当代科技发展趋势及启示.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,当代科技发展趋势及启示,主要内容,科技发展概述,20世纪的科学与技术,21世纪的科学与技术,21世纪科技展望,科技发展,概述,什么是科技？,科技简单的说就是指人类在生活中，利用,各种资源、运用某种策略，发挥其创造力、想像力解决现在或未来所遇到的问题，以满足人类之欲望及需求的过程。,人类的生活能够不断的进步，主要原因在于人类运用,科技,的力量，那什么是科技呢？,1、科技是经济增长的“火车头”,2、科技是制度变革的“发动机”,3、科技是文化发展的“助力器”,为什么说“科学技术是第一生产力,”,科技是现代生产力系统中第一位的构成要素,科技进步对经济增长的贡献明显超过资本和劳动力，是决定性因素,1、科技是经济增长的“火车头”,2、科技是制度变革的“发动机”,科技的发展引发经济制度的变革,科技的发展引发社会制度的变革,3、科技是文化发展的“助力器”,文化与科技都属于人类的精神产品，但文化系统具有天然的迟滞性、传统性和稳定性，而科技系统始终是向前发展最活跃的因素。,文化系统要向前发展的动力主要来源于科技发展的冲击和推动。,近三十年高科技产业的崛起,计算机,计算机设备 1957年 惠普,芯片 1971年 Intel,计算机 1980年 Apple,软件 1986年 Microsoft,通信,网络设备 1990年 CISCO,电信设备 1996年 Lucent,网络,网络提供商,1996,年,Yahoo,电子商务,1997,年,Amazon,搜索引擎,2004,年,Google,媒体,1992,年 时代华纳,生物医药,生物制药,1986,年,BIOMET,，,GENZYME,基因技术,1991,年,BIOGEN,IDEC,过去的三十年中，全世界所有主要的高科技产业几乎都源于美国，同时，美国在大部分高科技行业具有垄断地位。,当代科学技术发展的新特点,20世纪中叶以来50多年间，科学技术发展经历了6次大变革：,20世纪40年代至50年代,以原子能释放和控制为标志，人类开始利用核能的新时代；,20世纪50年代至60年代,以人造地球卫星的成功发射为标志，人类开始向外层空间的进军；,20世纪60年代至70年代,以重组DNA实验成功为标志，人类进入了可以控制遗传和生命过程的新阶段；,20世纪70年代至80年代,以微处理器大量生产和广泛使用为标志，人类揭开了扩大大脑能力的新篇章；,当代科学技术发展的新特点,当代科学技术发展的新特点,20世纪80年代至90年代,以个人计算机和软件开发为标志，在世界范围内开始掀起信息化浪潮；,20世纪90年代以来,以互联网和无线通讯的广泛应用为标志，人类加速了知识生产和传播的进程，正在迈向知识型社会的新纪元；,当代科学技术发展的新特点,50多年世界科技发展的历程，揭示了科技发展的规律，证实了科技是推动人类社会发展的力量，显示了科技发展的新趋势和新特点。表现在以下几个方面：,1.科学技术成为支撑、引领经济社会发展的主导力量,量子理论促进了集成电路计算机的发展，奠定了信息产业的发展；,相对论和原子核裂变原理形成了核技术和核能工业；,分子生物学和遗传学成就发展了生物技术和生物产业。,当代科学技术发展的新特点,2.科学技术向应用转化速度不断加快，科技成果产业化周期大大缩短,20世纪上半叶，电话走进50%美国家庭用了60年的时间；,90年代互联网进入50%的美国家庭只用了5年时间；,单位面积芯片的存储量每18个月增加一倍，主干网带宽将每6个月增加1倍。,当代科学技术发展的新特点,3.科学的交叉融合和技术的集成，导致重大的创新突破，孕育着新的科学和技术革命,学科之间交叉融合和渗透，导致新学科诞生，如信息科学、生命科学、环境科学、能源科学、纳米科学、空间科学等；,自然科学与人文社会科学相互渗透，改变人们价值观、思维方式、生活方式；,技术融合日益显著，最具代表性的是纳米、生物、信息和认知四大领域的汇聚融合。,当代科学技术发展的新特点,4.科技全球化深刻改变了科学研究的传统组织结构和方式,近年来，科技全球化成为经济全球化的主要表现形式，科技资源在全球范围内的融合和有效配置改变了科技传统组织结构。,国际大科学工程研究方式出现，推进世界科学家的合作；,跨国公司在不同国家建立研发机构，充分利用全球科技资源，获取强大竞争力，成为促进科技全球化的主要力量。,我国科技发展的5个战略重点,发展能源、资源和环境保护技术,优先位置,；,掌握装备制造和信息产业核心技术的自主知识产权,竞争力的突破口,；,生物技术未来高技术产业,迎头赶上的重点,；,发展空天和海洋技术,拓展新的资源,；,基础科学和前沿技术,占世界一席之地,。