過去，氮肥以硝酸鈉和硫酸銨的形式被大量使用。由於需要量的迅速增加，人們不禁開始擔心硝酸鈉會很快用光，硫酸銨也將出現短缺現象。因此，固氮問題引起了科學界的高度重視。氮氣約占地球整個空氣的4/5。盡管空氣中有大量的遊離氮，但氮的化學性質很不活潑，直接利用很困難。科學家發現，在自然界常溫狀態下，遊離氮隻能被一種在豆科植物上生成的細菌直接利用，這種細菌叫做根瘤菌。根瘤菌有一種絕妙的本領，那就是它具有固氮的功能，能夠在常溫下將空氣中的氮氣轉化成自身所需要的氮肥。
1902年，德國卡爾斯魯厄工程學院化學教授哈柏開始了固定氮為氮氧化物和氨(氮的最普通的化合物)的研究這一劃時代的科研工作。在化學平衡理論的指導下，他開始一點一點地、耐心地進行試驗。他曾把能夠經受數百個大氣壓的反應容器鑲嵌在槍彈殼裏，利用阿馬埃爾社團的瓦斯燈公司提供的鉑、鎢、鈾等稀有金屬材料，冒著高溫、高壓的危險不斷實驗尋找著新的催化劑。
1907年，哈柏等人終於在約550℃和150至250個大氣壓的不尋常的高壓條件下，成功地得到了825%的氮的化合物——氨，並第一次成功地製得了01公斤的合成氨，從而使合成氨的研製工作有可能突破實驗室，開始進入實用領域轉變成工業化生產。
1909年，哈柏又提出“循環”的概念。所謂“循環”，就是讓沒有發生化學反應的氮氣和氫氣重新回到反應器中去，而把已反應的氨通過冷凝分離出來。這樣，周而複始，可以提高合成氨的獲得率，使流程實用化。這一概念的提出，可以說是合成氨研製技術邁向工業化進程中具有決定性意義的重大突破。
1919年，瑞典科學院考慮到哈柏發明的合成氨已在經濟生產中顯示出巨大的作用，便決定為哈柏頒發1918年度的世界科學最高榮譽——諾貝爾化學獎，以表彰他在合成氨研究方麵的卓越貢獻。哈柏在領獎時發表的講話中，曾將合成氨發明的特點說成是“將石頭變成麵包”，不想竟引起了全世界科學界的一致暴怒。一些評論家甚至將哈柏的發明與德國發動第一次世界大戰聯係起來，認為他的發明也使得德國戰時炸藥的生產能力大為增強。
不管哈柏本人的比喻是否恰當，但是他的發明的確開辟了人類直接利用遊離狀態氨的途徑，也開創了高壓合成氨的化學方法。它的意義不僅僅是使大氣中的氮氣變成了生產化肥“取之不盡、用之不竭”的廉價來源，而且使得農業生產發生了根本的變革。同時，這項發明也大大推動了與之有關的科學、技術的發展。如1923年，在100至200個大氣壓條件下甲醇的合成；1926年，在100個大氣壓條件下的人造石油；1937年，在1400個大氣壓條件下的高壓聚乙烯生產等，無不與合成氨理論的建立和發展有關。從這一點來說，哈柏開創了化學科研事業的新時代。
6.直升機的誕生和發展
提起直升起，大家一定並不陌生。在軍事裝備上，它是能夠擔負一般飛機所不能擔負的任務的“特種兵”；在火車、汽車不能到達的地方，它又是用來運輸人員和物資的空運能手，真可謂是“空中多麵手”。
然而說起直升機古老的“家族史”，卻不能不追溯到公元14世紀我國古代流行的一種民間玩具——“竹蜻蜓”，它可以稱得上是直升機家族中的“老祖宗”了。所謂“竹蜻蜓”的玩法，就是模仿蜻蜓飛行的原理，在一根扭曲的竹片中間垂直插上一根細竹棒，用雙手手掌使勁搓動細竹棒，整個玩具便像蜻蜓一樣“嗖”地一下衝向空中。
公元14世紀末，我國蘇州的一位能工巧匠徐正明受到“竹蜻蜓”的啟示發明了一架“飛車”。這架“飛車”形狀很像一把椅子，隻是椅子上方裝有類似“竹蜻蜓”的葉片。人坐在椅子上，拿腳用力蹬踩位於椅子下方的傳動裝置，使得葉片開始轉動，從而帶動椅子飛上天空。但是由於缺乏機械作用力，這架“飛車”沒飛多久便落到了地上。這是世界上人類使用旋翼進行載人飛行的最早嚐試。
15世紀中葉，“竹蜻蜓”傳入歐洲，被稱為“中國陀螺”，有些國家的百科全書還將它稱作帶有旋臂的“直升飛機玩具”。可以說，這是世界上最早的直升機的雛形。1483年，意大利著名畫家達·芬奇設計了一種形似放大了的螺絲釘的理想飛行器：人站在飛行器底部，如果使之旋轉起來，就能夠升入空中。這可以說是直升機最早的設計藍圖。以後，世界上又出現過多種直升機的設計模型，但都因缺乏足夠的動力而最終成為一個個美麗的泡影。
