四大发明的说法，源自英国汉学家李约瑟，是中国古代创新的智慧成果和科学技术，包括造纸术、指南针、火药、印刷术。
四种发明对中国古代的政治、经济、文化的发展产生了巨大的推动作用，经各种途径传至西方，对世界文明发展史产生巨大的影响力。
说法来源
尽管中华文明有很多重要的成就都以“四大”“五大”等命名，如四大美人、四大古典小说、四书五经，四大发明的概念却来源于西方学者，并在之后被中国人接受。意大利数学家杰罗姆·卡丹早在1550年就第一个指出，中国对世界所具有影响的“三大发明”：是司南（指南针）、印刷术和火药。并认为它们是“整个古代没有能与之相匹敌的发明。”1621年，英国哲学家培根也曾在《新工具》一书中提到：“活字印刷术、火药、指南针这三种发明已经在世界范围内把事物的全部面貌和情况都改变了。”
1861～1863年，马克思和恩格斯更是将这些发明的意义推到了一个高峰，马克思在《机械、自然力和科学的运用》中写道：“火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成了新教的工具，总的来说变成了科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”
恩格斯则在《德国农民战争》中明确指出：“一系列的发明都各有或多或少的重要意义，其中具有光辉的历史意义的就是火药。已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”英国汉学家麦都思指出：“中国人的发明天才，很早就表现在多方面。中国人的三大发明（航海罗盘，印刷术，火药），对欧洲文明的发展，提供异乎寻常的推动力。”
指南针，指南针是用以判别方位的一种简单仪器。前身是司南。主要组成部分是一根装在轴上的磁针，磁针在天然地磁场的作用下可以自由转动并保持在磁子午线的切线方向上，磁针的南极指向地理南极(磁场北极)，利用这一性能可以辨别方向。
常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。物理上指示方向的指南针的发明有三类部件，分别是司南、罗盘和磁针，均属于中国的发明。 据《古矿录》记载最早出现于战国时期的磁山一带。
指南针是中国古代劳动人民在长期的实践中对磁石磁性认识的结果。作为中国古代四大发明之一，它的发明对人类的科学技术和文明的发展，起了无可估量的作用。在中国古代，指南针起先应用于祭祀、礼仪、军事和占卜与看风水时确定方位。
产生背景
地球是一个大磁体。地球的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方。地球表面的磁体，当可以自由转动时，就会因磁体同性相斥、异性相吸的性质指示南北——这个道理，古人不够明白；但这类现象，古人已经发现。
磁现象的发现
先秦时代的中国劳动人民已经积累了对磁现象的认识，在探寻铁矿的时候，常常遇到磁铁矿，即磁石（主要成分是四氧化三铁——化学式Fe3O4，别名氧化铁黑、磁铁、吸铁石，为具有磁性的黑色晶体，故又称为磁性氧化铁）。《管子》的数篇中早已记载了这些发现：“山上又磁石者，其下有金铜。”《山海经》中也有类似的记载。磁石的吸铁特性很早被人发现，《吕氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招铁，或引之也。”古人称“磁”为“慈”。古人把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引。并认为：“石是铁的母亲，但石有慈和不慈两种，慈爱的石头能吸引他的子女，不慈的石头就不能吸引了。”汉以前古人把磁石写成“慈石”，是慈爱石头的表达。到了西汉，有一个名叫栾大的方士，他利用磁石的特性做了两个像棋子的东西，通过调整两个棋子极性的相互位置，有时两个棋子相互吸引，有时相互排斥。栾大称其为“斗棋”。他把这个新奇的玩意献给汉武帝，并当场演示。汉武帝惊奇不已，龙心大悦，竟封栾大为“五利将军”。
李约瑟的观点，他在《中国对航海罗盘研制的贡献》一文，有明确的阐述。他从《古今注》、《管氏地理指蒙》、《九天玄女青囊海角经》等书的记载中推测出如下结论：“磁石指向性转移到它吸过的铁块的发现在中国大约在一世纪到六世纪。在十一世纪以前的某个时期就已发现，不仅可以用铁块在磁石上磨擦产生磁化现象；而且还可以用烧红的铁片，经过居里点(CuriePoint)，冷却或淬火而得到磁化，操作时，铁片保持南北方向。
发明历史
战国时期
据《古矿录》记载最早出现于战国时期的磁山一带。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。
据1982年3月，《光明日报》报道：磁山（在今河北省邯郸市武安）是我国四大发明之一指南针的发源地。据《古矿录》记载：《明史地理志》称：“磁州武安县西南有磁山，产磁铁石。” 又《明一统治》称：“磁州武安县西南有磁山，产磁铁石。”又《古矿录》记载：《明一统治》称：磁山，在县西南30里，土产矿石，州名取此。磁山，指南针的故乡。
典籍记载有关指南针的事情和典籍作者，全都在古代邯郸为中心的燕赵文化区域内；在可考典籍范围内记载的中国古代指南针，全都是用天然磁石磨制而成；且根据先秦典籍记载，产天然磁石的只有武安磁山（今河北省邯郸市武安）。在春秋战国时期有可能制造司南的地方，只能在以邯郸为中心的燕赵文化区域内，武安极有可能就是指南针的故乡。
观点之一
王振铎的相关观点，指南针的发明至早不逾于宋代，此种观点在其一系列的研究成果都有所体现。如在《司南、指南针与罗经盘(上)》一文中所述：“自周末至李唐，古人所称述之‘司南’或称‘指南’为一种辨别方向之仪器，其物便于携带及测验，宛如指南针之用矣。王振铎认为在唐朝已经出现了便于携带的类指南针仪器，但绝不是指南针。王振铎把此种物件看作是指南针的过渡形式。王振铎未明确论断指南针发明的具体时问，由于缺乏材料，出于科学严谨性方面考虑，所以未轻易论断。他在《司南、指南针与罗经盘(中)》中说：“(指南)鱼法固早于(指南)针法约半个世纪，然此二者先后相互之关系，仍有待史证之发现而说明也。”正是在此情况下说的。另外，在同一篇论文中又说：“中国古代，藉缝纫之钢针，经人工传磁，而成人造磁体之指南针，其史证之发现，至今尚未见有早于十一世纪以前者。”这是以北宋时沈括《梦溪笔谈·杂志一》与《梦溪笔谈补》为根据而加以论断的。这两篇文章中记载了此种人工传磁而成人造磁体的指南针。另外王振铎在此篇文章中批判了英人维烈亚力(Alexanderwylie)所著《中国研究》中所指的唐朝僧一行已经注意到了磁针所指方向与北极之差的错误理解。最后郑重地提出论断：“按中国磁针偏向之记载，尚未发现史证有早逾《梦溪笔谈》者，存中记其‘微偏东’，寇宗爽记谓‘偏东’，即指磁针之偏角而言。”这便是王振铎由于材料所谓限制而不能对中国磁偏角的发现时间有一个确切的认识。关于指南针的发明时代，王振铎只是给出了一个大致的推测，在《司南、指南针与罗经盘(中)》中，王振铎说：“指南针之发明时代，以《萍洲可谈》海舶用磁针及沈括谓方家制磁针，信其创始必早。”指南针的发明应当是一个很漫长的时间中，慢慢地改进的结果，而不同时期的形式，也应以不同的形式出现，王先生也只能给出一个时间区间。
观点之二
李约瑟的观点，顺序的磁偏角，先向东后偏西，体现在中国堪舆罗盘的设计的同心圆，这些同心圆一直存留至当代。毋庸置疑，磁罗盘在中国用于堪舆目的很久以后，才被用于航海。但是航海罗盘确是中国人的发明，它可能发生在十一世纪以前的某个时期或更早的时期。”李约瑟在此段中对指南针，磁偏角、罗盘等问题论述的清楚，虽然有些论断过于武断，但是对中国指南针的发明问题，做出了一个总结性的论断。
潘吉星先生在王振铎先生与李约瑟先生研究的基础之上加以总结，但可以明显看出他比较同意李先生的观点，对于李约瑟先生所提到的几个材料在《中国古代四大发明——源流外传及世界影响》一书作了详细地论述与阐述。但同时也和李约瑟先生一样，在有些问题上过于武断，明显的证据不足，让人难以信服。
如他在书中所述：“但从司南仪到指南针中间经历了几个技术过渡，这些过渡发生在魏晋南北朝至唐代。”他这种论断性的结论没有太多的材料支持。但此结论在大体上是没有错的。潘吉星先生和李约瑟先生一样把崔豹《古今注》中的“蝌蚪，虾蟆，(青蛙)子也，一名悬针，一名玄鱼。”作为“从勺到针”的过渡来看。他说：“将在空中的磁针与方位盘配合，在晋南北朝曾经用过，确能指南，从而实现了李约瑟先生说的from the spoon to the needle(从勺到针)的过渡。”潘吉星先生在同一本书中也对水罗盘的出现时问做出了论断。他说：“有证据显示，9世纪唐代堪舆罗盘制造者已经做出了这决定性的一步。”在同一页中，他再一次强调说：“晋南北朝开始对司南作技术改进，而在唐代后期完成从司南向罗盘的转变，北宋人享受这些技术成果并使之发扬，历史的发展脉络应是如此。”进一步对指南针的发展脉络做出了阐述。潘吉星在李约瑟先生研究的基础之上，吸收了王振铎先生的部分观点，对指南针的发明时间与过程重新作了一个界定，虽然依然有部分不妥之处，但总体来说，是科技史上的一个进步。丽另外一些学者，或是没有新材料而做出惊人的论断，或是材料不足，仅凭某一材料片段做出新的论断，但总体来说均未能让众人信服，影响亦不是很大。”而把指南针起源论断于唐代。姑且不论此论断的正确与否，单依此材料根本不能得出此种论断。
观点之三
在成都民间收藏家的藏品中，发现了一件极具学术研究价值的玉(石)器，它是由七块玉(石)板拼接而成，正面是图形，反面是古文字，特别是在第4块玉(石)板上的中间，有一个圆形图案，其上放置了一个类似半个“地球”的东西。在这个“地球”的顶部(北极)有一个直径4cm的小洞，其中插有一支玉(石)的指南针，在圆形图案上还有“东”、“南”、“西”、“北”四个古文字。依据现有学科专业知识分析，这四个古文字与我们今天在进行地质填图时所使用的罗盘上的“东”、“南”、“西”、“北”的方位字一样，除东字外，其余“南”、“西”、“北”三个字均与甲骨文不同。在三星堆玉(石)器上发现指南针很重要，那种认为指南针最早出现在春秋战国时代的观点由此会被彻底推翻，文献中曾提及的黄帝发明指南车一事，但至今只是推测，未见考古实物，而三星堆地区玉(石)器上指南针的发现把中国指南针的发现史推到了伏羲时代。三星堆发现的指南针是玉(石)的，不会转动，是象征性的。
早期形制
在中国的方位文化中经历了从天文学方法定位再以磁学方法制成司南，最后由司南演变成指南针的三个阶段，随之而来的是测定方位技术的不断完善。
