自四千年前用做装饰的第一颗玻璃球的出现，到现在日新月异的工业材料的应用，千奇百怪的材料正体现着无处不在的新科技。
一、蒸汽动力及蒸汽机的发明
十八世纪时，英国的采矿业迅速发展，当矿井越挖越深时，地下水便会涌出来，这时，如何将深井水排出来，就成了一个紧迫的问题。为了解决这一难题。法国人巴本发明了一台比较原始的蒸汽机作为排水的动力，但是因为这台机械比较费时并且工作效率很低，所以并没有得到推广，在这种背景下，如何改良蒸汽机成为工程师们日益关注的问题。
蒸汽机是将蒸汽的热能转换为机械能的动力机械，它主要由汽缸、活塞、阀门、连杆机构、配汽机构等部分组成，它的工作原理是通过高温高压的水蒸气作用于活塞从而实现做功的目的。
18世纪初期，苏格兰人纽科门改进了蒸汽机，并用它来驱动提水泵排水。这台蒸汽机的工作原理是：蒸汽由锅炉进入气缸后，推动活塞向上，并通过一根摇杆将水泵的活塞压下。关闭阀门后，将冷水撒向气缸，此时，蒸汽遇冷凝结造成气缸真空的环境，大气压将活塞压下，致使提水泵将水抽到井外。因为纽科门式蒸汽机在排水方面的明显功效，所以得到了大力推广。不过，由于煤耗量太大等缺点的存在，这种蒸汽机也面临着种种的束缚。
英国人瓦特发现纽科门大气式蒸汽机的缺陷在于气缸不断地冷热交替，这样平白损失了很多热能。针对这种状况，1765年，瓦特改进了原有的蒸汽机，新型的机械把冷却和加热的任务分别让两个容器来承担，即气缸始终保持高温状态，冷却的工作由冷凝器“负责”。此后，瓦特不断’对蒸汽机进行改进，到了1784年，他的蒸汽机已经具有了抽气泵、曲轴、飞轮等装置。
瓦特改良后的蒸汽机，其应用范围已经不局限于深井排水，而是逐渐进入冶铁、纺织等行业，并有力地促进了一系列的新发明和第一次工业革命的发展。1807年，美国的富尔顿采用蒸汽机制成了第一艘蒸汽机船“克莱蒙特”号；1814年，英国人斯蒂芬孙采用蒸汽机制成了第一辆在铁轨上运行的火车……
二、火力发电技术
在所有的发电方式中，火力发电是历史最久的，也是最重要的一种。随着发电机、汽轮机制造技术的完善和输变电技术的改进，特别是电力系统的出现以及社会电气化对电能的需求，20世纪30年代以后，它开始进入了一个大的发展时期，火力发电的模式，也出现了新的模式。
由于煤炭、石油、天然气等固体、液体及气体燃料燃烧后会产生热能，人们就通过这些热能来加热水，使水温升高从而产生高压水蒸气，继而水蒸气就会推动发电机发电。这就是火力发电的原理。火力发电按其所用的燃料分，主要有燃煤发电、燃油发电和燃气发电。为了提高综合经济效益，火力发电应尽量靠近燃料基地进行，同时，在大城市和工业区则应实施热电联供。
火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它有锅炉、汽轮机和发电机这三大主机，其中锅炉是它们中最基本的能量转换设备。它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使其变成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。简单说来，在锅炉中煤的化学能转变为热能；在汽轮机中热能转变为机械能；在发电机中机械能转换成电能。
尽管身为电力行业的主力军，火力发电仍然也有自身的缺点。由于大量燃煤、燃油等，火力发电造成的环境污染也日益成为引人关注的问题。首先，煤炭直接燃烧排放的二氧化硫等酸性气体已使我国很多地区的酸雨量不断增加。其次，对电站附近环境造成的粉煤灰污染，也会对人们的生活及植物的生长造成不良影响。据统计，全国每年大约会产生1500万吨烟尘。此外，火力发电也会造成资源浪费，光我国每年就要消耗将近5000万吨标准煤。
三、内燃机
如果说，发明于18世纪的蒸汽车极大地提高了工厂大规模生产的产量，为铁路和轮船提供了能量；那么，发明于19世纪末的内燃机则通过汽车大大增加了人们的流动性，成为人们日常交通中最重要的工具之一。
在一个半世纪以前，萨弗里、瓦特等人所发明的蒸汽机已利用了汽缸外的热，然后由热生成的蒸汽进入汽缸驱动活塞。当时人们曾经想到，可以使某种无火焰的气体和空气的混合物在汽缸内发生反应，所燃烧产生的能量便可以直接驱动活塞。假如这样的内燃机被研制出来，那么它要比蒸汽机体积小且启动速度快。于是，1859年，勒努瓦第一个设计用煤气作为燃料，制造出了第一台实用型内燃机。这台内燃机由双作用式蒸汽机改装，采用滑阀以便将煤气和空气的混合物导入装有活塞的汽缸，然后被感应线圈所产生的电火花引燃，推动活塞移动。它是一种使用煤气和混合气的二冲程发动机。
1860年，勒努瓦将这台内燃机装在一辆小型货车上，行驶了10千米，历时3小时。于是这辆车成为世界上第一辆用内燃机驱动而不再‘使用马拉的车子”。
