1、从沙到芯片
　　位于教材绪言
　　三层科技与生活C厅
　　这个展项叫做从砂到芯片这个展项全面揭示了半导体工业对我们人类发展历程的巨大影响。
　　第一件展品沙子。看起来很平常的沙子就是芯片的原材料。工厂对沙子进行提纯，可以得到芯片的原材料硅，再对硅进行处理以后，可以得到我们的空白晶圆，最后在空白晶圆上进行刻电路。晶圆的直径的大小直接决定了所刻芯片的数量，晶圆的直径越大所刻的芯片数量越大，芯片的成本也就越低。随着科技的发展，芯片的直径已经从最初的50毫米扩大到300毫米。旁边的展品就是300毫米的硅柱，工厂就是利用对这种300毫米的硅柱进行切割得到300毫米直径的晶圆。在空白晶圆后进行刻电路，之后就可以得到裸芯片。所谓裸芯片就是说它还没有进行封装和测试，进行封装和测试以后便是一块成熟的芯片。一块成熟的芯片只有指甲盖那么大小，但是它内部却蕴含了几百万个甚至上亿个晶体管，上到宇宙空间站和运载飞船；下到常用的手机和手表，都离不开芯片。这个展柜展示了intel公司从1974年到现在所生产的所有不同型号的芯片。从最早的1974年生产的8080处理器，一直发展到我们今天的非常先进的芯片。芯片的发展历程，也展示了我们人类社会发展的历程。
　　2、环境空气质量监测   
　　位于教材第二单元
　　四层挑战与未来C/D厅
　　近年来，空气污染问题越来越受到社会和公众的重视，随着治理力度的加大，城市雾霾持续得到改善。展品以云朵造型为背景，设计7个展示模块，发光柱对应参与空气质量评价的6个主要污染物，1个综合空气质量指数，向观众实时呈现“北京奥体中心空气质量监测点位”数据，通过不同污染物的数值展现当前位置空气质量的状况，让观众了解大气污染情况以及因此可能对健康带来的不良影响，进而提高预防意识，采取一定的防护措施。
　　3、分子的运动
　　位于教材第三单元
　　二层探索与发现A厅
　　物质通常有三种形态，固态、液态与气态。之所以有这三种形态，是因为物质是由分子和原子构建的，而它们的运动状态与聚集方式就决定了物质的形态。我们来看展像玻璃罩之内有一些运动的小球，它们就代表着物质当中的分子在运动。这时候您可以操作推动杆分别选择固态液态和气态三种模式，就可以观察小球的运动状态而得知分子的运动状态了。
　　4、微观粒子结构探索
　　位于教材第三单元
　　二层探索与发现A厅
　　 
　　"从古至今，人类从未停止对看不见的微观世界的探索，不懈地追寻构成整个世界的最小粒子正是这种探索的集中体现。
　　该展项由四部分组成，分别是：“汤姆生阴极射线实验演示”、“卢瑟福α粒子散射实验演示”、“原子是什么”和“半立体加速器模型演示”，向您展示了微观粒子结构探索中的几个实验：
　　（1）“汤姆生阴极射线实验演示”让您理解电子的发现过程。在圆形的展台上放着“汤姆生阴极射线实验”的装置。阴极射线管内的气体分子被电离成正负粒子，产生导电的现象，射线即会射到实验圈正前方的荧光屏上，您可转动操作台上的磁铁，发现射线的方向将会跟随磁铁的转动方向而改变。汤姆生通过对阴极射线的观察与实验，证明其由许多高速运动的颗粒构成，这种颗粒比原子小得多，命名为电子。由此汤姆生提出了自己的原子模型(1904 年)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
