22.能筛选分子的超滤膜
我们都知道筛子是用来筛东西的，它能将细小物体放行，而将个头较大的截留下来。可是，您听说过能筛分子的筛子吗？超滤膜——这种超级筛子能将尺寸不等的分子筛分开来！那么，到底什么是超滤膜呢？
超滤膜是一种具有超级“筛分”分离功能的多孔膜。它的孔径只有几纳米到几十纳米，也就是说只有一根头发丝的1％！在膜的一侧施以适当压力，就能筛出大于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤；后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸酸合物等等？
超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一，在20世纪60年代超滤装置就实现晶体管主宰那里的一切。而这两种晶体管工作能力的高低，完全取决于原始硅晶体质量的好坏。
单晶硅是人工能获得的最纯、最完整的晶体材料。它的制作采用提拉法，就是在坩锅中装满硅，并使它的温度保持在高于硅的熔点100℃左右（约1680℃），将一颗小的硅种晶浸入熔融硅中。随后就像钓鱼那样，将它缓缓地从熔融硅中拉起来并同时旋转拉杆。在种晶向上提拉时，熔融的硅便附在上面，晶体尺寸便逐渐增大，直至达到最终尺寸。目前利用提拉法可以制造出直径约为150毫米的优质硅单晶。但由于重力的影响，熔融硅中存在的温度差和浓度差会导致有害液体流动，进而导致所制备的单晶硅不均匀，不可能制备出更大直径又无缺陷的硅单晶。考虑到太空无重力或微重力，也许有一天，可以到太空站上制备大的优质单晶硅。
26.新型的半导体材料
美国佛罗里达大学研究人员宣布，他们在新半导体的设计方面取得突破，从而率先为一种新型电子开关开发出重要的基础材料，这种基础材料很可能提供平稳的不间断的电力供应。这项研究成果可能成为21世纪汽车工业和尖端军事硬件使用的重要材料，行业杂志《化合物半导体》对这项研究成果作了介绍。
佛罗里达大学四位材料学教授和两位化学工程教授用氮化镓材料设计了一种称之为“金属氧化物半导体场效应晶体管”的基本电子结构。
佛罗里达大学的科学家和圣巴巴拉加州大学的科学家们还最先设计并展示了一种与之相关的“双极晶体管”。
参加研究的佛罗里达大学材料学教授斯蒂芬·皮尔顿说，这两项研究成果是朝着制造氮化镓半导体开关迈出的重要步骤。这种开关将确保供电系统今后能实现高质量的电力输送。
他说，美国供电系统目前使用大型机械中继开关和硅开关输送电力，但是这两种开关都存在严重的缺陷。用氮化镓开关替代上述两种开关输送电力可以收到良好的效果。
皮尔顿说：“如果能用电子开关替换全部机械中继开关和硅开关，输送电力的速度更快，问题也大大减少。”
27.能协调环境的绿色材料
材料的制造和使用是人类社会发展的基石，但是，材料在造福人类的同时，也给大自然和人类本身带来了一定的危害。君不见，塑料薄膜的大量使用造成了严重的白色污染；而大量使用的矿物燃料，则产生了可怕的温室效应。据报道，建筑工程中无处不在的劣质建材已成为一个严重污染源，全国平均每年发生中毒事件400余起，中毒人数高达15000余人，死亡人数约350人，而慢性中毒人数则高达10万人次，真可谓触目惊心。而使用绿色材料将可改变这种状况，实现材料与环境的协调性和适应性。
