信息技術

信息技術主要指信息的獲取、傳遞、處理等技術。它在新技術革命中處於核心和先導地位。信息技術以微電子技術為基礎,包括微電子技術、計算機技術、通信技術和網絡技術等。微電子技術是微小型電子元器件和電路的研製、生產及用以實現電子係統功能的技術體係。目前,較為成熟的微電子技術包括:計算機輔助設計的軟件和硬件係統;電路或係統的模擬、電路設計、電路物理問題分析;計算機自動讀圖、自動繪圖、自動刻圖、計算機聯動的圖形發生、自動翻版和布線;單機工藝設備程控自動化、全自動工藝線;計算機自動測試、邏輯分析、故障診斷;精密性、穩定度及效率能滿足大規模集成電路要求的電子束圖發生器、高分辨率製版及成像;微細加工技術、高壓氧化技術、多晶矽技術,等等。總之,微電子技術已經滲透到諸如現代通信、計算機技術、醫療衛生、環境工程、能源、交通、自動化生產等各個方麵。微電子技術的出現是當代電子技術的突破,並由此引起了電子技術領域的革命。

計算機技術是現代信息處理技術的核心,可用於科學計算、數據處理、工業控製、情報檢索、企業管理、商業管理、交通管理等領域。當前,計算機技術的主要內容是RISC、並行處理、多媒體技術以及軟件和網絡技術。RISC係統將指令係統精簡,使係統簡單,目的在於減少指令的執行時間,提高計算機的處理速度。並行處理技術可在同一時間內在多個處理器中執行多個相關或獨立的程序,它是提高計算機處理速度的重要方向。多媒體技術是進一步拓寬計算機應用領域的新興技術,它把文字、數據、圖形、圖像和聲音等信息媒體作為一個集成體由計算機來處理,把計算機帶入一個聲、文、圖集成的應用領域。多媒體係統把計算機、家用電器、通信設備組成一個整體,由計算機控製和管理。網絡技術把分散的計算機聯成一體,達到信息資源的共享。

通信技術包括數字通信、光纖通信、衛星通信、移動通信等內容。數字通信可以高速完成複雜而大規模的信息傳輸任務;光纖通信可以傳遞電話、電傳、傳真、彩色電視和計算機數據;衛星通信廣泛用於國內、國際通信,包括軍用通信、海事通信和電視、廣播的中繼等方麵;移動通信適應了現代社會快節奏,人員流動性強的需要。

網絡技術是在計算機技術、通信技術基礎上發展起來的,它是電腦、通信和媒體的大聯合,互聯網是世界各國網絡群所聯成的一種網絡,該網絡不為任何一個國家或任何一個公司所獨有,而是全人類共享的信息資源,在人類社會中起著十分重要的作用,促進了“地球村”的形成。

生物工程

生物工程是應用現代生物科學及某些工程原理,將生物本身的某些功能應用於其他技術領域,生產供人類利用的產品的技術體係。生物工程主要包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程等內容。

基因工程是一種在分子水平上直接改造遺傳物質的新方法。其原理是將所需的某種生物的基因,即目的基因,轉移到需要改造的另一種生物的細胞裏,使目的基因在那裏複製和表達,從而達到改造生物或創造生物新種類的目的。基因工程的大致過程如下:第一步,取得目的基因;第二步,將目的基因和載體在生物體外聯接,在聯接酶的作用下,獲得重組DNA分子;第三步,將聯接有目的基因的重組載體轉入宿主細胞,即重組DNA分子的轉化;第四步,將受體細胞進行繁殖,這樣得到的受體細胞便有了新的性狀。

細胞工程是指通過細胞或原生質體融合技術,或染色體重組,或個別染色體添加、置換或拚接等技術,以獲得能用於生產的新物種或新品種,以及通過細胞與組織培養進行生產的一切技術體係。所以細胞工程是一種在細胞水平上改造生物品種、培育新品種的生物工程技術。它突破了隻有同種生物才能實行雜交的限製,為改良生物品種或創造新品種開創了廣闊的前景。細胞工程包括細胞融合(細胞雜交)、細胞拆分、植物細胞和組織培養及基因導入等。