在勒努瓦的内燃机发明后，人们为提高它的效率做了许多尝试。1861年，奥托制成一台煤气发动机，1864年与德国工业家欧根·兰根共同研制并改进了一台发动机，并在1867年的巴黎博览会上获得金质奖章。1876年，奥托利用法国工程师罗沙的内燃机原理，设计制造了一台以煤气为燃料、火花点火、单缸卧式的四冲程内燃机，成为内燃机的真正发明者。
1877年，奥托获得这一发明专利权，而且这种内燃机很快就得到了广泛应用。他逝世时，人们为纪念这位有重大贡献的发明家，就将四冲程循环系统称为“奥托系统。”
狄塞尔是四冲程柴油发动机的发明者。他出生在巴黎，但父母都是德国人，少年时代为躲避法德战乱，全家逃到英国伦敦避难。战争结束后，狄塞尔在奥格斯堡和慕尼黑工业大学接受教育。大学期间，他开始从事蒸汽机的研究，一心想发明一种新的发动机。大学毕业后，狄塞尔做起了冷藏机工程师，当时他曾打算制造利用氨气的蒸汽机，但最终以失败告终。到了1885年，他的兴趣转移到他称之为“合理热机”的问题上来，冷藏机的液氨压缩机在压缩过程中产生大量热量给他留下了深刻影响。
1890年，狄塞尔回到柏林，潜心研究动力机。狄塞尔希望制造出比汽油发动机更好的柴油发动机。1897年，他终于成功了。理论上讲柴油机效率要高于汽油机，更适合作为船舶的动力；此外，柴油机无须电子点火，它使用的柴油也比汽油更便宜。第一台发动机的功率为13千瓦，热能损耗小，效率达38％，远比蒸汽机和汽油机高。很快这种机器已经成为发电厂广泛使用的固定发动机，经过不断改进，现在不仅在船舶上使用，而且在大型公共汽车、卡车上也得到了广泛应用。
四、工业的血液——石油开采及利用技术
石油是一种热值高、比重低的可燃性液态能源矿产。随着现代工业、国防、科学技术的发展，这个已经埋藏在地下千百万年的“黑色洪流”，逐渐显示出了自己的神奇妙用。目前，全球90％以上的交通能源都来自石油，而石油的开采，也成了众所关注的话题。
石油是目前工业的主要能源之一。就像人无血液不能生存那样，工业离开石油也不能正常发展，因此人们就将石油比喻成“工业的血液”。同煤相比，石油具有能量密度大、运输储存方便、燃烧后对大气的污染程度较小等优点。如今，从石油中提炼的燃料油不仅是各种工业的燃料，以石油为原料的液化气和管道煤气也是城市居民生活的优质燃料。飞机、坦克、火箭以及其他航天器，也需要消耗大量石油燃料。因此，许多国家都把石油列为战略物资。
未被加工的石油就是原油。它是直接从地下开采出来的原料，是一种化石燃料。换句话说，它是由生活在数百万年前的古代海洋动植物发生腐烂而自然形成的。任何发现原油的地点曾经都是海床。原油具有不同的颜色（从清澈到焦黑色）和黏度（从水状到几乎凝固）。它也是非常有用的原材料，能用来生产不同的物质。虽然原油的基本元素类似，但从地下开采的天然原油，在不同产区和不同地层，反映出的品种纷繁众多，物理性质有很大的差别。
石油尽管是液体，但它并不像水聚集在水库中那样聚集在沉积岩中。它透过岩石的孔隙，被挤压到压力分布更低的岩石裂缝和孔隙中，直至停留在被完全封闭的储集岩中。储集岩是聚集石油的岩石。它形成了储藏石油的地质环境——圈闭构造，这是阻止石油被继续运移的地质构造。石油的这种聚集方式就如同水被一块海绵吸收了一样。正因为有了储集岩和圈闭构造，石油才能安静地在地下定居，等待发掘者的到来。
石油最初被人们用来照明和燃烧。如今，各种石油制品相继诞生，为人们的生活提供了很多的用途。石油不仅可以制成润滑油等用于机械生产，由它制成的沥青还是公路和建筑的重要材料。此外，石油化工产品可以广泛地应用于农业、轻工业、纺织工业、以及医药卫生等部门，如合成纤维、塑料、合成橡胶制品等。让人难以猜想的是，连我们常用的粉笔、墨水等，都有它的参与。可见，石油已经深入到了我们生活的方方面面。
不过，虽然石油的应用相当广泛，为人类的发展提供了强劲的能源动力。但倘若加大石油的使用量，随之而来的环境污染以及造成了的温室效应、气候异常等诸多弊端，将会不断出现。
五、太阳能的利用技术
太阳是离地球最近的一颗恒星，是个在不断进行核聚变反应的巨大炽热的球状气团。由于其内部深处的极高温度（约20兆度）和极高压强，使原子的热核反应得以不断进行，从而通过太阳表面以光的形式向宇宙空间辐射出巨大的能量，这就是太阳能。太阳能有取之不尽、就地取用、无需搬运、分布广泛、取用方便、可再生及无污染等优点，具有巨大的潜力和前景。
尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤所产生的能量。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳，即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能范围非常大，狭义的太阳能则仅限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。
