（二）现代生物技术的发展趋势
在21世纪中，现代生物技术可望在以下几个方面获得大的发展与突破：
第一，基因工程药物的研究和产业开发将蓬勃发展。近十多年来，生物技术发展中最诱人的前景是利用基因工程技术生产性能更好的新型药物和疫苗。国际上已经有人a型干扰素、人促红细胞生产素、人粒细胞集落刺激因子和人组织型纤维蛋白酶原激活因子等十余种基因工程药物投放市场，并由此形成了新型的基因工程药物产业。到目前为止，生物技术开发的重点已经从人胰岛素、人生长激素、促红细胞生成素等大分子蛋白质，转移到寻找疗效更好的具有较小分子的蛋白质药物。比如，在人体血液中有一种白细胞，它的分子量小于4000，具有强烈的广谱杀伤病原微生物的活力，有可能成为新一代的“超级抗生素”。随着人们对人体自身了解的不断深化和基因操作技术的不断完善，新基因操作药物的开发必将获得大的发展，21世纪医药工业的发展前景可谓一片光明。
第二，基因治疗技术将备受重视。基因治疗技术的发展将可能引起整个医学界预防和治疗方法的改变。自从1990年美国对先天性免疫缺损症进行首例基因治疗获得成功以后，基因治疗的对象已经从遗传病扩展到恶性肿瘤、艾滋病、血友病、乙型肝炎及心血管等严重疾病。据估计，在21世纪初，基因治疗可望给诊治恶性肿瘤、艾滋病等疑难病带来现实的希望。
第三，转基因动植物研究将获得重大突破。在转基因植物研究方面，自从1983年首次获得转基因植物以来，国际上获得的具有转基因植株的植物已达100余种。抗虫、抗病毒的蔬菜和抗虫的棉花等已进入实用阶段。到21世纪初，抗虫棉花、抗除锈剂的大豆以及具有抗性的谷物和某些蔬菜，将陆续投放市场，成为农业进行绿色革命的先锋。培育耐盐碱、耐干旱的农作物，也可能获得新的突破。而在转基因动物研究方面，自从20世纪70年代开始这方面研究以来，成就也非常令人鼓舞。采用纤维注射DNA的方法和精子介导的基因转移法生产转基因动物已经趋于成熟阶段，预示着生产性能更好的家畜、家禽、观赏动物以及生产珍贵的蛋白质等将陆续形成产业。1997年2月23日，英国爱丁堡罗萨林研究所的一个科研小组宣布，该小组于1996年成功地克隆（即无性繁殖）了一只小母羊“多利”，这无疑是生物工程技术的一大突破。据科学家预测，克隆技术还将得到进一步的发展；到2030年前后，利用现代生物技术改造农业和畜牧业将进入全面实施阶段。
第四，阐明生物体包括人类基因组及其蛋白质的编码结构和功能，将成为当今生命科学发展的主流方向。近年来，人们利用基因工程对遗传性疾病和肿瘤等的基因治疗虽然取得了可喜的成果，但要真正解决人类疑难疾病的治疗问题，首先要对人类自己的基因组结构有清楚的了解，并深入研究这些基因组结构与人的疾病、衰老、记忆和行为等的本质因果联系。基于这一认识，人类基因组图谱研究已经成为当前国际间的一项重大协作课题。
2000年6月26日，举世瞩目的人类基因组计划比原定时间提前两年完成，从而为人类有针对性地开发新药和进行疾病防治带来了美好的前景。
我国的生物技术自“六五”到“九五”，尤其是“863”计划得以实施以来，在二系法杂交水稻研究、转基因植物和动物研究、农业重组微生物用于生产、重组乙型肝炎疫苗生产、基因工程多肽药物、血友病的基因治疗和人类基因组研究等方面，已经获得了可喜的成果。其中，二系法杂交水稻已有十多个新组合开始大面积推广；aIb型基因工程干扰素为国际首创；人类基因组研究不仅在发展中国家中名列前茅，而且在国际上也占有了重要地位。可以预见，21世纪我国的生物技术及相关产业必将获得更大的发展。
第三节新材料技术
材料技术是人类文明进步的重要阶梯和标志，它与能源技术、信息技术一起构成了现代文明的三大基石。所谓高技术新材料是指近二三十年内研制成功和正在研制的具有优异特性和功能、能满足高技术及其产业化需求的新型材料。目前，被誉为“发明之母”的新材料技术已经成为世界各国发展高技术不可缺少的组成部分，受到了世界各国的高度重视。