司南是最早的磁性指向器。“司南”之称，始于战国（公元前475年—公元前221年），终止于唐代（公元618年—公元907年）。因为司南古义不断演化，使它与一系列的古代发明结下了不解之缘。
记载司南的最早的文献是《鬼谷子》，其中写道：“郑人之取玉也，必载司南之车，为其不惑也。”(谋篇)从《鬼谷子》中的记载可以看出，郑人去“取玉”，必须要带上司南，就是为了避免方向的迷失。
在提到司南的文献中，王充的记述是最重要的，他明确指出：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”(是应篇)其中的“杓”是指勺子。具备这种“指南”性能的司南，应是磁性指向器。但是，这里的“地”是指古代械盘中的“地盘”。械盘是秦汉时期发明的，用于游戏或占卜。在“地盘”的四周刻有24个方位，中心刻有象征北斗七星的标志。中国现代著名的科技史家和文物复制专家王振铎曾依据这些记载成功地复原了汉代的司南(如图1所示)。
图1司南模型(王振铎复原)勺形司南尚无实物出土，但汉代画像石上，有类似勺形司南形象的画面(如图2所示)，这表明王充的记载应该是可信的。在这幅石像中，可看到，画面主体是魔术师和杂技演员在表演，上面一行人是贵族观众，右上角的小方台上放着一个疑似司南的长柄匙(见画面外小插图)，一个人在跪着观察它。
图2藏于苏黎世里特堡博物馆的汉代石浮雕(本图引自李约瑟《中国科学技术史·物理学卷》)从所留下的材料看，利用磁石指极性的司南就是磁性指向器具有的最早的形制。
磁体定向装置的出现，就使人从靠观察天体定向的被动性转向靠地磁定向的主动性。人类最早的磁体定向装置，是以天然条状磁石制成的司南，它出现后在中国战国末期(前三世纪)而在汉代得到进一步的发展。司南仪的出现具有重要历史意义，因为它是以与天文定向原理截然不同的磁学原理制成的新型导向装置，在任何天气条件下都能昼夜工作，迅速指出方向，操作简便易于携带。
最初，“司南”指测影的表杆。如《韩非子·有度篇》说，“故先王立司南，以端朝夕。”“端朝夕”即正东西，引申为确定东西南北方向。“立司南”来源于殷商甲骨文中的“立中”和战国时的“立朝夕”，它们的意思都是立表以测日影。
磁勺
磁勺是一种天然磁石琢成的勺形指向器，当它被发现的时候，其状取法北斗七星，名称则沿用“司南”。古文“司南”可以推定为磁勺的至少有《鬼谷子》、《论衡》、《玄览赋》、《飘赋》四项记载。《宋书·礼志》引《鬼谷子》曰：“郑人取玉，必载司南，为其不惑也。”《鬼谷子·谋篇》至迟成书于西汉，或许是先秦之书，其中关于“郑人取玉，必载司南”的传说，暗示了磁勺与玉器业的联系，甚难加工的磁勺应是玉工高手的杰作。
东汉王充的的《论衡·是应篇》说：“司南之勺，投之于地，其柢指南。”句中的“地”一般解释为“地盘”，也可能是“池”字误写。这句话应释为：勺状的司南，放在“地盘”上（或投入盛有适量液体（如水银）的容器中），它的勺柄必然自动指向南方。
此后，梁元帝萧绎的《玄览赋》说：“见灵乌之占巽，观司南之候离。”唐韦肇的《飘赋》说：“挹酒浆，则仰惟北（北斗）而有别；充玩好，则校司南以为可。”再次介绍了司南（磁勺）的功用和形状。
磁勺的实物虽然迄今尚未发现，但与此有关的文物至少有两件。一是瑞士苏黎世的Rietberg博物馆中所藏的一块公元114年的东汉画像石，其右上角有一人正在观测一件可能是“司南之勺”的东西。二是那志良《玉器通释》上册著录的一件“司南佩”古玉器，此玉“长不过寸许，一端琢成一个小勺，一端琢成一个圆形的小盘，中间有一个横穿。”“司南佩”的制作年代不明，推测为唐代之物。
除了上述的表杆和磁勺之外，司南又是指南车、指南舟和报时刻漏的代称。晋人葛洪所作的《西京杂记》中提到的“司南车”即半自动机械装置指南车。《宋书·礼志》记载：“晋代又有指南舟。”南朝任昉的《奉和登景阳山》诗吟道：“奔鲸吐华浪，司南动轻枻。”诗中的司南即指皇家园池中的指南舟，可是，“指南舟”究竟怎样导航，至今依然是一个迷。唐代大诗人杜甫的咏《鸡》诗云：“气交亭育际，巫峡漏司南。”意谓夜半零时正，诗人恰闻司南的报时之声。
磁针的发明
指南针的发明应当是在一个很漫长的时间中，慢慢地改进的结果，而不同时期的形式，应以不同的形式出现。唐代堪舆家的活动相当活跃，并开始强调方向的选择，寻找比磁勺更方便的指向器成了当务之急。于是指南铁鱼或者蝌蚪形铁质指向器及水浮磁针应运而生。
活动于唐开元年间（713—741年）的山西堪舆家丘延瀚，被后世堪舆家推崇为堪舆术三针（正针、缝针和中针）中最早出现的正针法的创始人。明代雅好科技的宁献王朱权则在其《神机秘籍》中说：“针法古无所传，自昔玄真始制。”玄真即唐代浙江金华道家张志和（约730—约810年），他的道号叫玄真子，所著《玄真子》十二卷，残存三卷。从这残卷中知道他颇好物理，但未找到与指南针或针法直接有关的记载。然而，这个道号不禁使人联想到旧题晋崔豹所作的《古今注》中把蝌蚪称为“玄针”。其文曰：“虾蟇子，曰蝌蚪，一曰玄针，一曰玄鱼，形圆而尾大，尾脱即脚生。”十世纪时马缟的《中华古今注》中也有类似的记载。这项记载似乎把磁针与指南鱼的发明和应用从形状和性能上联系到了一起。
关于指南鱼的制备方法，见于北宋曾公亮等利用前人资料编撰的《武经总要》。《武经总要》前集卷十五载其法曰：“用薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。”这种方法利用地磁场使铁片磁化，并知道鱼形铁片微向下倾斜对磁化有利，实际上已发现近代科学中所谓的磁倾角的影响。使用时，指南鱼浮于水面，与水浮磁针的原理是一致的。
水浮磁针的制作方法首见于北宋沈括的《梦溪笔谈》卷二十四，其文曰：“方家以磁石摩针锋，则能指南。”这种方家在实践中总结出来的钢针磁化法，经过沈括之手公布于世，有力地促进了磁针在堪舆和航海两大领域中的应用和普及。指南针进入到实用磁针的阶段，对装置方法的研究提到了议事日程。沈括全面研究和比较了“水浮”法、置“指爪”法、置“碗唇”法及“缕悬”法的优缺点，认为“缕悬”法最佳。“其法取新纩中独茧缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针常指南。”现代磁强计中悬挂的小磁铁，就采用了此相似的方法。磁针指的精度，与司南及指南鱼不可同日而语，故磁针的发明，很快导致了磁偏角的发现。
五代乱世的《管氏地理指蒙·释中第八》曰：磁针“体轻而径所指必端应一气之所召，土曷中而方曷偏，较轩辕之纪，尚在星虚丁癸之躔”。轩辕黄帝时代的磁偏角，作者以为尚在“星（午）虚（子）丁癸”方向，而当时“针指坎离定阴阳之分野，格偏壬丙探僭越之津涯”。偏角变为南偏东15°。
由于堪舆术的神秘性，中国唐宋堪舆著作在流传中又相互影响，有所增删，要从众多早期堪舆著作中理出磁针、磁偏角以至罗盘的发明、发现年代，诚非易事，然而，北宋司天监杨惟德于庆历元年（1041年）奉命编撰的相墓大全《茔原总录》卷一位磁偏角的发现订定了下限。书中说：“客主的取，宜匡四正以无差，当取丙午针，于其正处，中而格之，取方直之正也。”这里明确地记载了“丙午针”，即后世沈括在《梦溪笔谈》卷二十四中所说的磁针“常微偏东，不全南也”。在西方，直到13世纪才知道磁针偏南。1429年哥伦布（ChristopherColumbus，1451—1506年）横渡大西洋时，正式测到磁偏角现象。
中国发现了元代水浮法指南针瓷碗。1959年，在辽宁旅顺甘井子元代墓葬中出土了两件磁州窑白釉褐花大碗，大碗内底部彩绘两个同心圆，圆内绘并排的三点，中间一线相连。乍看此图形似一个不规则的“王”字，故被称为“王字纹碗”。碗外底圈足内又墨书一个“针”字。经科技史学家王振铎先生研究证实，这种碗就是航海时指示方向所用的针碗。它的使用方法是这样的：针碗的水面上漂着穿在浮漂上的磁针，碗内底的“王”字形标志则有助于标明方向。先将“王”字中的细道与船身中心线对直，如船身转向，磁针便和该细线形成夹角，从而显示航向转移的角度。类似的碗在江苏丹徒照临村元代窖藏和河北省磁县漳河故道元代沉船内都有发现。
罗盘的发明与西传
磁针问世后，先后用于堪舆和航海。为了使用方便，读数容易，加上磁偏角的发现，对指南针的使用技巧提出了更高的要求，方家首先将磁针与分度盘相配合，创制了新一代指南针——罗盘。不过有些场合，碗中的水浮磁针仍在使用，故沈括《梦溪笔谈》卷二十四称“水浮多荡摇”。江苏、河北和辽宁旅大曾出土元代的不带刻度的指南针专用针碗。当航船还在使用浮针加针碗时，堪舆罗盘却远远地跑到了前面。
考古资料表明，堪舆家选择墓穴采用二十四向表示法大约始于唐末。南唐何溥主持建徽城，看风水时也用二十四向表示法。何溥所撰的《灵城精义》“理气章正诀”中说，“地以八方正位，定坤道与舆图，故以正子午为地盘，居内以应地之实。”天以十二分野，正躔度之次舍，故以壬子丙午为天盘，居外以应天之虚。”作者、时代不明的《九天玄女青囊海角经》“理气篇”中有一段几乎相同的文字，两者应同出一源。
罗盘古称“地螺”、“地罗”。南宋曾三聘的《因话录》（作于公元1200年前后）“子午针”条说：“地螺，或有子午正针，或用子壬丙午间缝针。”曾三聘是江西临江俯峡江（今江西西清江）人。离峡江不远的江西临川，于1985年出土了世界上最早的堪舆旱罗盘模型，正可与《因话录》的记载相互印证。1985年5月，江西临川南宋朱济南墓（葬于1198年）出土了座底墨书“张仙人”的瓷佣一式两件。风水先生“张仙人”佣 ，左手抱一罗盘。值得注意的是，该罗盘的磁针与水罗盘的磁针根本不同，中部增大呈菱形，菱形中央有一明显圆孔，明确现象地表示这是一种用轴支承的旱罗盘。
中国的磁针和罗盘先后经由陆水两路西传，曾给人类的文明的进程带来重大的影响。以前史学界认为磁针在水中的水罗盘与指南针一脉相承，是中国的发明，但旱罗盘是欧洲所发明，16世纪才经由日本船传入中国。而今临川罗盘证明：旱罗盘的发明权也属于中国。
最初形制
磁石指极性与磁性指向器的最初形制
对于磁石吸铁性的认识和应用，传说，秦皇宫的磁石门可防止身带铁刃的刺客进入。文献中对磁石吸铁现象多有记述，如战国时期成书的《吕氏春秋》、西汉时期成书的《淮南子》和东汉王充的《论衡》，这些作者都提到磁石吸铁现象，玳瑁和琥珀等物体能吸引某些轻小物体的现象。王充指出，这些现象是“感应”(一种超距作用的看法)的作用，但似乎并不知道电感应和磁感应的区别。指南针是用天然磁石制成的，要发明指南针，就要研究磁石的指极性。
磁化技术和磁偏现象的记述
