21世纪若干领域的前沿科技

材料领域1、 高温超导材料要使超导技术真正实用，需要解决三个问题。一是进一步寻找能在高温下呈现超导的物质。目前已发现了能在77K（—196°C）左右温度下呈现超导的氧化物超导体，它同原先金属超导体比较，花在冷却方面的费用要便宜得多，但是如有可能，还应寻找在更高温度下的超导体。氧化物超导体的另一个优点是在强磁场下也可利用。二是提高超导体的电流密度。这是在能源领域应用中为了提高输出功率放进效率所不可缺少的。三是降低成本。开发中反复试验非常费钱，只有成本降低才可能推广。2、 碳纳米管这是新型碳分子，将在未来材料中大显身手。首先发现的是C60，它是由五角形和六角形组成的像足球那样的分子，后来发现这种被称为“法拉伦”的碳分子有许多种，所含的原子也比60多。它可以成为高温超导体，也可以作为纳米级作动器材料。碳纳米管是指更小的直径约为1纳米的管状碳分子。可以利用因为管状构造而改变了导电性的性质。此外，对它施加电压可以释出电子，所以有可能用它作为节能的精密电子束源。3、 塑料的回收利用塑料是废弃物处理中大宗材料。塑料的回收利用可分为两大类，一是粉碎加工后使其再次成为原料（原料回收），另一是作为燃料利用（热能回收）在原料回收中，可用聚丙烯作为添加剂，也可以用在纤维化的PET（聚乙烯对苯二甲酸脂）中织成布。在热能回收中，有的将其固化、有的将其变成油。变成油的废塑料，普通的锅炉也能利用，但成本较高。无论固化、油化，都要注意盐酸回收作为防止二恶烷的对策。4、 智能材料顾名思义，智能材料是指拥有“智能”功能的材料。通常为了实现复杂功能，需要复杂的构造，而复杂了以后，为了提高可靠性就要加大费用，还会产生不可修理之类问题。为了解决这一问题，人们期待实现既简单又高级的技术。材料的智能是指材料拥有；当强度下降时能及时发现并能表示出其变化的自诊断性;当进而失去强度能予以修复的自愈性；能柔软地适应环境变化的环境响应性等。现在已经有了利用导电性的变化表示自己寿命的建材和根据温度变化释放出水的高分子材料。5、 超分子工程利用不同种类分子之间作用力构成复合体，使得能够发挥超过原先分子的新功能时，这样的复合体被称为“超分子”。对能够很好利用间力工作的零件的分子进行加工，使其构成胜过分子而能实现我们意图的超分子，这种的技术便是'超分子工程”。利用超分子工程能够制造以前无法制造的纳米级的分子管。现在还只达到设计功能的阶段，今后可期待成为纳米机器、分子工厂等用以制造极小构造的基础技术。6、 新触媒技术今后人们将开发并利用新触媒。例如，氧化钛这样光触媒将成为环境净化技术的基础。目前，利用氧化钛的抗菌产品已在推广。此外，还提出了利用光触媒进行发电的设想，以及取出酶使其在体外作为触媒发挥作用。消化酶的a胰凝乳蛋白酶在体内能促进蛋白质分解反应，而在有机溶剂中则可促进脂化和脂交换反应、肽结合反应等。此外，人们还知道改变溶媒种类将改变对光学异性体的反应；这可构成高选择性的触媒。可以说，把酶作为触媒有不少优点。7、 生体材料、人造脏器开发人造脏器的最大问题是取得高可靠性部件和不形成血栓的材料。它正是当前人造心脏长寿命化的瓶颈，也是其他要植入于体内的脏器共同要求。目前作为生体材料，有作为人造皮肤用的'基托桑”和骨胶原、作为人道骨的磷灰石钙等。还可以培养生体细胞和组织，使其成为人造脏器的材料。这些用后容易分解、既柔软又结实的生体材料，除了用以制造人造脏器外，还可用于工业应用。特别是家用机器人，同人碰撞时要保证安全，用这种材料制造非常适宜。8、 极限材料要实现高效率的复合发电以及在宇宙射线不绝如注的宇宙空间长期工作的机器，都需要开发能长期在极限环境（高温、高压、高辐射）下稳定工作的材料。