绿色材料又称环境材料，是由日本的山本良一于1992年最先提出，绿色材料用以指那些具有最小的环境负担和最大的再生利用能力的材料，即节约资源和能源，减少和防止环境污染，容易回收利用，丢弃后易于自然降解而回归自然的材料。环境材料的思想一经提出，就在世界范围内引起了广大科学家和其他人士的高度重视，并投入了研究和开发。目前绿色材料的研究内容主要包括材料的设计及开发技术，材料的环境协调性和材料的环境协调性评估技术研究，根据绿色材料的功能，可分成低（资源、能源）消耗材料、净化材料、吸波材料、（光、生物）可降解材料、生物及医疗功能材料、传感材料、抗辐射材料、相容性材料、吸附催化材料等。根据材料的用途，可分成建筑材料、工业制造材料、农业材料、林业材料、渔业材料、能源材料、生物材料及医用材料等。近年来国内外已研究开发出一些符合环境材料特性的重要建材产品，如无毒涂料、抗菌涂料、光致变色玻璃、调节湿度的建材、绿色建筑涂料、乳胶漆装饰材料、绿色地板材料、石膏装饰材料、净化空气的预制板、抗菌陶瓷等。随着人们环境意识的逐步提高，也必然会加深对绿色材料的认识，从而加快绿色材料的发展。
相信在新世纪里，绿色材料将不再只是一个话题，而制造和使用绿色材料会变成为人类的自觉行为。
28.航天飞行器的不破盔甲
在晴朗的夜晚，仰望灿烂星空，有时会看到耀眼的陨星，倏忽即逝。它为什么会发光呢？原来，这是高速飞行的陨星进入大气层与空气剧烈摩擦，猛烈燃烧而发出的光亮。当宇宙航天器完成任务返回地球时，面临着与陨星同样的残酷生存环境。研究表明，当宇宙飞行器的飞行速度达到3倍声速时，其前端温度可达330℃；当飞行速度为6倍声速时，可达1480℃。宇宙飞行器遨游太空归来，到达离地面60～70千米时，速度仍然保持在声速的二十多倍，温度在10000℃以上，这样的高温足以把航天器化作一团烈火。高速导致高温，这似乎是一道不可逾越的障碍，人们把这种障碍称为热障。显然热障并没有阻挡住人类挺进宇宙的步伐，那么科学家们是如何克服热障，使航天器安全回家的呢？
陨石穿越太空到达地球的神奇经历给了科学家们以特殊的启迪。分析陨石的成分和机构发现，陨石表面虽然已经熔融，但内部的化学成分没有发生变化。这说明陨石在下落过程中，表面因摩擦生热达到几千摄氏度高温而熔融，但由于穿过大气层的时间很短，热量来不及传到陨石内部。给宇宙飞行器的头部戴一顶用烧蚀材料制成的“盔甲”，把摩擦产生的热量消耗在烧蚀材料的熔融、气化等一系列物理和化学变化中，“丢卒保车”，就能达到保护宇宙飞行器的目的。
一位宇航员描述了宇宙飞船闯过热障的壮观景象：飞船进入大气层，首先从舷窗中看到烟雾，然后出现五彩缤纷的火焰，同时发出“噼噼啪啪”的声音。
这是飞船头部的烧蚀材料在燃烧，它们牺牲了自己，把飞船内的温度始终维持在常温范围内，保护飞船平安返回地面。
作为烧蚀材料，要求气化热大，热容量大，绝热性好，向外界辐射热量的本领强。烧蚀材料有多种，陶瓷是其中的佼佼者，而纤维补强陶瓷材料是最佳选择。近年来，研制成功了许多具有高强度、高弹性模量的纤维，如碳纤维、硼纤维、碳化锆纤维和氧化铝纤维，用它们制成的碳化物、氮化物复合陶瓷是优异的烧蚀材料，成为航天飞行器的不破盔甲。
29.用途广泛的电子材料
电子材料是指在电子技术和微电子技术中使用的材料，包括半导体材料、介电材料、压电及铁电材料、磁性材料、某些金属材料、高分子材料以及其他相关材料，其中最重要的是半导体材料。
在电子和微电子技术中，半导体材料主要用来制做晶体管、集成电路、固态激光器和探测器等器件。1906年发明真空三极管，奠定了本世纪上半叶无线电电子学发展的基础，但采用真空管的装备体积笨重、能耗大、故障率高。1948年发明了半导体晶体管，使电子设备走向小型化、轻量化、省能化，晶体管的功耗仅为电子管的百万分之一。1958年出现了集成电路，集成电路的发展带来了电子计算机的微小型化，从而使人类社会掀开了信息时代新的一页。目前制造集成电路的主要材料是硅单晶。硅的主要特性是机械强度高、结晶性好、自然界中储量丰富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的硅单晶。可以说，硅材料是大规模集成电路的基石。