北宋时磁化技术取得了突破，这些技术加速了磁性指向器的普及，并且导致指向器形制新的演变。
曾公亮的《武经总要》中提到一种新型的磁性指向器——“指南鱼”，同时还能看到，制作指南鱼的关键是铁的磁化。曾公亮的记述是：以薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止。(卷15)曾公亮实际上是利用地磁场对剪成鱼形的铁片进行磁化，这是历史上人类寻求新的磁化技术上的一个突破。但是，由于使用时要放在水面，铁片要尽量“薄”。这也是重要的提示。
指南鱼的磁性是很弱的，作为一种“天然的”缺陷，圆形的鱼首也使它的指向精度受到限制。虽然这种简易的磁化技术使指南鱼的制作容易了许多，但它的形状造成与勺形司南有类似的缺陷。
同样，具有实用性的磁化技术，与曾公亮同时代的沈括在《梦溪笔谈》中也有记载。他写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”(卷24)这种形制易流行、且简单，磁化效果也相当好，特别是，它对指向器形制的改进产生了另一个突破——针状。用针指向，它的指向精度可以得到极大的提高。这样，司南就衍变成了指南针，而且这种指南针也更容易普及了。无疑，这是磁性指向器形制的最重要的改进。
由于指针指向精度得以提高，人们在使用指南针时很快就注意到，它所指的方向有时并非正南，这就是磁偏现象——“然常微偏东，不全南也”。
实际上，在写于庆历元年(1041)的《茔原总录》中，比沈括稍早些的杨维德已经记载了指南针和磁偏角的存在．他写道：“匡四正以无差，当取丙午针。于其正处，中而格之，取方直之正也。”(卷1)这里说的“针”就是磁针，而“丙午针”是指磁针在静止时，针指的方位是24个方位中丙位和午位的结合部，也就是南偏东约7。5°。这与沈括的“微偏东”是一致的，但杨维德的说法更早，描述也更精确些。
稍晚于沈括的寇宗夷在所著的《本草衍义》也提到：“磁石⋯⋯磨针锋则能指南，然常偏东，不全南也。其法取新纩中独缕，以半芥子许蜡缀于针腰，无风处垂之，则针常指南。然常偏丙位。盖丙为大火，庚辛金受其制，故如是，物理相感尔。”(卷5)这段话讲到指南针的磁化，讲到磁偏现象的发现，还讲到指南针的架设问题，以及利用五行学说简要地解释磁针指向的原因。在这里，寇宗夷所使用的是“水浮法”，这与沈括是有些不同的。这也说明，在这时人们还在探索形制，一直在进行着不同的尝试。早在晚唐时期成书的《管氏地理指蒙》，在这篇文献中我们可以读到：磁者母之道，针者铁之戕。母子之性，以是感，以是通；受戕之性，以是复，以是完。体轻而径，所指必端。应一气之所召⋯⋯。透过这段话，可以看到，它记述的磁偏角约为南偏东15°左右。这说明，关于地磁偏现象的发现可能早于宋代。在另一篇早期文献中提到地磁偏的是《九天玄女青囊海角经》，这部书的成书时间约在10世纪下半叶。
与沈括大致同时代的王假(福建堪舆学派的创立者)也提到过磁偏角。在王仅的一首诗中，他写道：“虚危之间针路明，南三张度上三乘”。这里的前一句所提到的显然是天体坐标的南北向，但通过观察地磁罗盘会发现，南方星宿“张”的范围是如此之广，以至于两个磁偏角及天体坐标的正南这3个“南方”方位均包含在其内。所以，他对磁偏角的涉及，具体数值还不能完全确定，但它的地磁偏现象的记载，说明了风水师是重视地磁偏现象的研究的。王仅是一位著名的堪舆家，他的主要著作写于1030—1050年间。
宋代曾三异在1189年写的《因话录》提到，在地球表面上一定有某个区域，在那里磁偏角为零。曾三异的观点很有见地，事实上也确实存在着零磁偏角线。即使如此，他也只是提出了一种有价值的猜测。16世纪，明代人迸一步发现了在不同的地点磁偏角的大小也不同的结论；18世纪，才出现关于磁偏角的大小也随时间的变化而变化的明确记载。
指南针架设方法与罗盘
指南针如何架设起来，沈括比较了4种不同的架设方法：
水浮多荡摇。指爪及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬为最善。其法取新纩中独茧缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针常指南。这就是有名的沈括“四法”。沈括对前3种方法采取否定的态度，尽管“水浮法”是曾公亮已经有过尝试的方法．在《武经总要》中记载的使用方法是将指南鱼“平放水面令浮”，为此鱼形的铁叶可能是中间微凹的，这样的结构使铁鱼像小船一样漂浮在水面上。宗夷也提出了架设的方法，他指出：“以针横贯灯心，浮水上，亦指南。” 南宋时，指南针的架设问题有了新的进展。南宋陈元靓在《事林广记》(成书于1100—1250年间)中记述了两种指南针，即指南鱼和指南龟。它们可看作“水针(水罗盘)”和“旱针(旱罗盘)”的先驱。水罗盘(也叫浮针罗盘)是从《武经总要》的指南鱼到《事林广记》的指南鱼发展过来的，由于后者是木刻的，自然可浮在水面，似乎也不怕水面荡摇，它已发展成为一种比较成熟的结构。此后，水针一直比较流行，加上进一步的改进，将磁针穿上小木条，取代了木头刻的鱼，使之更实用了。自然，“指南鱼”这种形制也就消失了。《事林广记》记载的“指南龟”，则是后世旱罗盘的先驱。它因为采用了竹钉支承，摩擦力小，旋转灵活，因而也受到人们欢迎。指南龟是当时流行的一种新装置，将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内，在木龟腹下方挖一光滑的小孔，对准并放置在直立于木板上的顶端尖滑的竹钉上，这样木龟就被放置在一个固定的、可以自由旋转的支点上了。由于支点处摩擦力很小，木龟可以自由转动指南。当时它并没有用于航海指向，而用于幻术。但是这就是后来出现的旱罗盘的先声。1985年5月，在江西临川县温泉乡朱济南墓中出土了一件题名“张仙人”的俑，高22。2em，手捧罗盘。此罗盘样的磁装置结构与宋代水浮针不同，其菱形针的中央有一明显的圆孔，说明它采用的是枢轴支承的架构。这座墓下葬的时间为南宋庆元四年(1198)。可见在旱罗盘问世不久，中国人已经将其发展成枢轴支承式的了。
结语
旱罗盘后来经阿拉伯传人欧洲，在欧洲发展成熟起来。欧洲人又进一步对这种旱罗盘做了改进，使用起来很是方便。这种改进虽然对磁的知识并未增加，甚至也未“改善”，但是却对航海事业产生了积极影响。也就是说，在发展航海事业的过程中，使磁技术的价值彰显出来。从磁的吸铁性和指极性知识看，在磁技术的发展早期，磁技术对生产发展和航海、堪舆的活动是有价值的，而磁技术的改善就是围绕着这种需求发展的。在磁技术发展的同时，人们也积累起些许磁学知识。这个积累过程是缓慢的，这当然是由于貌似简单的磁知识，它联系着对地(球)磁场的认识。这使问题具有了某种复杂性，而破解这种复杂性还需要时间，需要某种天才；同时也期待着高水平的精准实验用。
在这些精准的实验中，磁化技术中的两种方法是很重要的。在这些磁化技术的发展中，古人所依据的科学原理，要么是不知道，要么是不符合现代的科学原理。所以，古人是黑暗中摸索着前进的，是在对经验中的领悟中发展着的。在这些发明中，指南“针”形状发明提高了指向的精度，也使磁偏角得以发现．针的形制无疑是具有重要意义的，推进了对磁的认识，有益于磁知识的积累。大体上说，磁性指向器的演变过程中，形制的不断改进是很重要的，就像汽车发明后，汽车的样子也不断发生变化，甚至是很大的变化，但这也是逐步演变的。磁性指向器的交流中，也包含着磁知识的交流，这种交流促进着“磁学”知识的积累和发展。这直到近代才结出果实。
罗盘西传
中国的磁针和罗盘先后经由陆水两路西传，曾给人类文明的进程带来重大的影响。史学界认为磁针浮在水中的水罗盘与指南针一脉相承，是中国的发明。1985年江西临川南宋朱济南墓出土的“张仙人”俑手持的旱罗盘证明：旱罗盘的发明权也属于中国。
现代指南针
现代电子罗盘
现代人制作了各种电子指南针，智能手机普遍有这个软件，电子罗盘也叫数字罗盘，是利用地磁场来定北极的一种方法，应用到手机上，其实就是电子指南针，电子罗盘一般用磁阻传感器和磁通门加工而成。
虽然GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用，但由于其信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用。尤其在高楼林立城区和植被茂密的林区，GPS信号的有效性仅为60%，并且在静止的情况下，GPS也无法给出航向信息。为弥补这一不足，可以采用组合导航定向的方法。电子罗盘正是为满足用户的此类需求而设计的。它可以对GPS信号进行有效补偿，保证导航定向信息100%有效，即使是在GPS信号失锁后也能正常工作，做到“丢星不丢向”。
电子罗盘可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘。平面电子罗盘要求用户在使用时必须保持罗盘的水平，否则当罗盘发生倾斜时，也会给出航向的变化而实际上航向并没有变化。虽然平面电子罗盘对使用时要求很高，但如果能保证罗盘所附载体始终水平的话，平面罗盘是一种性价比很好的选择。三维电子罗盘克服了平面电子罗盘在使用中的严格限制，因为三维电子罗盘在其内部加入了倾角传感器，如果罗盘发生倾斜时可以对罗盘进行倾斜补偿，这样即使罗盘发生倾斜，航向数据依然准确无误。有时为了克服温度漂移，罗盘也可内置温度补偿，最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移。
电子罗盘原理
三维电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，倾角传感器是在磁力仪非水平状态时进行补偿;MCU处理磁力仪和倾角传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。该磁力仪是采用三个互相垂直的磁阻传感器，每个轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度。
磁偏角
地球表面任一点的磁子午圈同地理子午圈的夹角，即为磁偏角。磁偏角在同一地点也不是定值，每天早晚测定的磁偏角也有微小的差异，磁偏角具有长期变化和周日变化的特性。气象条件对磁偏角的影响也很大，尤其在雷电天气下是不能观测的。磁偏角受地磁环境影响比较显著，由于地磁的特性，磁子午线情况比较复杂，且互相不平行，直线愈长，误差越大。
指南词义