,能源,环境,制造业,信息产业及现代服务业,人口与健康,公共安全,水和矿产资源,农业,交通运输业,城镇化与城市发展,国防,我国科技发展的11个重点技术领域,我国科技发展的16个重大专项,核心电子器件,极大规模集成电路制造技术与成套工艺,新一代宽带无线通信,大型油气田及煤层气开发,水体污染及控制与治理,重大新药创制,大型飞机,载人航天,高端通用芯片及基础软件,高档数控机床与基础制造技术,大型先进压水堆及高温气冷堆核电站,转基因生物新品种育种,艾滋病和病毒性肝炎等重大疾病防治,高分辨率对地观察系统,探月工程,我国科技发展的8个前沿技术领域,生物技术,新材料技术,先进能源技术,激光技术,信息技术,先进制造技术,海洋技术,空天技术,二十世纪的,科学技术,二十世纪伟大的科技成就,一、四大基础理论,1）量子力学；2）相对论；,3）基因理论；4）系统理论。,二、五大基本模型,1）宇宙演化的大爆炸模型；,2）物质结构的标准模型；,3）DNA双螺旋结构模型；,4）图灵计算机模型；,5）地壳结构的板块模型。,三、三大基本技术,1）物质变化技术；,2）能量转化技术；,3）信息控制技术。,20世纪主导技术,激光技术,化学合成技术,核能利用技术,航空航天技术,二十世纪的重大技术成就(1),1、诺贝尔、伦琴和居理夫人。,2、1903年美国莱特兄弟发明飞机。俄国齐奥尔科夫斯基提出火箭飞行理论。现在民用飞机已可载运500多人，可以环球飞行。正在研制1000人的超音速客机。军用飞机的飞行速度己达5M（马赫数）。,3、1957年10月4日苏联发射第一颗人造卫星，1969年7月21日美国阿波罗11号飞船第一次登月，1977年第一次航天飞机载人飞行。,4、1946年莫切里与埃克特发明第一台计算机ENIAC，计算机发展到现在已经五代：电子管晶体管集成电路大规模集成电路超（甚）大规模集成电路，正向智能计算机发展。,二十世纪的重大技术成就(2),5、1945年8月6日在日本广岛，8月9日在长崎投下原子弹。1952年美国完成了第一次氢弹爆炸（苏1953年，中l967年试验氢弹）。,6、1901年马可尼（意）实现第一次无线通讯，1904年弗莱明发明真空二极管，1948年肖克利发明晶体管，l968年美国实现第一条光纤通讯。现在正向信息高速公路发展。,7、1965年日本制成第一辆磁悬浮列车，时速400500公里。1997年实验时速达503公里小时，为世界之最。,8、1997年英国成功培育出世界上第一只用体细胞克隆技术产生的羊“多莉”，实现了生命的复制。,人类已进入到信息时代,1946年J.W.Mauchly和J.P.Eckert演示了ENIAC计算机，科学界认为人类进入到电子时代。,科学界认为1973年开始人类已进入信息时代,主要标志是：,1）演示了世界上第一例基因工程，用化学方法完成了DNA（脱氧核糖核酸）基因分子重组，改变了遗传密码。从信息论上看，是一个划时代的飞跃；,2）发明了第一台“办公室计算机”；,3）发明了第一台可理解语言指令的计算机；,4）超大规模集成电路（LSI）；,5）发明了核磁共振扫描（NMRS），用于医学检查。,二十一世纪的,科学技术,21世纪几个重要特征,以知识为基础的社会,全球化的国际环境,可持续的增长方式,把科技创新作为国家战略,把科技投资作为战略性投资,超前部署和发展战略技术及产业,各国的战略选择,21世纪科学技术发展总趋势,一、中心科学技术的转移,1.信息科学技术,目前是发展高峰期，预计其中心科学技术的地位还可持续四十年。,2.生命科学技术,现在已开始注重其发展与应用，预计21世纪30年代开始将逐步转变为中心科学技术。,3.认知科学技术,智能化趋势现已显露，预计21世纪70年代开始将成为科学技术发展的中心。,二、世界科技中心（地区或国家）的转移,中国（公元3世纪公元13世纪）,意大利（1540年1610年）,英国（1660年1730年）,法国（1770年1830年）,德国（1810年1920年）,美国（1920年 ）,可能转向东方（日本、中国）,21世纪科学技术发展总趋势,(1)信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）,(2)生物科学技术（包括生命科学技术）,(3)新能源科学技术（包括核能科学技术）,(4)新材料科学技术（包括纳米科学技术）,(5)环境科学技术（包括地球科学技术）,(6)航空航天科学技术（包括空间及军事科学技术）,(7)海洋科学技术（包括地球科学技术）,(8)先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）,(9)管理科学技术（包括软科学技术）,(10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）,高技术及其产业的领域,21世纪改变人类的科学技术,科学 