　　（2）“卢瑟福α粒子散射实验演示”是让观众参与的模拟实验。圆形展台上的真空容器中放置着放射源、金箔、荧光屏、显微镜、圆盘等仿真实验装置。您可以270°地移动操作台上的“观测镜”，从“观测镜”的屏幕中会发现透射、散射粒子在“接收屏”上根据所在位置的不同，而出现的不同密度的亮点。卢瑟福为了验证老师汤姆生的说法用α射线轰击金箔，结果证明原子内部有大量空间，而中心有一坚实的原子核，否定了汤姆生的原子模型。
　　（3）“原子是什么”是用直观的类比方式让您理解原子的结构。如果一个原子有科技馆这么大，那么原子核有多大呢？在圆柱体的展台上，您可操作按钮进行选择，看看答案。原来科技馆这么大的一个原子，它的核直径只有2.8cm，类似一个小豌豆！也就是说，原子的其他部分都是空的，那么电子就在这部分内围绕原子核运动。
　　（4）“半立体加速器模型演示”是一个镶嵌在展墙中的半立体加速器模型。在加速器模型的正前方有一个脚踏开关，当您脚踏触碰开始时，LED 灯先由慢到快的逐渐亮起，表明粒子在做加速运动。当此粒子与另一个相反方向加速运动的粒子对准同一点相撞时，就能够产生出各种各样的粒子。通过操作您可对加速器产生直观的认识。"
　　5、身边的元素
　　位于教材第三单元
　　二层探索与发现A厅
　　 
　　身边的元素这件展品搭建了一个半封闭式的起居室场景，在这里您可以找到杯子椅子窗帘餐具等众多的生活用品。那么这些生活用品的分子构成和元素组成是怎样的呢？
　　当我们把展品前方的激光发射器将它们左右移动对准想要了解的物品，这时候我们将会看到屏幕当中将会显示出他们的分子构成，以及元素组成。比方说在玻璃杯子当中，我们能找到大量的硅元素。而在木质的椅子当中我们能找到大量的碳元素，在古代人们只能利用
　　自然界当中存在的18种元素。到了20世纪人们开始制取人造元素。进入21世纪以后，利用各种元素组成的化合物已经超过了2000万种。
　　6、世界水资源
　　位于教材第四单元
　　四层挑战与未来C/D厅
　　世界各国和地区由于地理环境不同，拥有水资源量差别很大。按水资源总量大小排序，前几名依次是：巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、孟加拉国，但按人均占有量计算，就是另一种结果了，中国人均占有量只相当于世界人均水平的1／4。目前，我国水资源污染、不合理利用及浪费情况仍较为严重，水资源短缺问题日益加剧。展品由展台、世界地图动态灯箱、年代滑块等组成。移动滑块改变年份，可从地图上动态变化的柱状图了解世界不同国家人均占有水资源量及其近年来的变化，使公众深刻感受到我国人均水资源占有量很低，增强节水意识。
　　7、有限的水资源
　　位于教材第四单元
　　四层挑战与未来C/D厅
　　地球是一个蓝色星球，因为其表面的70%被水覆盖，但现实是，其中的97.5%为咸水，淡水仅占2.5%，绝大部分的淡水固定在南极和格陵兰的冰层中，其余多为土壤水分或深层地下水，不能被人类直接利用。展品利用蓝色小球模拟地球上的总水量，通过演示小球的分配情况，展示地球水资源的状况。观众转动白色手轮，屏幕中1000个虚拟的蓝色小球，沿着管道分别滚入咸水储球罐（975个）和淡水储球罐（25个），转动黄色手轮，淡水储球罐中的小球分别进入不可利用淡水储球罐（22个）和可利用淡水的储球罐（3个），分配数量强烈的反差同时配合显示屏的动画，引发观众对地球水危机的思考，激发保护水资源的责任感和使命感，增强观众的节水意识。
　　8、水的旅行
　　位于教材第四单元
　　四层挑战与未来C/D厅