酶工程主要是利用生物酶或細胞、細胞器所具有的某些特異催化化學反應的功能,通過現代工藝手段和生物反應器生產生物產品的技術。包括酶類的開發生產、固定化酶和固定化細胞技術、酶分子的化學修飾技術、固定化酶反應器的研究和設計、酶的分離提純技術等。酶是一種蛋白質,是保證生物體內各種化學反應順利進行的生物催化劑。通常用化學催化劑要1年到100萬年才能完成的反應,用酶隻需2秒鍾就完成了。目前已知的生物體內的酶有2300餘種,每一種酶都各司其職,從而保證了生物體內的各種代謝活動有條不紊地進行。

發酵工程也稱微生物工程,主要是利用微生物的某些特定功能,通過現代工程技術手段生產有用物質,或直接把微生物應用於工業化生產的一種技術。在發酵工程中唱主角的是微生物。發酵工程主要包括選育優良菌種,發酵生產某種代謝產物,生產某種微生物菌體,修飾或改造某種化學物質,礦物資源的微生物浸提及微生物對有毒物質的分解等。發酵技術的應用可分為兩個方麵:一是直接利用菌體細胞;二是利用微生物代謝產物。

新材料技術

材料是人類生存和發展的物質基礎,也是人類社會現代文明的重要支柱,材料的變化直接影響著社會的變革。新型材料主要包括新型金屬材料、高分子合成材料、複合材料、新型無機非金屬材料、光電子材料和納米材料等。

重要的新型金屬材料有鋁、鎂、鈦合金以及稀有金屬等。新型鋁合金品種繁多、重量輕、導電性好,可代替銅用作導電材料。新型鎂合金既輕又強,是製造直升飛機某些零件的理想材料。新型高強度鈦合金不僅用來製造超音速飛機和宇宙飛船,而且廣泛用於化學工業、電解工業和電力工業,被譽為“未來的鋼鐵”。稀有金屬化學性質十分活潑,少量即能改善合金的性能,可用來製造光電材料、磁性材料、化工材料及原子能反應堆的零件。

高分子合成材料可分為合成橡膠、塑料和化學纖維。由於高分子在化學組成和結構上的不同,因而具有多種性能,用途十分廣泛,已在相當程度上取代了鋼材、木材、棉花等天然材料。合成橡膠大致有三類:通用橡膠、特種橡膠和熱塑橡膠。塑料是產量最高,應用最廣的高分子材料,主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及工程塑料等。化學纖維主要有五大類:即絛綸、錦綸、腈綸、丙綸和維綸。

複合材料是有機高分子、無機非金屬和金屬等材料複合而成的一種多相材料,它不僅能保持其原組分的部分特點,而且還具有原組分所不具備的性能。複合材料可分為兩大類:一類是結構複合材料,它是作為承力結構使用的材料,由能承受載荷的增強體與能連接增強體成為整體材料同時又起傳遞力作用的基體構成;另一類是功能複合材料,它的效能優於一般功能材料。主要有壓電型功能複合材料、吸波、屏蔽性功能複合材料、導電功能複合材料等。

常見的新型無機非金屬材料有工業陶瓷、光導纖維和半導體材料。工業陶瓷主要有兩大類:一類為先進結構陶瓷,如莫來石、新能源技術氧化鋁、氧化鋯和複相陶瓷等;另一類為先進功能陶瓷,包括裝置陶瓷、電容器陶瓷、壓電陶瓷、鐵電陶瓷、半導體陶瓷等。光導纖維是可有效地遠距離傳導光信號的玻璃或塑料纖維,它重量輕、通信容量大、傳輸損耗低、抗幹擾力強、溫度穩定性好。半導體材料主要用來製作晶體管、集成電路、固態激光器和探測器等器件。

光電子信息材料包括光源和信息獲取材料、信息傳遞材料、信息存儲材料以及信息處理和運算材料等,其中主要是各類光電子半導體材料、各種光纖和薄膜材料、各種液晶顯示材料和電色材料、新型相變和光色存儲材料、光子選通材料、光致折變材料、新型非線性光學晶體等。

