神奇的“點金術”
石英砂的“現代點金術”
石英砂是一種非金屬礦物質，是一種堅硬、耐磨、化學性能穩定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2。在加熱的反應條件下二氧化硅可以與單質碳發生還原反應而獲得純度為98 ~ 99 %的粗硅產品。然后經過進一步的還原和純化反應，可以獲取含有微量雜質的高純多晶硅。
由于單晶硅和多晶硅有著很大的區別，所以由高純多晶硅到高純單晶硅的轉化是十分必要的。其主要區別在于，當熔融的單質硅凝固時,硅原子以金剛石晶格排列成眾多晶核，如果晶核生長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。二者在物理性質方面有著很大的差異。例如在力學性質、電學性質等方面，多晶硅均不如單晶硅。單晶硅可算得上是世界上最純凈的物質了，一般的半導體器件要求硅的純度六個9以上。大規模集成電路的要求更高，硅的純度必須達到九個9。
正是基于以上的特殊性能使得單晶硅成為電子計算機、自動控制系統等現代科學技術中重要的基本材料。從多晶硅到高純單晶硅的轉變則需要先進的科學技術和完整的工藝流程。正是由于其很高的技術門檻，才使得二者在價格方面有了巨大的差異，單晶硅的價格大約在1600 ~ 4000元/ kg 的范圍之內。由最初的看似普通的石英砂到具有很高價值的單晶硅，其根本的原因在于高新技術的一系列應用，其過程很好的闡釋了現代點金術的巨大魔力。
從紫杉樹提取紫杉醇
紫杉醇，是一種具有紫杉烷獨特骨架的二萜類有機化合物，由于其良好的抗癌活性和獨特的作用機制而廣受關注。最早是由美國化學家Wani 和Wall于1971年從太平洋紅豆杉的樹皮中提取到的一種具有抗腫瘤活性的物質。它本身具有獨特的抗癌機制，其作用位點為有絲分裂和細胞周期中至關重要的微管蛋白。紫杉醇能促進微管蛋白聚合而形成穩定的微管，并抑制微管的解聚，從而抑制細胞的有絲分裂，最終導致癌細胞的死亡。紫杉醇1992年12月被美國FDA批準用于治療晚期卵巢癌。1994年，批準用于治療轉移性乳腺癌。紫杉醇是目前國際公認的療效顯著的抗腫瘤藥物之一。正是其獨特的抗癌活性，其價格也是不菲。
紫杉醇的來源最初以天然提取為主，主要是從由紅豆杉屬植物的樹皮中分離得到。紅豆杉植物是生長極為緩慢的喬木或灌木，其樹皮中紫杉醇的含量平均為萬分之一點五，從中提取紫杉醇的收率大約為萬分之一。 樹皮經過粉碎，萃取等一系列的化學處理，可以從中獲取含有紫杉醇的提取物。然后去除膠質除去提取物中的膠質雜質以及進一步的離純化精制，其中涉及很多不同的方法，如柱層析法，薄層色譜法以及化學反應法等，就可以得到高純的紫杉醇。其可以作為生產抗癌藥物的原料，深加工的化學以及藥物制備的過程富含很高的技術含量。但整個過程仍然包含了現代點擊術的思想和精髓，即由看似普通的紅豆杉樹皮經過一系列的加工，采用先進的化學或者藥物制備技術而獲得具有高附加值和巨大價值的抗癌藥物，大大延長了癌癥患者的生命，為人類的健康做出了巨大的貢獻。
廢棄電子主板的“點灰成金”
利用“點灰成金”的思路，進門時還是一堆堆廢電路板或是廢棄電腦，出門時就變成了金條，這不是在做夢，而是現實。例如，上海首家專業電子廢棄物處理廠，“吃”的是電子垃圾，“吐”出的卻是金、鉑、銀等寶貝，并幾乎不產生噪聲、灰塵和污水，而其設計年處理量將達到1萬噸。?
對廢棄電子主板的“點灰成金”可分為以下三步曲：舊電腦先是在室內倉庫里被分選出來進行人工分拆，之后金屬機殼回收，顯示器單獨處理，主板等電路板進入第二關——在物理車間破碎為1 mm左右的微粒，一些鐵制的成分，在傳送帶上就被磁鐵先行分離；第三關——是化學車間的“點灰成金”，在強酸、電解、高溫等作用下，微粒中的金、鉑、銀、鈀等貴重金屬被分門別類提煉出來，做成金條、含銀液體等。據悉，1噸電子板卡可分離出286磅銅（Cu）、1磅金（Au）和44磅錫（Sn）。
美鈔竟是用“垃圾”制造的
美鈔竟是用“垃圾”制造的，這是“垃圾”利用的典型例子。1979年，美國政府決定由財政部向全國發出通告，希望造紙廠前去投標，供應制造美鈔的專用紙。中標的是一家名不見經傳、小得不能再小的克蘭造紙公司。這家公司所造紙張價格低廉，且紙型光潔，厚薄均勻，堅固耐磨，受潮不變形。在以后十多年中，美國政府幾次想用更好的紙代替，但克蘭造紙公司卻穩操勝券，獨攬合同。
這家公司造紙原料來自兩個途徑：一是紡織行業的紗頭碎布、纖維尖屑和廢棄的絲團垃圾，二是美國家庭丟棄垃圾中的破舊衣物，該公司收集后予以處理利用。
美國自由女神像翻修時的垃圾妙用?
