德维尔制得铝的那一年,他与德国化学家罗伯特·本生(Robert Bunsen)一起,通过电解氯化铝的络合盐得到了金属铝。但当时用蓄电池供电,代价极大,直到1867年发电机问世后,采用电解法炼铝实现工业化生产才成为可能。
1886年,电解铝技术实现了突破。美国的查理·霍尔(Charles Hall)和法国的保罗·埃鲁(Paul Heroult)两人,几乎同时分别获得用冰晶石—氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利。这也是科学史的一段佳话,因为两人虽然国度不同,但生卒年月相同,且在同样年龄,几乎同时发明了电解铝的方法。⑥
1888年,德国化学家拜耳(K.Bayer)获得从铝土矿中提取氧化铝的专利,自此氧化铝的来源得到保障。瑞士冶炼公司利用莱茵河的水力发电,能够提供较廉价的电能,电解法显出巨大优势,很快就取代了先前的化学法。电解法是铝工业发展的一个重要里程碑,从此铝工业开始进入新的阶段。
一旦技术与科学紧密结合,两者彼此推动,会在没有任何预期的情况下,涌现出新发现和新发明,进而又催生新的产业。这方面,电子管堪称范例。
电子管,又称真空管。电子二极管的发明直接与“爱迪生效应”的发现有关。1883年,美国发明家爱迪生为寻找最佳灯丝材料,在灯泡内碳丝附近安装一个小金属片以抑制灯丝金属的热蒸发。他发现当金属片连接到灯丝正极时,能够检测到微弱的电流,而连接到灯丝负极时,就没有电流。后来这一现象被称为“爱迪生效应”。
“爱迪生效应”引起约翰·弗莱明(John Fleming)的兴趣。弗莱明1877年入剑桥大学跟随著名物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell)学习,后获得博士学位。1881年,弗莱明出任伦敦爱迪生电灯公司顾问,正是出于职业的敏感,弗莱明盯住“爱迪生效应”。经过多次实验,弗莱明研制成一种能够利用“爱迪生效应”进行整流和检波的特殊灯泡——“弗莱明阀”,它有一根灯丝和围住灯丝的金属圆筒电极(作阳极),当灯丝加热时,阳极加正电压能使电流通过,而加负电压就没有电流通过。由于电子很轻,惯性很小,“弗莱明阀”可使无线电信号被检波成为人们所需的信息。
在“弗莱明阀”的启发下,不久,电子三极管问世。电子三极管的主要功能是信号放大,它由美国电子工程师李·德福雷斯特(Lee de Forest)发明。1906年,受弗莱明研究的启发,德福雷斯特在二极管的两个电极之间加了一个金属栅极,他发现当调整栅极电流大小时,其整流和检波作用更加灵敏,由此成为一种新的电子器件。正是电子二极管、三极管的发明,催生出电子管产业,又与其他的电子元器件制造组成规模化的电子产业。
电力作为新能源应用,推动建立了新产业;技术与科学紧密结合,使新发现和新发明涌现,又催生新的产业。
产业革命与其他创新因素
产业革命的兴起、发展也离不开其他创新因素,如公司制度、专利保护、科学学会、工业实验室、大学教育等,且在不同阶段呈现不同变化。这里集中分析科学学会、工业实验室和专利制度的作用。
17世纪,科学知识还远不为公众所了解,科学活动主要集中于少数科学精英。然而,正是这种精英的活动,促进了科学知识和科学精神的传播,为后来科学的社会化奠定了基础。17世纪,一批科学机构顺应时代潮流诞生,其中最重要的有佛罗伦萨的齐曼托学院、伦敦皇家学会和巴黎科学院,许多科学家、发明家都与这些科学机构有密切的联系。
伦敦皇家学会于1662年7月经特许准予成立,其全称为“伦敦皇家自然科学促进会”。皇家学会一开始就形成惯例,即把具体的研究项目分配给小组或会员个人,并要求他们及时向学会汇报研究成果。早期的会议都是会员作报告或演说,演示实验,或展览各种稀奇的东西,并对所引发的问题进行讨论。随着时间的推移,逐渐建立了若干委员会来指导学会各部门的活动。如贸易委员会从事工业技术原理的研究,向学会提出的报告涉及诸如海洋运输、矿业、冶金、纺织业等。此外,还有天文学、化学、解剖学等学科委员会。
皇家学会也集中讨论迫切的技术问题。当时木材大量用作燃料,用于造船、建筑,使森林资源急剧减少,煤炭便成为冶炼金属的替代燃料。而铜、铁、煤矿越挖越深,导致井下排水困难,现实需求促使抽水机的发明,也形成对蒸汽机的高度关注。