二、五项基本内容

第三次科学技术革命包含五项基本内容。

（一）微电子技术

这是一种使电子元件、设备微型化的技术领域，发端于 50 年代晶体管产生，以体积小、耗电低、耐震动、可靠性高的优势逐渐取代电子管。1958 年美国电子工程师杰克·吉尔比研制成第一块集成电路，虽然只包含几个元件，但标志着电子器件小型化发展的新阶段。1967 年出现包含上千个电子元件的大规模集成电路。1971 年，美国的莫特尔公司霍夫工程师研制成功了集成有2250 个电子元件的大规模集成电路。1977 年，在黄豆粒大小的硅片上可容纳

15 多万个电子元件，这是超大规模集成电路。80 年代中期的集成电路，已包

含 120 万个电子元件。这就使得电子器件体积缩小，重量减轻，可靠性提高，价格大大降低，其功能和应用范围也扩大了。

（二）新材料

现代高科技孕育了许多新的具有优异性能的材料，如新型有机合成材料

（塑料、合成橡胶、合成纤维），无机非金属材料（高温结构陶瓷、光导纤维、非晶态硅、快离子导体陶瓷），新金属材料（非晶态金属、形状记忆合

金），复合材料（结构复合材料、功能复合材料）等等。新材料的生产是知识密集和技术密集的新兴产业。采用多学科新成果，通过超高压、超低温、超高真空、超高纯、超高速致冷等手段制成；新材料具有耐高压、高温、抗腐蚀、超高强度、耐磨损、超导电性、形状记忆等优良性能；新材料的研制考虑到现代资源危机而尽可能开发传统工业未涉足的、资源潜力大、有发展前途的项目。如人造纤维、人造橡胶、各种新型结构陶瓷材料等。现在一般把新型材料分为：新型有机合成材料、无机非金属材料、新金属材料、复合材料等。

新型有机合成材料

在不断发展的材料科学中，塑料、合成橡胶、合成纤维等高分子材料占有十分突出的地位。这些合成材料以其优异的性能、丰富的原料来源和低成本的优势，已经和正在取代着一些传统的金属和非金属材料，其发展速度也大大超过钢、水泥、木材这三大基础材料。由于合成纤维的出现，使纺织工业大为改观，现在用棉、毛、丝作原料的纺织品，所占比重明显减少。合成橡胶的生产超过了天然橡胶的产量；有了这样多的橡胶才有可能大量生产汽车、拖拉机、自行车等。目前，除轮胎外，用橡胶制成的器件用品有近 1 万种之多。塑料制品在工农业生产和人们日常生活中的地位和作用早已有目共睹。今后塑料向高质量、低成本、多样化方向发展。特别是液态晶体共聚物、塑料合金、透明 PVC、定向聚合物等都会有引人注目的发展。为了制品的高质量、多样化，势必要带来高水平的工艺革新，像结构泡沫、阳离子喷涂、浮雕工艺、反应性模塑工艺等，以提高塑料制品的价值。医用高分子材料除具有一般高分子材料的性能外，还要求材料具有很高的纯度和保证无毒、并能适应人体生理上的特殊要求（如无血凝、无组织排斥反应等）。用芳香聚酰胺炼制的“开富拉”纤维是当前世界上强度最大的纤维，韧度比钢高五倍，而且质量轻，适于制造各种飞机零部件、车辆雪地防滑链、防弹衣等。

无机非金属材料

无机非金属材料中已经崭露头角的是高温结构陶瓷、光导纤维、非晶态硅、快离子导体陶瓷等。精密陶瓷或称高度结构陶瓷具有耐热、耐腐蚀、耐磨损等性能，而且可以克服质脆易裂的缺点，用来研制新型发动机，从而能够大幅度提高热效率、降低燃料消耗、减小重量体积。这方面的材料有碳化硅、四氧化三硅、氧化铝与四氧化三硅合金等。陶瓷发动机的实际应用尚须时日，但前景乐观。美国、德国、日本在这方面的研究和成果令人瞩目。

