日本当前高新技术七大热点，本文主要内容关键词为：热点论文,高新技术论文,日本论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
预测科学技术的遥远未来是件很困难的事，而从现在起预测在近几年内科学技术可能发生的事情就更加困难。目前日本经济处在前所未有的底谷时期，因此，迫切希望科学技术能有所突破，以刺激市场经济。本文所介绍的就是近期内可能获得突破的七大高新技术。
一、人工脏器
人工脏器是能对经济社会产生重大影响的高新技术产品，它能提高生活质量，确保劳动力回归社会，安心地从事各项工作。目前脏器移植已不存在伦理道德问题。从市场需要来看，今后将会得到重大发展。特别是人工肾和人工血管长期以来已投入实际应用，其技术革新正突飞猛进地向前发展。
人工脏器大体分为体外循环型和体内适用型两种。体外循环型脏器有血液循环用人工心脏，排除血液中废物的人工肾和肝以及能向血液补充酶和激素的人工胰等。体内适用型脏器则深埋于人体内，例如人造血管、人工气管等，从功能上看，并不复杂，但关键在于材料。
实际上，在人工脏器中，以人工肾进展最快。肾脏的功能是把溶于血液中的多余水分、废物以尿的形态排除体外。当这种功能下降时，尿便难于排出，体内会因积存多余的水份和废物而影响健康。人工透析装置就是替代肾功能，净化血液，排出水份。
然而，人的肾脏在进行有选择的过滤后，还能对人体所需之物进行再吸收。为此，最近人们在研究开发具有选择性过滤和再吸收功能的人工肾。但是，肾脏除具有以上两种功能外，还具有造血功能、维他命D活化功能等代谢功能。要开发具有这些功能的人工肾即使在将来也并非是件易事。
由此看来，现在人工肾实际上只不过是一种透析器。仅日本一国而言，每年约有10万肾功能不全者借助这种透析器而获得新生。应该说这是一项了不起的伟大成果。
如前所述，人工透析器也正在从简单的透析型向过滤型或过滤再吸收兼备型的方向发展。过去使用纤维素膜作材料，而如今则在使用醋酸纤维膜和聚甲基丙烯酸酯膜。这些材料易于控制过滤功能，并能排除构成尿毒症主要原因的中分子量物质。
除功能和材料取得进展外，人工肾在小型化方面也已取得明显的进展，在不久的将来，体内用透析器将会问世。
人工血管的开发也在取得迅速进展。过去血管的代用品曾使用过象牙和金属管，但效果不甚理想，其后经反复实验，发现医用聚酯纤维和特氟隆具有在人体内不易劣化和良好的亲和性特点。
人工血管可移植于心脏的大动脉至膝关节和前腕的动脉。如果移植于较细的动脉部位，则在其内侧易生成血栓。在静脉内，因血流速度较慢，比动脉易形成血栓，因此，长期以来，人们希望能研制成直径在4-6mm以下的人工血管。
日本的德尔莫和塞伦两家公司，经过共同研究终于制成了内径不足4-5mm的人工血管，并于1993年10月14-15日在三重县四日市召开的日本人工脏器学会上公布了该项研究成果。
两家公司所研制成的人工血管是由聚酯纤维丝编织而成，并用具有柔软性的树脂增强其外部。两家公司还发现当使与血凝有关的蛋白质分解酶和血纤维蛋白溶酶发生作用时，还能提高其与人体的亲和性。如在血管内壁使用这种材料，则能抑制血液凝固、血栓的形成。这种血管能促进组织癒合。为了调查这种血管的血液亲和性和组织亲和性，两家公司利用12条犬进行了移植实验，并取得了理想的效果。
人工脏器是尖端医学的代表。人工脏器即使在将来也不可能完全取代人体器官的功能、特别是由于人工脏器与人体存在着接合部，因此必须要适合于人体，否则便不能使用。解决这个问题，将会使人工脏器取得突破。要获得这种突破，开发材料则是关键。
二、常温核聚变
1989年，美英两位科学家宣布已成功地利用重氢电分解，在常温条件下引起核聚变。这一消息立即引起了世界上极大的轰动。