美國的自由女神是一個標志性的建筑，一次女神銅像翻新后，現場留下2000多噸垃圾，必須清除，而垃圾場又遠離現場，因此許多人不愿意承攬這項業務，認為利潤不大。而一個叫斯塔克的人卻積極承包了這項處理垃圾的工作，他并不是把垃圾運到很遠的垃圾場去，而是就地將廢料分類，制成與女神銅像有關的紀念品。比如，將廢銅鑄成紀念幣，將水泥塊制成精美的小石碑，將碎木土等也包裝放在精致的盒子里。這樣，借助女神像在人們心目中的聲望而賦予這些垃圾身價倍增。所制成的紀念品十分暢銷，斯塔克因此大發其財。
生物技術用“綠金”替代“黑金”?
石油為不可再生資源，石油的生成至少需要200萬年的時間，在現今已發現的油藏中，時間最老的達5億年之久。有些石油是在侏羅紀生成。在地球不斷演化的漫長歷史過程中，有一些“特殊”時期，如古生代和中生代，大量的植物和動物死亡后，構成其身體的有機物質不斷分解，與泥沙或碳酸質沉淀物等物質混合組成沉積層。由于沉積物不斷地堆積加厚，導致溫度和壓力上升，隨著這種過程的不斷進行，沉積層變為沉積巖，進而形成沉積盆地，這就為石油的生成提供了基本的地質環境。
石油工業是經濟發展的血液，但是，石油屬于不可再生資源。我們可以選擇一些植物，如麻風樹、桔桿、甘蔗渣桿等，提取其生物柴油，來代替當前使用的石油和柴油等不可再生資源。研究發現，麻風樹種子含油量可達60 %，一畝地最高可產100 kg植物油。
先進垃圾焚燒發電技術“點廢（垃圾）成金”
廢紙、舊物、殘渣，居民日常生活產生的生活垃圾在科技的“點化”下，會經歷怎樣的華麗變身？通過垃圾焚燒發電技術，可將人人嫌棄的惡臭垃圾變為人們日常生活所需的電力。
垃圾焚燒發電是近30年發展起來的新技術，特別是20世紀70年代以來，由于資源和能源危機的影響，發達國家對垃圾采取了“資源化”方針，垃圾處理不斷向“資源化”發展，垃圾電站在發達國家迅猛發展。最先利用垃圾發電的是德國和美國。1965年，西德就已建有垃圾焚燒爐7臺，垃圾焚燒量每年達7.8噸，垃圾發電受益人口為245萬；到1985年，垃圾焚燒爐已增至46臺，垃圾年焚燒量為8 106噸，可向2120萬人供電，受益人口占總人口的34.3 %。法國共有垃圾焚燒爐約300臺，可以燒掉40 %的城市垃圾。目前，法國首都已建有一個較完善的垃圾處理系統，有4個垃圾焚燒廠，處理垃圾已超過170萬噸/年，產生相當于20萬噸石油能源的蒸氣，供巴黎市使用。美國自80年代起投資70億美元，興建90座垃圾焚燒廠，年處理垃圾總能力達到3000萬噸，90年代將新建402座垃圾焚燒廠；90年代初，美國垃圾焚燒發電占總垃圾處理量的18%。在美國的底特律市擁有世界上最大的日處理垃圾4000噸的垃圾發電廠。日本城市垃圾焚燒發電技術發展很快，1989年焚燒處理的比例已占總量的73.9 %，90年代將升至84%。
本文摘編自涂銘旌、孟江平著《創造發明的思路、方法及路徑》第5章，內容有刪減。
創造發明的思路、方法及路徑
陳懿涂銘旌、孟江平 著
北京：科學出版社，2016.10
ISBN?978-7-03-050121-9
在多年來的教學科研中，筆者潛心研究，結合自身科研經歷，凝練出一系列創造發明的思路、方法及路徑：如“一支鉛筆·一張紙·一塊橡皮”創造發明思維的簡易訓練方法、科技創新思維三角形、“少人區”“無人區”科技謀略、孫子兵法與科技競爭謀略、從“點石成金”到現代點金術等，并在多年的人才培養和科學研究等方面一直踐行這些創造發明的方法，取得了良好的效果。通過多年積累，現將一些創造發明的方法、思考整理成書，希望這些創造發明方法能夠對廣大讀者起到啟迪和方法論作用。
《創造發明的思路、方法及路徑》包括：（1）創造發明的思路、方法及路徑：創造發明的思路與方法、科技創新思維三角形、“少人區”“無人區”科技謀略、孫子兵法與科技競爭謀略、從“點石成金”到現代點金術、從美學的角度看科學與藝術。（2）運用所提出的創造發明的方法進行科技創新的案例：中醫藥材的交叉學科研究、醫學的多學科交叉、融合與創新。（3）創新型人才培養與創造發明密不可分，高等教育應努力培養學生不斷創新的實踐能力——創造力，這也是教育服務于社會主義現代化建設的需要。因此，創新型人才培養的思路、方法及路徑主要介紹創造發明的思路、方法及路徑在創新人才培養方面的作用和意義。
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本文由微信公眾號科學出版社（ID:sciencepress-cspm）授權轉載，由材料人網大城小愛編輯整理，材料人專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。
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