光纤通信是利用光导纤维传输信息的一种通信方式。目前已研制出多种类型的光纤，其中以石英光纤发展最快。光在光纤中传输，损耗小、距离长、信息容量大、抗干扰和保密性强，而且光纤通信具有体积小、重量轻、节省有色金属、材料来源广等优点。70 年代以来，光纤通信获得了迅速发展。

非晶态硅因其具有一系列特殊性质而受到重视，被用来生产太阳能电池。光电转换率可达 10％，节省了纯硅，电池成本只有晶态硅太阳能电池的1/50 到 1/70。非晶态硅太阳能电池的发电成本在 1995 年可与常规能源相比，下世纪中叶全世界消耗电量的 1/4 将由非晶硅太阳能电池提供。另外，非晶态硅场效应管、记忆开关、复印机、高分辨液晶平面显示板等，到 90 年代都可望成为具有相当规模的新兴产业。

快离子导体陶瓷是 70 年代发展起来的，是高性能蓄电池的核心。新金属材料

在新技术革命条件下，有色金属和各种合金将得到飞速发展。铜、铝、钛等不仅得到进一步广泛运用，而且加工技术将进一步提高。非晶态金属具有强度高、抗腐蚀、抗辐照等特点及优异的电磁性能，可用于磁头、脉冲变压器、磁传感元件。其最大前景是代替硅钢片制造变压器，可节能一半。形状记忆合金是新金属材料中的一个很有特色的成员，可用来制造各种管接头、铆钉、人造卫星天线等。用特别工艺制成的泡沫金属因其具有的特殊性能，可用作建筑材料和其他工业材料。

复合材料

复合材料发展可归因于 60 年代高强高模量硼纤维和石墨纤维出现的。这些纤维与环氧树脂基料相结合则形成先进的高效复合材料。复合材料可分两类，一类是结构复合材料，另一类是功能复合材料。在结构复合材料方面，把硼气相沉积在钨芯或碳芯上获得的增强纤维，其抗拉强度和密度等于玻璃，且刚性为钢的两倍；石墨纤维具有很好的强度和刚性；用碳、碳化硅和

氧化铝纤维与铝合金结合是比较成功的金属母型复合材料，在压力槽、飞机、纺织设备等方面有广泛用途；增强热塑塑料是发展较快的一种复合材料，其优点是尺寸稳定性好、耐受温度范围大、制造容易、成本

低。在功能复合材料方面，有一种采用HCO^{- / CO2−} 缓冲溶液与多孔聚合物构

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成的复合材料薄膜，可使 CO2 从空气中分离出来，分离率高达 150O∶1；这种材料可用于解决环境污染问题；金属层板材料已发展到可在衬底金属带上叠放多达五六排合金材料，例如，在一条钢片表面上嵌入金、铜和锡的合金细条可提供优良的接触性能、焊接性能和机械强度。可以预见，今后将有越来越多的新材料出现，在人们的生产和生活中发挥作用。

（三）新能源

能源对生产力的发展有重要意义，随着生产力的发展和人口的增长，世界能源的消耗增长速度令人瞠目。面对现有矿物燃料资源有限而需要日益增加的矛盾，人们对新能源的需求越来越强烈，能源问题的解决很大程度上制约着生产的发展。在新技术革命中，一个发展新能源的浪潮正在全世界兴起，新能源的开发和利用成为新技术革命的一个重要内容。作为新技术革命内容的新能源，主要包括原子能、太阳能、地热能、海洋能、生物能、风能、氢能等。

原子能

原子能也称核能，是原子结构发生变化时所释放的能量。核能分为核裂变能和核聚变能。在生产实践中，核裂变能已得到广泛的利用，核聚变能还处在研究阶段。1942 年 12 月，美国建成了世界上第一座核反应堆，并首次实现了人工控制的核链式反应，这标志着原子能时代的开始。1954 年 6 月，苏联建成奥布宁斯克小型原子能站，采用石墨水冷堆；1956 年英国建成第一座天然铀石墨气冷发电产钚两用堆；美国在 1957 年 12 月投入运行的核电站希平汇一号是实验性压水堆。60 年代后，核电站进入实用阶段。到 1983 年底，全世界已有 25 个国家和地区建成 302 座核电站，发电 19855 万千瓦，占