我国是最早利用太阳能的国家，其历史可追溯到约2700年前。在周代，中国人即能利用凹面镜的聚光焦点向日取火。这是较原始的太阳能利用。我国最早研究太阳能的学者是四川洪雅县的肖开泰。他深信太阳能的威力，自筹资金，从国外买来有关的仪器设备，研制出了一面小型聚光镜，利用太阳能来烹、煮、烘、烤各种食物，经过45次调整试验，获得了成功，这可以说是我国最早的太阳灶了。它与现代太阳灶的原理相同，形状像一把倒撑着的伞一样。
对太阳能的利用主要是对太阳能的光热利用，太阳能热水器、太阳房、太阳灶、太阳能温室、太阳能干煤系统、太阳能土壤消毒杀茵技术等均是利用太阳光热能的仪器，它们均成效显著。太阳能热发电是太阳能热利用的一个重要方面，根据集热方式不同，又分高温发电和低温发电。美国、日本、意大利等国在太阳能热发电方面较领先。若能用太阳能全方位地解决建筑内热水、取暖、空调和照明用能，这将是最理想的方案，太阳能与建筑一体化的研究与实施，是未来太阳能开发利用的重要方向。
从太阳能辐射中采集电力通常有两种方法。最广泛的是太阳能电池或光电池。太阳能电池是一种可以把光能转变为电能的半导体片。最初，光电池是被用来向卫星和空间探测器提供能源而开发的，但是现在从计算器到实验汽车的许多实物中都可以看到它。而最有前景的大规模能量采集方式是太阳熔炉。这种太阳熔炉使用巨大的名为逐日镜的倾斜反光镜阵列，它可以跟随太阳照射的方向转动，把太阳光线聚集在一个收集器上。收集器一般安放在远离地面的塔上。流经收集器的水迅速地沸腾，蒸汽膨胀的力量可以用来推动涡轮旋转。涡轮带动发电机发电，其方法与许多其他类型的电站是相同的。
六、核能
核能也叫原子能，是核结构发生变化时放出的能量。质子、中子依靠强大的核力紧密结合在一起，一旦使原子核分裂或聚合，就能释放出巨大的能量，这就是核能。核能是能源家族的新成员，它包括核裂变能和核聚变能两种主要形式。
裂变，是核物理中把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应。裂变能是重金属元素的原子核通过裂变而释放的巨大能量，目前已经实现商业化。因为裂变反应需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，而且裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。
聚变，是另一种核能形式，是目前尚未实现商业化的核能。核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年，氘在地球的海水中蕴藏量非常丰富。因此，聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。这就是为什么世界各国，尤其是发达国家不遗余力，竞相研究、开发聚变能的原因所在。
当人类开始学会利用火的时侯起，就已经能主动利用能源。自那时起，能源的使用已经变成人类进步不可或缺的基本要素和人类文明程度的一种标志。
1939年，德国科学家奥托·哈恩发现了元素铀的同位素235U原子核在中子的轰击下可以发生核裂变并同时放出能量，很多重核同位素，如233U、239Pu等，都能产生核裂变反应。而核裂变反应放出的能量比化学反应大的多，这预示了核能利用的前景。
除了235U等裂变可以释放出核能外，氢的同位素，如氚（3H）的原子核在一定条件下也可以聚合成氦（He）原子核，同时释放出能量，这也是核能的一种形式。我们通常将核裂变反应放出的核能称为“裂变能”，而核聚变反应放出的核能称为“聚变能”。
核能首先被应用到了军事领域，如原子弹和核潜艇等。不幸的是，1945年美国投放到日本广岛和长崎市的原子弹造成了巨大的人员伤亡和物质毁坏，这是导致许多人畏核与反核的重要原因之一。
核污染是指由于各种原因产生的核泄漏甚至爆炸而引起的放射性污染。其危害范围大，x，tN围生物破坏极为严重，且持续时期长，事后处理危险复杂。
1986年4月26日，苏联切尔诺贝利核电站发生核泄漏事故，爆炸时泄漏的核燃料浓度高达60％，且直至事故发生10昼夜后反应堆才被封存，放射性元素一直超量释放。事故发生3天后，附近的居民才被匆匆撤走，但这3天的时间已使很多人饱受了放射性物质的污染。
由于这次事故，核电站周围30千米范围内被划为隔离区，附近的居民被疏散，庄稼被全部掩埋，周围7千米内的树木都逐渐死亡。在日后长达半个世纪的时间里，10千米范围以内将不能耕作、放牧；10年内100千米范围内被禁止生产牛奶。