　　水循环实现了地球系统水量、能量和地球生物化学物质的迁移和转换、构成了全球性的连续有序的动态大系统。水循环联系着海陆两大系统，塑造着地表形态，不断提供再生的淡水资源。因此，水循环对于地球表层结构的演变和人类可持续发展都意义重大。展品通过机械装置运输蓝色小球（代表水）来模拟水循环的过程，观众可以操作互动机构改变小球滚动的方向，让小球从山顶流下、汇集成江河，通过截取可使小球滚入农业区、工业区、生活区、生态区，也可将水进行分流、导流，操作防洪堤坝，防止小球滚入城市，最后小球汇入代表海洋的收纳槽，通过提升机构模拟蒸发，聚集成云,再降至地表形成河流。使观众了解自然界宏观水循环过程及人类对水资源的需求和利用，形成科学利用水资源、保护水资源意识，实现人类与生态环境的和谐发展。
　　9、蓝色星球
　　位于教材第四单元
　　四层挑战与未来C/D厅
　　在庞大包容一切的宇宙中，人类生存的地球只是一个孤独的星点。它是目前太阳系中唯一存在生命的星球，也是唯一适宜生命繁衍的星球。至少在不远的将来，人类还无法迁居到别的星球。展品以宇宙的起源演化为切入点，通过银河系诞生、太阳系的形成、太阳系中各行星的状态，展示地球的特殊性以及对人类的唯一性，地球孕育了生机盎然的生命世界，是生命的摇篮，人类的母亲，激发公众保护地球的责任感。
　　10、生命之源
　　位于教材第四单元
　　四层挑战与未来C/D厅
　　地球上的生命起源于水，水是一切生物维系生命的重要条件。人体组成中70%为水，如果是婴儿，则在80%以上。水不仅是植物重要的组成部分，植物的一切生理活动都需要水分的参与。展品由两部分组成，观众转动转盘，将转盘上不同生物的模型转到“检测”装置下，触发的视频，了解水对不同生命的重大意义。观众站到检测台，选择性别和年龄，测量体内的含水量。
　　11、地下水之危
　　位于教材第四单元
　　四层挑战与未来C/D厅
　　地下水是人类获得淡水资源的主要途径之一，具有流动性差、蓄水过程缓慢的特点。在潜水面（饱和带的上限）以下会形成很大水压，井须钻到潜水面以下才会有水，人们从井中抽取水到地面加以利用，当大量水被抽出时，潜水面会下降，如果短时间内无法补充足够的地下水量，会造成地下水资源短缺，还可形成地下水漏斗、造成地面塌陷。观众按下台面绿色按钮进入“探秘地下水”模式，在虚拟“小水”的引导下，下拉手柄模拟钻井，深入地下了解地下水的相关知识按下红色按钮进入“开采地下水”模式，在虚拟“小水”的引导下，按下按钮选择地下水开采点，了解不同地区地下水开采的情况和所面临的危机。
　　撰稿：张文豪 郑力荣
　　排版编辑：张文豪
　　封面图设计：李根
　　策划：翟婧
　　主编：任贺春
　　中国科技馆▪中国数字科技馆 版权所有

　　01.同素异形体
　　位于第六单元
　　二层探索与发现A厅
　　“同素异形体”展品位于中国科学技术馆二层“探索与发现”A厅“物质之妙”展区。每种元素不同的原子结构决定了它们不同的化学性质，由同一种元素所构成的不同单质称为同素异形体。生活中常见的氧气和臭氧、金刚石和石墨、斜方硫和单斜硫等，它们之间互称为同素异形体。
　　02.飞起来的石墨烯
　　位于第六单元
　　二层探索与发现A厅
　　石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
　　03.碳14定年
　　位于第六单元
　　二层探索与发现A厅
　　本展品以考古发现为背景，让您了解14C的性质及14C定年的相关知识。展墙为浮雕质感的地层剖面，剖面中可以看到有棺椁、植物种子、人类头骨、甲骨、陶罐、古币、玉器、青铜器等不同年代的古代遗存。您可以通过显示屏选择不同地层中的古代遗存，看看该遗存的14C定年及14C的相关知识介绍，了解14C放射元素的形成、核反应与核衰变等内容及14C定年的原理。
