靈機一動

內文試閱1

我的巧克力糖怎麼熔糊了？

微波爐的發明

史班賽雖然小學都沒有畢業，但他找到自己的喜愛進而力求上進，自我學習基礎數學、物理、化學等，有連接貫穿的能力，求真務實的精神，因此能把巧克力糖的熔糊現象加上磁控電子管功能而發明了微波爐。

小百科

微波爐（Microwave oven）是用微波的照射能量去煮熟食物，微波是電磁波（electromagnetic wave）的一種，微波爐放出來的頻率是2.45GHz（GHz： 109 cycles/sec），其電力為 300 —1000 watts。微波爐能煮沸食物的原理是微波能被食物中的水分子吸收，水分子間有許多氫鍵（hydrogen bonding），而這些氫鍵的能位剛好在微波的能量範圍，故水能吸收微波而能轉變成熱能，也就提高了食物的溫度。

用途

微波爐是家家戶戶必備的廚房用具，乾淨俐落，尤其熔化冷凍的食物更為方便。化學家也曾經報導：利用微波爐能促進某些化學反應。

發明者簡介

微波爐的發明者是美國伯西．史班賽（Percy Spencer, 1894 -1970，圖1），美國專利#2,495,429（1946年）。史班賽出生於緬因（Maine）州的Howland。史班賽一歲半的時候，父親便去世，接著媽媽改嫁，叔叔領養了他，但七歲的時候，叔叔也去世，使班賽成了孤兒，小學沒念完就去打工幹活。

史班賽具好奇及好學的精神，跟人家做了兩年電氣學徒，變成無所不通的電氣修理員。1912年當鐵達尼號（Titanic）沉沒大海時，從報紙上看到那時無線電報員救人的英勇行為使史班賽大為感動。十八歲就進入海軍無線電學校（Navy Radio School）學習無線電工程。他入學沒有提起有限的教育程度，但他以自修力求上進，自己找書學習三角、代數、物理、化學、冶金學等，無師自通，完成了無線電學校的課程。

幾年後（1925年左右）， 他找到雷氏恩公司（R a y t h e o n Corporation）的無線電技工工作。在雷氏恩公司的工作期間，發揮了他的求真與好奇心，一共發明也申請到一百五十多個專利。

靈機一動

二次世界大戰（1939 - 1946）期間，美國雷氏恩公司是一家高科技電氣公司，是國防工程的承包商。雷氏恩公司負責製造有關雷達（RADAR，RAdio Detection And Ranging）裝置的磁控電子管（magnetrons），雷達是利用微波來偵察敵軍的飛機與軍艦的動向，現在雷達也可用來測定雨量、天氣預報等。史班賽在雷氏恩公司的工作是負責磁控電子管的改良與生產。

1945年的一個夏日午後，史班賽正在試驗一個新改良的高能量磁控電子管，他有吃零食的習慣，口袋裡常放有巧克力糖，那天他發現放在口袋裡的巧克力糖熔糊掉了。他推想：有可能是剛才在大太陽下散步時熔糊掉的，但也有能是新的磁控電子管釋放出來的微波作怪。第二天，他就進一步做了一個小試驗：命他的助手去買一包玉米，他把這包玉米放在磁控電子管的正前方，扭開電波，幾分鐘後，玉米竟然爆開花來，弄得滿屋子都是玉米花，這時候他已經推定微波的能量有煮沸、熔糊掉巧克力糖的功能。接著他又做了第二個試驗：他找到一個舊的金屬小茶壺，在茶壺的旁邊開了一個小洞，往茶壺裡放了一顆生雞蛋，他把磁控電子管的微波對準那茶壺的小洞，扭開電波，看看能不能把生蛋煮熟。剛好有一位同事來看他，同事好奇，走近茶壺的旁邊，正要彎腰去看茶壺裡的蛋有什麼變化，但剎那間，蛋竟然爆破開了，蛋黃由小洞噴出來，沾滿這位同事的臉孔。這二個試驗證實了他的推想。1946年提出專利申請，1947年雷氏恩公司就推出第一個商業專用的微波烤箱，專門供給餐廳、火車與輪船使用。1955年家庭用的微波爐才上市，很快地便大受歡迎。

掌聲迴響

雖然史班賽小學沒有畢業，但他找到自己的喜愛繼而力求上進，自我學習基礎數學、物理、化學等，無師自通，有連接貫穿能力，求真務實的精神，所以他能把巧克力糖的熔糊加上控電子管功能，就變成微波爐（見圖2），打破傳統的加熱方法，而達成加乘作用（synergy）。

