第7版(国际专页)
专栏：环球科技
新材料——高技术发展的突破口
钱黄生
美国总统科学顾问基沃恩最近断言：材料科学是当今美国最重要的学科。日本通产省把研究和开发重点放在新材料、新型电子器件和生物技术三个领域，而将新材料列为第一位。美国和日本之所以把新材料作为优先投资和开发的领域，其原因是，新材料是高技术发展的突破口，对工业发展起着决定性作用，谁能更快地开发和应用具有特定性能的新材料，谁就拥有最强大的技术潜力、军事实力和经济优势。
在所有新材料中，陶瓷、高性能塑料、超导是决定未来工业革命进程和技术进步的关键性因素。
高技术陶瓷
高技术陶瓷与一些金属相比具有更硬、更轻、强度更大、更耐用、不腐蚀等特点，因而受到各国的普遍重视。
美国生产的多层电容器，原来所需的钨和钛，已有１５—３０％被高技术陶瓷取代，１９９０年取代率将扩大到３５—６５％。在切削工具方面，高技术陶瓷已取代１５—２０％的硬质合金。热交换器是利用废热的一种重要节能装置。据估计，在美国，如将高技术陶瓷用于热交换器，每年可节省１００亿美元。美国两家公司联合研制出陶瓷轴承，比钢铁轻６０％，强度为其两倍，适应温度变化的能力提高３至５倍，不需要或需要很少的润滑油，不传热，比钢更耐磨和不易疲劳，成本仅是钢轴承的１／４。
日本已开发出用高技术陶瓷材料制的组合式发动机，其燃烧效率比现有的发动机高３０—５０％，重量轻１／３，对环境污染轻，不会产生浮游微粒，氮氧化物显著减少。日本用氧化铝和氧化硅制造出一种超硬、耐热、耐蚀、热膨胀率低的新型陶瓷，用它可以作为制造地热电站、涡轮增压器等一些高温机械部件材料，也可用来取代一般金属加工零件用材料。
据调查，美国高技术陶瓷销售额１９８７年为１９．４亿美元，１９９２年可望达到４８亿美元。日本高技术陶瓷市场规模已超过美国。１９８８年全世界高技术陶瓷销售额为７８亿美元，到９０年代中期可达１００至３００亿美元，到本世纪末可达１９００亿美元。
新型塑料
新型塑料比金属更轻、更牢、更便宜。生产塑料可节省能源，不需要涂漆，而且可将几个部件合并成一个组件，所以成本较低。日本通产省材料研究所已研制出比铁还坚硬的塑料，这种塑料的重量仅为铁的１／７，硬度达到１８８，大大超过硬度为１３２的铁，其拉力强度也超过铁。美国研制的一种复合塑料，其强度大于钢，甚至超过钛，可以用来制造车架、马达、驱动轴。今后，新型塑料将同钢铁一样，成为人类使用的主干材料。
汽车工业是新型塑料的一个重要应用领域。目前，日本新型汽车平均每辆使用塑料１８０公斤，从而减轻车重３０—４０％，同量燃油可多跑１／４的路程。美国福特公司研制的全塑料汽车，其重量比传统汽车轻５７０公斤，汽油用量减少３３％。据统计，现在，全世界每年用于汽车的塑料在１５０万吨以上，并且每年以１０％的速度增长。
新型塑料的另一个重要应用领域是飞机制造业。印度班加罗尔航空实验所研制成一种双座塑料飞机，其机身和机翼是用塑料整个一次性合成，总重量仅６００公斤，飞行速度每小时３５０公里，可连续飞行２７００公里，飞机的最大爬高７０００米。联邦德国道尼尔公司用塑料制造出一架能像船在水上航行，又能在沙地、草地或水泥地起飞的飞机，它不怕雷电、水和炎热，比直升机更为优越。美国、日本、意大利共同开发的波音７６７、７５７、Ａ３１０等大型客机，各种塑料用量占全机重量的４０％，节油２５％。
超导
超导材料对国民经济、军事技术、科学实验和医学卫生的发展具有不可估量的作用。近几年来，美国、日本、苏联等国家已在超导材料应用方面取得了突破性进展。
日本研制出的超导电磁推进船，不用螺旋桨，没有噪音和振动，最高时速可达１００海里，而一般螺旋桨推进船的最高时速只有３０至４０海里。这种船可望成为新时代海上的主要交通工具。日本富士通公司在世界上首次利用超导器件制成４位微处理机（超小型计算处理装置），这种器件一次演算需要时间为１０亿分之１秒，比硅器件和砷化镓器件快一个数量级，耗电为后者的１／２００以下。美国、日本、联邦德国分别研制出２万、３万、５万千瓦的超导发电机，苏联研制的３０万千瓦的超导发电机将在近期内并入火力发电站的输电系统。超导发电机可将发电机的单机容量提高５至１０倍，其体积仅为常规发电机的１／２，重量是后者的１／３，而效率可高达９９．５％。发电成本也将大幅度降低。