技术,物质科学 信息技术,生命科学 生物技术,纳米技术,能源技术,21世纪的科学技术,之,信息科学技术,信息科学和技术,是实现经济增长的主要力量；,是知识型社会的基础科学技术；,未来微电子、计算机、软件、通信、网络等技术发展方兴未艾，可能引发新一轮产业革命。互联网、无线通讯将提供更为有效的知识生产平台和传播、扩散空间，引发经济形态和社会组织的巨大变化。,信息科技的重大意义,1、,改变生产过程：,从机械化、自动化发展到数字化、网络化、集成化、智能化、个性化、参与式、交互式，一部分工厂将实现远距离电脑控制、全自动化和无人现场操作的生产。,2、,改变生产关系：,网络化与参与式将减少级的管理层次，生产单元将成为有自学习、自组织、自适应功能的生产自治体（智能体），增加部门协同、增加生产厂家和消费者的直接销售。,3、,影响社会生活：,家庭将配有全媒体（AllMedia）的工作站（比多媒体电脑功能还要全），将把高清晰度电视、高保真音响、数字电视电话、摄象、传真、电子邮件、数据传输、电脑计算和各种专家系统功能集成起来，通过信息高速公路与外界社会及世界相联系，解决生活、学习和工作中各种问题。人们可以在家中办公，集中开会没有绝对必要，家庭将成为社会的最重要的基本单元。妇女将获得彻底解放，将更多参加工作和社会活动，儿童的家庭教育变得更为重要。,4、,影响国防、影响综合国力、影响国家地位。,信息时代向我们走来（1）,重要的事交给电脑,：,家庭中大量的家政管理实际上是档案的管理，这是电脑是擅长的领域。,电器管家：,一些传统家用电器，如洗衣机、电冰箱等的信息化进程也已经开始。这些电器通过电话线与因特网相连，并能就彼此如何配合进行工作进行磋商、调整和维修。,真正的智能冰箱和微波炉：,冰箱电脑里事先存储了你的饮食习惯，零食、油米酱醋等吃完了，它会自动连接互联网，替你向超市订购；微波炉可以自动下载食谱，只要你事先把买回的鸡鸭鱼肉放进去，它便会在你预定的时间自动进行解冻，并做成香喷喷的美味佳肴。,书架、书柜、相册没用了,：,数码相机的大量使用，让我们可以将照片按照自己喜欢的方式加以修饰，并且不必提心多年以后会变得黯淡失色。音乐、电影、画像许许多多的资料，在信息家庭中都会以数字的方式永久保存。,不用砍价了：,网上交易的商品不易漫天要价，同时，网络本身也是所有渠道中最便宜的一种，或许信息家庭的家庭成员的购物成本要比普通家庭便宜20-30%。,玩得不一样,：,信息家庭与数字社会更多提供了自由选择与幻想的空间，我们不仅可以自由选择收看喜爱的电影，还可以通过网络预先约定维也纳新春音乐会的“座位”。网络化的电脑游戏更是可以使我们扮演各种各样的角色。,信息时代向我们走来（2）,世界上第一台计算机ENIAC,1945年，世界上第一台计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。它占地170平方米，使用了18000个电子管，重约30吨。,中国第一台巨型计算机,1983年12月22日，我国第一台每秒运算一亿次以上的“银河”巨型计算机诞生。,台式电脑,笔记本电脑,“PC”时代,“PC”时代,网络将个人电脑连为一个整体,网络改变生活,网络改变生活,网络改变生活,网络改变生活,21世纪的电脑,1.电脑已发展了五代，正向智能计算机发展。微型计算机已发展了六代，正向掌上计算机、多媒体计算机发展。,2.数字化、网络化、个性化、移动化、交互化、智能化是21世纪信息科学技术的基本特点。,我国信息产业已驶上高速路,（1）“九五”期间我国信息产业年平均增长速度达到31.4%，2000年中国信息产业总产值突破了1万亿元，已成为工业经济第一支柱。,（2）,2002年7月固定、移动电话总数达3.8亿户，其中固定电话2.01亿户，移动电话1.8亿户，已大大超过美国，居世界第一位。,（3）十五期间，,中国的信息产业继续保持20%的高速增长,，市场规模比2000年翻一番，固定、移动电话网规模容量将跃居世界第一位，电话用户总数达到5亿户，全国电话普及率达到40%。到2010年，信息产业市场规模再翻一番。也就是说，,未来十年，信息产业将翻两番。