直到1907年9月19日，法國人布雷蓋利用汽油活塞發動機作為動力，成功研製出帶有四副旋翼的直升機。同年11月13日，法國人科爾尼首次駕駛自己研製的雙旋翼直升機進行了約30秒的自由飛行。但是由於這些直升機的連接槳葉和槳轂的部件不能活動，從而導致飛機飛行時會向左或向右翻滾，令人無法控製，一些試飛員甚至為此獻出了自己寶貴的生命。這也使得人類對直升機的研製工作一度被中斷。
進入20世紀30年代以後，直升機的研製工作在技術上才有了重大突破。1937年，世界上出現了比較先進的傳動機構和防振裝置，能夠活動的關節式旋翼也由此誕生了。這一年，德國人福克采用上述新設備試製成一架完全可以操縱的直升機，並由一名女飛行員駕駛，以每小時68公裏的速度從柏林飛到倫敦，在世界航空界引起了巨大的轟動。又過了兩年，美國工程師西柯斯基也成功地研製出一架實用的單旋翼直升機。1940年，他又在此基礎上研製出改進型的新式直升機，並被美國陸軍購買，從此結束了直升機研製和發展史上最艱難的探索階段。同年，蘇聯人布拉圖欣也設計製造出一架“歐米加”式直升機。鑒於上述幾架直升機的結構大體一致，因此被稱為第一代直升機。
從此以後，全世界的直升機製造業呈現出一派日新月異的景象。大約每隔10年，人類對直升機性能的研製就有較大的改進，同時使用範圍也越來越廣泛。如今全世界直升機的類型已發展到近百種，式樣更是千奇百怪，動力裝置、旋翼材料等也日益變得先進。可以說，今天的直升機家族已經由20世紀初孤零零的一枝獨秀發展成為一個子孫滿堂的龐大家族了。
7.高壓裝置的發明與運用
物質在高壓下的效應是人們認識物質世界極為關鍵的因素。此外，通過這一領域的研究還有可能合成新材料和模擬實際上無法直接觀測的某些自然現象。在高壓下，物質原子的空間位置和電子結構都會發生變化，從而發生相變。這對分子也一樣。例如冰在壓力下有幾種不同的結晶狀態，且熔點可高達400℃。化學家對高壓研究很感興趣，因為他們渴望通過高壓作用合成新的材料；地質學家和地球物理學家則希望利用高壓在實驗室裏模擬地殼和地幔之下的物理化學過程。
雖然高壓物理這樣吸引人，但是這個領域卻開拓得較晚。這是因為技術上的困難很大，產生高壓的有效裝置很晚才被研製出來。直到1850年左右，科學家才研製達到了3000公斤/厘米2的壓強，並在這個壓力條件下實現了氣體的液化。1893年，德國的塔曼開創了一係列高壓物理實驗，但主要是研究高壓下的相變，如熔化等。
在高壓物理理論和技術領域中做出最傑出貢獻的人當首推美國物理學家布裏奇曼。為了進行高壓實驗，他設計了一種專門的壓力設備，並通過它進行實驗研究，從而發現了行之有效的無支持麵密封原理，其密封度隨著壓強的升高而升高。這樣，高壓裝置就不再受到漏壓的限製，而隻與材料的強度有關。
1910年，布裏奇曼等人根據這種密封原理設計出壓強可達20000公斤/厘米2的高壓裝置，這是世界上第一個切實可行的高壓裝置。後來，布裏奇曼又使用了特殊合金——碳化鎢，並製成二級高壓容器。就這樣，他利用自己出色設計的高壓設備和嫻熟運用現代技術的能力，一步一步地把壓強提高，終於做到能在100000公斤/厘米2的壓強下進行實驗工作。在某些情況下，壓強甚至可以達到400000～500000公斤/厘米2。布裏奇曼測定了在30000～400000公斤/厘米2流體靜壓強下的100多種物質的力學、電學、熱學性質的數據，引起了其他物理學家的注意，特別是他發現了許多物質的變體，如磷的同位素異構體黑磷，6種以上的冰的異構體等。他還在高壓物理各個方麵都進行了深入的研究，像測量物質的電導率、熱導率、壓縮率、抗拉強度和黏滯性等都在技術應用上具有很大價值。他的關於大量材料的壓縮率的測定，至今還經常作為標準而引用。他發現的鉍、鋇、碲等元素的高壓相變點也成了測量高壓的標準。
在高壓物理的應用方麵，人們最突出的成果當屬人工合成金剛石。1953年，美國通用電氣公司在布裏奇曼高壓裝置的基礎上，設計了一種叫做“BELT”型的高壓裝置，並利用它於1955年首次合成了金剛石，引起了整個工業界的轟動。後來，他們又合成了其他多種超硬材料。
目前，世界上的高壓實驗室總數已經超過了上百個。美國和日本的物理學家利用金剛石高壓設備進行研究，得到了許多重要數據。他們利用X射線和激光加熱高壓容器，肯定了地幔深處的相變。以前人們曾認為地幔的相變是正交晶係變成尖晶石，並最終變成密堆積的氧化物。現在根據高壓實驗發現存在著有鈣鈦礦和鈦鐵礦結構的尖晶石相，這一結果導致了科學家對地震數據的修正。此外，世界上其他國家也紛紛在進行高壓方麵的研究，以便更快地推動科技的進步。