史班賽除了發明微波爐，他還發明了高能量的磁控電子管的製造，這對二次世界大戰期間的雷達改良製造有極大貢獻，這項貢獻曾經榮獲美國海軍的卓越公共服務褒獎（Distinguished Public Service Award）。後來他成為雷氏恩公司的副總裁和資深理事。在他退休之前，雷氏恩公司還把一棟新的大樓命名為史班賽大廈。

他一生輝煌的奮鬥、創造與發明確實為人類帶來數不盡的方便與享受，因此備受種種表揚。他被徵召入國家傑出發明名人館（National Inventors Hall of Fame），麻薩省大學曾經贈給他一個榮譽博士學位，他還被美國藝術科學學院（American Academy of Arts and Sciences）選為院士。

深度閱讀資料

1. David E. Brown（2002）. Inventing modern America： from the microwave to the mouse, pp

80-83, MIT Press, Cambridge, Mass USA。

2. Don Murray（1958）. “Percy Spencer and His Itch to Know”, Reader's Digest, August.

3. http：//en.wikipedia.org/wiki/Percy_Spencer

4. http：//en.wikipedia.org/wiki/Microwave_oven



內文試閱2

辦公室日常用品的發明：小兵立大功

談迴紋針、膠帶和留言膠紙

留言膠紙看起來似乎是簡單的日常用品，但它幾乎是每一個辦公室不可或缺的用品，真是小兵立大功。

我們的日常生活有許許多多的細節，也需要動用到各式各樣的用具，而這些諸多的用品是經過多少人的精心設計與發明，如果沒有這些發明，你一定會感到很多不便，這是「窮則變、變則通」或「需要是發明之母」的印證。本文來看幾項辦公室日常用品的小發明：迴形針、膠帶和留言膠紙。

小百科

紙夾（paper clips）又稱迴紋針，使用的材料必須有彈性、扭力和摩擦壓縮力（spring, torsion and friction），一般都用鐵絲製造。膠帶（adhesive tape）又稱蘇格蘭膠帶（Scotch tape），它的「膠水」是介於固與液態之間的黏劑，有透明塑膠膠帶（辦公室用的），也有家庭工業界用的紙或布膠帶。留言膠紙（post-it）是可以重複壓在紙張上或拉開的貼紙，紙上鋪的膠質是壓克力微球，有形形色色的產品。

紙與紙夾的發明

紙的發明始於中國，公元 105年東漢蔡倫用樹皮及破布製紙。蔡倫製紙是將一團紙漿澆在蓆子上，因沒經抄紙過程，紙質較粗，所以不能用來書寫，直到晉朝時（公元265-420年）紙才全部改用竹木做材料，而有用紙書寫，後來慢慢擴及到書畫、信箋、風箏、燈籠、日常生活用品、裝飾、藝品、娛樂、佛經、佛像、冥紙等等。

到了 751年造紙術西傳，1798年法國人羅勃（Louis Rober t）發明了木製的造紙機，再經過不斷改良，到 1815 年才有機器製紙。機器能快速、大量、低成本製紙，這立刻取代了手工製紙業。

紙與印刷成書、文件檔案是傳遞資訊的重要工具，當初有人用針穿插紙張把幾張紙夾在一起，就是使用紙夾的開始。迴形針在什麼時候？是誰發明的？根據文獻，第一個彎曲線的夾子專利於 1867年頒給費伊（Samuel B. Fay），它當初的用途是要把標籤夾到紡織品上，但專利列項說明可以用來夾紙張文件，可惜這項發明並沒有被普遍應用。

1877年第二個紙夾專利頒給萊特（Erlman Wright）；1899 年挪威的瓦拉（Johan Vaaler）用彎曲鐵絲製作紙夾而得到設計專利，挪威人一直堅持紙夾是他們發明的，把瓦拉當為國寶。說來奇怪，英國的寶石製造公司（The Gem Manufacturing Company）在 1880年就開始銷售自家製造的紙夾，就叫寶石紙夾（Gem paper clips），價廉物美，到目前寶石紙夾仍然留傳下來。

目前市場上有形形色色的紙夾，使用不同材料與設計，如塑膠，鐵絲外鍍不同顏色的塑膠。又，厚的文件需要有彈性而又有壓縮性的鋼片，主要是要把幾十或百張文件夾在一起，可以容易拆開與傳遞，不同於永久性的釘書機。

