公务员与MPA-第24章
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三、材料科学技术
1。金属材料
由于金属材料通常集高强度、高刚度、高韧『性』、高耐磨『性』以及高耐热『性』等优点于一身，因而它是其它材料所难以完全取代的。同时，现代高新技术的发展，也深刻地促进了金属材料的进一步发展，拓展了许多有别于传统金属材料的新的发展领域，出现了许多具有独特『性』能和用途的新型金属材料。
（1）非晶态金属合金
新型材料具有许多不寻常的『性』能：
强韧兼备的力学『性』能。非晶态合金的强度和硬度能高达4000n/mm2，超过了超高强度的工具钢，同时韧『性』又很好，非晶合金薄带可以反复弯曲180。而不断；
高电阻、低温度系数的电学『性』能。通常的晶态金属合金的电阻率是随温度升高而升高的，即其电阻温度系数大于零。而非晶态合金的电阻温度系数可以由正到负在很大的范围内变化，因此可望用非晶态合金制备出具有高电阻率和低电阻温度系数的材料；
高导磁、低铁损的软磁特『性』。铁基非晶态合金具有比较高的饱和磁化强度，其矫顽力和损耗都比一般晶态的铁基材料低，可代替变压器的中硅钢片，『性』能极为优越。非晶态合金的这种高导磁率、高磁感、低铁损、低矫顽力的特征，成为目前金属材料应用广泛，同时研究得最多的重要领域；
耐强酸、强碱腐蚀的化学特『性』。在晶态金属中，耐腐蚀『性』能较好的是不锈钢，而计多非晶态合金的耐腐蚀『性』能比最好的不锈钢还要高出100倍。
（2）形状记忆合金
形状记忆合金开创了一种新型的工程连接法，大量应用于工程领域的管接头和紧固件上。如用形状记忆合金加工成内径比连近的管外径小4％的套管，然后在『液』氮温度下将套管扩径约8％，装配时将这种套管从『液』氮中取出，把欲连管从两端『插』入，当温度升高至常温时，套管收缩即形成紧固密封。这种连接方式，接触紧密，能防渗漏，装配时间短，远胜于焊接，特别适用于航空、航天、核工业及海底输油管道等危险场合。其次，形状记忆合金的形状记忆效应和超弹『性』还可以广泛用于医学领域。
形状记忆合金是一种集感知和驱动双重功能于一体的新型材料，可广泛用于各种自动调控装置。如形状记忆薄膜和细丝可能成为未来超微型机械手和机器人的理想材料。
（3）刚柔相济的超塑『性』合金
金属合金在特定的情况下（一定的组织结构、一定的温度条件、较慢的应变速率等）可能像麦芽糖一样在外力作用下发生粘滞『性』变形，达到非常大的变形量而不破裂，这就是金属合金的超塑『性』现象，可达到百分之几千，而普通结构钢延伸率则仅能达到百分之几十。超塑『性』现象的实际应用，首先是大大减轻了压力加工设备的重量，简化了工序，节省了能源。其次，超塑『性』成形，使得许多形状复杂、难以成型的材料及低塑『性』甚至脆『性』材料的变型成为可能。再有，在超塑状态下使用固相材料接合时，可以大大降低压接难度，提高压接质量。此外，在超塑状态下变形时，金属的流动『性』能极好，可获得尺寸精密、公差准确的产品。
2。陶瓷材料
陶瓷材料，是人类最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料，有着悠久的历史。先进陶瓷的出现与现代工业和高技术密切相关，它在许多方面破了传统陶瓷的概念和范畴。
传统陶瓷的制备工艺比较稳定，对显微结构的要求并不十分严格，而行进陶瓷则必须在粉体的制备、成型、烧结方面采取许多特殊的措施，有时甚至需要采用当代先进技术所能达到的极限工艺条件进行制备，并且结材料的显微结构的控制非常重视；传统陶瓷主要应用于制造日用和器皿、卫生洁具等生活用品，而先进陶瓷则主要用于工业技术，特别是高技术方面。
因此，无论从材料本身的『性』能，或是材料所采用的制备技术来看，先进陶瓷已成为陶瓷科学和材料学以及工程技术方面非常活跃、极富挑战『性』的前沿研究领域。
3。高分子材料
高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。
（1）高分子分离膜
高分子分离膜，是用高分子材料制成的具有选择『性』透明功能的半透『性』薄膜。
膜分离过程主要有反渗透、超滤、微滤、电渗析、压渗析、气体分离、渗透汽化的『液』膜分离等。用来制备分离膜的高分子材料有许多种类，现在用的较多的是聚枫、聚烯烃、纤维素腊类和有机硅等。膜的形式也有多种，一般用的是平膜和空中纤维。推广应用高分子分离膜能获得巨大的经济效益和社会效益。
（2）高分子磁『性』材料
高分子磁『性』材料，是人类在不开拓磁与高分子聚合物（合成树脂、橡胶）的新应用领域的同时，而赋予磁与高分子的传统应用以新的涵义和内容的材料之一。