納米材料。“納米”是一個長度單位,1納米等於10-9米。科學家們發現,當物質(材料)的結構單元(如晶粒或孔隙)小到納米量級時,物質(材料)的性質就會發生重大的變化,不僅可以大大改善原有材料的性能,甚至會具有新的性能或效應。利用這些所謂納米結構材料的新特性製成器件或製品會引起諸如工業、農業、醫療和社會的重大變革。以商品規模生產的納米材料有:金剛石、磁性材料、金屬、陶瓷、複合材料和半導體材料等。

新能源技術

20世紀70年代以來,許多國家出現能源短缺問題,世界各國普遍加強對新能源的研究與開發,從多方麵探尋發展新能源的途徑,取得了令人振奮的成就。其中,以核能、太陽能、氫能、地熱能的利用最為引人注目。

核能(原子能)是原子核結構發生變化時放出的能量。核能可以替代煤炭、石油等能源,目前主要用於發電。當前,世界各國核電站所采用的核反應堆基本都是核裂變反應裝置。

太陽能是一種巨大且對環境無汙染的能源。太陽能的轉換和利用方式有:光——熱轉換、光——電轉換和光——化學轉換。太陽能熱利用技術是太陽輻射能量通過各種集熱部件轉變成熱能後被直接利用,它可分低溫(100—300℃):工業用熱、製冷、空調、烹調等;高溫(300℃以上):熱發電、材料高溫處理等。太陽能光電轉換技術主要是通過太陽能電池將太陽輻射轉變成電能。光化學轉換技術是研究光和物質相互作用引起的化學反應的一個化學分支。

氫能是不久的將來作為替代石化類二次能源中汽油、柴油的一種最有希望的能源。由於氫重量輕、熱值高、無汙染、資源豐富,從20世紀70年代初開始就用於發電以及各種機動車、飛行器的燃料和家用燃料等。氫作為能源使用時,無汙染物產生,燃燒產物是水,而生產氫的原料也是水。氫的熱值高,每克液氫可產熱120千焦,是汽油的2.8倍。但是,氫需要利用其他能源來製取。當前,製氫所采用的方法主要是熱分解法和電分解法,氫的製取成本是目前製約其應用的主要障礙。

地熱能是來自地球內部的一種天然能源,地球本身是個大熱庫,蘊藏著巨大的熱能。地熱能的利用目前主要有兩個方麵:地熱能發電和地熱能采暖。地熱能發電是地熱能利用的主要的、具有開發前景的形式,其發電原理與一般火力發電相似,所不同的是,其動力源是直接來自於地熱。地熱能采暖主要是將地熱能——蒸汽或熱水,直接應用於工業生產或生活。此外,對生物能、風能、海洋能也在不斷進行研究、開發和利用。

空間技術

空間技術是探索、開發和利用太空以及地球以外天體的綜合性工程,也是高度綜合的現代科學技術。它主要包括人造衛星、宇宙飛船、空間站、航天飛機、載人航天等內容。

人造衛星是指人工製造的被加速到超過8千米/秒後繞地球在空間軌道上運行的無人飛行器。人造衛星種類很多,總的可分為科學試驗衛星和應用衛星兩大類。應用衛星按其用途又可分為通信衛星、廣播衛星、氣象衛星、地球資源衛星、導航衛星、測地衛星、偵察照相衛星等。應用衛星是直接為國民經濟、軍事和文化教育等服務的衛星,是當今世界上發射最多、應用最廣泛的航天器。

宇宙飛船即載人飛船,它是能保障宇航員在外層空間生活和工作以執行航天任務並返回地麵的航天器。它可以獨立進行航天活動,也可作為往返於地麵和航天站之間的“渡船”,還能與航天站或其他航天器對接後聯合飛行。宇宙飛船運行時間有限,僅能使用一次。宇宙飛船分兩類,一是環繞地球軌道飛行的飛船,二是能脫離地球軌道的飛船。飛船由宇航員返回座艙、軌道艙、服務艙、對接艙和應急救生裝置等部分組成。

