第一次技术革命始于18世纪60年代，是以蒸汽机的广泛应用为标志，推动了社会工业化的大革命。第二次技术革命发生在19世纪70年代，是以电力的广泛应用和无线电通讯的发明为标志，把全球推进到了生产自动化的文明社会。第三次技术革命的掀起是在20世纪50年代以后，科学家们进行了一些重要的实验，以发现了原子结构、电子、原子核分裂产生原子能、电子计算机、激光的广泛应用为标志，把人类社会推向了高度智能化的高度文明年代。随着高温超导体的发现，科学家们借着高度灵敏的科学灵感，第四次技术革命即将到来！这是多么令人振奋的消息！在人类发展的历史长河中又要增添闪光的新星。回想超导材料发展的艰难岁月，科学研究者作出了多少艰辛的努力！1911年的一天，荷兰雷登大学的卡未林，翁纳斯（K．Onnes）突然向世界宣布，他发现了超导现象！这个消息震撼了世界，人们以十分兴奋而赞赏的目光注视着他的研究工作。1908年前，翁纳斯成功地将气体氦进行液化，使液体氦的温度接近绝对温标的绝对零度（零下273℃）。这样，当翁纳斯的助手在接近绝对零度的温区研究金属汞的电阻和温度的关系时，发现在绝对温度4．2K附近，汞的电阻突然由0．125欧姆降到零。他的助手向翁纳斯报告了这种奇怪的令人难以置信的现象。翁纳斯开始并未介意，认为这可能是实验上的失误。但他还是以非常认真的态度，闭门谢客，把自己关进了实验室，经过一天一夜的观测，次日清晨，他向全世界宣布了他的实验结果。这个结果，具有无穷的凝聚力，吸引着许多富有探索精神的科学家，在世界科技界，掀起了超导研究的热浪。有人努力寻求电阻为零的新超导材料；有人探索超导材料的微观结构和微观机理；有人研究超导材料的电磁特性并且开拓它的应用领域。科学家们经历了75年的艰难岁月，尝遍了甜酸苦辣，已查明在元素周期表里的大部分元素本身都具有超导特性或在高压力作用下呈超导现象。科学家们已肯定了其中只有33种元素本身没有超导性。但是，那些元素的超导转变温度极低，只有零点几度（绝对温度K）至几度（绝对温度K）。随即，由巴丁（J．Bardeen）、库柏（L．N．Cooper）和施瑞弗（J．R．Sechrieffer）共同创立了解释超导转变的微观理论。这就是著名的B．C．S理论，这个理论在1957年问世，他们因此而荣获诺贝尔物理奖。在研究超导体的电磁特性方面，1933年迈斯纳（W．Meissner）和奥克森菲尔德（R．Ochsenfeld）的磁测量表明，超导体的磁性完全与导体不同，他们将超导金属锡（Tc=3．72K）和铅（Tc=7．19K）样品放在，这磁通完全被除在样品外，样品表面的磁通线密度增加。纠正了统治超导界22年，认为超导体和导体的磁性能完全一致的观点。这个效应被称为迈斯纳效应，是现代悬浮超导列车能够飞速运行的理论基础。60年代后期，日本就开始执行超导磁悬浮列车计划，利用超导磁力使车厢在轨道上悬浮起来，并推动车厢高速前进。1972年第一台MC-100型实验车实验成功，车长400米，浮起10厘米，但时速每小时只有60千米；1978年时速达每小时347千米；1987年载入列车的时速已达每小时400千米。日本目前已计划建设从东京到大阪的时速为每小时500千米的磁悬浮铁路。超导悬浮列车在西欧也处在实验阶段，各方面技术在实验过程中都得到不断的提高。人们期望这种列车不久将会运行在铁路上。此外，用超导材料制造的电动机、发电机、变压器、热开关、辐射检验器以及无接触转换开关、国防军工仪器等已经投入使用。
超导现象激发了科学家们的求知欲，他们的理想像火山爆发一样沸腾了整个科学界。但是由于超导转变温度太低，超导的设备、仪器、元件还需要在液氦温区（4．2K）内工作，人们不得不以巨额投资设计和建造庞大的液氦站，建立繁杂的辅助设备，把气态的氦转变成液体氦，然后通过辅助设备送到使用的装置上去。所以当超导材料的超导转变温度还是在23．3K的时候，科学家们的美梦，只好冻结在飘渺的脑海之中。然而，要提高超导材料的超导转变温度，并不是一件轻而易举的事。经过75年的漫长岁月，超导材料的超导转变温度从4．2K到23．2K，仅提高了19K，这种缓慢的进展速度，多么令人困扰！1986年秋，中国科学院物理研究所的赵忠贤、陈立泉等人在镧钡铜氧和镧锶铜氧的氧化物体系中观察到了在46．3K和48．6K下的超导转变，同时物理研究所李林教授领导的研究小组，用溅射方法制备出超导转变温度为25～27K的镧锶钡氧超导薄膜。中国的科学家，在高科技的国际竞争中已进入角色。1993年，美国得克萨斯超导研究中心的美籍华人朱经武宣布，他制备出氧化汞、钡钙铜的超导体超导转变温度为153K（零下120℃），这是目前的最高纪录。