硅固然是取之不尽、用之不竭的原材料，但化合物半导体材料，如砷化镓很可能成为继硅之后第二种最重要的半导体材料。因为与硅相比，砷化镓具有更高的禁带宽度，因而砷化镓器件可以用于更高的工作温度，又由于它具有更高的电子迁移率，所以可用于要求更高频率和更高开关速度的场合，这也就使它成为制造高速计算机的关键材料。砷化镓材料更重要的一个特性是它的光电效应，可以使它成为激光光源，这是实现光纤通信的关键，因而预计砷化镓材料在21世纪将有一个大发展。
在高真空条件下，采用分子速外延、化学气相沉积、液相外延、金属有机化学气相沉积、化学束外延等方法，在晶体衬底上一层叠一层地生长出不同材料的薄膜来每层只有几个原子层厚，这样生长出来的材料叫超晶格材料。超晶格的出现将为半导体材料、器件的发展开辟更新的天地。
30.身怀绝技的半导体材料
在可预见的将来，单晶硅仍是电子工业的首选材料，但砷化镓这位半导体家族新秀已迅速成长为仅次于硅的重要半导体电子材料。砷化镓在当代光电子产业中发挥着重要的作用，其产品的50％应用在军事、航天方面，30％用于通信方面，其余的用于计算机和测试仪器。
砷化镓材料的特殊结构使其具备吸引人的优良特性。根据量子力学原理，电子的有效质量越小，它的运动速度就越快，而砷化镓中电子的有效质量是自由电子质量的1/15，只有硅电子的1/3。用砷化镓制成的晶体管的开关速度，比硅晶体管快1～4倍，用这样的晶体管可以制造出速度更快、功能更强的计算机。因为砷化镓的电子运动速度很高，用它可以制备工作频率高达1010赫兹的微波器件，在卫星数据传输、通信、军用电子等方面具有关键性作用。实际上，以砷化镓为代表的Ⅲ一Ⅳ族半导体，其最大特点是其光电特性，即在光照或外加电场的情况下，电子激发释放出光能。它的光发射效率比其他半导体材料高，用它不仅可以制作发光二极管、光探测器，还能制作半导体激光器，广泛应用于光通信、光计算机和空间技术，开发前景令人鼓舞。
与任何半导体材料一样，砷化镓材料对于杂质元素十分敏感，必须精细纯化。和硅、锗等元素半导体不同的是它还要确保准确的化学配比，否则将影响材料的电学性质。
基于以上原因，砷化镓单晶的制备工艺复杂，成本高昂。我国曾在人造卫星上利用微重力条件进行砷化镓单晶的生长，取得了成功。此外，薄膜外延生长技术，可以精确控制单晶薄膜的厚度和电阻率，在制备半导体材料和器件中越来越受到重视。
短短十几年，仅美国研究和开发的砷化镓产品已逾千种。根据90年代末国际砷化镓集成电路会议的预测，砷化镓集成电路的市场销售额将每年翻一番，形成数十亿美元的规模。砷化镓及其代表的Ⅲ一Ⅳ族化合物半导体家族均身怀绝技，有待于进一步开发。
31.为人类造福的生物医学材料
当一个人发生骨折时，医生要用石膏为他固定患处；而患了龃齿时，则要用光固性高分子修补材料补上龃洞；而进行x光透视时所服用的钡餐，对很多人而言也不陌生。这些材料都是生物医学材料，又称生物材料，是用以和生物系统结合，以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能。
生物医学材料有很多种类，它可以是天然产物，也可以是合成材料，或者是它们的结合，还可用有生命力的活体细胞或天然组织与无生命的材料结合而成混杂材料。生物医学材料不同于药物，其主要治疗目的不必要通过体内的化学反应或新陈代澍来实现，但是可以起到药理作用，甚至起到药理活性物质的作用。与生物物质直接结合是生物医学材料最基本的特性，如直接进入人体的植入材料，人工心肺、肝、肾等体外辅助装置中与血液直接接触的材料等。除应满足一定的物理化学性质要求外，生物医学材料还必须满足生物学性能要求，即生物相容性要求，这是区别于其他功能材料的最重要特征。