“指南”的词义有指导或准则之意，而“指南”来源于“司南”，两者仅一音之转。在汉至唐的文献中，读者可读到诸如“事之司南”、“文之司南”以及人之司南等词语。唐代以后，在社会科学中，“司南”一词完全为“指南”所取代。唐代以后，“司南”（磁勺）奇迹般地销声匿迹，因是磁针已经问世。
磁子午线
磁子午线随一年四季的变化而变化。其一，在春分，秋分这天，磁子午线与子午线，以及地球的经线三线重合，指南针直指地球的南北方向极点，误差只有0.08°地轴偏心率，可以忽略不计。其二，在夏至，冬至这天，磁子午线和子午线是不重合的并且偏磁角最大，最大偏差量为正负23.26°，也就是说在地球南北极附近偏磁点最大，用地球的周长除以365°角在正负23°，等于偏磁极点对应南北极点的距离(正负弧度公里)。
社会反应
指南针打开了世界市场
指南针在航海上的应用对地理大发现和海上贸易有极大的促进作用。指南针的发明源于中国古人如何定向问题的研究，也表明古人对如何定向问题的重视，为此，指南针被誉为中国古代四大发明之一。古代中国人将指南针用于军事和航海的活动，也被用于堪舆术，后来还辗转传入欧洲，在欧洲的航海活动和地理大发现中，发挥了不可替代的重要作用。在航海技术发明中，指南针也是最重要的单项发明。
造纸术，是中国四大发明之一。西汉时期，人们已经懂得了造纸的基本方法。东汉时，宦官蔡伦总结前人经验，改进造纸工艺，用树皮、麻头、破布、旧鱼网等植物纤维为原料造纸，纸的质量大大提高。这种纸原料易找，价格便宜，易于推广。此后纸的使用日益普遍，纸逐渐取代简帛，成为人们广泛使用的书写材料，也便利了典籍的流传。
另有学者认为，只有蔡侯纸才是真正的纸 ，蔡伦不仅是造纸术的发明者，而且其发明的造纸基本工艺一直沿用至今。更重要的是，在古代多种类型的纸中，只有用植物纤维制造的蔡侯纸对世界造纸工业的发展及人类文明的传播具有深远影响。
蔡伦
蔡伦（61年/63年—121年），字敬仲，东汉桂阳郡人。汉明帝永平末年入宫给事，汉和帝继位后升任为中常侍，后又兼任尚方令 。蔡伦总结以往人们的造纸经验，革新造纸工艺，制成了“蔡侯纸”，并于元兴元年（公元105年）奏报朝廷 ，汉和帝下令推广他的造纸法 。建光元年（公元121年），邓太后崩逝，汉安帝亲政，蔡伦服毒自尽。
蔡伦改进（一说发明 ）的造纸术被列为中国古代“四大发明” ，对人类文化的传播和世界文明的进步做出了杰出的贡献，千百年来备受人们的尊崇 [8] 。被纸工奉为造纸鼻祖、“纸圣”、 “纸神” 。麦克·哈特的《影响人类历史进程的100名人排行榜》中，蔡伦排在第七位 。美国《时代》周刊公布的“有史以来的最佳发明家”中蔡伦上榜 。2008年北京奥运会开幕式，特别展示了蔡伦改进（一说发明 ）的造纸术。
人物生平
家世背景
蔡伦出身于东汉初年大凑山下从事冶铸的一个铁匠世家，他的祖上是打铁的。卫飒上任桂阳郡太守后，在桂阳设置铁官，蔡家因此与朝廷官员有了紧密的联系。
早年经历
小时候，他在大凑山麓一处被称作石林的乡学启蒙读书，习《周礼》，读《论语》，尤其对周边的生产、生活环境很感兴趣，比如冶炼、铸造，种麻、养蚕。少年蔡伦，已经是满腹经纶，很有才学。
入宫为宦
汉明帝永平末年(公元75年)，蔡伦入宫为宦官。 从史料分析，蔡伦是中国华南地区甚至江南地区第一位走进朝廷，进入皇宫为官的人。蔡伦被选入宫后，最初是在皇宫旁舍嫔妃所居的掖庭当差。
汉章帝建初年间（76-84年），蔡伦升任小黄门，出入皇宫、传递诏令。蔡伦的才华越来越显露出来。系奉窦皇后之命监管宋贵人之事，建初七年（82年），窦后设计诬陷宋贵人，蔡伦“验实”。
飞黄腾达
汉和帝即位时（公元89年），蔡伦升迁为中常侍，成了传达诏令、掌理文书、参预政事的高等宦官。蔡伦很有才学，敦厚谨慎，多次触犯龙颜，匡正得失。每到休假之时，就闭门谢客，只身来到田野中。后来兼任尚方令。
永元九年（公元97年），“监作秘剑及诸器械”。
元兴元年（公元105年）向汉和帝献纸 [9] 这种纸被称为“蔡侯纸”。
元初元年（公元114年），邓太后因为蔡担任了很长时间的侍卫，封他为龙亭侯，封地有三百户人口。不久又任命其为长乐太仆，蔡伦成了邓绥的私人顾问，而且可能为她管理家务事。
元初四年（公元117年）皇帝因为经史传记等文字大多都没有核实确定，于是选拔有名的读书人谒者（学官名）刘珍以及博士（学官名）良史（史官名）聚集在东观（宫殿名），校正各种典籍，派蔡伦监督这件事情。
服毒自尽
建光元年（公元121年）邓太后卒，安帝亲政。蔡伦因为当初受窦后指使参与迫害安帝祖母宋贵人致死、剥夺刘庆的皇位继承权而被审讯查办。下令让蔡伦自己到廷尉（法官名）那里认罪。蔡伦耻于受辱，于是沐浴后穿戴整齐衣服、帽子，喝毒药而死。他的封地被废除（收回）
主要成就
尚方剑
蔡伦兼任尚方令时，掌管尚方，这是一个主管皇宫制造业的机构，“尚方宝剑”就是尚方制作的宝剑，后来成为最高权力的象征。因史书记载阙如，如今已无从考证这个任命是怎么发生的，但这无疑是中国历史上最正确的任命之一。当时的皇宫作坊，集中了天下的能工巧匠，代表那个时代制造业最高水准，为蔡伦提供了一个极好的平台，他的个性、爱好以及他在工程技术方面的过人天资，在这个工作岗位上得到井喷式的展现。
永元九年（公元97年）尚方制作的刀剑等器物，“莫不精工坚密，为后世法”。也就是说，他大幅度改进了制作工艺，达到极高水准，并长期居于技术的顶峰。晚蔡伦三四十年的崔寔在《政论》中写道：“有蔡太仆之弩，及龙亭九年之剑，至今擅名天下。”“蔡太仆”、“龙亭”，指的都是蔡伦，他已成为兵器“品牌”。
蔡侯纸
改进 （一说发明 ）造纸术时的蔡伦主管监督制造宫中用的各种器物。他挑选出树皮、破麻布、旧渔网等，让工匠们把它们切碎剪断，放在一个大水池中浸泡。过了一段时间后，其中的杂物烂掉了，而纤维不易腐烂，就保留了下来。他再让工匠们把浸泡过的原料捞起，放入石臼中，不停搅拌，直到它们成为浆状物，然后再用竹篾把这粘乎乎的东西挑起来，等干燥后揭下来就变成了纸。蔡伦带着工匠们反复试验，试制出既轻薄柔韧，又取材容易、来源广泛、价格低廉的纸 。
元兴元年（公元105年）蔡伦向汉和帝献纸 ，蔡伦将造纸的方法写成奏折，连同纸张呈献皇帝，得到皇帝的赞赏，便诏令天下朝廷内外使用并推广，朝廷各官署、全国各地都视作奇迹。九年后，蔡伦被封为“龙亭侯”，食邑300户。由于在全国各地逐步推行的新造纸方法是蔡伦发明的，人们便把这种纸都称为“蔡侯纸” 。
蔡伦改进（一说发明）的造纸术沿着丝绸之路经过中亚、西欧向整个世界传播，为世界文明的传承和发展起着不可磨灭的贡献。
相关争议
生年
蔡伦出生于1900多年前的东汉中期，但具体年份失考，有关记载蔡伦的史料都是划了一个“？”号，成了谜团。这可能是与他死后被“国”除名而缺失了档案记载所致，也许是他本人早在为进皇宫当官宦便故意隐瞒年龄有关。
据南宋开国侯、洋州刺史杨从仪于绍兴二年，公元1132年所撰《汉龙亭侯蔡公墓碑》，称蔡伦生于辛酉十一。清光绪年间刘馨伯撰《洋县志备录》，也称蔡伦生于辛酉季秋。辛酉年是汉明帝永平四年，公元61年。
《蔡伦年谱简编》则将蔡伦生年记为公元63年 。
出生地
一般的说法是蔡伦出生在今桂阳县。在宝山脚下，俗称蔡子坪这个地方。东汉官方史书《东观汉记》和南朝宋人范晔的《后汉书》都是这样记载的：“蔡伦字敬仲，桂阳人也”。燕塘乡红溪村蔡家现存的清乾隆三十四年续修的《蔡氏宗谱》，记述沿革时引续康熙八年序称：“余始祖大汉受封龙亭侯讳伦字敬仲，住桂阳城南。”清同治《桂阳直隶州志》载：“今州南门有蔡伦井，传云伦故居也” 。
但长期以来仍有些问题，尤其原桂阳郡两个属地对蔡伦故里的具体地点争论不下。桂阳郡治郴县、耒阳县也有可能是蔡伦的出生地。
造纸术
20世纪50年代以前，各界对蔡伦是造纸术发明人的说法，并无异议。直到20世纪50年代，化学史家袁翰青首次挑战了这一“历世纪论”。他认为，像造纸这样一门多原料、多工序、多品种的技术，由一人发明，似乎不大符合实情。尤其是蔡伦作为一个太监，知识面有局限性。袁翰青在1954年第12期的《科学通报》上，首次提出“蔡伦是造纸术的改良者而不是发明者。”次年，当时在中国科学院历史研究所第一所工作的张德钧，撰文反驳袁文观点。
1987年9月11日，中国造纸学会举行纪念蔡伦发明造纸术1882周年大会。会上，中国科协名誉主席、政协副主席周培源说，“决不可轻率地贬低蔡伦和修改历史”。大会最后宣布：蔡伦是造纸术的发明人，为期30年的纸史争议自即日起告结束。次日，新华社、《人民日报》、《科技日报》等各大媒体纷纷报道了这一纸史争议的“官方定论”。
随着甘肃放马滩纸和悬泉置纸先后发现，关于蔡伦是否是纸的发明人的争论渐渐平息。人民教育出版社1992年10月出版的初中课本《中国历史》第一册，引入了1986年甘肃天水发现的放马滩纸，正式使用了“蔡伦改进造纸术的说法”。而关于“西汉有纸说”的学术著作也逐渐被国际学术界所接受。然而，新的发现和学术著作并没说服反对者。2005年10月，湖南省岳麓出版社出版了《纸祖千秋》。这本近55万字的文集收录了100多篇文章，清一色地由坚持蔡伦发明造纸术观点的人撰写。中国制浆造纸研究院高级工程师王菊华认为，灞桥纸并不是纸，放马滩纸地图也不是纸，很可能是帛。中国造纸学会和王菊华持相同观点，该学会秘书处雷煌认为，考古研究是项非常严谨的过程，虽然学界对于谁最早发明造纸术有争议，但并没有充分证据证明浇纸法造纸术早于蔡伦的抄纸法，首创和影响力决定蔡伦的历史地位无可动摇。
目前，学者多认为，蔡伦虽然不是造纸术的唯一发明者，但是他在改进和推广造纸技术方面所作出的历史贡献，是不容否认的。西汉的植物纤维纸，为蔡伦造纸打下了基础。经过蔡伦的改进，造纸才开始脱离纺织业，逐渐成为一门独立的手工业。蔡伦之后，用纸作为书写材料的记载大大增多。魏晋南北朝时期，伴随着用纸书写的普及，特别是纸作为书写工具的地位得到制度上的确认。对蔡伦之前的造纸术的研究，有助于对“蔡侯纸”产生的技术条件和历史贡献等做出更符合历史事实的认识和评价。对于早期古纸的研究，可以让今人更加客观地看待蔡伦的历史地位。
人物评价
范晔：“伦有才学，尽心敦慎，数犯严颜，匡弼得失。”
刘光裕：“中国东汉的蔡伦是纸的发明者。由于他发明了纸，从而引起中国以及世界在传播的媒介技术方面，发生历史上第一次革命性的重大变革。蔡伦以其发明，成为改变世界面貌，特别是改变世界文化面貌的中国第一位伟大发明家。”
麦克·哈特：“今天，纸张成了我们司空见惯的东西，我们很难想象，如果没有纸，世界将会怎样。
世界各国的造纸术大都是从中国辗转流传过去的。造纸术的发明，是中国对世界文明的伟大贡献之一。 1990年8月18日至22日在比利时马尔梅迪举行的国际造纸历史协会第20届代表大会上专家一致认定：蔡伦是造纸术的伟大发明家，中国是造纸的发明国。