切尔诺贝利核电站最终被关闭，不仅如此，由于放射性烟尘的扩散，整个欧洲也都被笼罩在核污染的阴影中。临近国家检测到超常的放射性尘埃，致使粮食、蔬菜、奶制品的生产都遭受了巨大的损失。核污染给人们带来的精神上、心理上的不安和恐瞑更是无法统计。
七、晶莹剔透的玻璃
玻璃是由熔体过冷所得，并因黏度逐渐增大而具有固体机械性质的无定型物体。
玻璃制造在很早以前就已存在，譬如在埃及的古墓中发现4000年前玻璃制的护身符及装饰品，以及2000年前的日用玻璃器皿，但其形状及体积都受到限制，而且不普遍。
约在1世纪时，东方制造的精细花瓶及玻璃器皿盛行于罗马帝国。窗玻璃也是在这段时间问世。但是并不是完全透明无色的，因在制造时渗入了杂质而变成淡蓝或淡绿色。
当罗马帝国崩溃后，欧洲的玻璃制造技术也随着退步。威尼斯的玻璃制造是始于10世纪，而到13世纪时其制品就大放异彩，他们精湛的技术相传是由于和东方文化接触或是修道院遗留下来的古老技术。这种技术由威尼斯的工人将其发扬光大，并严密保存，防止技术流传到其他国家。
在1547年更颁布法令，凡技术工匠到国外工作而不回来者，其近亲将会下狱，同时本人也会遭到杀害。虽然如此，玻璃制造技术仍是逐渐流传到意大利、法国及中欧等地方。同时这些国家也发展出自己的传统技巧，有杂质的绿色玻璃最被广泛使用。
从15世纪开始，威尼斯的玻璃制品畅销整个欧洲，如花瓶、杯子、酒杯等。有些有灿烂的颜色，有些是晶莹剔透。同时也生产了一些欧洲宫廷使用的昂贵镜子。这项工业为威尼斯带来巨大的财富。
在14世纪以后，德国已能制造出许多漂亮的玻璃器皿，但若比起威尼斯制品仍然稍显粗糙和笨拙。
到了18世纪，欧洲各地都能制造不少漂亮的玻璃尤其是雕花。
八、随处可见的橡胶
在日常生活中，我们到处可以看到用橡胶制成的物品：轮胎、机器的传动带、雨衣、雨鞋、橡皮艇、密封垫圈、电线绝缘外套等，真是数不胜数。
橡胶是一种高分子化合物，弹性好、有绝缘性、不透水、不透气，分为天然橡胶和合成橡胶两大类。橡胶工业发展到现在，制作技艺已突飞猛进，其制品广泛应用在工业和日常生活的许多方面。
许多年以前，秘鲁人偶然发现在一棵橡树树皮上割一道口子，里面就会流出一种奶状液体，用这种液体可以制成一种黏性物质——橡胶。从1830年起，美国人古德伊尔就开始把各种化学试剂放进橡胶浆中试图改进橡胶性能，使其成为工业用品。直到1838年，古德伊尔通过观察硫磺放到橡胶中的实验，找出了制造橡胶的最佳配方，最终成功发明了橡胶硫化法，直到今天这种方法仍在使用。
据不完全统计，如今橡胶制品已多达5万余种。橡胶不但用途广，而且用量大。现在，科学家们仍在不断研制新型的橡胶制品。
20世纪特别是第二次世界大战以来，天然橡胶已满足不了国民经济、军事和人们日益增长的需求，这就促进了合成橡胶的发展。石油化学工业的迅速崛起，为合成橡胶工业创造出丰富而又廉价的原料。目前，合成橡胶品种繁多、性能各异，已远非天然橡胶可比。除了各种专用的特种合成橡胶外，人们还生产出了从结构到性能与天然橡胶完全相同的“合成天然橡胶，（异戊橡胶）及易于加工的液体橡胶，这是合成橡胶工业进入一个全新时期的标志。
九、铝的发现
铝是一种银白色有光泽的金属，在自然界中主要以铝土矿的形式存在。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，名列第三。在已知的金属元素中占第一位，是铁的两倍，铜的近千倍。100多年以前，铝如金子一般高贵，加之它又具有银白色的金属光泽，因而被人们称为“泥土中的银子”。
1825年，丹麦化学家、矿物学家厄斯泰德用钾汞齐还原无水卤化铝，第一个制取出不纯的金属铝。1827年，德国化学家维勒用金属钾还原无水氯化铝，制取出较纯的铝。由于维勒制取铝的方法不适合应用于大量生产中，所以在这以后的很长时间里，铝成了珠宝店里的商品和帝王贵族们的最爱。直到1886年，英国的大学生豪尔和法国大学生埃罗分别用电解法制铝获得成功后，大量的铝开始生产出来，铝才成为广大民众使用的普通商品。
铝是日常使用的最轻的金属之一，通常将其压成薄箔，用来包巧克力或制成装软饮料的金属罐。此外，铝也用来制造汽车、火车和轮船的零件以及门窗等。铝是很好的导电体，可用来制造电缆。纯铝并不怎么坚固，但与其他金属混合后，便会坚硬很多。这些铝合金可用来制造各种机器，如比赛用的自行车或飞机等。铝不会生锈，再造过程也很简单，只要把它熔化就可以再用。
