德維爾制得鋁的那一年,他與德國化學家羅伯特·本生(Robert Bunsen)一起,通過電解氯化鋁的絡合鹽得到了金屬鋁。但當時用蓄電池供電,代價極大,直到1867年發電機問世后,采用電解法煉鋁實現工業化生產才成為可能。
1886年,電解鋁技術實現了突破。美國的查理·霍爾(Charles Hall)和法國的保羅·埃魯(Paul Heroult)兩人,幾乎同時分別獲得用冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法制取金屬鋁的專利。這也是科學史的一段佳話,因為兩人雖然國度不同,但生卒年月相同,且在同樣年齡,幾乎同時發明了電解鋁的方法。⑥
1888年,德國化學家拜耳(K.Bayer)獲得從鋁土礦中提取氧化鋁的專利,自此氧化鋁的來源得到保障。瑞士冶煉公司利用萊茵河的水力發電,能夠提供較廉價的電能,電解法顯出巨大優勢,很快就取代了先前的化學法。電解法是鋁工業發展的一個重要里程碑,從此鋁工業開始進入新的階段。
一旦技術與科學緊密結合,兩者彼此推動,會在沒有任何預期的情況下,涌現出新發現和新發明,進而又催生新的產業。這方面,電子管堪稱范例。
電子管,又稱真空管。電子二極管的發明直接與“愛迪生效應”的發現有關。1883年,美國發明家愛迪生為尋找最佳燈絲材料,在燈泡內碳絲附近安裝一個小金屬片以抑制燈絲金屬的熱蒸發。他發現當金屬片連接到燈絲正極時,能夠檢測到微弱的電流,而連接到燈絲負極時,就沒有電流。后來這一現象被稱為“愛迪生效應”。
“愛迪生效應”引起約翰·弗萊明(John Fleming)的興趣。弗萊明1877年入劍橋大學跟隨著名物理學家麥克斯韋(James Clerk Maxwell)學習,后獲得博士學位。1881年,弗萊明出任倫敦愛迪生電燈公司顧問,正是出于職業的敏感,弗萊明盯住“愛迪生效應”。經過多次實驗,弗萊明研制成一種能夠利用“愛迪生效應”進行整流和檢波的特殊燈泡——“弗萊明閥”,它有一根燈絲和圍住燈絲的金屬圓筒電極(作陽極),當燈絲加熱時,陽極加正電壓能使電流通過,而加負電壓就沒有電流通過。由于電子很輕,慣性很小,“弗萊明閥”可使無線電信號被檢波成為人們所需的信息。
在“弗萊明閥”的啟發下,不久,電子三極管問世。電子三極管的主要功能是信號放大,它由美國電子工程師李·德福雷斯特(Lee de Forest)發明。1906年,受弗萊明研究的啟發,德福雷斯特在二極管的兩個電極之間加了一個金屬柵極,他發現當調整柵極電流大小時,其整流和檢波作用更加靈敏,由此成為一種新的電子器件。正是電子二極管、三極管的發明,催生出電子管產業,又與其他的電子元器件制造組成規模化的電子產業。
電力作為新能源應用,推動建立了新產業;技術與科學緊密結合,使新發現和新發明涌現,又催生新的產業。
產業革命與其他創新因素
產業革命的興起、發展也離不開其他創新因素,如公司制度、專利保護、科學學會、工業實驗室、大學教育等,且在不同階段呈現不同變化。這里集中分析科學學會、工業實驗室和專利制度的作用。
17世紀,科學知識還遠不為公眾所了解,科學活動主要集中于少數科學精英。然而,正是這種精英的活動,促進了科學知識和科學精神的傳播,為后來科學的社會化奠定了基礎。17世紀,一批科學機構順應時代潮流誕生,其中最重要的有佛羅倫薩的齊曼托學院、倫敦皇家學會和巴黎科學院,許多科學家、發明家都與這些科學機構有密切的聯系。
倫敦皇家學會于1662年7月經特許準予成立,其全稱為“倫敦皇家自然科學促進會”。皇家學會一開始就形成慣例,即把具體的研究項目分配給小組或會員個人,并要求他們及時向學會匯報研究成果。早期的會議都是會員作報告或演說,演示實驗,或展覽各種稀奇的東西,并對所引發的問題進行討論。隨著時間的推移,逐漸建立了若干委員會來指導學會各部門的活動。如貿易委員會從事工業技術原理的研究,向學會提出的報告涉及諸如海洋運輸、礦業、冶金、紡織業等。此外,還有天文學、化學、解剖學等學科委員會。
皇家學會也集中討論迫切的技術問題。當時木材大量用作燃料,用于造船、建筑,使森林資源急劇減少,煤炭便成為冶煉金屬的替代燃料。而銅、鐵、煤礦越挖越深,導致井下排水困難,現實需求促使抽水機的發明,也形成對蒸汽機的高度關注。