膠帶和留言膠紙的發明

在辦公室裡，除了紙張、迴紋針、電腦等，總少不了透明膠帶和留言膠紙。膠帶與膠紙的發明都出自於美國的 3M 公司（Minnesota Mining and Manufacturing Company），這二樣發明都並非一開始就要策劃的研究產品，可以說是意外發生的。

先來看膠帶的發明，發明者是祖魯（Richard G. Drew），他的工作是供應砂紙給汽車修理廠，砂紙是把各種大小矽砂鋪在布或紙上。卒魯在汽車修理工廠注意到一個噴漆的問題，接連在一起的二種顏色的周邊很不整齊，他便開始思考如何克服這個困難，經過二年的摸索與試驗，在 1925年他發明了一種有壓力感（pressure sensitive）的膠帶。

這款膠帶用點壓力就可貼黏到車殼，在噴漆二種顏象色時，先舖上一層二寸寬的膠帶，噴完一種顏色後換上新膠帶，放在已經噴完的一邊，故新舊二邊的顏色清晰分明。1930年3M 公司進一步推出透明膠帶，並命名為 Scotch tape（蘇格蘭膠帶）。

膠帶看起來好像是很簡單的東西，其實它是很有學問的，首先黏貼性的化合物必須是介於液態與固態之間，液態能使黏貼性的化合物在有壓力下流動擴展到整個面積（壓力敏感），固態有足夠的黏度，能抵抗黏性流動。

除了有黏貼性的化合物（膠水）鋪在透明塑膠帶外，「膠水」還必須先有一層底漆（primer）才能把黏貼性的化合物鋪在塑膠帶上，就像油漆牆壁或新木板，常常需要塗上一層底漆，這樣新油漆才能牢固黏貼在牆壁上。還有膠帶的另外一面必須有一層釋放劑（release agent），這樣才可保證膠水不會黏到頂部，否則透明膠帶

就無法披開使用。

再來看留言膠紙（Post-it）的發明，發明者是施爾（Spencer Silver）和弗萊（Arthur Fry）。施爾是一位化學博士，當初他在 3M的研究是合成能有永久貼黏度的聚合物。1968 年施爾合成了一種很特別的分子（acrylic microsphere壓克力微球），這分子的黏度不是很好，它的化學結構與物理性質和卒魯發明的膠水也不一樣。它雖然能黏貼物件，但並沒有永久性，也即能用力把用膠質黏在一起的二樣東西分開。更重要的是，膠黏劑可以同樣方式一次又一次地拉開再貼上去。

但是它會有什麼用途呢？施爾經常在 3M 公司的研發部與同事分享他的發明，試試能否找到它的用處。你可以想像一個沒有實際用途的發明可能是永遠擱置在櫃檯上，無人問津。

話說 3M 的另一員工弗萊，他是教會唱聖詩班的成員，他在演唱之前都會把即將演唱的讚美詩歌用書籤標好，有一天當他拿起讚美聖詩歌譜時，那些書籤都不翼而飛，原來當天早上他的小孩因好奇把書籤都抽掉了，使弗萊不知所措。還有一次，不小心將聖詩冊掉落地上，書籤也都掉了出來，這些意外使弗萊感到非常不便。

有一次弗萊去參加公司非正式的討論會，聽到施爾的發明報告及徵求同事們的應用建議。一剎那間，弗萊把他的書籤經驗與施爾的發明連在一起，於是便向上司提出他的構想，利用施爾的膠黏劑做能重複使用的書籤。但是他的提議並沒有得到公司的贊助，於是弗萊與施爾便開始在弗萊的地下室自行做試驗，並設計機器及製造，實驗成功後，再次向 3M 公司研發部提出議案。

有了初步的研究，再經審查與市場調查，發現這個可重複使用書籤的產品值得開發，於是3M 公司就開始全力支持。接著花了五年，才完善規畫和設計出機器製造產品，1980年就推出 post-it 產品，一炮而紅，成為辦公室不折不扣的必須品。

掌聲迴響

紙夾的發明已有一百四十多年的歷史。2011年美國發明家名人館（National Inventors Hall of Fame）徵召二位留言膠紙的發明者入館，美國各大報紙曾競相宣揚。當初弗萊與施爾堅持自己的構想而私自花費資金去設計機器製造，最後由 3M 公司出品銷售，據報導，3M公司靠膠帶與留言膠紙的每年盈利高達千萬美金。施爾一生有20 項美國專利。

留言膠紙看起似乎是簡單的日常用品，但它幾乎是每個辦公室不可或缺之物，可謂小兵立大功。弗萊與施爾在退休之前，得過 3M

公司無數的表揚與榮譽，國際工程協會也曾頒獎給他們二人。

深度閱讀資料

1. Scientific American，The start of everything，pp70，September，2009.

2. Ira Flatow（1993）They All Laughed…From Light Bulbs to Lasers, Stories Behind Great

Inventions，Harper-Perennial，New York, USA.