铝是人体必需的微量元素之一，还可以入药治病。如用Al（OH），治疗胃病及十二指肠溃疡已有多年历史。人体内的微量铝可阻挡肠道对磷的吸收，降低血磷含量，防止患上继发性副甲状腺机能亢进引起的血磷增高、软组织钙化及肾结石形成等病症。但是，过量摄入铝就会对身体产生危害。由于铝制品及铝化合物的广泛应用，现代人身体内的铝含量比古代人增加了两倍。过量的铝会影响脑细胞的功能，从而干扰和破坏人的意识和记忆功能，造成老年痴呆症，还会引起胆汁郁积性肝病，导致骨骼软化，还能引起小细胞低色素性贫血等病症。因此，对铝的摄人量要严格控制。
十、摔不碎的皮璃
一般情况下，每个科不发明诞生的背后，都会有一个故事。这些故事也许很有趣，也可能非常不可思议，但是它们都会有一个共同点，那就是如果没有发明家的毅力、细心、勤奋，那么任何发明都不可能诞生。安全玻璃的发明者——法国化学家别涅克士正是这样一个有心人。
1903年11月21日，别涅迪克士在实验室里打扫卫生。当他用掸子去掸仪器卜的灰尘时，一不小心把柜顶上的几只瓶子碰了下来。别涅迪克士惊讶地发现，其中有一只瓶子竟然没有摔碎，只是上面布满了相互交错的裂纹。他觉得非常奇怪，拿着那只烧瓶陷入了沉思，他忽然想起来：这只烧瓶曾经装过硝酸纤维素溶液，现在溶液已经没有了，只留下了一层薄膜，它们就好像皮一样紧紧地贴在瓶的内壁上。
看到这里，别涅迪克士问自己：能不能研制出一种不会摔碎的玻璃呢？经过实验，别涅迪克士发现，瓶子裂而不碎的原因就在于那层柔韧、透明的薄膜。他反复进行实验，在两块玻璃之间夹上一层同样的薄膜，让它们粘合在一起，再做玻璃从高处落下的实验。果然，玻璃没有摔成四处飞溅的碎片，只是出现了许多裂痕。
1922年秋天，第一代安全玻璃诞生了。它被广泛用于汽车玻璃、商店橱窗上。后来，美国康宁玻璃公司实验室又发明了更坚硬的玻璃。用铁锤也不能敲碎这种玻璃，即使敲碎了，也不会有锋利的尖角。随着科学技术的发展，安全玻璃的性能得到了进一步提高，成为可以抵抗子弹射击的“防弹玻璃”。
现在的玻璃已不仅仅只是考虑安全问题了，人们将它们制作得更透明、更坚硬。还可以根据需要让他们富有弹性，甚至能做成人造牙齿、人造骨骼等。
十一、可塑的材料——塑料
塑料，照字面讲，是可以塑造的材料，也就是具有可塑性的材料，现今的塑料是用树脂在一定温度和压力下浇铸、挤压、吹塑或注射到模型中冷却成型的一类材料的专称。
现代塑料工业形成于1930年，近40年来获得了飞速发展。1846年用纤维素（棉花）和硝酸制得硝酸纤维素。后来人们又将潮湿的硝酸纤维素和樟脑混合，制成虫胶的代用品，于1872年建厂生产。
虽然从发现至今已有约100年，但目前仍在广泛使用，常用名称为赛璐珞，如乒乓球、玩具、梳子、钮扣等。
从1907年建立了第一个酚醛树脂厂起，塑料便开始进入合成高分子时期。1931年开始了第一个热塑性树脂聚氯乙烯树脂的工业生产，此后合成高分子工业发展迅速，聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯等陆续工业化生产。
20世纪30年代，尼龙问世，它的出现为此后各种塑料的发明和生产奠定了基础。由于第二次世界大战中石油化学工业的发展，塑料的原料以石油取代了煤炭，塑料制造业也得到飞速的发展。
19世纪60年代，美国由于象牙供应不足，制造台球的原料缺乏。1869年最早的人工制造的塑料赛璐珞取得专利。赛璐珞虽是最早的人工制造塑料，但它是人造塑料，而不是合成塑料。第一种合成塑料是在20世纪初由美国化学家贝克兰将酚醛树脂加热模压而制得的。贝克兰将酚醛树脂添加木屑加热、加压模塑成各种制品，命名为“酚醛树脂”。第一次世界大战后，无线电、收音机等电气工业迅猛发展，更增加了对酚醛树脂的需求。
塑料是一种很轻的物质，用很低的温度加热就能使它变软，随心所欲地做成各种形状的东西。塑料制品色彩鲜艳，重量轻，不怕摔，经济耐用，它的问世不仅给人们的生活带来了诸多方便，也极大地推动了工业的发展。
祸害：新快报讯英国《卫报》2006年10月18日评出“人类最糟糕的发明”，塑料袋不幸“荣获”这一称号。
《卫报》称，我们的地球似乎已经变成了“塑料星球”，土地、河流、高山、海洋……塑料袋无处不在。直到有一天，我们都已离去，这些家伙仍然占据着地球，因为它们是“永生”的。
南非的“白色污染”更为严重，大风吹过，树木上挂满了塑料袋，不知道的人还以为是下雪了。
塑料的发明可以说是一把锋利的双刃剑。塑料在给人们的生活带来方便的同时，也给环境带来了难以收拾的后患，人们把塑料给环境带来的灾难称为“白色污染”。
由于塑料是从石油或煤炭中提取的化学石油产品，一旦生产出来很难自然降解。塑料埋在地下400年也不会腐烂降解，大量的塑料废弃物填埋在地下，会破坏土壤的通透性，使土壤板结，影响植物的生长。如果家畜误食了混入饲料或残留在野外的塑料，也会造成因消化道梗阻而死亡。