以往的高温核聚变存在着许多技术难题，一般认为，即使到21世纪后期都很难实现，因此，人们便把希望寄托在常温核聚变上。
迄今人类主要在使用石油和原子能等各种能源，但是这些能源存在着不少问题。
石油的埋藏量有限，将来总会遇到枯竭问题。而石油又是合成纤维和塑料的宝贵资源，大量燃烧，会排放二氧化碳，导致地球变暖。
原子能因缺乏有效的放射性废物处理措施而面临着新的困难，因此，人们希望发现一种能替代石油和原子能的能源。
常温核聚变可能会成为新的能源之神，它的实现已引起人们的广泛关注。
为此，日本通产省能源资源厅于90年代初制定了“新氢能研究开发计划”。4年期间共投资40亿日元，通产省30亿日元，民间企业投资10亿日元。参加这一计划的民间企业有三菱重工、东芝电气、日立、NTT、东京电力、关西电子、东京煤气、大阪煤气等众多企业。
所谓新氢能，就是指常温核聚变而言。
通产省的这个计划分两步进行：第一步是利用前两年进行国内外调查，建立实验系统，并进行验证实验；第二步是利用后两年，对其实验系统进行改进，评价其再现性、可靠性、最后建造10kW级的大型大功率实验装置，并进行热发生实证试验。
这是一项惊人之举，是确定常温核聚变能否成功的关键，如能成功，必然会引起世界轰动。
另一项研究计划是由波恩斯博士与NTT基础研究所主任研究员所共同开展的研究，是在日法合资企业中进行的。
在以往的世界余热发生数据中，这项共同研究取得了惊人的成果。据说其余热发生量约为输入能量的6倍。如能达到这种程度、那就能立即成为可实用的能源。问题是要解决余热的稳定发生问题。
从技术上讲，电极材料是打破这种障碍的关键。如能弄清余热发生机制和电极材料、结构发生的变化，那么就能发现稳定产生余热的方法。然而，由于波恩斯是电化学家，不善于物理解析和分析。而山口则是研究半导体的物理学家，在理论方面曾取得过辉煌的业绩，因此，两者联手开展研究，有可能取得重大突破。
井村研究所的研究开发也已引起人们的关注。井村研究所是日本最早专门从事常温核聚变研究的研究所。所长是国松敬二，其研究规模据称超过上述国家计划。
目前该研究所已取得多项成果。例如已能准确地测量重氢进入电极铂中的比率，已弄清重氢吸入率与余热之间的相互关系。这些成果已引起世界的关注。
过去，该研究所把研究开发的重点放在提高重氢吸收率方面，并取得了成功。但从能源的实用性角度看，与重氢吸收率相比，提高余热发生率似乎更加重要。从理论上讲，重氢吸收率一旦提高，那么在重氢之间引发核聚变的机率便会增大，余热也应与之成比例地增加，但在过去却不知何故其余热不见增加，其热量仅为输入能量的30%。
然而，据最新研究成果表明，这个谜团正被逐步揭开。通过实验，现已掌握了有关电极材料、电解液、电流密度、电极配置、电极温度等基础数据。这些数据已开始开花结果。如能考察一下研究现场，那会令人感到常温核聚变也可能会尽早地实现实用化。
三、高温超导器件
超导现象发现于1908年，随后人们虽然一直在从理论上探索这种现象，但却始终未能如愿。临界温度在以往的60年期间仅从4k上升到23.2k。然而自1986年穆勒等人发现氧化物超导体以来，其临界温度便有了飞速的提高。并迎来了实用化的时代。日本超导体单晶的制造技术取得了惊人的进展，在超导器件实用化方面，日本居领先地位。
穆勒等人发现氧化物超导体的消息迅速传遍全世界，从而拉开高温超导体竞争的序幕。日本以研究金属系超导材料的企业为中心，参加了超导材料研究开发的竞争。众所周知，高速元件和线路中的散热问题，是实现超高速计算机中的关键，而高温超导器件能在其中发挥重要的作用，因此，电子产品厂家也相继参加了这场竞争。
在美国首先参与超导研究竞争的是从事电话系统研究的贝尔实验室。由于该电话公司的中央办公厅楼设有一台大型计算机，因此它们认为新材料能改善通信技术条件。