高分子磁『性』材料主要可分为两大类，即结构型和复合型。所谓结构型是指并不添加无机类磁粉而高分子材料本身即具有强磁『性』；复合型是指添加铁、氮铁或稀土类弱粉于高分子中制成的磁『性』体。目前具有实用价值的主要是复合型。
（3）光功能高分子材料
光功能高分子材料，是指能够对光进行透『射』、吸收、储存、转换的一类高分子材料。光功能高分子材料在整个社会的经济生活中正发挥着越来越大的作用。
例如，利用高分子材料对光的透『射』，可以制成品种繁多的线『性』光学材料，像普通的安全玻璃、各种透镜、棱镜等；利用高分子材料的光曲线传播特『性』，又可以开发出非线『性』学元件，如塑料光导纤维、塑料石英复合光导纤维等；而先进的信息储存元件光盘的基本材料就是高『性』能的有机玻璃和聚碳脂。
利用高分子材料的光化学反应，可以开发出在电子工业和印刷工业上得到广泛使用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂；利用高分子材料的能量转换特『性』，可制成光导电材料和光致变『色』材料；利用某些高分子材料的折光率随机械应力而变化的特『性』，可开发出光弹材料，用于研究受力结构材料的内部的应力分布等。
四、信息与自动化科学技术
1。信息科学技术
信息科学技术是适应信息社会的发展需要而迅速发展起来的一门新兴边缘科学技术。它的任务是研究信息的『性』质、信息的取得、信息的传输、检测、存储、处理和控制的基本原理和方法，为人类在信息的海洋中查找所需要的信息时提供理论和技术上的帮助。而它的理论基础则是从通信科学发展起来的信息论。即研究信息量、编码和通信的科学技术。
信息科学技术的核心是信息学。信息学是科学知识中一个飞速发展的具有战略意义的领域。它是人类文明向信息社会形成阶段过渡时期形成的新的学科群。信息学从研究信息加工方法和手段的技术『性』学科演变成研究自然界和社会中信息过程规律的基础科学。
信息学是研究以计算机技术和通信手段实现信息过程自动化方法的技术科学，从自然界或人类社会 的不同领域研究信息和信息过程，就可以形成不同领域的信息学。
信息技术应包括建立信息资源的技术，信息处理的技术和信息传递的技术。如计算机技术、光纤技术、复制技术、声像技术、光盘技术等都是信息技术的重要组成部分。
2。计算机科学技术
计算机科学技术以微电子技术为基础，微电子秣的发展推动了计算机的发展。微电子技术的迅速发展，使集成电路经历了大规模集成电路，又发展到超大规模集成电路阶段。这使计算机元器件不断小型化、轻量化和节能化，同时计算机的可靠『性』进一步提高了，而且运行速度也大幅度提高了。计算机的各种元器件的技术指标大大地提高了。
目前，mmx芯片问世，mmx是一种加在pentium微处理器（cpu）内部的新技术，用来提高cpu处理多媒体语音资料的能力，它的投入使用会影响到电脑外部设备、软件、半导体、家用电器和移支电话等产品市场。随着微电子技术的发展，计算机的硬件还会不断发展。
计算机的多媒体技术能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个以上不同类型的信息媒体，这些信息媒体包括：方案、图形、图像、音乐、动画、活动影像等。目前，internet网上传播的主流信息都是多媒体的。计算机多媒体技术和网络技术的发展，一定会带动和促进计算机软件和硬件的繁荣昌盛。
3。激光科学技术
（1）激光加工技术始于1963年，是在工业生产中最早应用的激光技术之一。激光加工是指用高能激光束对金属或非金属材料进行加工，其工作机理大体可分为两类：一类是利用材料吸收激光能量产生的快速热效应进行的加工过程，如切割、焊接、打孔、刻槽、划片。成型以及表面热处理等；另一类是利用光化学反应和伴随的热效应进行的加工过程，如半导体工艺中的光化学相沉积、激光刻蚀、掺杂和氧化等。后一类加工与前一类加工的差异在于激光的作用除了使被加工的材料加热、熔融、气化外，还促进了化学反应的发生和进行。
（2）激光存储技术，是20世纪70年代发展起来的一种全新的记录信息的光电子技术，是光学、光电子学和计算机技术中十分重要的一个领域，是一种大有可为的新兴的信息产业之一。
激光存储技术源于激光相干『性』好的特点，可以将光束聚集到直径小于1微米的焦斑上，使处于焦点微小区域内的记录介质受高功率密度光的烧灼形成小孔，或产生其它改变介质物『性』的影响，光束若受要存储的信息的调制，那么介质将记录下相应的信息。因为记录介质的基片制作成圆盘形状，故又简称光盘。
（3）神奇的信息载体激光通信就是采用激光作为信息载体的通信技术。