目前，很多国家都采取焚烧（热能源再生）或再加工制造（制品再生）的办法处理废弃塑料。这两种办法使废弃塑料得到再生利用，达到了节约资源的目的。但由于废弃塑料在焚烧或再加工时会产生对人体有害的气体，污染环境，其中所产生的二恶英，里面含有16种有毒气体。所以可以说废弃塑料的处理至今仍是环保工作中最令人头疼的一大难题。
十二、金属的联姻——合金科技
单质金属都有自己的特性，例如铁会生锈。如果在炼铁的过程中，加入碳，就会形成比铁更坚硬的合金——钢；而在炼钢的过程中再加入铬，钢就会具备不生锈的性质。由此可见，如果将两种金属组成合金，那么这个合金就好像是两种金属的孩子，兼有父母的特性，它可以弥补一些单质金属的缺点，更容易被用于生产生活。
由于不同的金属原子之间具有不同的距离，因此性能也就不一样。如果一种金属的原子结构比较松散，那么它就比较柔软轻盈。合金之所以能够改变这些特性，原因就在于，当不同的金属原子合在一起的时候，它们之间的空隙会减小，因此密度和硬度就会增加，因而抵抗环境甩蚀的能力也会增加。这种由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的新物质，一般通过熔合成均匀液体后凝固形成。
以锌为基础加入其他元素组成的合金是锌合金。常加入的合金元素有铝、铜、镁、铅、钛等。锌合金熔点低，易熔焊、钎焊和塑性加工。它在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔，但易发生尺寸变化。按制造工艺可将锌合金分为铸造锌合金和变形锌合金两类。铸造锌合金的流动性和耐腐蚀性较好，适用于压铸仪表及汽车零件外壳等。常用的变形锌合金有锌铝合金和锌铜合金，可代替部分黄铜或硬铝制成精密锻件。
金属钛易于加工，密度小，耐腐蚀性强，因此人们把它和其他金属合起来，制成了钛合金。这些钛合金性能超出钛金属本身，比如钛与铝钒的合金就具有很好的耐热性能，可以在高温下工作很长时间，是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。如今，船舶、化工、电子器件和通信设备等部门都需要大量钛合金。因此，钛享有“未来的金属”的美称，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。
不锈钢的发明和使用，要追溯到第一次世界大战时期。英国科学家亨利·布雷尔利受英国政府军部兵工厂委托，研究武器的改进工作。那时，士兵用的步枪枪膛极易磨损，布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。布雷尔利发明的不锈钢于1916年取得英国专利权并开始大量生产，至此，从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球，亨利·布雷尔利也被誉为‘不锈钢之父”。
人们常常会用油漆或耐氧化的金属（例如，锌、镍和铬）进行电镀来保护碳钢表面，但是，正如人们所知道的那样，这种保护仅是一种薄膜。如果保护层被破坏，下面的钢便开始锈蚀。铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中含铬量达到12％左右时，铬便会与腐蚀介质中的氧作用，从而会在钢表面形成一层很薄的氧化膜来阻止钢基体的进一步腐蚀。除铬外，常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢材料和性能的要求。
十三、稀有金属提取技术
自然界有这么一类金属，它们有的地壳丰度小，天然资源少；有的地壳丰度虽大，但赋存状态分散，不容易被经济地提取；有的在物理和化学性质上近似，而不容易分离成单一的金属。因此它们得名为稀有金属。尽管它们在工业制备和应用上比较晚，但在现代工业中却有广泛的用途。
稀有金属的名称具有一定的相对性，随着人们对它们的广泛研究，新产源地和新提炼方法的发现以及它们应用范围的扩大，稀有金属和其他金属的界限正在逐渐消失：有的稀有金属在地壳中的含量甚至比铜、汞、镉等金属还要多。稀有金属资源主要用于制造特种钢、超硬质合金和耐高温合金，应用在电气工业、化学工业、陶瓷工业、原子能工业及火箭技术等方面。
给我们生活提供照明的灯丝主要是由钨制成的。我国钨的储量占据了全球的85％。它可以制成特种钢等产品，广泛用于国防工业、航空航天和信息产业，因此被称为“工业的牙齿”。钨能耐高温，是熔点最高的金属，所以钨合金被大量用在机械和武器工业中。比如枪、炮的发射管中都会用到钨的合金。如果一个国家没有钨的话，在目前技术条件下的金属加工能力就会出现极大的缺失，直接导致机械行业的瘫痪，所以人们又把它称作“战略金属”。