全球超导热的涌起，实际上是一场综合国力和科学水平的竞争，形成了美、中、日三国三足鼎立的格局。谁都不甘落后，新的研究，新的成果不断涌现，尤其是在1987～1988年间，几乎是每三天都有高温超导研究的新突破。还有一些科学家，如日本的科学家声称曾发现锶钡钇铜氧超导体系有60℃的超导转变，一些科技刊物多次报道发现室温超导的现象，美国休斯顿大学的科学家也声称在铒钡铜氧体系中发现有230K（零下43℃）的超导转变现象，遗憾的是，这些结果无法重复成功。超导研究的每个突破都牵动着无数人的心，震撼着科技界、产业界，各国政府都为超导研究鸣锣开道，美国原总统布什曾公开宣布他要亲自过问超导研究，可见其重视程度。
超导热持续升温，而且持续的时间是科学史上最长的，涉及的人数也是最多的，这是什么原因呢？正如高温超导体一出现，世界的科学家们就断言：第四次工业革命即将到来。因为高温超导体实现了在强电方面的应用，全球的电力输送，从发电到供配电模式都将全部改变，若能做到无损耗地输电，仅美国一个国家一年即可节省100亿美元。采用超导材料建设超导电子对撞机的电子贮存环，有可能使达到40万亿电子伏特的粒子发生对撞，对揭示神奇的微观世界和物质结构元将有重大的贡献。超导在弱电应用方面，如电子通讯、信息技术、精密仪表、核物理、医学、军工、宇航的应用均有着广阔的前景。高温超导的超导量子干涉仪已经诞生，为在上述领域中制备有关仪器打下了基础。日本东海铁道和铁路新技术研究所声称时速每小时为550千米的悬浮列车已经研制成功，并计划于1996年完成全部试验，投入使用。超导材料的成功应用，对电力工程、磁流体发电、超导电子学、地球物理、国防科学、生物磁学、医学等十几个学科都带来重大影响，高温超导材料在21世纪无疑会大放异彩。
纳米材料定乾坤
1959年，诺贝尔奖获得者，美国物理学家查德·费因曼（Richard Pbillips Feynman）曾经提出：“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，将会产生怎么样的奇迹？”这并不是一位科学家的异想天开，随着纳米材料科学的出现、发展与完善，它很快变成了现实。纳米科学将对人类社会生产力的发展产生深远的影响，有可能从根本上解决人类面临的重大问题，如粮食、健康、能源和环境保护等。
纳米材料指的是指材料的尺寸处于1～100nm（纳米：即10～100）范围内的金属、金属化合物、无机物或高分子的颗粒。这些纳米级的颗粒显示出许多奇异的性能，这些性能既不同于通常的大块材料，也不同于单个原子状态的特性。纳米科学领域，包括纳米技术和纳米颗粒的制备方法，观测它们的奇异特性，各种纳米颗粒合成的纳米固体以及固体内的成份分布及纳米固体的新特性与有关的应用。
从19世纪60年代开始，纳米材料被发现在胶体溶液中，它们是直径为1～100nm的粒子。科学家指出，直径小于1nm的颗粒是由100个原子构成，称为原子簇团。固体的纳米材料首先是由德国萨利仑特斯大学的H．格利特（H．Gleiter）教授所领导的研究组在1984年制成，他们是用6nm（纳米）铁粉压成纳米固体。1986年，H．格利特宣称，纳米固体是一种具有奇异结构类型的固体，而且指出，在纳米颗粒的直径为2～10nm的颗粒中，其原子数目一般为100～1000个，其中有50％的体积为按不同方向排列的界面原子。这样组合而成的材料，表现出这种材料既不同于晶态，也不同于非晶态。在纳米粉末方面，性质上显现出一连串奇异的物理特性，如金属的纳米粒子并不反光而且吸收光，一般金属粉末在不同程度上都具有反射光的性质，而呈现白色或灰色。而纳米金属粒子都很黑，不反光，说明具有很强的吸光特性。另外，纳米金属粒子的熔点明显的比金属粉末低，如10纳米的铁粉，熔点降低33℃，即从1526．5℃降为1493．5℃。纳米金粉降低27℃，即从1063℃至1036℃。其粒度越细，熔点下降越显著。在光学、电学、磁学、热学等方面均与同类的块体材料不同。而且对于同一物质，即便有同样粒度，也会由于制备方法、所处的环境和测量方法的不同而得到不同的特性。
扫描隧道显微镜在1982年被G．宾宁格（G．Binnlg）和H．罗尔（H．Rohrer）发明。这种显微分析技术可以直接观察到原子，为开展纳米材料的研究创造了有利条件。到80年代末，扫描隧道显微镜不仅是一种观测的工具，而且，还可用来排布原子。为此，G．宾宁格和H．罗尔在1986年获得诺贝尔奖。这种扫描隧道显微镜的价格仅为电子显微镜的l／10，但其放大倍数要比电子显微镜大10倍以上。我国的科学家已经成功地制造了这类仪器，而且它已进入了国内某些实验室。
