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世界上最小的收音機:碳奈米管

科景_96
・2011/02/10 ・938字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

Original publish date:Nov 10, 2007

編輯 Keelungman 報導

 

只要一根碳奈米管 (CNT),就可以把所有收音機的零件都做上去,包含:天線、可調頻濾波器、放大器,以及解調變器。實驗證實它可以工作,而你只需要一個電池來驅動它。

http://www.physics.berkeley.edu/research/zettl/projects/nanoradio/media/nanoradio-tower-sunset.jpg ” width=”350″>

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奈米無線電塔。取自實驗中 CNT 收音機的 TEM 圖像,其中的波紋為附加的視覺效果。(c) 2007,Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.

這裡先簡單說明收音機的工作原理:廣播電台利用調變將聲頻訊號(約數千赫茲)加入載波(約數百萬赫茲)中,利用無線電送出,所以一台收音機需要天線接收無線電訊號,然後通過調頻濾波器過濾出特定載波波段的訊號,接著放大訊號,最後將聲頻訊號從載波訊號中解調變出來,送到喇叭。然而加州柏克萊大學的研究團隊,發現一根碳奈米管同時也可以滿足天線、可調頻濾波器、放大器,以及解調變器四項功能。他們將 CNT 接在負極上,通以直流偏壓,然後把 CNT 的場發射電流訊號通往喇叭,就可以從喇叭中聽到無線電訊號中的聲頻,濾波的波段可以利用偏壓大小控制。

http://www.physics.berkeley.edu/research/zettl/projects/nanoradio/media/nanoradio-timeline-sizes.jpg ” width=”500″>

 

收音機的演進與尺寸的比較。(c) 2007,Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.

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為什麼一根 CNT 可以同時辦到這麼多事?當 CNT 接在負極上通以偏壓時,上面會帶有電荷,這會使得 CNT 可受外來無線電影響產生共振。CNT 的共振頻率大致上取決於管長,長度越長共振頻率越低。而共振頻率的微調可以用外加偏壓來控制,偏壓越大則共振頻率會越高,這是因為靜電累積在 CNT 上所產生的張力所致。數百奈米長,管徑十奈米的 CNT 的共振頻率約在一百到三百萬赫茲,涵蓋一般商用 FM 無線電頻。濾波的頻寬取決於 CNT 共振的 Q 值,此值大約 500 左右。無線電訊號的放大與解調變,是利用 CNT 的場發射電流特性,外加偏壓提供 CNT 一定的場發射電流,而 CNT 的共振振幅會改變場發射電流的強弱,有解調變的功能。所以場發射電流訊號即為經由放大並解調變之後的聲頻訊號。放大的倍率一般可到 50db。

他們在實驗時,用無線電傳送沙灘男孩的歌曲 “Good Vibrations”,用 CNT 收音機接收訊號,並同時從 TEM 即時紀錄 CNT 的共振行為。他們發現到當收音機頻率調對時,CNT 明顯振動,同時喇叭也傳出清晰的歌曲。從下面的相關聯結,大家可以欣賞 CNT 收音機的表現。

 

參考來源:

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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臺中、高雄、花蓮舉辦 112 年度廣電媒體專業素養培訓課程,共創優質媒體閱聽環境
PanSci_96
・2023/11/18 ・802字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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國家通訊傳播委員會(下稱 NCC)為健全廣電事業發展、提升從業人員專業素養,促使廣電事業製播優質節目及傳遞正確資訊,今(112)年援例舉辦「廣電媒體專業素養」培訓課程,本趟知識列車自 8 月起於臺北開跑,9 月分別安排於臺中、高雄,花蓮場則於 10 月辦理完成。