　　首先让我们来看看什么叫做14C。“14C年代测定技术”也叫做放射性碳素断代技术，自上世纪中叶该技术发明以来已经成为现代考古应用最为广泛的一种测定年代的方法，这方法应用于考古学之后，为史前年代学的建立提供了可靠的科学依据。
　　我们生存的自然界中存在着不断产生14C的条件，正是这些条件使处于14C储存库中的物质具有了一定的14C放射性，当含碳物质停止交换时，14C得不到补充，原有的14C就会按放射性衰变规律减少。考古学者首先要测量出含碳物质的剩余14C放射性，然后将其与原有14C放射性作比较，最终计算出停止交换的年代。通过这个方法，我们可以解决考古学、地质学上的年代问题。
　　为什么我们通过14C的对比就能够判断出遗物的年代呢？在动植物肌体中含有大量碳物质，在有生命期间这些碳物质处于14C交换状态，死亡后交也随之停止。考古遗址中有许多生物遗骸，比如木头、木炭、贝壳、骨头等，它们的死亡和使用都和人类的活动息息相关，比如盖房子时的木料、狩猎取食时的贝骨头等。正是因为有了这些遗留下来的物质，我们才能通过“14C年代测定技术”推断出遗址年代。
　　04.碳足迹
　　位于第六单元
　　四层挑战与未来D厅
　　碳足迹，简单来说就是个人因“衣、食、住、行、用”等活动所消耗的能源，最终转化成为大气中二氧化碳(CO2)的量，用于衡量人类活动对气候变化的影响，世界自然基金会（WWF）开发的碳足迹计算器得出结果。观众点击展品屏幕中“测测你的碳足迹”按钮，根据屏幕提示点选答案，计算出自己的碳足迹；点击“什么是碳足迹”按钮，观看视频，了解碳足迹排放的计算原理以及日常生活中碳排放的“来龙去脉”，引导全社会积极践行低碳生活理，参与到国家节能减排行动中，助力“双碳”目标的实现。
　　05.你了解碳中和吗？
　　位于第六单元
　　四层挑战与未来D厅
　　2020年9月22日，在第75届联合国大会上，中国提出二氧化碳排放量力争于2030年前达到峰值，并努力争取在2060年前实现“碳中和”。
　　碳达峰是指二氧化碳的年度排放量达到历史最高值，是温室气体排放量由增转降的历史拐点。而碳中和是指在一定时间段内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，来抵消自身产生的二氧化碳排放量，从而实现二氧化碳零排放。经常说的“双碳”正是碳达峰与碳中和的简称。
　　06.守护地球我是行动者
　　位于第六单元
　　 
　　四层挑战与未来D厅
　　发达的科技并不能让我们长期脱离地球生存，地球是我们唯一的家园，如果地球的环境污染继续，资源不断消耗，总有一天会让我们失去这个赖以生存的家园，所以保护地球是我保护我们生存的空间，关注地球资源、生态、环境的问题就是关注我们地球未来发展方向。面对地球的生态环境危机，地球上的每个人，都不是旁观者，而应该是参与者。
　　展品在展厅中营造了一个“讲堂环境”，形成讨论氛围，并设置机器人“优优”作为主持人，组织并主持“守护地球家园”的研讨会，研讨主题包括建设美丽中国、节约资源、保护生态、节水爱水、低碳生活等。憨态可掬的机器人“优优”可以吸引观众注意力，受到观众的喜爱。观众通过展品设置语音识别技术能够无障碍的与“优优”进行问答和沟通，通过这样的方式，引导观众关注地球环境变化，提升保护生态环境意识，参与到保护地球的行动中来。
　　07.钢铁是怎样炼成的
　　位于第七单元
　　二层探索与发现A厅