世界总发电量的 10％左右。预计到本世纪末，核电量将达 10 亿到 20 亿千瓦，占世界总发电量的 30％左右。已发展的第一代原子能反应堆，即重水堆、石墨气冷堆和轻水堆中，以轻水堆居多。高湿气冷堆和快中子增殖堆是今后重点发展的下一代堆型。从 70 年代中期开始，各国核电发电成本已普遍比火电

站低。以美国为例，1981 年美国核电厂每生产一度电的平均成本为 2.7 美分，而燃煤发一度电为 3.2 美分，燃油发一度电为 6.9 美分。原子能在世界能源中的地位和作用正不断扩大。

核裂变反应是较重原子核（如铀、钍等）分裂成较轻原子核的反应；核聚变反应是较轻原子核结合成较重原子核的反应，它比核裂变反应所产生的能量大得多。核聚变可以用氢的同位素氘作为原料，在海水中氘十分丰富，以它为燃料比铀易得，可满足人类长时期对能源的需要，而且其反应产生的放射性物质少，所以被认为是一种很有开发价值的能源。目前，各国正在加紧这方面的研究。1977 年全世界受控热核聚变研究费用超过 7 亿美元，是物理学中最大研究项目。在这方面研究中，美国普林斯顿大学的“托卡马克” 聚变反应堆进展较快，预计本世纪末受控核聚变反应能取得重大突破，已开始进入实用阶段。

太阳能

太阳能即太阳辐射能，是指太阳以电磁波的形式投射到地球上的能量。这是一种无污染的廉价的巨大能源。地球上的太阳能十分丰富。每秒钟到达地面上的总能量就达 80 万亿千瓦。太阳能的利用，分为间接利用和直接利用两种形式。所谓间接利用，就是利用那些被固定在草本燃料、化石燃料、风力、水力、海洋能中的太阳能；直接利用，则是指太阳能直接转化成热能、电能和化学能。目前，对太阳能的直接利用主要有供热和发电两个方面。供热又可分为高温供热和低温供热。高温供热是通过聚光在一点上获得 3 千至

4 千度高温。低温供热主要是通过各种太阳能集热器，广泛使用的有太阳能温室、太阳能热水器、太阳灶、太阳能蒸馏器、太阳能干燥器、太阳能冷冻机等。70 年代以来，人类对太阳能的直接利用发展很快。美国仅国内太阳能装置制造厂家就有 400 多个，用于住宅的太阳能装置达 50 万套，并逐渐扩展到游泳池加热、工业和建筑业中的取暖、供热及制冷等各个方面。利用太阳能发电是研究开发利用太阳能的重要方式，方法有两种，一是研制和应用光电能转换电池，二是建设太阳能热电站。把热能变成机械能带动发电机。当今世界，光电技术正在迅速发展，欧美日都计划在 70 年内把硅电池成本降到

目前的 1％以下；法国于 1976 年建成一座 64 千瓦的太阳能电站，这是世界上第一座并网运行的电站。在人类面临能源危机的情况下，太阳能无疑是有吸引力的，但由于太阳能具有分散性、不稳定性和地理条件的制约性，大规模开发利用尚需时日。

地热能

所谓地热能是指地球内部蕴藏的内热。地壳以下是 1000℃以上的高温，地心温度高达 4000—5000℃。储藏着巨大的热能。目前，火山爆发等能量释放人们还无法控制和利用。在现有技术条件下，主要利用地下热水、热蒸汽及热岩层。仅地下热水和地热蒸汽的热能总量就比地球上全部煤储量多上亿倍，比全部石油储量多近 50 亿倍。地热的开发利用一是开发“异常地热区” 的喷汽泉、热水资源；二是向地球深处进军，开发利用热岩层的热能。就用途而言，一是地热发电，二是地热采暖。当今世界上，大约有 60 个国家在勘