历史沿革
早期雏形
纸问世之前，古人把文字刻画、书写在甲骨和简帛上面，或铸刻在青铜器物上面。秦汉时期的公文往来、私人书信以及典籍等都用简帛写成。后人用“册”“编”“卷”来称书籍的篇幅，就是从简的编连方式和存放特点得来的。简用竹木制成，分量很重；帛虽然轻，但价格昂贵。人们使用起来受到很大限制。
关于造纸起源，大体有两种不同观点。其一认为东汉宦官蔡伦于105年发明了纸，主要依据文献记载。在考古学新发现以前，此说千年来颇为流行。其二认为蔡伦之前的西汉已有纸，主要依据现代考古发现。这是从1933年考古学家黄文弼在新疆罗布淖尔汉烽燧遗址出土西汉麻纸（前49年）并提出西汉造纸说承袭下来的观点。1949年以来，两种观点各抒己见。
一种观点认为，西汉时期，人们已经懂得了造纸的基本方法。1933年，新疆罗布淖尔古烽燧亭中发现西汉古纸；1957年5月，陕西省西安市灞桥出土的古纸经过科学分析鉴定，为西汉麻纸。西汉时期的麻纸有的上面还有文字和地图。这证明西汉时已生产纸。但这种纸质地粗糙，使用不便。专家认为，在“蔡侯纸”未发明之前，麻纸的使用价值不大，西汉是麻纸萌芽阶段，纸产量不大，产地不广，质量欠佳，不足以代替简帛。
另有学者认为，只有蔡侯纸才是真正的纸 ：1957年在西安市出土的“灞桥纸”基本没有经历过符合造纸要求的切断处理，并不是纸，而是一些废旧麻絮在铜镜下的衬垫物；1986年在甘肃天水市出土的“放马滩纸地图”保存在博物馆后，没有机会取样做破坏性化验，因为这张“地图”能在有积水并且死者尸骨都腐烂无存的墓葬中残留下来，专家对“地图”的表面结构分析后认为并不是纸，很可能是帛。
《后汉书·贾逵传》记汉章帝于建初元年（76年），曾令贾逵选20人来教授《左传》，并“给简、纸经传各一通”。《后汉书·邓皇后纪》则记载永元十四年（102年）邓皇后赐给前来贡献的方国以纸墨。此时的纸，似已作为书写的载体。
蔡伦造纸
蔡伦改进造纸术的想法，源于皇帝批改的奏折。当时皇帝批阅的奏章都是写在“简牍”上。成捆的竹简由太监用车拉来，几个人抬着放到皇帝的御案前，堆成小山，皇上每天在案几上展卷批阅，累得腰酸背疼。蔡伦整天跟着皇帝，看在眼里、急在心头，所以急于创造出一种新的书写材料。
《后汉书·蔡伦传》记载：“自古书契，多编以竹简，其用缣（jiān）帛者，谓之为纸。缣贵而简重，并不便于人。伦乃造意（发明、创造）用树肤、麻头及敝布、鱼网以为纸。”
蔡伦造纸，是他在任尚方令期间。那时，他经常到洛阳近郊收集制作材料，虚心听取建议，认真总结西汉以来用麻质纤维造纸的经验，经过反复试验，创造了以树皮、麻头、破布、旧渔网为原料的造纸术。
元兴元年（公元105年），蔡伦奏报朝廷，在和帝的支持下，大量生产纸并推广应用。后来，他因为造纸这一伟大功绩被封为“龙亭侯”，因此，人们把这种新型的书写材料称为“蔡侯纸”。
国内流传
“蔡侯纸”平滑光洁，适宜书写，而且原料廉价，降低了造纸的成本，适合大规模推广造纸的技术。3至4世纪，纸已经基本取代简牍绢帛，成为中国唯一的书写材料。
魏晋南北朝时期的造纸技术
同汉代相比，魏晋南北朝时期造纸在产量、质量或加工等方面都有提升，原料不断扩大，造纸设备得到更新，出现新的工艺技术，产纸区域和纸的传播也越来越广，造纸名工辈出。
从留存的实物看，魏晋南北朝的纸比汉代纸有明显的进步，主要表现在白度提高、表面更光滑、结构较紧密，纸质细薄且有明显的帘纹，纸上纤维束较少，有的晋纸纤维打浆度达到70%，接近机制纸。
如果说书写材料在汉代还是简帛并用，纸只是作为新材料尚不足以完全取代，那么这种情况在晋代已发生根本变化。由于能造出大量洁白平滑而方正的纸，人们就无须再用昂贵的缣帛和笨重的简牍，逐步习惯于用纸书写，最后彻底淘汰了简牍。东晋末年桓玄废晋安帝而自称为帝，随即下令曰：“古无纸，故用简，非主于敬也。今诸用简者，皆以黄纸代之。”考古发掘表明，东晋以后，墓葬或遗址中出土的文书便不再是简牍，而全是纸了。
这时南北各地都建立有官私纸坊，就地取材造纸。北方以长安（今西安）、洛阳、山西、山东、河北等地为中心，生产麻纸、楮皮纸、桑皮纸。东晋南渡后，今绍兴、安徽南部、南京、扬州、广州等地成了南方造纸中心，纸种基本与北方相同。但浙江嵊州剡溪沿岸又成为藤纸制造中心。
为改善纸的性能，晋代已有施胶技术，早期施胶剂是植物淀粉剂，或刷在纸面上，或掺入纸浆中，这样处理可增加纸对水透过性的阻扰能力，将纤维间毛细孔阻死，或改善纸浆悬浮性。经化验，西凉建初十二年（416年）写本《律藏初分》用纸即以施胶技术处理。而迄今年代最早的施胶纸是后秦白雀元年（384年）墓葬物清单用纸，表面施以淀粉剂，再经磨光。
表面涂布技术是将白色矿物细粉用胶黏剂均匀涂刷在纸面，再以石砑光，这样既可增加纸表的白度、平滑度，又可减少透光度，使纸表紧密，吸墨性好。检验发现，前凉建兴三十六年（348年）文书纸及东晋写本《三国志·孙权传》用纸都是表面涂布纸，比欧洲早了1400多年。
隋唐五代时期的造纸技术
隋唐五代时期在中国造纸技术史上是个重要的发展阶段，造纸原料品种进一步扩大，纸制品普及于民间日常生活之中，造纸区遍及南北各地，在改善纸浆性能、改革造纸设备等方面取得一些进步，可造出更大幅面的佳纸，满足了书画艺术的特殊要求，纸的加工更加考究，出现了一些名贵的加工纸而载于史册，并为后世效法。由于交通及中外科学文化交流的发展，中国造纸技术沿不同方向向外国传播。雕版印刷术的发明更是刺激了造纸业的进一步发展。
隋唐时所用的原料有麻类、楮皮、桑皮、藤皮、瑞香皮、木芙蓉皮、竹等；竹纸于9-10世纪在广东、浙江初露头角，以竹料造纸是造纸史上一大发明。虽仍主要造麻纸，但其他原料纸则比魏晋南北朝时产量大有增加，也出现更多的混合原料纸。唐代有用野麻生纤维造纸，需沤制脱胶，比用破布费事，但原料丰富，成本低廉。藤纸在唐代达到全盛期，产地不局限于浙江，青、黄、白色藤纸各有不同用途。广东罗州（今廉江）用栈香树皮造纸，名香皮纸。唐代女诗人薛涛（？—832）在四川用芙蓉皮为原料，再将芙蓉花汁掺入纸浆，造出粉红色等多种颜色的薛涛笺，名重一时。
隋唐五代时产纸区域遍及全国。据古书记载，仅唐代向朝廷贡纸的就有常州、杭州、越州、婺州、衢州、宣州、歙州、池州、江州、信州、衡州等11个州邑。由于产纸量大，社会上消耗量亦甚可观，只以唐内府集贤书院为例，大中三年（849年）一年内用蜀纸10000多张，抄写365卷书，这正是促使社会科学文化发达的物质后盾。
唐代可造出幅面更大的纸，纸本绘画从这一时期猛增，传世的有韩滉的设色《五牛图》，出土的有设色花鸟画及人物画。除文化及文书用纸外，隋唐五代时许多日用品也以纸制成，以代替其他昂贵材料，如灯笼纸及糊窗纸，纸的表面涂上油成为防水纸，可代替绢料。至于纸衣、纸帽、纸被、纸帐、纸甲、纸花、剪纸及包装纸等都可代替过去用的纺织品。唐代“飞钱”是纸币的先驱，用以代替金属货币。此外，也用纸做成纸人、纸钱为死者送葬时烧。纸的用途越来越广泛，中国名副其实地进入了纸的时代。
五代造纸技术直接承袭隋唐，但因南北割据，社会动荡，各地技术发展很不平衡。敦煌石室所出西北地区造的麻纸多不精良，书法亦不工，这也反映了当时社会经济不景气的现状。但统治者御用的“澄心堂纸”却为一时之冠。苏易简在《文房四谱·纸谱》中写道：“南唐有澄心堂纸，细薄光润，为一时之甲。”
宋元时期的造纸技术
宋元时期是中国造纸术的成熟阶段。此时造纸原料又有了新的开拓，竹纸和稻麦秆纸的发展标志着造纸史中的新纪元。造纸区域、纸的品种及加工技术越来越向更广的地方发展。纸的用途在社会上再度普及各个方面。以用量而言，宋元纸大部分用于印刷。竹纸崛起的同时，大幅优质皮纸的出现也是此时期不同于前代的特点。此外，还出现了有关纸的专门著作，也是前代所无。
宋元时大量用竹纸印书，宋元刻本以浙江杭州、福建建阳、四川成都、江西吉州等地为中心，福建本流传甚广，多印以竹纸。
由于原料不足，晋唐时一度盛行的藤纸，至宋元逐渐退出历史舞合；麻纸只在有限地区内生产，统治地位让给了竹纸及皮纸，这种趋势一直保持到19世纪末的清代晚期。宋元书画、刻本及公私文书中多用皮纸，其产量之大、质量之高均远在隋唐五代之上，这也导致书画家更喜欢在皮纸上创作书画。
宋元时还制造混合原料纸，这又是一大成就。如北京图书馆藏北宋米芾的《公议帖》《新恩帖》是竹、麻混料纸，《寒光帖》是竹、楮混料纸，而其《高氏三图诗》是麻、堵混料纸。混料纸的制造具有重大的技术经济意义，可兼收不同原料之优点，是中国造纸术的一种独特的技术。
宋元时期为扩大造纸原料来源，降低生产成本，还采用故纸回槽，掺到新纸浆中造再生纸的工艺，得到的纸叫“还魂纸”。明代宋应星《天工开物》说：“其废纸洗去朱墨污秽，浸烂入槽再造，全省从前煮浸之力……名为还魂纸。”这就达到了废物利用和降低成本的经济目的。
宋元时期纸制品的广泛使用也超过唐五代，举凡纸帐、纸衣、纸伞纸被、剪纸、纸花等，应有尽有，游戏用的纸牌也深人民间。宋元时民间还有纸影戏。纸在工业生产中也广为利用，宋代烟火、火器制造中的火药筒、火药包及引线都以纸为之，而养蚕时雌蛾产卵在桑皮纸上。
明清时期的造纸技术
明清在造纸原料、技术、设备和加工等方面都集历史上的大成，纸的产量、质量、用途和产地也比过去任何时期都处于更高的发展阶段。同时还出现专门论述造纸技术的插图本专著，为前代所未见。随着中外交流的紧密，中国精工细作的纸、纸制品及加工技继续传至国外。清末，中国又从西方引入机器造纸技术，从而在造纸技术上揭开了新的一页。
明清时的造纸作坊大多分布在南方的江西、福建、浙江、安徽等省，广东和四次之；北方以陕西、山西、河北等省为主。原料有竹、麻、皮料和稻草等，其中竹纸产量占首位，尤其南方近山区多造竹纸。皮纸多用于书画或印刷书籍，麻纸产量比例逐渐变小。
明清时在纸的加工方面集历代之大成，各种历史名纸都恢复生产，同时又推出一些新品种。明代加工纸中最著名的是宣德贡笺，制于宣德年间（1426-1435年），有五色粉笺、五色金花纸、瓷青纸等品种。此后仍继续生产，供内府使用，后从内府传出，遂为世人推重。清初时已将宣德贡笺与南唐澄心堂纸并称为稀世名纸。
明清时还有关于各种加工纸的技术记载，明人屠隆《考槃余事》及冯梦祯《快雪堂漫录》二书较集中地谈到各种纸加工技术，包括染制宋笺法、造金银印花笺法、造槌白纸法及染纸作画不用胶法。
传入海外
中国造纸术在东亚、南亚和东南亚的传播
中国地处亚洲大陆东部，纸及造纸术首先传至邻近的亚洲国家。
中国与越南陆上相邻，中国纸及书卷在2世纪已传到越南。汉末社会动乱，大批中国人到越南避难，带去中原文化和生产技术。至迟在3世纪已能造纸，所造有楮皮纸，还有由当地蜜香树制的蜜香纸，太康五年（284年），大秦（东罗马）人献晋武帝蜜香纸30000张。
