
268. 757542 12:38 - 12:40
     当我试图减掉一部分
     因为怀孕长胖的体重，
269. 760333 12:40 - 12:43
     我会很高兴有一个设备
     可以告诉我该怎么做。
270. 764542 12:45 - 12:47
     除了说，化学真的太酷了，

     ¶

271. 767000 12:47 - 12:49
     我不知道还有什么别的方式
     来形容它的神奇。
272. 769167 12:49 - 12:53
     它使这些所有
     的电子设备成为了可能。
273. 773042 12:53 - 12:57
     所以下一次当你发信息
     或者自拍的时候，
274. 777042 12:57 - 13:00
     想一想所有努力工作的原子，
275. 779583 13:00 - 13:02
     和在它们之前的革新。
276. 783000 13:03 - 13:04
     谁知道呢，
277. 784292 13:04 - 13:07
     也许你们当中的一些人，
278. 786625 13:07 - 13:09
     甚至通过移动设备，
279. 788708 13:09 - 13:11
     也会决定要协助
     电子设备真正的英雄，
280. 791167 13:11 - 13:12
     化学队长，
281. 792500 13:12 - 13:16
     贡献自己的一份力量。
282. 796333 13:16 - 13:18
     谢谢大家的聆听，

     ¶

283. 797958 13:18 - 13:20
     谢谢化学。
284. 799583 13:20 - 13:23
     （鼓掌）

     ¶