一、新材料技术的主要类型
新材料种类繁多，人们对之有各种不同的分类方法。根据其基本组分，新材料可以分：为新金属材料、无机非金属材料、高分子材料和先进复合材料四：大类；根据材料的性质作用，新材料可以分为结构材料和功能材料两大类；根据用途不同，新材料又可以分为能源材料、航空航天材料、信息材料和生物医用材料等。
目前，最引人注目的新材料主要有以下六类：
（一）光电子信息材料
在现代信息技术的发展中，信息的传递可以完全由光子负担，而信息的产生、处理、存储和显示则由光子和电子联合完成。因此，先进的信息处理材料，如集成电路材料、信息存储和传输材料、量子材料、生物光电子材料和非线性光学材料等的开发备受世界各国重视。为满足光电子工业中光通信、光计算机、光存储和激光技术应用的需要，超高纯玻璃、新型半导体材料、先进薄膜、非线性光学和激光材料等的研究开发，已经处于重点和优先地位，日本和美国均不惜增加投入，加快相关研究和产业化的步伐。
（二）先进复合材料
复合材料是由基体材料（高分子材料、金属、陶瓷）和增强剂复合而成的具有优异性能的一类新型材料，可以分为结构复合型材料和功能复合型材料两大类。由于复合材料的力学性能和功能可以根据使用需要进行设计、制造，因此，自1940年人类用玻璃纤维增强树脂复合成玻璃钢以来，复合材料的品种、数量、质量和应用范围得到了迅速扩大。为了适应航空航天技术发展的需要，各种轻质、高强、高韧的先进复合材料得到了迅猛发展。
用途广泛的先进树脂基复合材料，不仅对其增强剂的品种、质量和性能提出了越来越高的要求，而且也导致了树脂基体由热固性中温型向热塑性高温型发展。金属复合材料是先进复合材料开发中的重点，主要有碳纤维增强铝、碳化硅纤维增强铝、粉末颗粒增强铝、硼纤维增强铝、碳化硅晶须增强铝、石墨纤维增强镁、粉末颗粒挤压（或铸造）金属基复合材料和加压渗透金属基复合材料等。此外，还有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗热冲击等特性的陶瓷复合材料和具有高模量、超高温的碳碳复合材料等。
先进复合材料不仅对加速国防尖端技术的发展具有特殊价值，而且在汽车、民用飞机、桥梁、建筑和体育用品等方面也有广泛的应用前景。
（三）先进陶瓷材料
先进陶瓷材料与传统陶瓷在原料选择、加工工艺上有很大的不同，是传统陶瓷在技术上的一大突破。为了达到特定的精细显微结构和性能要求，它对原料的纯度和物理形态有极严格的要求，一般采用高纯的合成化合物，其成型、烧结等工艺也是全新的，必须严格控制。先进陶瓷不仅可以作为具有高强、高韧、高硬度、耐高温和耐腐蚀等特性的结构材料，还可以作为具有能量转换、信息传递和环境敏感等效应的功能材料。
结构陶瓷主要侧重于热机、耐磨部件、热交换器、涂层和生物医学等领域的应用研究，美、日等国已进入开发应用阶段。功能陶瓷的应用领域更为广泛，主要用于电、磁、光、声、热、力，和化学等信息的检测、转换、传输、处理和存储。据统计，全世界先进陶瓷的销售额在1985—2000年间约每5年翻一番，市场非常广阔。
（四）新型金属材料
金属材料本是人类发现和应用的最古老的传统材料，直到20世纪中叶都始终处于材料家族的主导地位。在当今新材料的大发展时期，金属材料在受到严峻挑战的同时，也出现了许多新型金属材料。在这些新型金属材料中，一部分是传统金属材料的改进，大部分则是建立在全新的合金成分系统或全新的制备工艺技术基础之上的。新金属材料主要包括各种轻质高强和高温结构材料，如快速冷凝材料、金属间化合物高温结构材料、高强高模锂铝合金、纳米金属材料、定向凝固柱晶和单晶合金、氧化物弥散强化和机械合金化合金等。值得指出的是，金属材料一般是用作结构材料，而新金属材料中不仅有性能优异的结构材料，还有许多具有特殊物理、化学和生物化学特性的功能材料，如稀土永磁材料、形状记忆合金、贮氢材料和超磁致伸缩材料等，并已经广泛用于信息、机电、能源等工业部门，具有性能高、尺寸精、品种多、产量少、材料元器件一体化和附加值高等特点。