　　 
　　钢铁是怎样炼成的这件展品在展像当中设置有高炉与转炉模型，可以操纵遥感决定铁水的去向从而开始炼钢。这一过程开始后，可以通过多媒体视频来了解钢铁冶炼过程，以及其中的化学变化在展像的最右侧。我们可以通过操作齿轮来了解不同种类的钢材应用的范围。
　　08.生铁、熟铁、钢的比较
　　位于第八单元
　　一层大厅华夏之光
　　生铁、熟铁和钢都是铁和碳的合金。含碳量小于0.05%的叫熟铁，含碳0.05%到2%的叫钢，含碳2%到6.67%的叫生铁。
　　人类早期炼得的是熟铁，是矿石在摄氏800到1000度的条件下，由木炭还原直接得到的。出炉时，熟铁是一种含有大量非金属夹杂的海绵状固体块，因为含碳量很低，所以质地很软，强度和硬度均较低，用途不广，只能制造一些形状简单的器物。生铁是在温度摄氏1150到1300度的条件下冶炼出来的，出炉的时候产品呈液态，可以连续生产，可以浇铸成型，非金属夹杂少，质地硬而脆，几乎没有塑性。钢是在铁的基础上加工而成，具有生铁和熟铁两种优点，为人类广泛利用。
　　09.汉代冶铁技术
　　位于第八单元
　　一层大厅华夏之光
　　这件展品利用缩小比例的可动模型展示了东汉时期的冶铁技术。公元前6世纪，中国人发明了液态生铁冶炼技术。这种技术是把铁矿石与木炭交替铺设在高炉中，通过加温到1150～1300摄氏度，使其变成铁水流出，通过模具铸造成各种形状的铁器。
　　液态生铁冶炼技术发明之前，人们一直沿用赫悌人在公元前2000年发明的用低温固体还原方式把矿石炼成块铁的技术。用这种技术炼好一炉铁之后，必须打碎炉体，才能取出铁块，锻造成型，生产效率十分低下，炼出的固体铁的硬度也远远低于生铁。由块炼铁到生铁，是炼铁技术史上的一次飞跃。
　　欧洲直到14世纪才炼出了生铁，我国之所以能在公元前6世纪就发明生铁冶炼技术，主要得益于我国很早就发明了比较强的鼓风系统和比较高大的竖炉。东汉初年，南阳太守杜诗发明了水排，用水推动鼓风机以节省人力，使冶铁技术又得到进一步提高。这一发明比欧洲大约早1100多年。
　　10.火药配方
　　位于第八单元
　　一层大厅华夏之光
　　 
　　“火药的配方”展品位于中国科学技术馆一层“华夏之光”展厅“华夏文明与世界文化交流”展区。火药是中国古代的四大发明之一，又火药是由硝石、硫黄、木炭三种成分按照一定比例配合而成的混合物，点着后能够产生猛烈燃烧或爆炸。因其颜色呈黑色或褐色，所以又被叫做“黑火药”或者“褐色火药”。火药并不是历史上某个人发明的，而是中国古代炼丹家在炼丹的过程中逐渐探索发明的，与我国的传统医学有着密切的关系。
　　火药发明起始于炼丹术。公元8世纪末9世纪初，中国的炼丹家在炼丹过程中不断选取和变更不同配伍的阴阳物质烧炼，发现了剧燃和爆炸的火药成份。
　　11.中国古代科技成就
　　位于第八单元
　　一层大厅华夏之光
　　“中国古代科技成就”位于华夏之光序厅入口处，是一件触屏式多媒体展品，其内容涵盖了中国古代主要的科技成就，如指南针、航海、火药、造纸、印刷、天文、农业机械、机械、金属冶炼、纺织、建筑、陶瓷、数学。观众找到自己感兴趣的内容，轻轻一点，就可以对中国古代科学技术做较为详细的了解。这件展品也可以起到对整个华夏之光展厅导览的作用，其所列的每一项科技门类都与展厅内的展项主题相对应，观众可以首先通过这件展品找到自己的兴趣点，然后有目的地进行参观体验。
　　撰稿：张文豪 郑力荣
　　排版编辑：张文豪
　　封面图设计：李根
　　策划：翟婧
　　主编：任贺春
　　中国科技馆▪中国数字科技馆 版权所有