在氧化物超导体研究中，一举成名的是生于中国的物理学家张波尔教授。他所制造的YBa[,2]CuO[,7]-X是著名的超导体，根据其金属离子比率被称之为123化合物。
在张教授公布这一成果之前，日本和中国也已研制成同样的123化合物，并进一步提高了转移温度。由于这些化合物均超过了液氮温度77k，因而一举明确了应用的前景。
1993年9月1日国际超导产业技术中心的超导工程研究所与名古屋研究所第4研究室合作，利用液相外延生长法，制成了铟系(YBaCuO)超导体单晶薄膜。
单晶薄膜厚度为30微米。在有氧500℃中经24小时退火后，显示带磁率临界温度为86k的超导特性。过去薄膜制造是采用溅射法，因此很难制成单晶薄膜。而采用这种液相外延法，则可用比较简单的装置，以任意厚度制成优质的单晶膜，并大大地有助于器件的应用研究和氧化物超导理论的确立。
单晶薄膜的制造成功为超导器件的应用开辟了一个崭新的时代。
单晶膜是通过采用富溶质液晶拉伸法，在MgO等衬底上从液相析出YBa[,2]Cu[,3]O[,7]-X而制成的。
X线解析结果表明，衬底上形成的YBa[,2]Cu[,3]O[,7]膜呈C轴取向，截面显微镜观察表明，膜厚为30微米。X线背面照片看，单晶膜确实由液相生成的。
超导除能在无电力损失的情况下，输送更多的电流外，还具有排除磁力线进入物质内部的特性，同时还具有约瑟夫森效应等特征。因此，不仅能提高能源效率，而且还能在各个领域得到广泛应用。目前世界各国都在大力开展这方面的研究。迄今日本的各项研究成果，将会极大地促进超导器件在电子领域中的实用化研究。
四、电动汽车
美国加利福尼亚州90年代规定汽车销售点从1998年开始必须销售一定数量的电动汽车，在1998年在其汽车销售总量中占2%，到2001年要达到5%，到2003年时要达到10%。在加利福尼亚州只要销售汽油车和柴油车，那就必须要从1998年开始销售一定数量的电动汽车。加利福尼亚州的这项规定将会对各国的汽车产业产生巨大的影响，并将推动电动汽车的开发和普及。
截止1991年3月底，日本拥有电动汽车1000辆左右，其中货车占4成，普通的客货小型车合计不足100辆，另外，偶尔看到的电动汽车大多是行政机关或自治体的车辆、电气公司的服务车和巡逻车。
为此，日本通产省在1991年10月制定了“第三次电动汽车普及计划”，其目标是在2000年将电动汽车发展到20万辆。根据计划，在1991年至1993年以国家、地方自治体、公共团体为中心，使拥有辆数达到1100-2700辆，而后到1997年，普及的重点将移至公益事业、零售业、服务业以及一般企业、数量将达到6500-36000辆，在1998年至2000年将向一般用户普及，目标是要达到6-20万辆。
电动汽车的关键技术是电池，但其性能常因周围的温度、电池的新旧程度而变化，目前电动汽车所用的电池几乎全部是铅电池。铅电池的性能是，能量密度为30-40Wh/kg，出力密度为100W/kg、寿命为500～1000个周期，充放电效率可达70-90%，快速充电会缩短寿命。因此，铅电池的性能已成为电动汽车的最大课题。
新型电池镍镉电池的能量密度比铅电池大20-40% 为50Wh/kg左右，出力密度也大，寿命是铅电池的2-4倍，充放电效率接近90%，而使用寿命也不会因快速充电而缩短，这种电池目前正在部分电动汽车上试用。
然而由于电极中使用着有害物质镉，因此必须要建立回收和再利用用后电池的再循环系统。
目前人们正在加紧研制用贮氢合金取代镉的镍氢电池。与镍镉电池相比，这种电池的特点是能量密度大，为70Wh/kg，寿命长。今后的问题是必须要解决实现大型化中的问题。东北电力公司在研究实验车中所使用的30个电池中，有20个是密闭型镍氢电池。