,在信息化过程中值得注意的若干问题（1）,信息化带动工业化，但不能代替工业化；,信息化与工业化要均衡发展，网络与传统产业脱节会形成信息泡沫；,信息技术只是工具，它本身不是产品；,只有制造业才能把信息技术转化为生产力；,发达国家，信息产业的产值占GDP的40%-60%，目前我国信息化的水平不到发达国家的10%，离现代化的要求还很远。,在信息化过程中值得注意的若干问题（2）,我国信息产业的核心技术,微电子芯片技术和操作系统技术依赖进口，巨额利润被外国公司抢走了。目前，我国计算机公司的利润只有,2%3%,，而国外做系统芯片的公司的利润一般为,25%35%,。,网络安全问题是一个亟待解决的问题，主要是,“,一黄一黑,”,两个问题。据信息产业部的调查，目前上网的人群中，,30%,看休闲信息，,22%,看黄色信息。黑的问题主要是要有自主知识产权的网络，能防止黑客侵袭。,软件要大力发展，印度的软件出口额是我国的,30,倍。,21世纪的科学技术,之,生物科学技术,生物科学技术在揭示生命本质规律和认识、控制生命过程方面的进展，以及生物技术在解决农业持续发展和人口健康领域的问题提供新的途径。,功能基因学、蛋白质组学、干细胞、生物信息学、系统生物学、整合生物学等不断突破，未来15年可能形成与信息产业并驾齐驱、充满活力的生物产业群。,21世纪的生物科学技术（1）,21世纪的生物科学技术（2）,1.2l世纪将是人类掌握生命和智力奥秘，掌握它的发生和发展规律的世纪，,生物技术将形成产业，改变农业、医药、环保、材料、信息、能源等工业的面貌，人类自身的健康和智力将得到大幅度提高，加快人类自身进化的速度。,2.转基因的技术会生产出特效高产的农作物（如抗虫棉花）、特效药品（如乙肝疫苗）和移植器官（转基因的动物器官移给人体）。转基因的西红柿可以保存几周不腐烂，转抗虫基因的烟草可以不被虫吃掉。,3.用基因疗法治疗肿瘤、心血管、老年痴呆、过敏等疾病。,4.用生物防治代替化学农药，用转移固氮基因产生的氮肥和经微生物处理的有机肥代替化学肥。,21世纪的生物科学技术（3）,5.用生物方法生产分子开关、分子马达、分子传感器等机器元件，并集成为微型电脑和机器人。,6.生物酶将用作化学催化剂，生物传感器将随时监测健康状况和环境质量，生物农药和生物固氮将代替化学农药和氮肥。,7.模仿人体功能的各种智能芯片可以植人人体，以提高记忆、恢复视力、听力等。,8.具有自组织、自适应和自修复功能的仿生材料和器件将成为商品。,9.仿照生物大脑组织制造的生物芯片和生物计算机将大大提高机器进行图形、文字和语音识别的能力以及判断的水平,。,生物技术的创新,人类基因图谱,克隆羊“多利”,生物技术的创新,中国培育的克隆猪,中国培育的克隆牛,全球首批克隆猪在美国诞生,2001年11月25日美国马萨诸塞州伍斯特先进细胞技术公司宣布，首次利用克隆技术培育出人类早期胚胎,。,生物技术的创新,中国卫生部对克隆人的态度：,“不赞成、不支持、不允许、不接受任何克隆人的实验。”,干细胞研究与临床应用,1.干细胞的“干”，是“树干”和“根源”的意思。干细胞是指尚未发育成熟的细胞，它具有再生为各种组织器官的潜能，医学界称为“万用细胞”。,2.科学家认为，绝大多数疾病，从脊髓损伤、帕金森氏综合症、,糖尿病，到癌症和艾滋病，都可望借助干细胞技术得到治疗。,3.干细胞可分为胚胎干细胞及成体干细胞。前者取自胚胎或胎儿组织(胎盘、脐带)，可“定向分化”为不同的组织细胞(目前这种定向分化的条件和干细胞发育的调控机制尚不清楚)，后者取自成体组织（如骨髓中的造血干细胞），它只能分化成该组织的各种细胞。,4.干细胞技术的理想目标就是进行体外“器官克隆”以供病人移植。,生命科学：还有八大奥秘,作为生命基础的蛋白质的结构能确定吗?,能合成人工生命形式吗?,能否建立精确的细胞计算机模型?,能弄清基因如何决定哺乳动物发育的细节吗?,预防、诊断和治疗医学会发生变革吗?,能否准确地再建人类种群史?,能否重构地球上生命的主要进化步骤?,社会将对遗传知识爆炸式增长作何反应?,21世纪的科学技术,之,纳米科学技术,什么是纳米科技？,纳米是,10,9,m,，是,1,毫米的百万分之一（原子的直径在,0.1-0.3,个纳米之间）；,纳米科技是指在纳米尺度（,1nm,到,100n,）,上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。,纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。,著名学者对纳米科技的看法（1）,1.