日本、联邦德国、美国相继研制出超导磁悬浮列车，与航空运输相比，这种列车能量消耗小，可实现高速、平稳、安全、无噪音的陆上运行。美国联邦政府最近决定在得克萨斯州建立超导超级对撞机，工程耗资４４亿美元，计划于１９９６年投入使用。该对撞机产生的粒子束能量大大高于目前已有的对撞机产生的粒子束能量，它将用于寻找新的粒子。
目前，全世界超导材料的销售额为３亿美元，到２０００年可望增加到３６亿美元。如果研究出室温超导材料，其市场规模将激增到３６０亿美元。专家们认为，超导技术的广泛应用将导致一场工业革命。
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专栏：
意大利面临水危机
温振顺
意大利的水资源并不丰富，４／５的人口的饮用水依赖地下水。南部地区缺水现象最为严重，这里夏季气候炎热，常旱少雨，实行饮用水配给已是家常便饭。在这里每人每年的饮用水配额只为３７立方米，不及中部和北部地区配额的一半。
但是，意大利宝贵的水资源并未受到应有的保护，日益受到污染。据意大利环境部最近发表的一份报告，除山区外，大部分平原地区的水源已受到不同程度的污染。波河流域人口最为集中，居住着２０００多万人口，占意大利总人口的１／３，约有１３００万人的饮用水受到有机废料的污染。这些废料的１３％来自家庭垃圾，４２％是工业废料，４５％来自农业。由于波河平原的畜牧业特别集中，猪、牛等牲畜的排泄物未经处理即渗漏地下，对地下水的清洁造成极大威胁。过量使用农药和化肥，使土壤中的硝酸盐含量也远远超过标准。这些有机废料最终随波河流入亚得里亚海，致使海藻滋生成灾。
意大利议会早在１９７０年就通过了有关废水处理的法律。尽管意大利大多数城市和工厂都建立了废水处理装置，但由于管理不严和资金不足等原因，目前在意大利北部废水处理率为２６％，而在南部地区只为６％。
水资源专家认为，水费过低是意大利水危机的一个重要原因。目前，意大利国家财政为每立方米饮用水要补贴１７２里拉。不根本解决这个问题，就没有足够的资金投到废水处理上去，水危机将继续困扰意大利。
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专栏：
癌细胞是怎样转移的？
意大利国家科研委员会最近发表一份公报说，意大利那波里国家科研委员会遗传研究所的学者在丹麦“芬森实验室”同行的合作下，在实验室里分离出了使癌细胞在人体内转移的基因。这种基因能产生一种分子，使已经被癌侵袭的细胞同一种酶相连，使这些细胞与原来的肿瘤脱离，进入血液循环，在人体另一部分“落脚”，形成癌细胞转移。上述发现将开拓制止癌细胞在人体内转移的途径。
（罗晋标）
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专栏：科海拾贝
把污泥转化成燃油
泰然
不久前，美国科学家发明了一种能处理污泥的新工艺，它可将污泥转化为燃油，不但能消除污泥对环境的污染，而且变废为宝，为新能源开辟了一条新途径。
目前，世界上不少国家都建有集中处理工业污水和污泥的工厂，经处理后的污泥渣，曾用多种方法加以利用，但多数污泥则作为废物倾入江河大海，对环境造成严重污染。
本世纪３０年代，德国的科学家发现在污泥中蕴藏着一种“生物热量”，用碱处理后可产生焦化物，焙干后便成为“人造煤”。但由于天然煤的价格比“人造煤”便宜得多，所以“人造煤”这种新产品并未得到重视。
近年，能源短缺矛盾日益尖锐，各国科学家纷纷设法寻找新能源。正是在此背景下，美国燃料动力公司的研究人员发明了将污泥转化为燃油的新技术。
据介绍，把污泥转化为燃油的工艺流程是：将工业污泥放入一台旋转的离心机中，甩出８０％的水分，分离出２０％的有机物质，然后用纯碱混合蒸煮，生成一种像柏油的粘稠物质，再把它置入反应器（斯道斯系统），结果分为３层：上层是油，中层是水，底层是焦化物。由于分离出来的油仍很粘稠，不能用油泵输送，更难以喷射。美国燃料动力公司又进一步研制出一种添加剂，加入油里后，粘性油即转化为四号柴油，可供汽车、内燃机车及各种以柴油为燃料的动力机使用。