镍锌电池因电极材料费低廉和无有害物质而很有发展前途。与镍镉电池相比，这种电池比重轻，又因电压高而具有较大的能量密度和出力密度。目前日本电池公司和关西电力公司共同研制的密闭型镍锌电池，其能量密度可达85Wh/kg，但是这种电池存在着一个致命的弱点，就是只能有200-300个周期。原因是在反复充放电的过程中，容量会下降；充电时锌电极会产生突状物，这种突状物会随着充电次数的增加而增大，以致剌破镍电极。目前正在采取措施，在负极中渗加不产生突状物的物质。
提高电池性能确实有助于提高电动汽车的性能，但是在电动汽车的能量损失中，轮胎的摩擦和空气阻力则是更实质性的因素。
例如，如能使轮胎的滚动摩擦减少一半，那么普通汽车则只能减少百分之几的能量损耗，而电动汽车则可减少25%的能量损耗。一般轮胎的滚动摩擦为0.01，而石桥公司的特制轮胎则可达0.006。目前市面上销售的汽车底盘的空气阻力系数为0.2，东京某公司已设计出底盘空气阻力系数为0.19的汽车。
为了消除传动系统的损失，电动汽车宜采用直接驱动方式，也就是说，4个轮子上分别装上马达，用以驱动车轮，因此马达的旋转能直接传至轮胎。当停车时，马达反转进行发电，而后供给电池，以消除制动时的能量损失。
要普及电动汽车，那么电动汽车的性能要能与普通汽车一样，而且经济性还要超过普通汽车。因此，电动汽车的车辆设计要完全不同于普通汽车。如果从底盘、轮胎到驱动方式，都与普通汽车一样，而只提高电池性能，那么电动汽车就不可能有发展前途。
电动汽车仍是一种交通工具，一方面应在车辆设计上下功夫，另一方面还应加强基础设施建设即建立取代加油站的充电站。日本通产省拟对全国6万个加油站进行改造，在1995年将改建成100个充电站，到2000年时将建成2000个充电站。目前的充电时间各种各样，全充电则需时间10-60分，有时则需要15-30分。而加油站的加油时间则仅为6分钟左右。
为了节省充电时间，目前人们在研制电动和太阳能相结合的混合型汽车，将来电动汽车和太阳能汽车之间的区别就会消失。
1994年日本大发公司研制成一种混合型电动汽车，这种汽车除装有电池、马达外，还装有发电用660cc汽油发动机和发电机。
五、生物药品
从80年代初开始生物药品作为一种“理想的新药”而引起人们的关注。特别是生物药品能有效地医治癌症、爱滋病、遗传病等疑难病症，克服了化学医药品的局限性，因此人们对其寄于很大的希望。
在日本首先问世的生物药品是通过基因重组而大量生产的生理活性物质激素、酶、干扰素、抗体等。其中尤以与免疫机制有关的物质干扰素最受人们的重视。
第一号生物药品是由两家日本厂家利用细胞培养而生产的β干扰素，1985年予以注册。干扰素是由淋巴球生成的物质，当病毒进入细胞时，便能迅速生成，并进入其他细胞，抑制病毒的增殖。由于这种功能可能会有效地抑制癌细胞，因此人们便研制成了这种干扰素。干扰素分为α、β、γ三种类型，此外还有许多的亚种。在日本最早利用基因重组批量α干扰素的是武田药品工业，1987年实现商品化，其后许多其他企业也开始开发和销售干扰素。
另外，乙肝疫苗、人胰岛素、人成长激素等也实现了商品化。
1986年美国伊拉利公司开始销售利用基因重组制成的用于治疗糖尿病的人胰岛素。胰岛素原来来自动物的胰脏，数量有限，如利用基因重组便能在大肠菌中批量生产。
成长激素由于只能从人的脑垂体中获得，因此只能利用遗体，而利用大肠菌则可批量生产这种成长激素。初期的生物药品是利用高新技术的成果。
然而初期的生物药品并未像人们所希望的那样发挥出划时代的作用。例如干扰素虽被人们称之为理想的抗癌剂，但其适用的范围则仅是一小部分，从而人们对整个生物药品的评价产生了怀疑。但是最近事态又发生了巨大的变化，生物药品的评价不仅在提高，而且其销售量也在急剧增加，目前其市场销售额已达3000亿日元，而且增势不减。