探和研究利用地热，世界地热发电能力不断提高，预计到 2000 年地热发电总

能力可达 1 亿千瓦。海洋能

海洋是一个巨大的能源宝库。正等待着人们加以开发利用。诸如潮汐、

波浪、海流、温差、盐度等等，都蕴含着巨大的能量，可以用人工的办法使这些自然能转换成电能，造福于人类。无怪乎取之不尽的海洋能被誉为“蓝色的能源”、“巨大的蓝色煤田”等等。

由天体间的引力作用造成海洋有规律的潮汐现象。利用海水的涨落来驱动涡轮旋转，使潮汐能换成电能，是目前人类利用海洋能的理想方式。1967 年建成的法国朗斯电站是世界上第一座潮汐发电站，该电站装机容量为 24.4 万瓦，年发电量可达 5.4 亿度。70 年代以来，各国都加快了这方面的研究和建设。例如美国、英国、加拿大、挪威、瑞士等，我国第一座双向潮汐电站也已建成运行。

海浪对海岸的冲击力达 20—30t/m2，甚至高达 60t。海浪曾把 13 吨重的巨石抛到 20 米高，把 1700 吨重的岩石翻转，把 17000 吨的巨轮推上海岸。

日本从 1964 年起就利用海浪为海上导航浮标、灯塔及遥测目标提供电源。至

今投入使用的波浪发电器已达 200 多个。1978 年 8 月下水的日本“海明”号

消波发电船发电量最大时可达 2000 千瓦。其它诸如利用海流、温差、盐度差发电潜力也很大。

风能是人类利用较早的一种自然能。在新的材料和技术条件下，风力发电将进入新的时期。在新技术革命条件下，生物能的利用也将由直接燃烧供热向制取沼气、乙醇等发展，由一般民用向工业化、商品化发展；至于氢能，因其优良的化学性能和来源广泛而极有利用价值，目前需要解决的是找到廉价制氢的方法。海洋作为一个巨大的氢库，人们迟早要发挥它的作用。

社会生产力的发展需要越来越多的能源，新技术革命改变了和正在改变着能源的结构，越来越多的新能源将取代矿物能源的地位，展现出美好的前景。

（四）生物工程

生物技术或生物工程是利用遗传工程改变生物或生物体的机能，按照一定的目标要求，进行物质的生物转化的技术体系。它通过人为控制的方法，改造生物的遗传性状，来定向地创造出生物品新种或新物种，使生物更好地为人类服务。生物工程主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。

基因工程

基因工程或遗传工程（DNA 重组）是指人类根据自己的意愿，人工转移或重新组合生物遗传基因，改变生物的性状和功能，创造出新的生物类型。基因工作是 70 年代初期诞生的，它是科学技术发展特别是近 20 年来有关的理论在技术上的突破的必然结果。1953 年 DNA 双螺旋结构及半保守自我复制机制的阐明；紧接着遗传密码、“中心法则”、操纵子学说等重大理论的提出和一系列限制性内切酶的发现和应用；基因定位研究；基因分离、分析鉴定技术；病毒、噬菌体、质粒（染色体外 DNA）的发现及其结构、功能的研究；微生物的转化和传导技术等等，使基因重组成为一种现实的可能性并在较短时期获得迅速的发展。基因重组的一般过程是：将有遗传信息的 DNA 片段（即目的基因）在离体条件下进行分离、切割，去掉不需要的部分，把需要的部分进行组合拼接，然后再把人工重组的基因（DNA）转入宿主细胞内，进行大量复制，并使遗传信息在新的宿主细胞或个体中高效表达，从而获得新的生物机能或创造出新生物。

细胞工程

细胞工程，也可以说是广义的、以细胞为单位的遗传工程。一般是指通

过精细操作，把一种生物细胞的染色体或细胞核等转移到另一种生物细胞中去，或把两种不同的细胞融合在一起，使细胞的某些遗传特性发生改变，从而达到改良物种和创造新物种的目的。细胞工程与遗传工程（基因重组）不同，它是用完整的基因直接转移，而不经过分离、剪接等基因操作加工过程，因而可以大大提高转移的效率。