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专栏：科技动态
用基因鉴别法验明人的身份
基因或者脱氧核糖核酸指纹印是自从科学家克里克和沃森于一九五三年解开脱氧核糖核酸的结构之谜以来，遗传学中最有意义的发现之一。它使得科学家得以验明每个人和每个动物独有的脱氧核糖核酸的基本顺序。除非这个人有一个完全相同的孪生兄弟，否则基因的纵断面图不可能完全相同。
英国在短短的两年内，有四十多名强奸犯和谋杀犯是通过验证基因指纹被判定有罪的。许多强奸犯仅仅根据基因证据就被关进了监狱，几名罪犯在脱氧核糖核酸证据面前，改变了拒不服罪的态度，从而使受他们害的人不必为到庭提供证据而遭受心灵创伤。
基因“指纹印”还可以明确无疑地验明亲属关系。一九八八年用这个办法检验了一千多名申请到英国来的移民，以确认他们填报的亲属关系是否属实。
在关于赡养、离婚和监护的案件中，基因“指纹印”还可以测定父亲的身份。据说，如果去掉了孩子从母亲那里继承来的脱氧核糖核酸的染色带，那么留在孩子脱氧核糖核酸中的染色带必然是从这个孩子的真正的父亲那里继承来的。孩子身上的父亲染色带是否与这位父亲的染色带的图形相一致？如果一致，那末毫无疑问，他就是父亲。其他有这种独特图形的人的可能性大约只有二点五亿分之一。
莱斯特大学的亚历克·杰弗里斯博士是在研究遗传病，以寻找基因标志时，偶尔发现基因指纹印的。现在，杰弗里斯把他自己的研究成果与美国的研究进展结合在一起，因而使基因指纹印的灵敏性增加了一百倍，并产生出一个大大简化的图形。他说：“我们现在能够毫无困难地分析实际上用显微镜才能看见的那样微量的血；我们可以从少量的唾液、实际比一个头发根还细的发根或在显微镜下才能看见的微量精液中获得脱氧核糖核酸指纹印。”
法医学家还在考虑用各种办法来简化这项技术，以使能自动进行大规模基因甄别。
基因指纹印的应用范围很广。杰弗里斯说：“基因指纹印不仅仅是鉴定各种亲属关系的一项工具，它还给我们提供了一系列大量的基因标志，这些标志基本上可用来解决遗传学中的任何问题，从人类学直到癌的研究。”
（沈琴译自英国《观察家》杂志）
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专栏：
探索地壳深处奥秘
夏之秋
近几年来，人类不仅取得了月球岩石的标本加以研究，而且苏联的太空观测站提供了有关金星的岩石化学成分资料，美国提供了有关火星的岩石化学成分资料。但是，人类对自己生活的地球的了解却十分肤浅，仅仅知道其表皮：岩石圈的浅层部分，至于深层部分则知之甚少。如果把地球比作鸡蛋，人类真正掌握情况的厚度连蛋壳的１／１０都不到。
取得地壳的岩石样品，主要目的是为了寻找矿产。２２年前，在洋底只打了少数几个孔，但是今天我们已经掌握了数以千计的大洋钻孔资料，因此在洋底地质方面有了很大的进展，采矿的规模也在扩大。今天，世界上至少有１／３的石油是得自海洋油井。
通过大量钻孔资料的分析，人类不仅对矿物和碳氢化合物的地质作用有了新的认识，而且对大自然的重大事件如地震、火山喷发等，加深了了解。海洋钻探的重大成果，激发了人类对地壳的探索。苏联在２０年前开始了世界上第一口超深钻探，设计深度为１５公里，计划是到今年完工。而一些发达国家也急起直追，美国第一口深井是在加利福尼亚州南部的卡洪山口，计划深度是５公里；还计划在阿巴拉契亚山脉打一个１０公里的超深钻孔。联邦德国一口深５公里的试验井已经钻进，另一个超深钻孔计划深度为１４公里，已于去年开钻，计划用８至１０年完成。法国、英国、加拿大都在考虑实施自己的深钻计划。
但是，所有的深钻验证的地壳深处奥秘，与原先的地质推断和物探解释资料居然大相径庭。看来，地壳的奥秘仍然需要花很大力气去探索，为此所需的资金和技术不亚于上天。
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经过近十年的研究和一年的试行，西德新型地铁车辆最近投入运行。这种新型地铁车辆操纵系统由小型计算机控制，可节约能源百分之三十。车身由新材料制成，大大提高防火性能；同时车型设计美观。