1989年，美国斯坦福大学的阿尔希勒奇在晶态石墨表面取走了原子因，写下了“Stanford university”的字样。1990年，美国IBM公司的埃格勒博士在零下296℃的Ni表面用35个氢原子排出了“IBM”的字样。1991年，日本电光学有限公司在硅表面上搬走原子写下了“CEOL”（公司的缩写）。1993年12月，中科院北京真空物理实验室的宠世谨教授在硅表面搬走了原子，写下了“中国”的字样。短短几年中，美、日、中三国已掌握了搬动原子的纳米技术，所写下的字母大小是一个标点符号的1／500000，表明人类按需要排布一个个原子的技术已成为可能。查德·费因曼的梦想变成现实已不是遥远的事情了，人类打开多姿多彩的原子、分子世界的时代即将到来。随着纳米技术的发展，为开发原子级存贮技术，打下了有利的基础。如果将某种存贮材料的原子一个个地按预想的方式进行排列，几个原子一组作为一个存贮单元，根据设计的功能，进行合理布局，这样就可以使单位面积（或单位体积）的存贮材料的容量提高几个数量级。这样，飞跃发展的计算机技术就会如虎添翼，超高速的计算机将遍地开花。
纳米技术推动着纳米材料的发展，当纳米材料实现原子级的布局的时候，人类就会进入一个崭新的天地。目前，在现有的科学水平上，纳米材料的制备基本上分成两个阶段。首先是纳米颗粒的制备，接着是保持这些纳米颗粒在没有受到污染（包括表面氧化）的条件下用SGPa（G为千兆帕，即10′帕）的高压将纳米颗粒压缩成纳米固体。为了使纳米颗粒不受污染，纳米颗粒的制备和纳米固体的压制都应在超高真空（10-7帕）容器中进行。生产纳米颗粒的方法很多，有机械研磨法、物理方法和化学方法。用物理方法制取纳米粉末的设备和非晶态薄膜制备的方法原理相似，都可采用电子束、激光束、高频加热、电阻加热等离子溅射，电子回旋共振等离子溅射等方法，这些方法首先将待加工的材料激发成原子蒸汽再使它们沉淀下来，然后收集粉末，进行压制。这类制备方法能获得较纯净的纳米材料，而且易于控制，但还无法解决大量生产的问题。化学方法制备的纳米颗粒，粒度比较大，且不均匀，连续压制成纳米材料比较困难。工业上已能制备的金属纳米颗粒有：钠、钾、钙、铜、钼、镥、钌、银、钽、钨、锇、铼、铱、金、铊、铂、钯等，还有部分金属氧化物。
纳米材料的应用将在材料科学史上划出奇妙的一页，如纳米镍粉或铜锌纳米粉末对某些化合物反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂金或钯催化剂。铁的纳米颗粒外面覆盖着一层5～20nm（纳米）的聚合物，可以固定大量蛋白质或酶，以控制生物反应，在生物技术和酶工程领域中大有用处。高分子的纳米材料在润滑剂、高级涂料、人工肾脏、各种传感器及功能电极材料方面均有重要应用。纳米材料的磁性功能也是非常突出的，纳米级的磁记录材料能获得很高密度的磁记录特性。纳米材料不仅包括粉状，而且还有纳米级的薄膜和纳米纤维。纳米薄膜又称超薄膜材料，制成10nm磁膜或磁带材料，其磁性能得到显著的改善，如铁—硼—硅非晶磁膜的磁导率比一般同类成分的磁性材料分别提高10倍。
纳米机器人（nano robot）也成了科学家们的新宠，第一代的纳米机器人是生物系统（如酶）和机械系统有机结合的产物，即使用多功能的微型机器人（称为易于在人体血管流动的药物），注入人体血管内，作为全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，甚至还能消灭病毒，杀死癌细胞。第二代纳米机器人是直接从原子、分子装配成有一定功能的纳米尺寸的装配装置，它具有自我调节能力和转换程序，例如可以生产人体所需的蛋白质。第三代纳米机器人将是含有纳米电子计算机的，可以实现人机对话的并有自身复制能力的纳米装置。那时，人类的劳动方式将彻底改变，劳动的主体——人将得到完全解放！纳米材料一出现，有的科学家就预言，纳米材料将是21世纪材料构成的基本单元，这就意味着，由纳米材料构成的许多新材料将会显示出许多前所未有的奇异特性。于是，美国最早成立了纳米研究中心。早在1985年，日本就建立了全国性的研究体制。英国政府在财政困难下，1992年投入1280万英镑支持纳米技术的发展。我国已在1990～1992年先后召开了两次全国性的纳米学术盛会，并把纳米技术纳入“863”计划。人类进化史表明一个真理，“一个充满挑战的时代也往往是一个充满机遇的时代”，机遇总是降临到敢于驾驭局势的人们。历史最终属于创造它的“上帝”。