现在正在开发能耐高温高压的涡轮叶片用的陶瓷。今后为了支持许多技术的提高，开发极限材料将是重要课题。城市和建筑领域1、地下及超高层建筑当土地利用高度化时，必须有对付城市密度过大和防止灾害的具体手段。在日本，人们提出往地下发展和建立超高层建筑的建议。关于利用地下，人们提出在大深度的地下，建立巨大的共用的沟道，在其中放置电话、电力、煤气。物流等城市生活必需的管线，而在浅深度的地下设立封闭空间，把城市设施如剧场、博物馆、百货商店等放在那里。至于超高层建筑，现在人们已提出了建立上千米，上万米高层建筑的设想，这些在技术上都已可能。但是这样的超高层建筑就像网络的节点一样分布在城市中，需要同置于地下的地下设施，像岛屿一样分布的建筑群之间如何在大深度地下用生活管线连接起来等问题一并考虑。2、城市的集中和分散随着土地利用的高度化，要求在建筑之间设立绿化地带。这样，城市的构造就像网络一样被分成不同的功能部分，交替地出现功能集中部分和绿化地带，这就是所谓的“群组化”。此外，还要考虑防止形成效岛，设立避火带等。在把城市功能集中时，希望同时供电供热的机构能靠近一点，否则大规模供热比较困难。为了高效率地利用能源，合理地安排城市功能的集中和分散是重要的。交通领域1、 ITS（智能道路交通系统）现在已经开始利用信息技术使汽车和道路智能化，以试图解决交通问题。除了提高运转性能和操作性外，研究开发还为了实现防止交通事故、减轻堵塞、减轻环境负担等广泛目标。汽车的智能化无疑将促进导行技术的进步。已经实用化的有用雷达测定同周围汽车的距离，以防止发生事故的系统，通过时可从预付卡自动收费的自动收费系统（ETC）。利用道路控制信息避免堵塞的导行，有助于减轻堵塞、节能和降低环境负担。2、 下一代高速船现在许多船舶利用柴油机作为动力，它会产生NOx和SOx污染环境，因此需要开发低公害的高速的下一代船用发动机。日本运输省的计划是要开发低公害高效率的燃气涡轮发动机。为了用于船舶应使其适应于船舶的特有负载，还考虑了利用超导电动机推动超导船，这是因为利用超导技术有可能制造高输出功率的小型电动机。同在地面上使用的机器不同，在船上使用的机器要力求实现小型化、轻量化。3、下一代超音速飞机（SST）以前人们开发过像协和式这样的SST，虽然花了巨额开发费用，但由于噪音和冲击波等公害问题而无法实用，但是在高度信息化社会，同样要求物流高度化因而需要有新一代SST，何况SST有巨大的经济效益。为了减轻公害，下一代SST应该采用能快速上升到超高高度的新型机体外形。另外，还要开发用以制造机体的复合材料等。4、 线性马达车超导体在磁场作用下将发生悬浮，利用其排斥力而行走的交通工具，因为行走不利用摩擦力，因而能够实现安全高速化。日本从1970年便开始开发。目标是营业时速达到500公里，使东京大皈只要1小时便可到达。现在正在山梨县的试验线路上试运行。1999年4月曾达到552公里/小时，还确认了不会发生突燃猝熄（不论何种原因使超导恢复成常导），以及冷冻机和磁体可反复利用的耐久性。现在尚待解决的课题有降低成本和实现长期耐久性等。要开发允许高电流密度的超导线材，有许多地方还要依赖基础技术的进展。5、 燃料电池汽车美国加利福尼亚州规定，从2003年起出售的汽车中，有10%应该是无废气排出的零排气车。实现零排气的手段引人注目，它就是搭载利用氢和氧发生反应而获得能源的燃料电池的汽车。现在正以使用甲醇等含氢燃料为主开展研究，另外也对使用储备氢合金的燃料电池作为汽车动力开展研究。德国早在1994年便已开发出使用甲醇的燃料电池车，现在已开始把它用在大型公共汽车上。6、 柴油机的改进为了限制NOx和SOx，消减