空間站又稱航天站、太空站或軌道站,是可供多名宇航員巡訪,長期工作和居住,在固定軌道上運行的載人航天器。它可作為科學觀察和實驗的基地,並可用來給別的航天器加燃料或從上麵發射衛星和導彈。太空站的重要用途有:天文觀測、勘測地球資源、應用新工藝技術在太空製造新型合金和超純材料、進行生物醫學試驗等。

要發展空間站,就必須把大量的設備和結構運到軌道上去,還要把人員往返運送於空間站和地麵。運人的往返運輸係統可采用航天飛機。航天飛機是可以重複使用的、往返於太空與地麵的載人飛行器。它綜合了火箭、飛船和飛機三者的技術,是一種新型的航空航天飛行器。航天飛機運載量大,可裝載各種衛星、飛船、實驗室和較多宇航員、科研人員。它可在軌道上發射衛星,又可回收和修複衛星。

載人航天是航天技術發展的一個新階段,是人類駕駛和乘坐載人航天器(載人飛船、空間站、航天飛機)在太空從事各種探測、試驗、研究和生產的往返飛行活動。載人航天係統由載人航天器、運載器、航天器發射場和回收設施、航天測控網等組成。

海洋工程

海洋工程包括進行海洋調查和科學研究,海洋資源開發和海洋空間利用,涉及到許多學科和技術領域,它主要表現在:海底石油和天然氣開發技術、海洋生物資源的開發和利用、海水淡化技術、海洋能源發電技術等方麵。

為了開發海底石油和天然氣,必須克服水體的障礙,具備與陸地不同的技術,即具備不同於陸地石油開發技術的海底石油和天然氣技術,包括平台技術、鑽井和完井技術、輸送技術。專用於鑽井作業的移動式鑽井平台有:底座式平台、自升式平台、鑽井船和半潛式平台。海上平台造價很高,一般都采用一座平台鑽多口井的方法,這就要有斜鑽井的技術。開發海底石油和天然氣,對於油氣的存儲和輸送,目前有兩種方法:一是在海上建立儲油站和裝油船,由船舶運輸;二是管道輸送,這是向岸上輸送油、氣的主要手段。

建立在現代海洋生物學基礎上的現代海洋養殖業已成為一大產業,其蘊涵的潛力完全使人相信海洋即將成為人工生產蛋白質的重要基地。現代海洋水產業的主要發展方向,首先是開發海洋“牧場”,積極發展“栽培漁業”,使各種人類需求的海洋動植物資源生產人工化,達到穩產高產的目標。其次,利用先進的技術發現、開辟新的海洋漁業資源、改造和發展傳統的捕撈業。目前,超聲波魚探儀、雷達導航技術、水下通信技術、水下攝影和錄像均已得到廣泛應用。

海水淡化是解決地球缺水供需矛盾的根本途徑。海水淡化是新技術革命的內容之一。目前,較為成熟的海水淡化技術有:蒸餾法、電滲析法和冷凍法。蒸餾法是以化工過程中的蒸餾——蒸餾單元為基礎發展而來的一種分離方法,其工藝較完善,應用最廣而且起的作用最大。電滲析法是一種膜分離技術,電滲析淡化器的關鍵部件是離子交換膜,它的發展對電滲析技術具有決定意義。冷凍法是在冰點溫度下,從海水中分離出淡水來,由於融化後的淡水仍有鹹味,因而不能令人滿意。

海洋能源發電技術是指利用海洋中波浪、海流、潮汐、海水溫度和海水鹽度差等蘊藏的豐富能量發電的技術。潮汐發電是利用海水漲落潮差的能量,通過水庫控製海水的落差推動水輪機,進而帶動發電機發電。目前,海洋能發電大多處於試驗或小規模實用階段。海洋能源的總能量相當於地球上全部動植物生長所需能量的1000多倍,現在這種巨大能量正逐步得到開發和利用。