诺贝尔物理学奖获得者H.Rohrer给江泽民总书记一封信中写道:,“,150年前，微米成为新的精度标准，奠定了工业革命的基础，最早和最好学会使用微米科技的国家，都在工业发展中占据了巨大的优势，同样，未来的科技将属于那些明智地接受纳米作为新标准并首先学习和使用它的国家。,”,2.美国IBM公司首席科学家Armstrong从信息技术角度论述说:,“,正像20世纪70年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪信息革命的核心。,”,著名学者对纳米科技的看法（2）,3.著名科学家钱学森预言:,“,纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，将引起21世纪又一次产业革命。,”,4.著名材料科学专家、两院院士师昌绪先生多次撰文呼吁：,“,纳米材料是纳米科技的基础和先驱，是我国应进一步加大支持和发展的高技术之一。,”,纳米材料的奇异特性,1）特殊的光学性质,2）特殊的热学性质,3）特殊的磁学性质,4）特殊的力学性质,5）其它特殊的性质,纳米科技的重要意义,1.纳米科技将促使人类认知的革命,2.纳米科技将引发一场新的工业革命,3.纳米科技将推动各门科学和技术的发展,4.纳米科技将影响人们的健康和生活,5.纳米科技将增强国防实力和国家安全,纳米科技的重要意义（1）,1.纳米科技将促使人类认知的革命,1)在纳米尺度上有许多新现象、新规律有待发现；,2)纳米科技是对人类认知领域的新开拓。,2.纳米科技将引发一场新的工业革命,1)纳米科技是21世纪经济增长的发动机；,2)纳米科技将促使传统产业“旧貌换新颜”；,3)纳米科技推动产品的微型化、高性能化与环境友好化，这将极大节约资源和能源，促进生态环境改善，为可持续发展提供技术保证。,纳米科技的重要意义（2）,3.纳米科技将推动各门科学和技术的发展,1)纳米科技是未来信息科技与生命科技进一步发展的共同基础；,2)纳米科技是多学科交叉融合的集中体现，而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得突破的，在这一尺度下，充满了原始创新的机会；,纳米科技的重要意义（3）,4.,纳米科技将影响人们的健康和生活,1）纳米科技将给医学带来巨大变化，采用纳米技术做成的生物芯片只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。纳米级粒子包裹的药物，将进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；,2）用纳米科技研究耐用的与人体友好的人工组织、及器官复明和复聪器件；,3）把氧化锌纳米颗粒加入防晒剂，可以使防晒剂变得透明柔滑，纳米颗粒添加到动力机械中可以增加耐久性；,4）特殊的纳米膜，能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染；,5）合成纤维中添加纳米SiO,2,、ZnO,2,等材料，可制成抗菌、防霉、除臭、防皱和抗紫外线的内衣、用品。,纳米科技的重要意义（4）,5.纳米科技将增强国防实力和国家安全,1)拥有纳米技术知识产权的国家将在国家经济安全和国防安全方面处于有利地位；,2)通过先进的纳米电子器件在信息控制方面的应用，将使军队在预警、导弹拦截等领域快速反应；,3)通过纳米机械学、微小机器人的应用，将提高部队的灵活性和增加战斗的有效性；,4)用纳米和微米机械设备控制，国家核防卫系统的性能将大幅度提高；,5)应用纳米材料技术，可使武器装备的耐腐蚀、吸波性和隐蔽性大大提高，适用于舰船、潜艇和战斗机等的隐身。,美国对微纳制造技术的关注,美国前总统布什于,2003,年,12,月,3,日签署了,21,世纪纳米技术研究和开发法,，这是美国自太空竞赛以来最优先资助的科技项目。,美国总统布什批准在未来,4,年内拨款,37,亿美元用于纳米技术研发，其中,95%,用于科学研发,大约,60%,用于院校研究，,35,%,用于政府实验室。,美南卡罗来纳大学的纳米技术专家戴维,贝鲁布说：“纳米技术如果美国不占据首位，日本或中国将取而代之。纳米技术需要培养，没有政府扶持，就不可能起飞。它的应用要等到,10,年、,15,年乃至,25,年之后，没有公司愿在一项不能立刻提高利润率的技术上投资。”