中国纸在汉末至魏晋南北朝时就已传入朝鲜半岛。朝鲜半岛造纸可上溯到4-5世纪，主要生产麻纸，但大部分纸仍从中国得到。高丽朝（936-1392年）统一半岛后，与宋朝保持往来，此时造纸业有了发展，皮纸成为新品种。高丽朝造的纸厚重、强韧而洁白，为宋代士大夫所喜爱。元代人鲜于枢《纸笺谱》将高丽蛮笺列为名纸之一。
日本和纸至今仍为书画艺术家所喜爱，也在日常生活中广泛使用。《日本书纪》记载，285年百济人将中国书卷带至日本，而610年高丽王遣高僧昙征（579-631）赴日，昙征知五经，且能制纸墨，过去史学家认为日本造纸始于610年。实际上，南北朝时的中国已与日本有频繁的直接往来，有可能在此过程中从中国引进造纸术。日本雁皮造纸始于奈良时代，造麻纸、楮纸技术与唐代是一致的。
中国纸和造纸技术南传后至今印度、巴基斯坦、孟加拉国、尼泊尔、泰国、柬埔寨、缅甸、菲律宾和印度尼西亚等国。这些国家造纸均晚于越南、朝鲜和日本等国家。
中国造纸术在中亚、西亚和北非的传播
中亚、西亚各国，古书通称西域诸国，早在西汉时即与中国往来，纸张即从中国输入这些地区。1907年斯坦因在敦煌发现九封中亚商人南奈·万达（Nanai Vandak）于311-313年用中亚粟特文（Sogdian）写给在撒马尔罕（Samarkand）友人的书信，用的已是麻纸，可见该国人早在东晋时就已用中国纸书写，同时将纸运至中亚。
天宝十载（751年）唐帝国与大食在中亚的恒逻斯（Talas，今哈萨克斯坦境内）用兵。交战中部分唐士兵被俘，其中有造纸工人，随后在撒马尔罕由中国人指导的纸厂开始生产麻纸。此后，纸输往欧洲。随着阿拉伯势力延伸到非洲，造纸技术随之传入，641年倭马亚王朝征服埃及，900年前后在今开罗建立了非洲第一个纸厂。1100年前后埃及在今摩洛哥境内的非斯（Fez）建立了非洲境内的第二个造纸基地，至此在中亚、西亚及北非先后有了六个造纸工厂，都按中国方法生产麻纸，纸在阿拉伯境内普及开来。
中国造纸术在欧洲、美洲和大洋洲的传播
中国造纸术是通过阿拉伯传入欧洲的，西班牙、法国和意大利是造纸术在欧洲传播的最早的转运站。阿拉伯倭马亚王朝被推翻后，前朝太子拉赫曼（Abd al - Rahman）带一批人逃到北非避难，再前往西班牙，并于756年在西班牙境内建立政权，后逐渐统治西班牙，这使其成为最早造纸的欧洲国家，西班牙最早的纸厂于萨狄瓦（Xativa）建于1150年。
法国与西班牙相邻，造纸技术可能来自西班牙。第一个纸厂于1189年建于南方的埃罗（Herault），因产量小，法国用纸仍大量从大马士革及西班牙供应。无疑，西班牙和法国主要生产麻纸。
11一12世纪，阿拉伯纸还通过地中海从北非的埃及、摩洛哥运往意大利，再转运到亚洲大陆各国，造纸术就借此商路传入意大利，1276年在蒙地法诺（Montefano）建立第一家纸厂生产麻纸。意大利造纸业发展迅速，至14世纪已成为欧洲用纸的供应地，产量超过西班牙和大马士革。
14世纪后期德国用纸量也与日俱增，1390年在印刷中心纽伦堡（Nuremberg）建立第一个纸厂，同时在科隆（Cologne）建立另一个纸厂。德国有了造纸业后，又成为向欧洲辐射造纸技术的另一中心。与德、法交界的荷兰于1428年建起早期纸坊，1586年在多德雷赫特（Dordrecht）兴建了更大的纸厂。通行德语的瑞士于1433年在印刷中心巴塞尔（Basel）建立纸坊，德国南面的奥地利于1498年在维也纳（Vienna）设造纸；与德国接壤的波兰于1491年在克拉科夫（Krakow）有了该国第一家纸厂。俄国较早就接触纸，但最早的纸厂1576年才在莫斯科（Moscow）兴建，还请了德国技师。
英国与欧洲大陆有一海之隔，虽于14世纪已从西班牙进口纸，但造纸时间较晚。最早的纸厂是1494年在哈福德郡（Hartfordshire）建立的。欧洲北部国家也因地理位置关系造纸较晚，丹麦于1635年开始造纸，而挪威则始于1690年。然而至17世纪时，欧洲各国基本上都有了造纸业。
美洲1575年才有第一家造纸厂，是西班牙人移居墨西哥后建立的。此前美洲仍用羊皮等古老材料，有时用纸靠欧洲进口。美国最早的纸坊于1690年建于费城（Philadelphia），而北美的加拿大于1803年才在圣安德鲁斯（Saint Andrews）兴建纸坊。
大洋洲第一家纸厂于1868年在澳大利亚的墨尔本（Melbourne）建成。
至19世纪后半叶，中国造纸术已完成其世界传播之旅程，遍及各国。
造纸影响
造纸术既方便了人们书写，又促进了文化传播。公元7世纪造纸术传入日本，公元8世纪造纸术传到欧洲各国，造纸术的广泛传播，对人类文化事业的发展起到重大作用造纸术的发明和推广，对于世界科学、文化的传播产生深刻的影响，对于社会的进步和发展起着重大的作用。
造纸术加速了文字的传播，扩大了文化交流，提高了生产效率，同时，有利于文化的传承使纸张成为人们文化生活和日常生活的必需品，推动了文献的生产发展。
造纸术经阿拉伯人传入欧洲，廉价的纸张很快取代了欧洲长期使用的书写材料羊皮和小牛皮，促进了欧洲文化的发展。欧洲人借鉴中国的印刷术，造出了自己的活字印刷机，大大推动了文艺复兴运动和宗教改革，促进了思想解放和社会进步。
正如英国科学家弗兰西斯·培根在评价包括造纸术在内的中国四大发明的时候所说的：“它们改变了世界上事物的全部面貌和状态，又从而产生了无数的变化；看来没有一个帝国，没有一个宗教，没有一个显赫人物，对人类事业曾经比这些机械的发明施展过更大的威力和影响。”
造纸方法
古代
蔡伦造纸术
蔡伦改进的造纸术，形成了一套较为定型的造纸工艺流程，其过程大致可归纳为4个步骤：
①分离：用沤浸或蒸煮的方法让原料在碱液中脱胶，并分散成纤维状；
②打浆：用切割和捶捣的方法切断纤维，并使纤维帚化，而成为纸浆；
③抄造：把纸浆渗水制成浆液，然后用捞纸器（篾席）捞浆，使纸浆在捞纸器上交织成薄片状的湿纸；
④干燥：把湿纸晒干或晾干，揭下就成为纸张。
明朝造纸术
明朝造纸术有五个主要的步骤。图中所示的造纸方法为中国古代广泛流传采用的抄纸法，抄纸法制造速度较快。分为以下几个步骤：斩竹漂塘、煮楻足火、荡料入帘、覆帘压纸、透火焙干。
斩竹漂塘：砍下竹子置于水塘浸泡，使纤维充分吸水。可以再加上树皮、麻头、和旧鱼网等植物原料捣碎。
煮楻足火：把碎料煮烂，使纤维分散，直到煮成纸浆。图中可见大锅中的碎料用大石压住，有助于完全煮烂。
荡料入帘：待纸浆冷却，再使用平板式的竹帘把纸浆捞起，过滤水分，成为纸膜。此一步骤要有纯熟的技巧，才能捞出厚薄适中、分布均匀的纸膜。
覆帘压纸：捞好的纸膜一张张叠好，用木板压紧，上置重石，将水压出。
透火焙干：把压到半干的纸膜贴在炉火边上烘干，揭下即为成品。
现代
现代制纸工序已经机械化。
磨木纸浆（Groundwood Pulp） 利用机械碾磨力以取得木材纤维，又称为机械纸浆（mechanical pulp），主要可再分为一般机械浆、精制机械浆、热磨机械浆等。
化学纸浆（Chemical Pulp） 利用化学法将纤维与木质素分开以取得木材纤维，主要可再分为苏打浆、亚硫酸盐浆、硫酸盐浆等。
半化学纸浆（Semichemical Pulp） 结合机械法与化学法之制浆方式，可再分为中性半化学浆、冷苏打浆、化学机械浆等。
起源争议
20世纪50年代以前，各界对蔡伦是造纸术发明人的说法，并无异议。直到20世纪50年代，化学史家袁翰青首次挑战了这一“历世纪论”。他认为，像造纸这样一门多原料、多工序、多品种的技术，由一人发明，似乎不大符合实情。尤其是蔡伦作为一个太监，知识面有局限性。袁翰青在1954年第12期的《科学通报》上，首次提出“蔡伦是造纸术的改良者而不是发明者。”次年，当时在中国科学院历史研究所第一所工作的张德钧，撰文反驳袁文观点。
1979年，主管造纸局的轻工业部副部长王毅之率中国科技代表团访问日本。参观东京造纸博物馆时，发现展览说明中说“蔡伦以前的西汉已经有了纸”非常生气，认为这与中国的历史定论不同。代表团回国后，正好赶上国内媒体报道陕西扶风发现蔡伦之前的西汉麻纸。从这时起，轻工业部正式介入蔡伦是否是纸的发明人的论战。
1987年9月11日，中国造纸学会举行纪念蔡伦发明造纸术1882周年大会。会上，中国科协名誉主席、政协副主席周培源说，“决不可轻率地贬低蔡伦和修改历史”。大会最后宣布：蔡伦是造纸术的发明人，为期30年的纸史争议自即日起告结束。次日，新华社、《人民日报》、《科技日报》等各大媒体纷纷报道了这一纸史争议的“官方定论”。
灞桥纸发掘人、陕西省博物馆程学华专门针对该大会点名撰写了《西汉灞桥纸的补述论证与有关问题的说明》，在这份长达17页的《说明》中，程学华详细阐释了灞桥纸的发现经过、墓葬位置、断代依据等。此外，程用了一半的篇幅“揭穿了调查组深入调查的真相”：前后三次来调查的人员均要求他改变自己原有的说法。程学华在《说明》中写道，“这是学术研究领域内的怪事”。
纸史委员会委员安嘉麟曾撰写文章指出，蔡伦造纸说是“历史定论”，关系到祖国尊严和荣誉，神圣不可侵犯。挑战此说已不再是学术问题，而是是否爱国、维护国家尊严的政治问题。
日本学者、东京大学教授中山茂在其书中说，“由于感情问题作祟，反对纸的西汉起源说，只好说‘灞桥纸不能以纸定论’。”
随着甘肃放马滩纸和悬泉置纸先后发现，关于蔡伦是否是纸的发明人的争论渐渐平息。人民教育出版社1992年10月出版的初中课本《中国历史》第一册，引入了1986年甘肃天水发现的放马滩纸，正式使用了“蔡伦改进造纸术的说法”。而关于“西汉有纸说”的学术著作也逐渐被国际学术界所接受。
然而，新的发现和学术著作并没说服反对者。2005年10月，湖南省岳麓出版社出版了《纸祖千秋》。这本近55万字的文集收录了100多篇文章，清一色地由坚持蔡伦发明造纸术观点的人撰写。中国制浆造纸研究院高级工程师王菊华认为，灞桥纸并不是纸，放马滩纸地图也不是纸，很可能是帛。中国造纸学会和王菊华持相同观点，该学会秘书处雷煌认为，考古研究是项非常严谨的过程，虽然学界对于谁最早发明造纸术有争议，但并没有充分证据证明浇纸法造纸术早于蔡伦的抄纸法，首创和影响力决定蔡伦的历史地位无可动摇。
目前，学者多认为，蔡伦虽然不是造纸术的唯一发明者，但是他在改进和推广造纸技术方面所作出的历史贡献，是不容否认的。西汉的植物纤维纸，为蔡伦造纸打下了基础。经过蔡伦的改进，造纸才开始脱离纺织业，逐渐成为一门独立的手工业。蔡伦之后，用纸作为书写材料的记载大大增多。魏晋南北朝时期，伴随着用纸书写的普及，特别是纸作为书写工具的地位得到制度上的确认。