（五）高性能高分子材料
新型高分子材料具有强度比金属高、更耐腐蚀及其他特殊性能，而且由于其生产过程中耗能低、可根据需要进行分子设计、成型加工工艺性能良好以及成本低，因此发展很快。比如，含氟高分子材料具有既耐高温又耐低温、耐腐蚀、耐辐射和高机械性能等特点，它自20世纪50年代进入市场以来，经过数十年的发展，已经形成庞大的家族，俗称“塑料王”的聚四氟乙烯就是其中的佼佼者。又如，兼有无机材料和有机材料双重优点的有机硅材料，包括硅橡胶、硅油、硅树脂和硅耦联剂等各大类，在航空航天、核电站、光导纤维、太阳能电池以及电机、化妆品等各个领域都得到了广泛应用。此外，由高分子材料制成的超导高分子材料、阿基米德纤维、可分解塑料以及随电压、温度的变化而改变颜色的塑料等，都有很好的市场前景。
（六）超导材料
当温度降到一定值（超导转变温度或临界温度）时，某些材料具有零电阻和抗磁特性（迈斯纳效应）的现象称为超导现象，利用这种现象制成的材料称为超导材料。自1911年荷兰科学家卡末林·昂尼斯发现超导现象以来，科学家们就开始了寻找转变温度在零下196℃以上的超导材料的艰苦努力。这是因为，一旦发现液氮温区的超导材料，就可以用廉价的液氮来冷却，从而使超导材料向实用化迈进一大步。20世纪80年代后期，由于液氮温区超导电性的发现，在全世界范围内曾经掀起了一股史无前例的“超导热”。时至今日，虽然已经制成了大量的超导材料，但临界温度最高的仍是汞系氧化物材料，其在常压下的临界温度为零下136℃。目前，全世界的超导专家正在寻找临界温度更高、甚至达到室温的新的超导材料。据有关专家预测，21世纪前20年将是超导材料实现产业化的飞速发展时期，其中，利用超导传输电能、制作超导磁悬浮高速列车以及用液氮温区的超导材料制作核磁共振成像仪等，都有可能成为现实。
二、新材料技术的发展趋势
目前，新材料技术的发展主要表现在这样几个方面：
（一）结构材料向超高性能化发展
结构材料将朝着更高温度、更高比强度、更高比刚度和更耐苛刻环境条件的超高性能化的方向发展。复合材料是结构材料发展的重点。复合材料的第一代是玻璃钢（玻璃纤维与树脂复合），既可代替木材也可代替钢材；复合材料的第二代是碳纤维和树脂的复合，具有高比强度、高比刚度和易于成型的优点，价格也比较适中，已广泛用于航空航天、汽车与健身器材等领域；复合材料的第三代是金属基、陶瓷基、碳基复合材料，这类材料是当前结构材料发展的主要方向和趋势。
（二）信息功能材料将成为新材料中最活跃的领域信息功能材料是一类与信息的获取、传输、存储、显示和处理密切相关的新材料。其中，集成电路材料除了重点发展硅单晶和砷化镓外，另一方向就：是在原子量级上发展合成材料，使其既有集成电路的功能，又有光电子的功能，即所谓“多功能一体化”。信息存储材料除继续发展磁盘和磁带用磁记录材料外，将重点发展密度高、保真度高、寿命长和可擦写的光存储与磁光存储材料。信息传输用的光导纤维和传感器用的各种敏感材料、高质量的显示和激光材料以及非线性光学材料等，在21世纪初也都将有更大的发展。
（三）低微材料尤其是纳米材料将会受到更大重视零维的纳米材料是当前低维材料发展的重点。比如，利用纳米技术可以解决陶瓷的脆性问题，开发出具有更好功能的纳米陶瓷。另外，作为一维材料的高强度高分子纤维和光导纤维，以及作为二维材料的金刚石薄膜和超导薄膜，也都具有广泛的应用前景。
（四）高温超导材料的发展引人注目