铟很软，能用指甲刻痕，还能拉成细丝。它的可塑性强，可压成极薄的金属片，能用化学法或电解法由闪锌矿制得。纯态的金属铟几乎没有什么商业价值，它主要用于制造合金，以降低金属的熔点。铟银合金或铟铅合金的导热能力高于银和铅，可作为半导体、电光源等的原料。铟不但是制造液晶面板不可替代的金属材料，还是合金、半导体数据传输、航天产品的制造不可替代的金属材料，而且在高科技武器制造中有极其重要的作用。
我国拥有丰富的稀土矿产资源，成矿条件优越，堪称得天独厚，为发展本国的稀土工业提供了坚实的基础。稀土是包括镧、铈、镨、钕、钇等17种化学元素的总称，用于制造复合材料和镁、铝、钛等合金材料，被形象地比喻为“工业味精”。它们在许多尖端技术领域也正在大显身手，如用于激光测距、激光瞄准、激光制导和激光武器等。此外，应用稀土可生产荧光材料、电池材料、电光源材料、永磁材料、激光材料、超导材料、光导纤维材料等。
八、金属也有“记忆”？
大家都知道，自然界虽然神秘莫测，但总是有规律可循的。幸运的是，人类往往能在无意间发现甘种物质的规律或者特性。形状记忆合金的发现就是一件非常有意思的事，从此人们知道，原来金属也有“记忆”。
1963年的一天，一群工作人员正在美国海军的研究机构中，忙着加工一批镍钛合金丝。由于他们得到的合金丝是弯曲的，所以得先拉直它们，然后再做实验。实验开始后，当实验温度升到一定值时，工作人员竟然发现，他们费了不少工夫才拉直的合金丝，全都变回了原来那种弯曲的形状。好像合金丝从前被“冻”得失去知觉时，被人们改变了形状，当温度升高到一定的时候，它们“苏醒”了，又“记忆”起了自己原来的模样，不顾一切地恢复了自己的“本来面目”。
人们经过研究发现：随着环境的变化，这些合金内部也会出现变化；如果温度回到原来的数值，合金内部变化也会回到原来的状态。人们把这种合金称为“形状记忆合金”。记忆合金的“记忆力”特别惊人，它们能重复恢复到原来的状态几百万次，而且不会产生疲劳和断裂。
阿波罗登月舱曾在月亮上设置过月面天线，月面天线的直径长达数米，科研人员先用记忆合金制成半球形天线，然后降低温度将把它们压成一小团装入登月舱。等天线随着登月舱到达月球表面时，由于太阳光的照射而升高温度，天线就恢复了本来的形状。
记忆合金还具有耐腐蚀性，牙医就是利用镍钛合金制成矫正牙齿的细丝，借助人的口腔温度，来为患者做牙齿矫正手术的。牙齿就是在这个变形过程中慢慢地得到了矫正。
十四、金属陶瓷的奥秘
当今时代是一个高科技飞速发展的时代，人们习惯了快节奏的生活，以至一些交通工具也在向着提高速度的方面发展。高速列车、气垫船、超音速飞机等，这些高科技发展的产物，为人类的生活提供了极为便利的条件。
目前世界上最快的超音速客机为音速的3倍，而在军事上应用的超音速战斗机最高速度可为音速的8倍。这些飞机速度的提高一是减少了阻力，二是增强了发动机的性能。我们知道，飞行器的高速运动均是由自身所携带的燃料燃烧产生的巨大热能，进而转化为动能的，因此该发动机的性能优劣，直接关系到飞行器的飞行性能。这在汽车、火车、轮船上也是同样的。
据专家们测定，当飞行器高速飞行时，其发动机喷出的热量高达5000℃以上，我们知道，太阳表面的温度也不过6000℃左右。什么物质能够在这种高温下不被融化呢？钢铁是远远达不到的，合金钢与之也有一定的距离，于是人们想到陶瓷，陶瓷在这些材料中，耐高温的能力是最强的了，但是陶瓷却有一个致命的弱点，就是太脆弱了，它能耐得起高温，却耐受不了高压。
科学家们在努力研究中终于发现，当在陶瓷中加入一些金属细粉，这样生产出的陶瓷不仅具有极高的耐高温性能，而且大大提高了陶瓷的韧性，这种陶瓷与金属的混合物，就是当今在航空动力学研究中极为受宠的金属陶瓷。
金属陶瓷是由金属和陶瓷原料制成的，既有金属的优点，也有陶瓷的特性，由于其具有较高的韧性、高硬度、高抗氧化性，因而在火箭、高速飞行器中备受推崇。最常用于制造金属陶瓷的金属原料为铁、镍、铬、钴等，而最常用的陶瓷原料为氧化物、硅化物、硼化物、碳化物和氮化物等。金属陶瓷的生产也较为简单，烧制方法同陶瓷一样，只是将金属粉末物质混入陶瓷土中，根据要求制作出不同形状的东西。
我们会有过这种感觉，当你将酒精涂在手上，不一会感到特别凉爽，如果有人发高烧而采用药物降温无效时，我们会想到用酒精来擦浴全身，其目的就是为了散热。金属陶瓷也是这个道理，在火箭的发动机达到最高转数时，产生大量的热，这种高温则使陶瓷中的金属物质挥发了，从而陶瓷的温度也随之下降。待陶瓷中的金属完全挥发掉后，这一部分的发动机则已完成了其工作使命，随着控制指令而脱离火箭，同时下一级火箭的发动机被点燃，新的工作程序又开始了。我们通常所说的多级火箭，就是根据这个原理制造的。
另外金属陶瓷具有极高的抗腐蚀性。因而在原子反应堆中，能够抵抗液态金属钠的侵蚀，成为原子反应正常进行的保护神。