NCC 於 8 月舉辦專業訓練課程臺北場後,佳評如潮,在 9 月舉辦的臺中、高雄場, 10 月舉辦的花蓮場,各地媒體從業人員共同參與,除了「廣播事業營運發展」、「電視事業營運發展」、「性別平權」、「權益保護」、「多元文化」等主題外,更為中、南、東部業者規劃「內容自律」課程,邀請國立臺灣海洋大學助理教授,同時也是資深媒體人的許文宜教授,從實例探討廣電相關法規,培養內容自律意識;「消費者權益保護」課程邀請衛福部食藥署吳怡萱副稽查員,透過食品藥妝及醫藥法規,講述食藥廣告製播應注意事項。

圖 1 「消費者權益保護」課程邀請衛福部食藥署吳怡萱副稽查員分享

因應數位時代的快速變化,安排「 AI 在廣電媒體的應用發展趨勢」課程,分享科技新知及 AI 於廣電節目應用實例;「事實查證工具應用」課程則旨在培養識別虛假訊息的能力,從而可充分履行媒體的專業責任,安排每場次 3 小時的事實查證工作坊,期提高參與業者事實查核意識及能力,進而杜絕虛假訊息傳播。

圖 2 「 AI 在廣電媒體的應用發展趨勢」課程邀請集仕多股份有限公司梁哲瑋總經理分享

睽違兩年首次回歸實體課程,中、南部從業人員展現其熱情,不僅課程踴躍互動,課後也與講師熱絡交流,紛紛表示課後收穫良多。花蓮場原訂課程面臨「小犬」颱風侵襲而延期一周辦理,出席率仍高達 8 成,展現東部業者學習新知的熱情與企圖心,期待未來廣電媒體產業持續相互砥礪,攜手打造優質視聽環境!

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廣電媒體專業素養培訓課程好評再加開!歡迎報名臺北加開場,共同打造美好的閱聽環境!
PanSci_96
・2023/11/10 ・859字 ・閱讀時間約 1 分鐘

國家通訊傳播委員會(下稱 NCC)為健全廣電事業發展、提升從業人員專業素養,促使廣電事業製播優質節目及傳播正確資訊,舉辦「廣電媒體專業素養培訓課程臺北加開場」,將於 11 月 30 日假集思交通部國際會議中心辦理,詳情請見報名表

本課程已邁入第 15 個年頭,在睽違兩年線上辦理後,今年回歸實體課程,盼能提升廣電媒體從業人員專業素養,建立優質廣電環境,進而提供民眾最精準訊息。本系列課程 8 月 22 日從臺北出發,一路前往臺中、高雄、花蓮,環島巡迴課程於 10 月 13 日圓滿結束,系列課程議題多元且講師具備領域專業,課程佳評如潮。

因應許多業者期待, NCC 將舉辦專業培訓課程臺北加開場,規劃以下課程:一、「 AI 在廣電媒體的應用發展趨勢」課程,邀請集仕多股份有限公司總經理梁哲瑋分享科技新知及 AI 於廣電節目應用實例;二、「從廣播/電視節目探討內容自律機制」課程,邀請國立臺灣海洋大學助理教授、同時也是資深媒體人的許文宜教授,從實例探討廣電相關法規,培養內容自律意識。透過專家學者精闢解析、傳遞新知,提供一個讓業者互動交流的平台。

NCC 身為廣電媒體主管機關,將持續辦理一系列課程,致力於優化從業人員專業素養與識讀能力,彼此勉勵、交流,一起成為守門人,製播更精準、優質的內容,共同打造一個美好的視聽環境!

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參與課程者也將獲頒「參訓證明」,歡迎廣電媒體從業人員與關心此議題的民眾踴躍線上報名參加,名額有限,欲報從速,額滿為止。

臺北加開場活動資訊:

  • 時間: 11 月 30 日(四) 14:00-17:30
  • 地點:集思交通部國際會議中心 2 樓 202 會議室(台北市中正區杭州南路一段 24 號)
  • 費用:免費
  • 報名連結:https://forms.gle/ykK3YvBa89TQMLi16
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