新火：從祝融到納米火

胡志宇，物理學博士、工商管理碩士，國家特聘專家、二級教授、博士研究生導師、科普中國專家，上海交通大學“致遠”講席教授，張江高等研究院未來材料創制中心納微能源創新團隊主任，英國皇家化學學會會士（FRSC）和多個學術期刊副主編與編委。累計發表科研論文180餘篇，於國內外獲數十項科研與教學獎項，其中包括極具影響力的2024年度“R&D 100”可持續創新者獎、教育部-華為“智能基座”棟梁之師獎，以及美國能源部部長親函嘉獎等殊榮。擁有40餘項發明專利，已出版6部中英文專著及教材。主要致力於微納尺度能量轉換、微納發電芯片、先進傳感器、納米構建功能材料等關鍵領域的研究。相關研究成果得到了國內外眾多媒體的報道，如新華社、人民日報、科技日報、文匯報、大公網、美聯社、R&D World、泰晤士報等。相關成果成功入選2022年瑞典皇家工程科學院（IVA）年度重大科學進展。

目錄

 

 

1天火

開天闢地的宇宙大爆炸 / 1

奇點，照亮宇宙的火把 / 2

超新星的誕生 / 6

燃燒的太陽溫暖了地球 46 億年 / 9

祝融與普羅米修斯，人類的火種 / 13

 

2地火

地球上的火與熱 / 19

地球上所有的物體都有溫度嗎？ / 20

看不見摸得著的熱到底是什麽？ / 21

為什麽烤過的紅薯會燙手很久？ / 24

如何測量一根頭發絲的溫度？ / 29

 

3生火

整個人類文明都建立在對火的認知上 / 37

地球生命的起源 / 38

人體是線粒體驅動的熱機 / 45

從鑽木取火到刀耕火種 / 56

火的“藥”的確勁兒大 / 62

絢麗的煙花與熱鬧的爆竹 / 69

諾貝爾的炸藥為世界開闢了道路 / 76

 

4點火

火驅動了工業革命的發展 / 81

能源，給歲月以文明 / 82

第一臺實用的蒸汽機：紐科門蒸汽機 / 83

瓦特的改進提高了蒸汽機的效率 / 87

火車跑得還沒有馬快 / 91

第一次工業革命讓機器解放了人力 / 93

焓與熱力學第一定律 / 98

 

5燭火

決定世間萬物生長的尺度定律 / 101

決定世間萬物的尺度定律 / 102

螞蟻比大象力氣大 / 105

核裂變之火源於一條細細的紅線 / 109

僅需要兩個原子的核聚變之火 / 118

我們能否生活在沒有化石燃料的世界？ / 125

 

6新火

可以捧在手裡的納米火 / 129

熱的尺度效應：可持續性燃燒的第四個條件 / 130

納米火誕生於一次意外 / 135

納米火與固態間熱電子發射 / 145

僅僅20納米厚平面燃燒的納米火 / 150

納米火構成了世界上最小的火炬陣列 / 155

 

7芯火

芯片上的發電廠 / 161

什麽是熱電發電技術？ / 162

熱的尺度效應理論 / 166

納米尺度熱機：微納熱電芯片 / 171

能夠分辨顏色與物質的傳感器 / 177

能夠分辨繪圖與音樂的傳感器 / 185

微納熱電芯片在芯片級製冷方面的應用 / 189

 

8冰火

通過製冷發電可能嗎？ / 193

不用電就可以冷卻的紅外輻射製冷 / 194

新興能源技術：從太陽和冷空間收集不間斷電力 / 199

如何通過給地球降溫來發電？ / 203

輻射製冷與微納熱電芯片組合發電 / 211

 

9種火

給太陽“搬”個家 / 219

分子光儲熱技術（MOST）實現“種太陽”的夢想？ / 220

給太陽能搬個家再發電 / 223

 

10逐火

重返星辰大海，納米之火可以燎原 / 231

碳中和與全球氣候變化帶來的挑戰與機遇 / 232

尋找人類與自然的共存之道 / 235

基礎科學研究與科技創新應用，這麽近，那麽遠 / 238

摒棄“山寨”、勇於創新，納米之火必可燎原 / 241

 

主要參考文獻 / 243

 

結語 / 245