,纳米科技的负面效应,2003,年,7,月,25,日世界绿色和平组织发出警告：目前世界各国实验室开发的各种纳米材料，有可能形成一系列难以生物降解的新型污染物；,碳纳米管具有优异的强度和导电性，但注入老鼠肺部以后，许多老鼠喘不过气来，其中一些很快窒息死亡；,沉积在鼻内的纳米粒子能够直接进入大脑，所以，化妆品中掺入纳米粒子是否对人体（特别是大脑）有危害？必须耗费巨资来进行毒性测试；,科学家认为纳米材料对环境影响的研究还在婴儿期，至少还要,10,年才能有结论。,纳米科技不可炒作,1、去年有一时期，社会上对纳米科技炒作过多，不少企业宣布已推出纳米洗衣机、纳米冰箱、纳米汽车、纳米水等等。“纳米洗衣机”实际上是外筒内壁加了点纳米涂料，没有多少作用。“纳米水”更是假冒产品。,2、我国现有300余家纳米科技企业，绝大部分成立仅一年左右，资金一般不超过100万元，人才匮乏，纳米成果产业化率很低，不足20%，这些企业热衷于炒作纳米概念以作广告。,3、纳米已走近百姓的谈法过早，现在还不能说“纳米时代”已经来临，纳米科技的基础研究很薄弱。,4、纳米科技的成熟应用至少还要过20年。,21世纪的科学技术,之,能源科学技术,能源科学在全球范围内重新升温，以解决世界性能源短缺、气候变暖等重大问题；,节能技术、清洁能源、核能、可再生能源的开发利用成为研究开发的重点。,能源指能够提供出能量的自然资源。能源是人类生存的物质基础，社会经济发展的原动力。,人类利用能源大致经历柴草、煤炭、石油三个时期，现在人类面临能源短缺问题,。,能源科学技术,能源危机迫在眉睫（1）,世界经济得益于能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。然而，这些资源将在21世纪上半叶接近枯竭。,1）可支配的,石油,储量，大约为1180,1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，,大约在2050年,左右宣告枯竭。,2）,天然气,储备估计为131800,152900兆立方米。年开采量维持在2300兆立方米，,将在57,65年内枯竭。,3）,煤,的储量约为5600亿吨。以1995年煤炭开采量33亿吨计，,还可以供应169年。,能源危机迫在眉睫（2）,4）,铀,的年开采量目前为6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可,维持到21世纪30年代中期。,5）,核聚变,到2050年还没有实现的希望。,近10年来，中东及海湾地区与非洲的战争都是由能源而引发。这种军事冲突，今后还将更猛烈、更频繁；在国内，能源问题不解决，必将严重地影响我国经济的可持续发展。,总之，能源的中断，必将导致世界经济危机。,能源危机迟早会爆发；它的爆发将具有爆炸性！,能源危机对我国的冲击,20,世纪,90,年代初期，我国的能源尚可自给自足，我国有自己的煤，自己的油田，丰富的水利资源，以及生物能源（主要是沼气）的利用，使得我国利用本国能源即可满足全国的能源需求。,但现在增加石油供应的可能性极为有限。,1999,年我国石油,开采量约,1.6,亿吨，,但是消耗量已上升到,1.9,亿吨，到,2010,年预计,消耗量将达到,3,亿吨。,中国必须实施能源多元化,1.中国虽有丰富的煤矿资源，但只拥有全球石油储备的2.3%和天然气储备的1%，而石油消费却占全世界的6%以上；,2.在未来的20年，中国应实行“节能优先、结构多元、环境友好”的可持续能源发展战略；,3.煤炭仍然是主要的能源。,克服能源危机的出路（1）,1.中国应实行“节能优先、结构多元、环境友好”的可持续能源发展战略；,2.发展以,太阳能,的利用为主的可再生能源的利用。据天文学家的计算，每年太阳提供给地球的能量是世界人口消费能量的1.5万倍。,1）光伏电力的应用：,据德国统计，供应全德国的电，只需不到10%的建筑物顶部安装光伏转化模板。澳大利亚正研究巨型太阳能发电塔。,2）光热利用：,在中欧和北欧等缺少阳光的地区，已经出现了一些完全依赖阳光供暖的建筑物。继续推广太阳能集热器、太阳灶、日光温室等技术；研究太阳能中温集热器。,克服能源危机的出路（2）,3）生物质燃料能源：,利用荒漠和沼泽大力种植生物质能源材料，利用基因技术发展高富含油脂植物，发展甲醇与乙醇的提取技术。重视农村沼气的开发利用。,4）氢能源：,由电解水产生氢或由太阳能光催化水分解氢。氢是最清洁的能源。正在研究的纳米碳管储氢能力高，受到广泛关注。氢燃料电池效率高（5080%），污染小，噪声低。,克服能源危机的出路（3）,3.水电与潮汐发电：,水电实际上也是利用太阳能。三峡水电设计年发电能力847亿千瓦小时。中国计划在八年内将水电装机总容量增加到15万兆瓦。