导致事态发生巨变的主角仍然是干扰素。后来得知干扰素对医治C型胆炎有明显疗效，日本武田药品工业公司自90年代投产以来，产量一直供不应求。
其后不久，人们又陆续研制成了血栓溶解剂的TPA（组织血纤维蛋白溶解酶原活化因子）、尿激酶、单克隆抗体等。TPA具有溶解血管内血块的作用，同样血栓溶解剂的尿激酶也具有相同的作用，而且是通过培养肾细胞而制成的。
1990年，日本中外制药公司、骐驎啤酒公司和三共公司共同研制成了肾性贫血治疗药物EPO。1991年中外制药公司又研制成了能增加白血球的生物药物。这种药品与干扰素一样，在增加生物药品销售额中发挥了巨大作用。如果造血功能能代替输血，那将会形成巨大的市场。
今后各种诊断药剂是很有发展前途的领域。诊断药剂的市场在不断扩大，1991年其产值达3500亿日元，目前在这一领域中发展最为迅速的是利用单克隆抗体的体外诊断药剂。
据称某种抗体只适用于某种抗原。单克隆抗体技术，就是利用抗原抗体反应，单克隆抗体过去曾用于治疗癌症，利用单克隆抗体调查抗原就是单克隆抗体在诊断药剂方面的应用。
单克隆抗体的另一使用领域是利用它可以把药物输送到人体的预定部位。例如使抗癌剂附在单克隆抗体上便可攻击癌细胞。也就是说，以往的医药品是通过血液传致全身，因此只有部分药剂对病灶发挥作用，而单克隆抗体则可携带相应的药物直接作用于病灶。如果各种药物均可以使用单克隆抗体，那将会形成庞大的市场。
然而应指出，几乎所有的生物药品都是由美国的风险企业研制成功的，因此，基本专利大多由这些企业占有，日本企业在制造销售时会遇到专利侵权问题。1992年7月日本大阪高等法院判决日本东洋纺公司因在TPA上侵犯了美国基因公司的专利而禁止其生产和销售，知识产权问题会对日本企业今后的研究开发现状产生相当大的影响。
安全性与知识产权问题一样，也是对今后发展会产生重大影响的问题。生物技术包含着许多未知技术，因此可能会发生各种各样预想不到的事件。日本昭和电工公司所造成的L-色氨酸食品污染事件就是一典型的案件，因此在开发生物药品时要对其加以充分考虑。
六、光半导体器件
光半导体器件是实现高度信息化社会的关键技术，目前正受到人们的重视。光半导体器件种类繁多，有的已进入实用阶段，有的正处在研究开发之中。但可以肯定光纤的有线通信系统毫无疑问会进入普通家庭。光半导体器件一定会在广泛的领域中得到应用。
从与光的关系看，光半导体器件有发光器件、受光器件，通过光的半导体器件、处理光的半导体器件、记录光的半导体器件。其中已实用化的是发光和受光器件，后三者有一部分已实用化，但大部分则处在研究开发阶段。
1992年据估计日本光产业的国内产值为34400亿日元，其中包括光半导体器件在内的光器件为8800亿日元，光设备和装置的产值约为25600亿日元。
光半导体器件的今后动向依不同领域有如下变化：
发光器件 发光器件的生产规模主要取决于光通信的实用化水平。当以普通家庭为对象的光通信系统实用化时，作为其光源的半导体激光器、发光二极管的生产规模将会大幅度扩大。另一方面，从技术方面讲，面发光型半导体激光器的开发、超小型激光器的开发、发光波长的短波化等将会对光电子技术产生巨大的影响。
此外，最近取得迅速进展的是硅发光技术。硅是以集成电路为中心的在电子器件中被广泛使用的材料，在光电子领域中也是主要的受光材料，但却不能作发光器件材料使用。然而最近的研究开发表明，如能在硅片上形成微细的空穴，那就能发光，从而为光半导体的应用开辟新的可能性。
受光器件 在光通信中使用的器件的市场规模虽然与发光用器件大体相同，但从技术方面来看却远不及发光器件那样丰富多彩。目前电荷耦合元件正在进一步走向高密度化，今后在图像处理领域中，作为输入器件有可能会扩大应用领域。