对蔡伦之前的造纸术的研究，有助于对“蔡侯纸”产生的技术条件和历史贡献等做出更符合历史事实的认识和评价。对于早期古纸的研究，可以让今人更加客观地看待蔡伦的历史地位。
传承发展
2006年，西藏自治区申报的藏族造纸技艺被列入第一批国家级非物质文化遗产名录。
2006年，云南省香格里拉县和云南省临沧市申报的傣族、纳西族手工造纸技艺被列入第一批国家级非物质文化遗产名录。
2009年，宣纸制作工艺被列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。
2011年，陕西省汉中市申报的蔡伦造纸传说被列入第三批国家级非物质文化遗产名录。
2014年，湖南省耒阳市申报的竹纸制作技艺（蔡伦古法造纸技艺）被列入第四批国家级非物质文化遗产代表性项目名录。
火药，顾名思义，可由火花、火焰等引起剧烈燃烧的药剂。据《范子计然》的记载，春秋时代中国就已经用于民间民生应用，范子计然说“硝石出陇道”。
火药是中国四大发明之一。是在适当的外界能量作用下，自身能进行迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温燃气的物质。在军事上主要用作熗弹、炮弹的发射火药和火箭、导弹的推进剂及其他驱动装置的能源，是弹药的重要组成部分。人类文明史上的一项杰出的成就。火药是以其杀伤力和震慑力，带给人类消停战事、安全防卫的作用，成为了人类文明重要发明之一。
历史
火药，是以其杀伤力和震慑力，带给人类消停战事、安全防卫的作用，成为了人类文明重要发明之一。
据《范子计然》的记载，春秋时代中国就已经用于民间民生应用，范子计然说“硝石出陇道”。我国现在看到的第一部记载火药配方的书，约成书于八九世纪。书中说“以硫磺、雄黄合硝石，并蜜烧之”，会发生“焰起，烧手面及火尽屋舍”的现象。这里的“密”应该是蜂蜜的“蜜”。蜜加热能变成炭。硫磺、硝石与炭混合，这就是火药的配方。
火药的发明是人们长期炼丹，制药实践结果，至今已有一千多年历史。
唐朝末年，火药已被用于军事。唐昭宗天佑元年(904年)杨行密的军队围攻豫章，部将郑 (以所部发机飞火，烧龙沙门，带领壮士突火先登入城，焦灼被体)。这里所说的(飞火)，就是(火炮)，(火箭)之类。(火炮)是把火药制成环状，把吊线点燃后用抛石机抛掷出去;火箭则是把火药球缚于箭镞之下，将引线点燃后用弓射出。到了宋代，战争接连不断，促进火药武器的加速发展。北宋政府建立了火药作坊，先后制造了火药箭，火炮等以燃烧性能为主的武器和(霹雳炮)，(震天雷)等爆炸性较强的武器。南宋在1259年造出了以巨竹为筒，内装火药的(突火熗)。到了元代又出现铜铸火铳，称为(铜将军)。这些都是以火药的爆炸为推动力的武器，在战争中显示了前所未有的威力。
在12，13世纪，火药首先传入阿拉伯国家，然后传到希腊和欧洲乃至世界各地。对人类社会的文明进步，对经济和科学文化的发展，起了推动作用。英法各国直到十四世纪中叶，才有应用火药和火器的记载。
1、源于炼丹术
炼丹术起源很早，《战国策》中已有方士向荆王献不死之药的记载。汉武帝也妄想“长生久视”，向民间广求丹药，招纳方士，并亲自炼丹。从此，炼丹成为风气，开始盛行。历代都出现炼丹方士，也就是所谓的炼丹家。炼丹家的目的是寻找长生不老之药，这样的目的是不可能达到的。炼丹术流行了一千多年，最后还是一无所获。但是，炼丹术所采用的一些具体方法还是有可取之处的，它显示了化学的原始形态。
炼丹术中很重要的一种方法就是“火法炼丹”。它直接与火药的发明有关系。所谓“火法炼丹”大约是一种无水的加热方法，晋代葛洪在“抱朴子”中对火法有所记载，火法大致包括：煅（长时间高温加热）、炼（干燥物质的加热）、灸（局部烘烤）、熔（熔化）、抽（蒸馏）、飞（又叫升，就是升华）、优（加热使物质变性）。这些方法都是最基本的化学方法，这也是炼丹术这种愚昧的职业能够产生发明的基础。炼丹家的虔诚和寻找长生不老之药的挫折，使得炼丹家不得不反复实验和寻找新的方法。这样就为火药的发明创造了条件。在发明火药之前，炼丹术已经得到了一些人造的化学药品，如硫化汞等。这可能是人类最早用化学合成法制成的产品之一。
炼丹起火，启示人们认识并发明火药。
2、火药的发明
炼丹家虽然掌握了一定的化学方法，但是他们的方向是求长生不老之药，因此火药的发明具有一定的偶然性。
炼丹家对于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石药，在使用之前，常用烧灼的办法“伏”一下，“伏”是降伏的意思。使毒性失去或减低，这种手续称为“伏火”。唐初的名医兼炼丹家孙思邈在“丹经内伏硫磺法”中记有：硫磺、硝石各二两，研成粉末，放在销银锅或砂罐子里。掘一地坑，放锅子在坑里和地平，四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角逐一点着，然后夹入锅里，把硫磺和硝石起烧焰火。等到烧不起焰火了，再拿木炭来炒，炒到木碳消去三分之一，就退火，趁还没冷却，取入混合物，这就伏火了。
唐朝中期有个名叫清虚子的，在“伏火矾法”中提出了一个伏火的方子：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。右为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里内，烟渐起。”他用马兜铃代替了孙思邈方子中的皂角，这两种物质代替碳起燃烧作用的。
伏火的方子都含有碳素，而且伏硫磺要加硝石，伏硝石要加硫磺。这说明炼丹家有意要使药物引起燃烧，以去掉它们的猛毒。
虽然炼丹家知道硫、硝、碳混合点火会发生激烈的反应，并采取措施控制反应速度，但是因药物伏火而引起丹房失火的事故时有发生。《太平广记》中有一个故事，说的是隋朝初年，有一个叫杜春子的人去拜访一位炼丹老人。当晚住在那里。半夜杜春子梦中惊醒，看见炼丹炉内有“紫烟穿屋上”，顿时屋子燃烧起来。这可能是炼丹家配置易燃药物时疏忽而引起火灾。还有一本名叫《真元妙道要略》的炼丹书也谈到用硫磺、硝石、雄黄和蜜一起炼丹失火的事，火把人的脸和手烧坏了，还直冲屋顶，把房子也烧了。书中告戒炼丹者要防止这类事故发生。这说明唐代的炼丹者已经掌握了一个很重要的经验，就是硫、硝、碳三种物质可以构成一种极易燃烧的药，这种药被称为“着火的药”，即火药。由于火药的发明来自制丹配药的过程中，在火药发明之后，曾被当做药类。《本草纲目》中就提到火药能治疮癣、杀虫，辟湿气、瘟疫。
火药不能解决长生不老的问题，又容易着火，炼丹家对它并不感兴趣。火药的配方由炼丹家转到军事家手里，就成为中国古代四大发明之一的火药。
3、火药的应用
唐朝时的火药
火药发明之前，火攻是军事家常用的一种进攻手段，那时在火攻中，用了一种叫做火箭的武器，它是在箭头上绑一些像油脂、松香、硫磺之类的易燃物质，点燃后用弓射出去，用以烧毁敌人的阵地。如果用火药代替一般易燃物，效果要好得多。火药发明之前，攻城守城常用一种抛石机抛掷石头和油脂火球，来消灭敌人。火药发明之后，利用抛石机抛掷火药包以代替石头和油脂火球。据宋代路振的《九国志》记载，唐哀帝时（十世纪），郑王番率军攻打豫章（今江西南昌），“发机飞火”，烧毁该城的龙沙门。这可能是有关用火药攻城的最早记载。
两宋时的火药
到了两宋时期火药武器发展很快。据《宋史·兵记》记载：公元970年兵部令史冯继升进火箭法，这种方法是在箭杆前端缚火药筒，点燃后利用火药燃烧向后喷出的气体的反作用力把箭簇射出，这是世界上最早的喷射火器。公元1000年，士兵出身的神卫队长唐福向宋朝廷献出了他制作的火箭、火球、火蒺藜等火器。1002年，冀州团练使石普也制成了火箭、火球等火器，并做了表演。
火药兵器在战场上的出现，预示着军事史上将发生一系列的变革。从使用冷兵器阶段向使用火器阶段过渡。火药应用于武器的最初形式，主要是利用火药的燃烧性能。《武经总要》中记录的早期火药兵器，还没有脱离传统火攻中纵火兵器的范畴。随着火药和火药武器的发展，逐步过度到利用火药的爆炸性能。
硝酸钾、硫磺、木炭粉末混合而成的火药被称为黑火药或者叫褐色火药。这种混合物极易燃烧，而且烧起来相当激烈。如果火药在密闭的容器内燃烧就会发生爆炸。火药燃烧时能产生大量的气体（氮气、二氧化碳）和热量。原来体积很小的固体的火药，体积突然膨胀，猛增至几千倍，这时容器就会爆炸。这就是火药的爆炸性能。利用火药燃烧和爆炸的性能可以制造各种各样的火器。北宋时期使用的那些用途不同的火药兵器都是利用黑火药燃烧爆炸的原理制造的。蒺藜火球、毒药烟球是爆炸威力比较小的火器。到了北宋末年爆炸威力比较大的火器向“霹雳炮”、“震天雷”也出现了。这类火器主要是用于攻坚或守城。公元1126年，李纲守开封时，就是用霹雳炮击退金兵的围攻。金与北宋的战争使火炮进一步得到改进，震天雷是一种铁火器，是铁壳类的爆炸性兵器。元军攻打金的南京（今河南开封）时金兵守城时就用了这种武器。《金史》对震天雷有这样的描述：“火药发作，声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆碎并无迹，甲铁皆透”。这样的描述可能有一点夸张，但是这是对火药威力的一个真实写照。
火器的发展有赖于火药的研究和生产。《武经总要》中记录了三个火药配方。唐代火药含硫、硝的含量相同，是1比1，宋代为1比2，甚至接近1比3。已与后世黑火药中硝占四分之三的配方相近。火药中加入少量辅助性配料，是为了达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕等效果。火药是在制造和使用过程中不断改进和发展的。
1044年曾公亮主编的《武经总要》一书中介绍了三种火药配方，以不同的辅料，达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕的不同目的。
宋代由于战争不断，对火器的需求日益增加，宋神宗时设置了军器监，统管全国的军器制造。军器监雇佣工人四万多人，监下分十大作坊，生产火药和火药武器各为一个作坊，并占有很重要的地位。史书上记载了当时的生产规模：“同日出弩火药箭七千支，弓火药箭一万支，蒺藜炮三千支，皮火炮二万支”。这些都促进了火药和火药兵器的发展。