相当于八个长江三峡发电枢纽或者150部核发电机组的发电能力。,4.风力发电：,丹麦是风力发电大国，现有6300座风力发电机，提供13%的电力需求。,5.核能的利用：,根据国际能源机构的统计数据，法国2001年的核能发电量占全国当年发电总量的76%，核能发电比例位居全球第一。据,国际能源署报告，中国未来30年核电业的年增长率将达到9%，但到2030年，核能只占中国全部能源需求的3%。,克服能源危机的出路（4）,6.提高燃烧效率：,当务之急是洁净煤燃烧。要发展超临界蒸汽发电机组和整体煤气化联合循环技术。,7.电池技术：,锂离子电池很有发展前景；燃料电池的效率高（5080,%,），污染小，噪声低，也很有发展前景。但其可靠性和稳定性要做深入细致的研究工作，并经受实践考验。,秦山核电站,21世纪的科学技术,之,航空航天科学技术,航天科技的伟大成就,1957年10月4日，前苏联发射成功世界上第一个航天器,“,卫星一号,”,人造卫星。,人类探索太空的成就,1961年4月12日，世界第一艘载人宇宙飞船在苏联发射升空。,苏联第一位宇航员加加林,人类探索太空的成就,美国阿波罗11号飞船,阿波罗11号登月成功,阿姆斯特朗说：“这是我个人的一小步，却是人类的一大步。”,1969年7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗乘阿波罗11号飞船登月，成为人类踏上月球第一人。,阿波罗飞船外形,人类探索太空的成就,俄联盟号飞船,苏联发射的和平号空间站,人类探索太空的成就,美发现号航天飞机,美哥伦比亚号航天飞机,人类探索太空的成就,国际空间站,和平号空间站,人类探索太空的成就,中国“神五”飞船,“神五”升空,人类探索太空的成就,“神六”升空,“神六”航天员,“神五”冲宵 梦圆今朝,2003年北京时间10月15日9时整，我国自行研制的,“,神舟,”,五号载人飞船升空，将中国首位航天员杨利伟顺利送上太空。,“,神五,”,冲天，带着中国人千年企盼，梦圆浩瀚太空。,神舟号飞船,长征系列运载火箭,火箭的发射,神六发射成功,“神舟”,5,号升空的重大意义,“神,5”,升空是我国综合国力强大的标志，它将大大提高了我国的国际地位；,“神,5”,升空大长了中国人的志气，将会进一步促进我国经济的持续发展；,“神,5”,升空展示了我国学人的风貌，将会大大促进我国科学技术的发展；,“神,5”,升空增强了我国的国防力量，给我们的敌人以巨大的震慑。,美国波音客机B747,空中客车A380,协和号客机,F16轻型战斗机,B-2隐形轰炸机,F-117隐型战斗轰炸机,米格-29,米格-31,苏-27,苏37军用机,载人航天的发展前景,发掘宇宙资源，人类已发现可为人类利用的太空资源有4种：航天器高高在上的最佳对地,位置资源,；高真空、高洁净、微重力的,环境资源,；月球、火星及其他小行星土地及,矿产资源,；太阳能,能源资源,。这些资源将逐渐被开发利用，让它们更好地为人类服务。,建设美好未来的大陆（1）,月球是地球唯一的自然卫星。它具有丰富的矿产资源。月岩中含有60种左右的矿物。其中有6种矿物是地球上没有的，因此开采月球的天然矿藏，将是十分有吸引力的设想。科学家推测：整个月球可提供71.5万吨氦3，它所产生的电能相当于1985年美国发电量的4万倍，足可满足地球400年能源的需要。开发月球给人类解决能源问题，展示了美好的前景。,太空移民筹建太空城市，让人类一部分人先移居太空城，建设新家园的计划正在进行中。,冲出太阳系。太阳系中有九大行星，火星最接近地球的气候环境，前苏联和美国均向火星发射过探测器。美国的探测器还登陆火星，拍了许多照片，带回了火星土壤，火星上虽然还没有发现有生命，但科学家还没有放弃希望。在大量的极地，火星内部及火星特殊的地面，可能还是存在生命的，因此探索将继续下去。,建设美好未来的大陆（2）,21世纪的科学技术,之,新材料科学技术,材料是一切事物的物质基础,俗话说：“开门七件事，柴、米、油、盐、酱、醋、茶。”这七样东西，样样都是过日子必不可少的物质，它们都是材料。所以人类首先最需要的就是材料。,过日子离不开材料，使用任何一种技术更离不开材料。人最原始最简单的技术到最尖端最复杂的技术，莫不如此。现代社会使用的材料种类繁多，无法简单地用某一种甚至某一类材料来象征社会的发展水平、技术水平，但材料是一切东西的物质基础仍然没有改变，而且今后也永远不会改变。,新材料技术的远大意义,1.,从科学技术发展的历史看，一种崭新技术的实现，往往需要崭新材料的支持,例如人们早就知道了喷气航空发动栅比螺旋桨航空发动机有很多优点，但由于没有全的材料能承受喷射 出燃气的高温，使这种理想只能是空中楼阁，直到1942年制成了然基耐热合金这咱新材料、才使喷气发动机的制造得以实现。