七、新材料技术

新技术革命造成材料科学的巨大变革，具有优异特性、特殊功能的新型材料层出不穷。新型材料主要包括合成化学材料、半导体材料和超导材料。

现代高分子聚合物主要是由石油或天然气做原料的合成纤维、合成橡胶与塑料“三大合成材料”。它们日益取代天然纤维、天然橡胶和木材等大部分天然材料，在解决人们的穿着、建筑和交通等方面作出了巨大贡献。

毫不夸张地说，20世纪70—90年代的大多数技术成就，主要取决于微电子技术的发展。1947年12月，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。晶体管出现后，人们就能用一个小巧的、消耗功率低的电子器件，来代替体积大、功率消耗大的电子管了。晶体管的发明又为后来集成电路的降生吹响了号角。

集成电路发明者杰克·基尔比出生在堪萨斯州并在伊利诺伊州立大学就读。在第二次世界大战服役之后，基尔比1947年在美国伊利诺伊州完成了电气工程学士学位的课程。毕业后他去了密尔沃基工作，并在那里首次接触作为集成电路基础元件的晶体管，后来，他又在威斯康星州立大学获得了硕士学位。1958年，基尔比开始为德州仪器公司工作，并且发明了集成电路。除了诺贝尔奖之外，基尔比还获得了美国政府最高级别的技术奖：国家科学勋章和国家技术勋章。美国总统为基尔比颁奖的照片如图1-33所示。

晶体管、集成电路的发明引起了电子工业革命并产生半导体电子学。硅生产技术的进步，使大功率晶体管、整流器、太阳能电池以及集成电路（见图1-34）的生产得以迅速发展，半导体工业崛起。

科技界正在探索新的半导体材料，如化合物半导体材料、有机半导体材料等。

超导现象最早由荷兰物理学家昂尼斯于1911年发现。他利用液态氦的低温环境，测定电阻随温度的变化关系，观察到汞在4.2K附近时，它的电阻突然减少到零，变成了超导体。在低温物理方面作出的杰出贡献，使昂尼斯获得1913年诺贝尔物理学奖。

迄今为止，人们已发现地球常态下的28种金属元素以及合金和化合物具有超导电性。还有一些元素只在高压下具有超导电性。1958年，美国伊利诺伊大学的巴丁、库柏和斯里弗提出超导电量子理论（简称巴库斯理论），使超导电研究进入微观领域。超导电材料具有零电阻和抗磁性两大特点，在科学技术领域显示出巨大的应用价值，特别是在电工技术领域。例如，超导电缆在理论上可以无损耗地传送电能；利用超导材料制造变压器，可以大幅度降低激磁损耗、缩小体积、减轻质量、提高效率；利用超导材料制造发电机，可以使单机功率极限由常规材料的200万kW提高5 ～10倍。提高超导临界温度是推广应用的关键之一。

在新技术革命中，科学的地位更加突出。以生命科学为例，其研究经历了从群体、个体、细胞，发展到分子水平的进步，提出用基因工程来改造生物，并被广泛用于生产、生活领域。在农业方面，可以培育抗病新品种；在医学方面，可以有效地预防和治疗许多疾病；在环保方面，可以改善人类的生活环境。 vzXvCn5GbuzcktT9+Yhh2fkgZU/JWhsEXnofvxRanwQe0qE8q9Xz2+sAcncPtmsP