通过光的半导体器件 随着光通信的普及，人们会强烈要求在一个器件上，以电子形态处理进入光的信息。作为通过光的功能（不是发光功能），有可能会使用砷化镓等化合物半导体。
光处理的半导体器件／光记录半导体器件 目前人们正在从不同的角度研究开发光计算机。通过光半导体完成处理功能和记录功能是重要的课题。通过使用砷化镓等化合物半导体的非线性光学效应，便可研制成相位共轭器件，当然这种器件要投入实际应用，还需要相当长的时间。
七、超级金刚石
金刚石是碳原子紧密结合的结晶体，是地球上最坚硬的物质，因此在工业上多作研磨机切削材料使用。1955年美国在世界上首次制成了人造金刚石。目前人们已能以用烷气和氢为原料气相气成金刚石的多结晶膜。如能进一步对其实现高纯度化和单晶化，那就能制成超级金刚石，如果研究开发进展顺利，超级金刚石就有可能成为取代硅的主要的半导体材料。
自美国制成人造金刚石以来，金刚石在工业上的应用便得到了飞速的发展，如今金刚石的用量已成为衡量一国工业水平的指标。
日本工业用金刚石的进口量约为5000万克拉（1克拉为0.2g），其中95%以上是人造金刚石，其大部分作磨料使用，金刚石原料呈粉末状（直径为0.7mm以下）。
金刚石粉是通过高温高压法而制成的。它是在1500-2000℃、5-6万大气压的条件下把碳缓慢地变成金刚石。因此需用大型装置和很长的时间。最近，日本科学技术厅无机材料研究所已研制成3万吨级挤压机，从而为工业化生产人造金刚石拉开了序幕。
目前，人们都研究利用气相合成法制造金刚石薄膜，原苏联和美国也在研究气相合成法，但自日本无机材料研究所研究小组以明确的形式确立合成法以来，日本的合成技术便在世界上居于领先地位。
气相合成法除可选择金属和陶瓷作衬底外，还能通过选择可降低衬底温度的条件，在塑料或纸张表面上形成聚结微晶的薄膜层或非晶质金刚石层，以构成金刚石特性。
天然金刚石在产业中主要作切削工具使用，随着薄膜技术的进步，将为天然金刚石在电子领域中开辟新的应用。多晶半导体材料存在晶界杂质、晶格混乱等许多缺点，因此人们正在加紧研究可在高电压、高频、高温条件下使用的单晶金刚石。
硅半导体是所有产业的基础，但从长远来看，未必能满足产业对导热性、耐热性、耐放射性、化学稳定性的要求，因此，超级金刚石作为一种强有力的半导体材料便应运而生。
日本神户炼钢厂和住友电气工业公司两家公司在金刚石半导体研究方面，居世界领先地位。神户炼钢公司首先在世界上制成了多晶薄膜场效应晶体管，随后又研制成以单晶金刚石为衬底的场效应晶体管。但是据称要制造面积在1mm[2,]以上的金刚石晶体是非常困难的。
另外，该公司还在开发可在500℃高温条件下使用的双层金刚石薄膜微型热敏电阻。
住友电气工业公司也在开展同样的研究开发。该公司已研制成光热传导性金刚石散热器，并开始销售。此外，富士通公司、日立制作所等半导体厂家也在大力研究超级金刚石，以作为下一代器件材料之用。
原来金刚石具有频波间隙大、电子·空穴迁移率与硅材料一样、电容率较低等特点，但是超级金刚石的热传导率则是硅材料的10倍，发光能量则是其6倍、空穴迁移率则是其5倍。
因此，利用超级金刚石可制成长寿命、高可靠性的优质半导体，这种半导体可在宇宙空间、核反应堆、汽车发动机等高温、高压、紫外线等严酷条件下使用。利用超级金刚石半导体还有可能制成下一代超高速超大规模集成电路和超小型超级计算机。
据新金刚石论坛预测到2000年时，金刚石市场规模将达到7000亿日元左右，如果金刚石半导体实用化，那么仅这部分市场规模就可达到1-11万亿日元，整个金刚石工业的市场规模就可能达到2-13万亿日元。今后的研究开发重点是如何才能制成超高纯度单晶超级金刚石薄膜。