在高温超导材料中，作为功能材料的薄膜已经接近实用化；作为强电用的体材料也有进展，估计在21世纪初将达到实用阶段，并开始形成产业。
（五）生物材料将具有广阔的发展前景
生物材料的第一类是用来代替或修复人的器官、血液或组织所使用的生物医学材料，目前发展很快，有的已接近成熟，预计在21世纪初将形成很大的产业；第二类是用于模拟生物机能的模拟材料，如高效的反渗透膜和物质能量转换膜等，目前尚处于探索阶段；第三类是通过仿效生物体的结构与功能来设计发展新材料，这将是今后的一个发展方向。
（六）新能源材料将得到进一步发展
进一步发展的新能源材料主要有三类：一是用于太阳能的高效光电转换材料和大功率高密度的储能材料；二是快中子堆和高温气冷堆等新型堆型用的材料；三是发展受控核聚变用的各种新材料。
（七）机敏材料和智能材料将会受到更大关注机敏材料是一类具有感知和制动功能的材料，而智能材料除具有感知和制动功能外，还具有控制功能。由于这两种材料能够感知外界条件的变化，并能进行判断甚至作出适当的反应，因此它将更能满足未来人工智能发展的需要。
（八）“绿色”材料将日益受到重视
近几十年来，全球环境正在日益恶化，大气和水污染加剧，土地退化和沙漠化，有毒化学品和危险废弃物猛增，由此形成的环境公害造成的损失巨大，保护环境已成为全人类刻不容缓的事业。在这种情况下，发展资源与能源消耗少、对生态环境影响小、再生循环利用率高或使用后可降解等更适应环境保护需要的“绿色材料”，正越来越受到人们的重视与鼓励。
第四节新能源技术
新能源是指除常规能源外正在开发的能源，如太阳能、生物能和海洋能等，新能源技术是指涉及新能源从开发到应用各个环节所采用的先进技术以及重点节能新技术。
一、各种新能源与新能源技术
（一）核能及其新技术
核能是原子核反应释放出来的巨大能量。原子核反应有裂变和聚变两种形式，裂变反应是较重原子核分裂成较轻原子核的反应，聚变反应是较轻原子核（如氘）聚合成较重原子核的反应。
核反应产生的能量非常巨大，1千克铀235裂变时能放出相当于2700吨标准煤的能量，1千克氘聚变时放出的能量还要大好几倍。海水中含有丰富的氘，如果从海水中提炼出氘并用于核聚变，则一桶海水提供的能量相当于300桶汽油。因此，核聚变可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。
核电站是利用原子核裂变反应释放出来的核能进行发电的发电厂。核电站反应堆根据其采用的中子慢化剂和冷却剂工质的不同可划分为不同的堆型。作为核裂变链式反应媒介的中子，经减速后成为热中子，用热中子轰击原子核引起核裂变，这种反应堆称为热中子反应堆，简称热堆。热堆又因所采用的慢化剂不同而分为轻水堆（包括压水堆和沸水堆）、重水堆、石墨器冷堆等。
热堆是目前世界各国核能利用的主要堆型。截止到1995年底，全世界已有30多个国家和地区的431台机组在运行，总净电功率达34.2亿千瓦。
（二）太阳能热利用技术
这是将太阳辐射能转换为热能，然后再加以利用的技术，可分为热的直接利用和将热能转换成其他能量形式（如太阳能热发电和热动力等）两类。当前开发的重点是太阳发电，它是采用槽型、塔式或盘式等不同的集热方式，将太阳的热能聚集起来，然后加热工质，再经热交换器产生蒸汽驱动汽轮发电机组发电。美国于1982年在加利福尼亚州的沙漠中建成了一座目前世界上最大的塔式集热太阳能电站，装机容量达10兆瓦。不过，目前太阳能热发电的技术经济指标尚难与成熟的能源技术相抗衡，还有待进一步改进和提高。