金属陶瓷虽然存在于世才30来年，但是由于其自身的极特殊的性能，格外受到人们的重视，尤其是在航空、航天领域，金属陶瓷真可谓少年老成。然而，科学家们更为感兴趣的不仅是它的优秀品质，而是它们这种优秀品质的来源。有人推测陶瓷中加入金属后表现出的特性，不能单单用金属在高温下挥发降温来解释，在金属陶瓷的制作中，其本身是否已经发生了某些化学反应而使之变成具有这种特性的新物质，那么这种陶瓷与金属到底发生了哪些反应，我们尚无法判断。而对于那种单纯金属挥发的解释，也有一定的可疑之处，这些还有待于今后的研究方能证实。
十五、纳米技太及纳米材料
1.纳米技术
纳米科学与技术是一门极有前途的新兴科学。
纳米技术是一种在微观环境下工作的新技术，它是一种操纵原子、分子或原子团和分子团使其形成所需要的物质的技术。这是最近伴随微电子技术蓬勃发展而兴起的新兴技术，它将使人类认识自然和改造自然的能力直接伸展到分子和原子领域，实现一场新技术革命。
实现纳米技术的途径有两条：
一是由宏观向微观进行。即用宏观的方式将机器制造得越来越小，这为纳米技术的实现和应用提供了必要的参考。
二是由微观向宏观进行。即直接操纵原子和分子，对其进行不同的排列组合，形成新的物质，制造出具有新功能的机器。
目前，从宏观到微观的研究已取得一定的进展。超大规模集成电路的结构越来越细微，各种微型机器不断问世。1989年初，美国一家医疗中心的外科医生在进行手术时，将一个仅有针头大小的心动血压敏感器附在病人跳动的心肌上。在这个小小的敏感器上，竟装着三个微电子传感器。1991年，美国电话电报公司贝尔实验室的专家研制出了一个跳蚤型机器人，其中的硅质齿轮和涡轮机细小得如同灰尘粒。6万台这样的涡轮机所占面积仅有1平方英寸，人只有借助高倍电子显微镜才能看到它的外形和结构。
应用纳米技术，可以将机器、电子计算机、机器人做得越来越小。美国麻省理工学院已研制出一台名叫摩西的仅有1立方英寸大小的微型机器人，能对各类刺激作出反应，在小角落里爬行。现在，已能做出比衬衣纽扣体积还小的电子计算机、用肉眼几乎看不见的机器人。手术刀只有头发的1％粗细，不用开胸就可以进行心脏病手术。
预计未来，研制的纳米电子芯片可比微电子芯片提高几个数量级的集成度，在纳米生物学中从事研究蛋白质的结构和构成去了解生命，创造和制作纳米化工厂、生物传感器、生物分子计算机元件、生物分子计算机、生物分子马达，以及生物分子机器人等；实现分子、原子级操作，创造人工新物质，等等。
2.纳米材料
纳米材料是指由纳米量级（1纳米～50纳米）的晶态或非晶态超微粒所构成的固体物质。独特的固体结构使其具有高强度、高韧性、高比热、高热膨胀、高电导率、高扩散率、高磁化率以及强电磁波吸收能力。其研究和应用于20世纪70年代开始，现已可制备高性能陶瓷和特种合金、催化材料、传感器材料以及红外吸收材料等。
纳米是一个长度单位，它只有十亿分之一米。而纳米技术就是研究1～100纳米范围内电子、原子和分子运动规律的一项崭新技术。随着科学家们在纳米这一新领域上的开疆辟土，他们发现，虽然纳米本身是一个极小的度量单位，但是它的发展空间却可以远达生物学、物理学等多个学科。
不同类型的纳米材料在不同的领域各显身手。比如，纳米磁性材料制作的录音带、录像带和磁盘，其记录的密度比普通磁带、录像带高得多；颗粒型纳米材料可作催化剂、磁记录介质等；纳米大小的超细粉末制成的金属材料，硬度比普通粗晶粒金属的硬度高出两倍以上。
纳米涂料是指微粒粒径在1~100纳米的涂料，它们的单个粒子只有在电子显微镜下才能观察到。纳米涂料具有优良的性能，将其涂在建筑物外墙上，不仅容易附着，而且耐擦洗。将它涂在医院、手术室等空间的内墙上，在紫外光照射和有氧条件下，它还具有一定的杀菌、分解异臭的作用。
几个纳米的金属铜颗粒或金属铝颗粒，一遇到空气就会产生激烈的燃烧，发生爆炸。利用纳米金属的易燃易爆可以做成烈性炸药，或者制作火箭的固体燃料产生更大的推力。此外，纳米金属颗粒粉体也可以做催化剂，能加快化学反应速率。
将药物与磁性纳米颗粒相结合，患者服用这些纳米药物颗粒，可以自由地在血管和人体组织内运动。医生只需在人体外部施加磁场加以导引，药物就会按照医生的需要集中到患病的组织中，大大地提高了药物疗效，并降低副作用。
科学家将可降解的淀粉和不口丁降解的塑料通过特殊研制的设备粉碎成纳米颗粒，再通过物理结合制成新材料。这种新型原料生产出的农用地膜、一次性餐具、各种包装袋等类似产品可以达到100％的降解，不再污染环境。纳米技术在科学研发上的应用，开启了绿色科技的新潮流。
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