,2.,反过来，先进的技术又促使了具有前所未有性能的新材料的诞生。,例如利用巨型计算机可以计算出要求什么样的性能便应该有什么样的成分组成，甚至还没有制造出来便可以先用虚 拟现实技术观看所制成的零件在工作时的表现如何。,几种最新的材料（1）,1.超导材料,超导体是指在低温下阻抗消失、完全抗磁的物质。,1911年，科学家发现了绝对温度零度即零下273摄氏度左右的超导体。目前，超导体分两大类：铜氧化物的陶瓷和其它金属化合物。此前金属化合物超导体的最高临界转变温度为23K（即250）。陶瓷超导体的临界转变温度虽比金属化合物超导体临界转变温度高，但加工应用又很困难。,几种最新的材料（2）,2.先进陶瓷材料,陶瓷的基本成分是铝硅酸盐，由于天然原料带有杂质，使陶瓷的一些性质受到损害。后来科学家用不含硅酸盐的天然原料，成功研制了性能更优越的陶瓷，从而出现了不含硅的崭新一代陶瓷，也叫现代陶瓷。,几种最新的材料（3）,3.金属材料和高分子材料,记忆合金是指那些改变形状后在一定的条件下仍能恢复原形的合金，它们的成分通常是镍钛、铜锌、铜铅镍和铜金锌等。以50的镍和50的钛组成的“镍钛诺”应用最广，最近铜锌合金的发展也很快。,稀土当然不是“土”。就其资源来说，也并不稀少。它之所以叫稀土，是从18 世纪沿袭下来的。局限于当时的科学技术水平，人们以为能提取这类元素的矿物是一种稀少的、类似泥土的氧化物，故名稀土金属。其实，它是一大类金属，共有17 种元素：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。稀土金属具有典型的金属性质，一般呈灰色，有的还有很高的导电性，适于锻造、热轧、冷轧和压力加工；化学性质也很活泼，能与许多元素发生化学反应生成化合物。,几种最新的材料（3）,人工合成有机高分子材料,的成功，是材料发展史上的一次重大突破，它弥补了大自然供给的不足以崭新的姿态出现在各个工业部门，同时又迅速地打入民用市场、和人们日常生活产生了密切的联系，今天已是“天下无人不识君”了。人工合成有机高分子材料的品种很多，主要包括一般说的“三大材料”，即合成纤维合成橡胶和合成塑料，此外还包括合成油漆涂料、胶粘剂和一部分液晶。,尼米兹级航空母舰,B2隐形轰炸机,E2C鹰眼预警飞机,NMD骨干反导雷达,爱国者 vs 飞毛腿,B52,21世纪的科学技术,之,激光科学技术,激光机制,激光是一种特殊的电磁波。激光的产生是100多年来科学家深入研究电现象、磁现象和光现象的结晶。,1960年9月，激光终于在美国年轻的物理学家梅曼手中诞生。大约半年后，我国也研制出一台红宝石激光器。,激光器的工作方式以发射出的激光持续时间长短分为连续、脉冲、巨脉冲和超短脉冲四种。,世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器。,梅曼和第一只激光器,梅曼发明第一只激光器,激光特点,第一个特点是比太阳还要亮百亿倍,激光的亮度比同功率的普通光源高出几亿倍，再加上激光器能利用特殊技术，在极短的时间内（比如一万亿分之一秒）辐射出巨大的能量，当它会聚在一点时，可产生几百万度，甚至几千万度的高温。,第二个特点是颜色最纯,科学家们长期以来一直努力寻找一种波长一致的单色光源。激光就是这种理想的单色光源。拿氦氖气体激光器来说，它射出的波长宽度不到一百亿分之一微米，完全可以视为单一而没有偏差的波长，是极纯的单色光。,激光特点,第三个特点是方向最集中,激光是方向最一致、最集中的光，如果将激光束射向月球，它不仅只须花秒钟左右便能到达月球表面，而且仅在那里留下一个半径为两千米的光斑区。,第四个特点是相干性极好,当用手将池中的水激起水波，并使这些水波的波峰与波峰相叠时，水波的起伏就会加剧，这种现象就叫干涉，能产生干涉现象的波叫干涉波。激光是一种相干光波，它的波长、方向等都一致。,激光技术应用,经过30多年的发展，激光现在几乎是无处不在，它已经被用在生活、科研的方方面面：激光针灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮。,21世纪的激光技术与产业的发展将支撑并推进高速、宽带、海量的光通信以及网络通信。,此外将推出品种繁多的光电子消费类产品（如VCD、DVD、数码相机、新型彩电、掌上电脑电子产品、智能手机、手持音响播放设备、摄影、投影和成像、办公自动化光电设备如激光打印、传真和