近几年来，太阳能直接热利用在不少国家已形成大规模产业，已制成各式各样的集热器，在工业、农业和家庭生活等方面获得了广泛应用。我国的太阳能热利用发展很快，已成为世界上最大的太阳能热水器市场。1995年全国太阳能热水器的保有量，达430万平方米，年产量达100万平方米，产值5亿元人民币，预计到21世纪初其保有量将达到1253万平方米，年产值将达到10亿元以上。此外，在太阳灶、太阳房、太阳能干燥器等方面也都已经形成产业。
（三）太阳能光电转换技术
这是利用光生伏特效应的一种发电方式。自1954年第一片实用型半导体光电池问世以来，人类已发展出了单晶硅、多晶硅、非晶硅和某些化合物作为元件材质的100余种太阳电池，全世界的年产量已超过70兆瓦，组件效率达10％以上，发电成本降至0.2美元／千瓦·时，寿命达10一15年。由于太阳电池是一种无污染、无传动部件、不消耗燃料、使用维护方便的电源，因此已广泛用于太空航天器、地面通讯、气象、交通和医疗等不同领域，并用作发电站和家庭屋顶光电供电系统，发展前途极其光明。预计在21世纪初，太阳电池的组件效率将增至15％一26％，成本将降至5～6美分／千瓦·时，寿命将达到30年以上。
制作太空电站是人类向太阳获取丰富电能的大胆设想，在20世纪80年代以来已进入开发研究阶段。
（四）海洋能发电技术
海洋能是存在于海水中的可再生能源，包括潮汐能、海流能、潮流能、波浪能、海洋温差能和海水盐差能等。其中波浪能、海洋温差能来源于太阳能，潮汐能和潮流能是由于月球和太阳引力使海水作周期性的潮汐和潮流运动而产生的，盐差能属化学能，海流能和波浪能则属于机械能。有人估计，全世界可利用的海洋能达77.6×106兆瓦，技术上可利用的功率为6.4×106兆瓦。目前，各种海洋能发电技术均还处在试验阶段，其中，利用热带海洋表层被太阳晒热的海水和近千米深处冷海水之间的温差发电，因不受多变的潮汐和海浪的影响，且便于将海水电解制氢，从而被一些科学家视为是解决人类未来能源需求的一条重要出路，但由于其面临的技术难度也较大，目前尚处于小型试验阶段。
（五）氢能利用技术
氢能严格来讲属于二次能源。氢作为能源的利用方式主要有三种：一是氢与氧化剂发生化学反应放出热能；二是氢与氧化剂及催化剂发生电化学反应产生电能；三是氢通过热核反应释放核能。目前，前两种氢能利用技术已进入应用试验阶段。如日本提出的新阳光计划中，有一项就是在海上建设大型浮筏太阳光伏电站，专门用于电解海水制氢。最近又有人提出“太阳能一氢能电站”的设想，认为只要将全世界沙漠面积的2％一3％覆盖上太阳电池方阵，并用其产生的电力来电解水制氢，就可以满足全世界对能源的需求。
（六）洁净煤技术
是减少污染提高效率的煤炭开发、加工、燃烧、转化与污染控制等技术的总称。它包括从煤层中甲烷的提取与利用、煤炭的洗选加工、型煤和水煤浆的制作、煤的气化联合循环、煤矸石的综合利用、新型燃烧与烟道脱二氧化硫和二氧化氮，以及煤的液化和煤的地下气化技术等等。这些技术的推广应用，将减少大气污染，提高煤的利用效率。
（七）电储能技术
电能是最清洁、最方便、应用最广的二次能源。为了提高发电设备的利用效率、降低成本，保证供电质量和节约能源，必须解决好电能的储存技术。目前正在开发的蓄电技术主要有：利用电力系统低谷负荷的剩余电能抽水储电，然后在超负荷时再放水发电的技术；利用剩余电力驱动压缩机压缩空气储能，待用电高峰时再利用高压空气通过汽轮机发电的技术；还有把电能以磁场能形式直接储存在超导电感线圈中，需要时再释放电能的技术，以及由电池、直交流逆变器、控制装置和辅助设备等组成的新型蓄电池储能技术等。
电储能技术是重要的节能技术，其中抽水储能已为世界各国广泛采用，发展很快。压缩空气储能技术也被一些国家列入发展规划，美、日等国更是已经进入应用阶段。蓄电池储能具有储能效率高、建成周期短、负荷响应快和环保条件好等优点，发展也很迅速。只有超导电感储能尚处于工程实验阶段，如进展顺利，也可望在2010年前后建成大容量超导储能系统。