同电波通信一样，激光通信实际上是将激光束作为载送信息的一种载波体，所以，能够产生连续稳定而又符合一定频率要求的激光束，这就成了通信用激光器的基本标准。如果把激光束比做运送信号的传送带，调制器就好比一个装卸工人，要负责把经过编码分类后的话音信号放到激光束这条传送带上。同时，调制器按编码电信号的变化规律对不变的激光束进行调制，使光束随话音的变化而变化，即光束载上了话音信号成为光信号。在无线电通信中，信号的发『射』和接收都要靠天线，激光通信也不例外，只是缘于激光的频率太高，激光通信的天线都采用光学天线，即凸凹镜或抛物面反『射』镜。激光信号的接收恰恰是将发『射』的过程倒过来，就是发『射』天线变成了接收天线，原来放置激光器的位置改为光电探测器就行了。光电探测器也称光接收器。如同激光通信信号在发『射』前有个编码和被调制的过程一样，在接收时，也要有一个解调和解码的过程，以除掉激光通信信号中的载频成分，还原成话音信号，并把话音信号进行放大后再送到受话器，这样，便完成了激光通信的全部过程。
4。通信科学技术
目前，使用最多、最广的电信设备就是电话。电话是贝尔于1876年发明的。在他进行早期的电报系统的实验时，偶然发现话音的声压波可以转变为电信号，并且利用电磁铁的衔铁产生出同声波一致的振动，从而再转变为声音，这就是电话的基本原理。
随着后期电话的发展，由于要求通话的用户越来越多，因此就有必要研究如何按照用户的要求用某种方法把他们相互连接起来，于是就产生了〃电话局〃或〃电话交换机〃的概念。
随着网络规模的增大及保密方面的要求，电话系统经历了由最原始的磁石式、步进式、纵横式到程按电话交换、全数字电话交换以至当今综合业务数字网交换、异步传输模式的发展。
进入90年代后，随着微电子、光电子学、计算机科学的发展，尤其是计算机与通信的密切结合，使通信技术向数字化加速发展。
数字通信有着很多的优点：一是其抗干扰『性』；二是它的信号形式和计算机所用的信号一致，都是0、1二进制代码，使其便于与计算机联网，也便于用计算机对传输的领事进行加工或处化。美国于1962年使用pcm设备，揭开了数字通信的序幕。1970年法国开始采用数字交换设备。从此数字交换技术逐步取代模式拟交换技术，与此同时数字用户终端如数字电话机、数字传真机也迅速发展。从80年代起，发达国家的通信网大步走向全面数字化。总的来说，数字化基本上沿着三条途径发展了各种技术。一是向高速、大容量发展；二是提高传输效益，减少差错；三是提高网络灵活『性』。在这种情况下，产生了综合业务数字网（isdn…integrated service digital network）。
作为现代通信网的主要支柱之一的光纤通信具有通信容量大、传送质量高、保密『性』好、抗电磁干扰等一系列优点，它已成为国际『性』的高技术和新兴产业。
与电缆通信相比，光纤通信有许多优点：传输的信息量大，传送距离远、体积小、重量轻、保密『性』强。光纤可以传送由声音或图像等形式信息转换成的数字信号，因此利用光纤能迅速传送多种形式的信息，光纤是建立综合业务数字网isdn不可缺少的技术手段。
5。自动化科学技术
自动化，指的是机械、仪器设备在不受人『操』纵的情况下自身运转活动的能力。自动化的初衷 在于增加生产产量，降低生产成本，改进产品质量，提高设备的利用率，降低劳动强度，避免人在有害的环境下工作，以及在人所不能到达的场所进行生产等。自动化科学技术的任务是研究开发能自动调节、检查、加工和控制的机器及设备，利用它们进行各种生产作业，实现工厂自动化。随着微电子技术、电子计算机科学技术的发展及应用，自动化已不仅仅局限于车间、工厂，它开始并迅速渗入人类社会的各个角落。
（1）自动化的设备或设施由三大部分组成，即传感器、电子计算机系统和执行机构。其尖端设备是机器人。
在自动化技术中，既要利用被控对象的电学量信号来实施控制，还要利用许多非电学量信号来实施控制。然而，由于历史的原因，人们只是相当充分地研究了电所产生的各种效应，并研制了比较完备的测量仪器，对于许多常见的非电学量如位移、速度、加速度、力、时间、温度等的测量却研究得不够充分。这样，研制开发进行非电学量信号转换的传感器便成为自动化科学技术中至关重要的环节。因为，只有通过作为非电学量信号转换装置的传感器，才能够将非电学量信号转换成电学量信号，从而保证自动化的系统控制得以实施。道理很简单，很难做到只用电学量信号去完整地描述接受控制的对象，因此可以想象，如果没有这种装置，自动化系统便不能识别受控对象的许多非电学量信号，结果会使系统因为信息短缺而不能有效地进行控制�
