隐藏在身边的怪盗，不知不觉中"偷走"了我们的“私密信息”？

来源:中科院半导体所发布时间:2022-12-101517浏览

询问 AI

文章来源：中科院物理所原文作者：荔枝果冻柯南

最近

小编发现身边出现了身着白衣的怪盗

拿着白色的“手枪”

对准我们扣下“扳机”然后我们的私密信息就被“盗取“了

这是什么飞天大盗？还没触碰到我就把我的私密信息——体温给“偷“走了？

欸嘿就让我荔枝果冻 • 柯南来侦破其作案的全过程

作案动机：温度计的起源

在体温计问世以前，人们早已知道发热与疾病之间存在着某种内在联系，但由于技术的限制，人们只能通过用手摸额头、脸颊等部位来感受体温的变化，小伙伴们发烧的时候应该都使用过这种古法体温测量吧~

1593年意大利物理学家伽利略（Galileo Galilei）进行了一项研究：取一根一端开口、另一端呈空心玻璃泡的连通玻璃管，在管内注入一些水后倒转，使其开口向下放入同样盛有水的另外一个容器中。当玻璃球温度升高时，内部气体膨胀，液面的高度h下降；当玻璃球温度降低时，内部气体收缩，液面的高度h上升。如果在玻璃管上标注刻度，就能在一定程度上反映出温度的变化。由于盛水的容器与外界大气联通，所以对温度的测量会受到大气压等环境因素的影响，误差较大，并不够准确。

伽利略装置示意图与实物图

意大利医生桑克托瑞尔（Santorio Santorio）在诊病中发现，人体的排汗现象与病情有关，排汗又与温度相关，于是他改进伽利略的温度计并标上刻度。但模型很笨重，不够实用，而且需要相当多的时间才能准确地测出病人的体温。
1654年，托斯卡纳的大公费迪南多二世（Ferdinand II）制造了世界第一支酒精温度计。他实验了多种液体，发现酒精在受热之后体积变化比较显著，于是向一端带有玻璃管的玻璃球内注入酒精，再加热玻璃球，使得酒精挥发排出管内的空气，最后密封玻璃管。他对温度计的改进排除了大气压的影响，但由于酒精沸点低，无法测量沸水的温度。

1714年，德国物理学家加百列·丹尼尔·华伦海特（Gabriel Daniel Fahrenheit）开始研究液体热胀冷缩的性质，他发现水银的膨胀与收缩比酒精更加剧烈，于是将水银灌入温度计内，制成了第一支水银温度计。
到了19世纪中期，温度计的运输和使用仍然很麻烦，医用温度计仍然有一英尺长（30.28厘米），并且需要长达20分钟才能测出准确的温度读数。1866年至1867年间，托马斯-克利福德-奥尔布特爵士（Thomas Clifford Allbutt）设计了一种医学温度计，它更便于携带，只有6英寸长，只需5分钟就能记录病人的体温。

作案手段：温标的形成

从“作案”可行性的角度来分析，精确的度量标准，必定是“盗取”体温信息重要手段。
1724年，加百列·丹尼尔·华伦海特将水、冰和氯化铵混合，达到了当时能够记录的最低温度，并将其定为0度，以此为标准确定冰水混合物的温度为32度；由于酒精沸点较低，无法承受沸水的温度，因此在水银温度计面世之后，又测定了水在大气压下的沸点为212度；他将温度计置于人的口中或者腋下，确定人的体温为96度。这是历史上第一个经过精确标定的温度计计量标准，他以自己的名字命名，即华氏温标——单位：华氏度（℉）。

华氏温标示意图

1742年，瑞典天文学家安德斯·摄尔西尔斯（Anders Celsius）发明了另外一种以百分度计的温标：将一个大气压下水的沸点规定为0度，冰水混合物规定为100 度，两者之间均分为100个刻度。后来为了方便使用，卡尔·林耐（Carolus Linnaeus）又将其颠倒过来，形成了现在通用的温标。1948年，为纪念摄尔西尔斯，在一个关于测量的国际会议上规定将百分度温标称为摄氏温标——单位：摄氏度（℃）。

摄氏温标示意图

华氏温标（F）与摄氏温标（C）的换算关系为：

追查“嫌疑人”：现代温度计

接下来，我们分析几个可疑的“嫌疑人”，通过排除法确定“犯人”。

水银体温计
说到体温计，大家最熟悉的就是水银体温计了，与华伦海特的第一支水银温度计相同，利用水银热胀冷缩的原理，实现对温度的测量。但现代体温计使用起来更加方便，性能更加可靠。
水银储存在末端的玻璃泡内，使用温度计测量体温时，玻璃泡温度升高时，水银发生膨胀进入细玻璃管内，通过水银柱末端的刻度指示温度的变化。

水银体温计

水银体温计下部靠近玻璃泡的部位有一个非常狭窄的曲颈缩口。当体温计离开身体后，水银变冷收缩。由于水银在玻璃上不浸润，并且水银局部收缩的速度要比缩口处液体的流动速度快（收缩的水银来不及流回到玻璃泡内），因此水银柱会在缩口处“断开”，使得细管内的水银无法退回玻璃泡内，便于稳定读数。所以每次用体温计之前都要甩一甩，将水银柱甩回玻璃泡内。

水银体温计结构图；来源：参考文献2

考虑到水银体温计需要夹在腋下测量，与作案手法不符合，排除嫌疑！

热敏电阻体温计
1821年，英国的戴维发现了金属电阻随着温度的变化而变化。金属通过外层自由电子实现导电，随着温度的升高，自由电子热运动加剧，与原子实的碰撞概率增加，导致电阻增加。

金属导电原理图

1833年，迈克尔·法拉第（Micheal Faraday）发明了第一个NTC热敏电阻，他发现了硫化银的半导体行为。
半导体以导带电子和价带空穴为载流子实现导电，导带电子跃迁至价带，产生一个导带电子和价带空穴。随着温度的升高，这种跃迁的概率升高，载流子数目会增多，在体温温度附近（热运动导致的碰撞较弱），电阻值下降。

半导体能带图

我们现在使用的电阻体温计通过NTC热敏电阻进行传感，这是一种利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，具有半导体的导电性质，随着温度的升高，电阻值下降，通过电阻和温度之间的精确关系就能获取体温信息。

NTC阻值随温度变化曲线
这种体温计通过集成电路进行数据分析，与作案手法有相似之处，但同样需要接触身体才能获取体温，嫌疑程度不够高。

红外线体温计
最后一位嫌疑人是红外线体温计。小编猜测：扣下“扳机”的时候，测温枪一定是发射了某种高级的信号，用来“窃取”我们的温度信息。没想到他手段高明，没有留下任何痕迹，我荔枝果冻•柯南也束手无策。正当小编无可奈何之时，突然看见了桌子上放着的……