细胞工程包含的内容较多，其中主要有细胞融合、细胞核移植、染色体移植、细胞和组织培养等等。

基因工程和细胞工程是近十几年来发展起来的新技术，给工农业生产带来美好的前景。美国科学家成功地利用基因工程，以大肠杆菌为宿主，生产生长激素、干扰素。科学家还利用细菌生产出了胰岛素等其他激素类药物。基因工程还可应用于多种传染病疫苗的生产。

酶工程

酶工程或酶技术就是利用生物催化剂——酶，使某种物质分解，高速度定向地合成转化成人们需要的另一种物质。酶工程的优点在于：（1）不需要传统的化学转化所必不可少的高温、高压、强酸、强碱等条件，大大节省了能源，减少了污染；（2）催化效率远非非酶催化所能及。

发酵工程

发酵工程又叫发酵技术或微生物工程。它是利用微生物的某种特定功能，通过现代化工程技术手段产生有用物质或直接地把微生物应用于工业化生产的一种技术体系。它包括：优良菌种选育；微生物菌体的生产；微生物初级和次生代谢产物的发酵生产；微生物对某些化学物质的修饰和改造；矿物资源的微生物浸提及微生物对有毒物质的分解等。酶工程和发酵工程已经得到广泛应用并不断发展。国外依靠微生物技术从工农业废物中生产单细胞蛋白已具有相当规模。加拿大用微生物处理木纸浆，每两吨废纸浆可以生产1 吨单细胞蛋白；前苏联用谷壳、木屑发酵，年产单细胞蛋白 150 万吨。英国生产的甲醇蛋白作为饲料出口十几个国家，其中的淀粉蛋白，已作为一种食品添加剂使用。美国利用酶技术、把淀粉变成糖浆。前苏联用酶技术把棉杆、棉籽绒转化为葡萄糖。1982 年，日本一家公司用脂肪异构酶生产作为洗涤原料的脂肪酸，使原先在 250℃、50 个大气压下才能进行的反应，可以在常温和常压下进行，过去这个公司每年要因此反应而消耗燃料 2000 吨，现在利用酶生产，基本上不消耗燃料。具有富集某种矿物功能的微生物可用于开发和利用矿物资源，例如具有富集钠功能的微生物可用于淡化海水。人们利用细菌可以从垃圾、海水中回收金、铂、铜等金属。1967 年有人统计，世界每年用细茵法溶浸获得的铜达 32 万吨。许多国家正用硫化杆菌从海水中富集或从铀矿中提取铀。微生物还可以应用于原油的开采。

在环境污染治理方面，可用微生物处理污水、垃圾、“吃”掉海上浮油，进行废物利用。

在能源方面，现在人们已经研制成功了微生物电池和酶电池，并用生物方法生产酒精和沼气。

生物技术得到世界各国的重视。美国从 1977 年起先后成立的生物技术公

司已有 150 多家，并在美国西海岸旧金山湾附近建立了生物技术基地——“基

因谷”。日本 1980 年各种微生物技术产品的年产值已达 500 亿美元。中国、英国、法国等都在生物技术方面给以大量投资并取得显著成绩。

（五）航天和海洋技术

航天技术是研究和实现如何进入太空和利用太空的技术。这是一种综合性很强的技术，它推动了喷气、电子、真空、低温、半导体、电子计算机、耐高温材料、遥控和遥感技术的巨大发展。这些技术被广泛应用于社会生活各个领域，目前航天技术仍以卫星为主，用于通信、广播、气象、地球资源、军事等，除此外还有载人飞船、星际探测器、航天飞机等。海洋工程包括海洋矿藏开发、能源开发、水资源开发、水产资源开发、海洋空间开发、海洋环境保护、潜水及海水下作业等技术，是人类开发海洋资源活动的总称。

新科学技术革命给社会生活各个领域以广泛而又深刻的影响。比如自动化，所谓“5A”就是指工业、农业、信息、办公、家庭 5 个方面的自动化；再如信息化就有网络化、家用终端、信息民主、信息法、信息化银行业务、信息化保险、信息共同体等等。