3. Washington Post, March 31, 2010.

4. http：//en.wikipedia.org/

內文試閱1

我的巧克力糖怎麼熔糊了？

微波爐的發明

史班賽雖然小學都沒有畢業，但他找到自己的喜愛進而力求上進，自我學習基礎數學、物理、化學等，有連接貫穿的能力，求真務實的精神，因此能把巧克力糖的熔糊現象加上磁控電子管功能而發明了微波爐。

小百科

微波爐（Microwave oven）是用微波的照射能量去煮熟食物，微波是電磁波（electromagnetic wave）的一種，微波爐放出來的頻率是2.45GHz（GHz： 109 cycles/sec），其電力為 300 —1000 watts。微波爐能煮沸食物的原理是微波能被食物中的水分子吸收，水分子間有許多氫鍵（hydro...

牟序
周序
自序

I. 生活篇
1. 發明家的思維：靈機一動
2. 向自然界學習：維爾克(Velcro)的發明
3. 向壁虎學習：乾式黏附物的發明
4. 我的巧克力糖怎麼熔糊了? 微波爐的發明
5. 辦公室日常用品的發明：小兵立大功 談迴紋計針、膠帶和留言膠紙
6. 個人電腦硬軟體的發展
7. 通訊工具的發明：傳真機、電話、網路
8. 節省能源：電燈泡、日光燈、發光二極體的發明
9. 影印機與雷射印表機的發明
10. 快速攝影術的發明：看到子彈正穿過撲克牌

II. 生物醫學篇
11. 生命的螺旋 DNA結構的發現
12. 複製又複製：PCR的發明
13. 生物結構影像術：磁共振影像術的發明
14. 錯誤中的發明：小型心臟起搏器的發明
15. 抗生素的研究：盤尼西林舍建鏈黴素與抗菌肽素
16. 帶來性開放的藥丸發現：談威而鋼與口服避孕藥
17. 醫學的發現 — 胃炎、胃潰瘍、胃癌與幽門螺旋桿菌
18. 麻醉藥的發現與應用
19. 一氧化氮醫學
20. 生物醫學工程大師 — 蘭格與柯爾夫

III. 化學篇
21. 意外的產物 — 克維拉 化學家的禮物(1)
22. 意外的產物 — 鐵氟龍 化學家的禮物(2)
23. 意外的發現 — 人造甜劑 化學家的禮物(3)
24. 嗅覺與味蕾受體的新發現
25. 電化學的應用與發展：鋁的提煉與燃料電池
26. 天時地利人和 飛秒化學的開拓者 — 齊威爾
27. 特異的球狀結構：泡型建築的創始與碳六十的發現
28. 除草劑與基因改造食品
29. 珍珠與鑽石
30. 綠色化學：清潔劑成分、乾洗與二氧化碳的利用

IV. 物理天文篇
31. 原子與分子的放射 — 雷射的發明
32. 雷射的應用：捕捉原子與中性粒子 物理大師 — 朱棣文
33. 電晶體的發明
34. 積體電路的發明
35. 近代天文學的二個新發現：宇宙微波背景輻射信號和脈衝星
36. 卡門的發明經驗 — 從失敗中求成功

後語

附錄
(1) 環境荷爾蒙 — 從限用塑膠袋說起
(2) 自由基化學與醫學

牟序
周序
自序

I. 生活篇
1. 發明家的思維：靈機一動
2. 向自然界學習：維爾克(Velcro)的發明
3. 向壁虎學習：乾式黏附物的發明
4. 我的巧克力糖怎麼熔糊了? 微波爐的發明
5. 辦公室日常用品的發明：小兵立大功 談迴紋計針、膠帶和留言膠紙
6. 個人電腦硬軟體的發展
7. 通訊工具的發明：傳真機、電話、網路
8. 節省能源：電燈泡、日光燈、發光二極體的發明
9. 影印機與雷射印表機的發明
10. 快速攝影術的發明：看到子彈正穿過撲克牌

II. 生物醫學篇
11. 生命的螺旋 DNA結構的發現
12. 複製又複製：PCR的發明
13. 生...