南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火熗。火熗是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火熗二十余条”。公元1259年，寿春地区有人制成了突火熗，突火熗是用粗竹筒作的，这种管状火器与火熗不同的是，火熗只能喷射火焰烧人，而突火熗内装有“子巢”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子巢”射出去。“子巢”就是原始的子弹。突火熗开创了管状火器发射弹丸的先声。现代熗炮就是由管状火器逐步发展起来的。所以管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃。
突火熗又被称为突火筒，可能它是由竹筒制造的而得此名。《永乐大典》所引的《行军须知》一书中提到，在宋代守城时曾用过火筒，用以杀伤登上城头的敌人。到了元明之际，这种用竹筒制造的原始管状火器改用铜或铁，铸成大炮，称为“火铳”。
1332年的铜火铳，是世界上现存最早的有铭文的管状火器实物。
明代
明代在作战火器方面，发明了多种“多发火箭”，如同时发射10支箭的“火弩流星箭”；发射32支箭的“一窝蜂”；最多可发射100支箭的“百虎齐奔箭”等。明燕王朱棣（即后来的明成祖）与建文帝战于白沟河，就曾使用了“一窝蜂”。这是世界上最早的多发齐射火箭，堪称是现代多管火箭炮的鼻祖。尤其值得提出的是，当时水战中使用的一种叫“火龙出水”的火器。据“武备志”记载，这种火器可以在距离水面三、四尺高处飞行，远达两三里。这种火箭用竹木制成，在龙形的外壳上缚四支大“起火”，腹内藏数支小火箭，大“起火”点燃后推动箭体飞行，“如火龙出于水面。”火药燃尽后点燃腹内小火箭，从龙口射出。击中目标将使敌方“人船俱焚。”这是世界上最早的二级火箭。另外，该书还记载了“神火飞鸦”等具有一定爆炸和燃烧性能的雏形飞弹。“神火飞鸦”用细竹篾绵纸扎糊成乌鸦形，内装火药，由四支火箭推进，它是世界上最早的多火药筒并联火箭，它与今天的大型捆绑式运载火箭的工作原理很相近。
火箭的发展，使人产生了利用火箭的推力飞上天空的愿望。根据史书的记载14世纪末，明朝的一位勇敢者万户坐在装有47个当时最大的火箭的椅子上，双手各持一个大风筝，试图借助火箭的推力和风筝的升力实现飞行的梦想。尽管这是一次失败的尝试，但万户被誉为利用火箭飞行的第一人。为了纪念万户，月球上的一个环行山以万户的名字命名。
火药对人类的影响
据宋代路振的《九国志》记载，唐哀帝时（十世纪），郑王番率军攻打豫章（今江西南昌），“发机飞火”，烧毁该城的龙沙门。这可能是有关用火药攻城的最早记载。到了两宋时期火药武器发展很快。据《宋史·兵记》记载：公元970年兵部令史冯继升进火箭法，这种方法是在箭杆前端缚火药筒，点燃后利用火药燃烧向后喷出的气体的反作用力把箭簇射出，这是世界上最早的喷射火器。公元1000年，士兵出身的神卫队长唐福向宋朝廷献出了他制作的火箭、火球、火蒺藜等火器。1002年，冀州团练使石普也制成了火箭、火球等火器，并做了表演。火药兵器在战场上的出现，预示着军事史上将发生一系列的变革。从使用冷兵器阶段向使用火器阶段过渡。
火药应用于武器的最初形式，主要是利用火药的燃烧性能。随着火药和火药武器的发展，逐步过度到利用火药的爆炸性能。火药燃烧时能产生大量的气体和热量。原来体积很小的固体的火药，体积突然膨胀，猛增至几千倍，这时容器就会爆炸。这就是火药的爆炸性能。利用火药燃烧和爆炸的性能可以制造各种各样的火器。北宋时期使用的那些用途不同的火药兵器都是利用黑火药燃烧爆炸的原理制造的。蒺藜火球、毒药烟球是爆炸威力比较小的火器。到了北宋末年爆炸威力比较大的火器向“霹雳炮”、“震天雷”也出现了。这类火器主要是用于攻坚或守城。公元1126年，李纲守开封时，就是用霹雳炮击退金兵的围攻。金与北宋的战争使火炮进一步得到改进，震天雷是一种铁火器，是铁壳类的爆炸性兵器。元军攻打金的南京（今河南开封）时金兵守城时就用了这种武器。南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火熗。火熗是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火熗二十余条”。公元1259年，寿春地区有人制成了突火熗，突火熗是用粗竹筒作的，这种管状火器与火熗不同的是，火熗只能喷射火焰烧人，而突火熗内装有“子巢”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子巢”射出去。“子巢”就是原始的子弹。突火熗开创了管状火器发射弹丸的先声。现代熗炮就是由管状火器逐步发展起来的。所以管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃。突火熗又被称为突火筒，可能它是由竹筒制造的而得此名。。《永乐大典》所引的《行军须知》一书中提到，在宋代守城时曾用过火筒，用以杀伤登上城头的敌人。
到了元明之际，这种用竹筒制造的原始管状火器改用铜或铁，铸成大炮，称为“火铳”。明代在作战火器方面，发明了多种“多发火箭”，如同时发射10支箭的“火弩流星箭”；发射32支箭的“一窝蜂”；最多可发射100支箭的“百虎齐奔箭”等。明燕王朱棣（即后来的明成祖）与建文帝战于白沟河，就曾使用了“一窝蜂”。这是世界上最早的多发齐射火箭，堪称是现代多管火箭炮的鼻祖。尤其值得提出的是，当时水战中使用的一种叫“火龙出水”的火器。据“武备志”记载，这种火器可以在距离水面三、四尺高处飞行，远达两三里。这种火箭用竹木制成，在龙形的外壳上缚四支大“起火”，腹内藏数支小火箭，大“起火”点燃后推动箭体飞行，“如火龙出于水面。”火药燃尽后点燃腹内小火箭，从龙口射出。击中目标将使敌方“人船俱焚。”这是世界上最早的二级火箭。另外，该书还记载了“神火飞鸦”等具有一定爆炸和燃烧性能的雏形飞弹。“神火飞鸦”用细竹篾绵纸扎糊成乌鸦形，内装火药，由四支火箭推进，它是世界上最早的多火药筒并联火箭，它与今天的大型捆绑式运载火箭的工作原理很相近。
火箭的发展，使人产生了利用火箭的推力飞上天空的愿望。根据史书的记载，14世纪末，明朝的一位勇敢者万户坐在装有47个当时最大的火箭的椅子上，双手各持一个大风筝，试图借助火箭的推力和风筝的升力实现飞行的梦想。尽管这是一次失败的尝试，但万户被誉为利用火箭飞行的第一人。为了纪念万户，月球上的一个环行山以万户的名字命名。
早在八、九世纪时，和医药、炼丹术的知识一起，硝也由中国传到阿拉伯。当时的阿拉伯人称它为“中国雪”，而波斯人称它为“中国盐”。他们仅知道用硝来治病、冶金和做玻璃。13世纪火药是由商人经印度传入阿拉伯国家的。希腊人通过翻译阿拉伯人的书籍才知道火药。火药武器是通过战争传到阿拉伯国家，成吉思汗西征，蒙古军队使用了火药兵器。公元1260年元世祖的军队在与叙利亚作战中被击溃，阿拉伯人缴获了火箭、毒火罐、火炮、震天雷等火药武器，从而掌握火药武器的制造和使用。阿拉伯人与欧洲的一些国家进行了长期的战争，战争中阿拉伯人使用了火药兵器，例如阿拉伯人进攻西班牙的八沙城时就使用过火药兵器。在与阿拉伯国家的战争中，欧洲人逐步掌握了制造火药和火药兵器的技术。火药和火药武器传入欧洲，“不仅对作战方法本身，而且对统治和奴役的政治关系起了变革的作用”。“以前一直攻不破的贵族城堡的石墙抵不住市民的大炮，市民的子弹射穿了骑士的盔甲。贵族的统治跟身穿铠甲的贵族骑兵同归于尽了。随着资本主义的发展，新的精锐的火炮在欧洲的工厂中制造出来，装备着威力强大的舰队，扬帆出航，去征服新的殖民地……。”
中国的火药推进了世界历史的进程。恩格斯曾高度评价了中国在火药发明中的首创作用：“现在已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”火药的发明大大推进了历史发展的进程，是欧洲文艺复兴的重要支柱之一。
4、对外传播史
早在八、九世纪时，和医药、炼丹术的知识一起，硝也由中国传到阿拉伯。当时的阿拉伯人称它为“中国雪”，而波斯人称它为“中国盐”。他们仅知道用硝来治病、冶金和做玻璃。13世纪火药是由商人经印度传入阿拉伯国家的。希腊人通过翻译阿拉伯人的书籍才知道火药。火药武器是通过战争传到阿拉伯国家。公元1234年蒙古灭金之后，将在弄封等地虏获的工匠和火器全部掠走，还把金军中的火药工匠和火器手编入了蒙古军队。次年，蒙古大军发动了第二次西征，新编入蒙军的火器部队也随军远征。在随后的几年中，装备火器的蒙古大军横扫东欧平原。1241年4月9日，蒙古大军与3万波兰人和日尔曼人的联军在东欧华尔斯塔德大平原上展开了激战。
根据波兰历史学家德鲁果斯《波兰史》一书的记述，蒙古大军在这场会战中使用了威力强大的火器。波兰火药史学家盖斯勒躲在战场附近的—座修道院内，偷偷描绘了蒙古士兵使用的火箭样式。根据盖斯勒的描绘，蒙古人从一种木筒中成束地发射火箭，因为在木简上绘有龙头，因此被波兰人称作“中国喷火龙”。
蒙古人灭亡阿拉伯帝国后，建立起了伊利汗国。这里迅速成为了火药等中国科学技术知识向西方传播的重要枢纽。而配备火药武器的蒙古军队在欧洲的长期驻扎，给欧洲人偷窥火药技术提供了机会。
公元1260年元世祖的军队在与叙利亚作战中被击溃，阿拉伯人缴获了火箭、毒火罐、火炮、震天雷等火药武器，从而掌握火药武器的制造和使用。阿拉伯人与欧洲的一些国家进行了长期的战争，战争中阿拉伯人使用了火药兵器，例如阿拉伯人进攻西班牙的八沙城时就使用过火药兵器。在与阿拉伯国家的战争中，欧洲人逐步掌握了制造火药和火药兵器的技术。
火药和火药武器传入欧洲，不仅对作战方法本身，而且对统治和奴役的政治关系起了变革的作用。以前一直攻不破的贵族城堡的石墙抵不住市民的大炮，市民的子弹射穿了骑士的盔甲。贵族的统治跟身穿铠甲的贵族骑兵同归于尽了。随着资本主义的发展，新的精锐的火炮在欧洲的工厂中制造出来，装备着威力强大的舰队，扬帆出航，去征服新的殖民地。
火药发明的意义
中国的火药推进了世界历史的进程。恩格斯曾高度评价了中国在火药发明中的作用：“现在已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”火药动摇了西欧的封建统治，昔日靠冷兵器耀武扬威的骑士阶层日渐衰落了！火药的发明大大的推进了历史发展的进程，是欧洲文艺复兴，宗教改革的重要支柱之一。
火药资料
低爆速炸药的一类。可由火花、火焰等引起燃烧的药剂。燃烧时发生大量的气体，具有爆破作用或推动作用(使物体如弹丸以一定的速度发射出去)。最早应用的是我国发明的黑色火药，黑色火药由硫，碳，硝组成。根据燃烧时的性质，火药可分为有烟火药(燃烧时发烟，如黑色火药)和无烟火药两类。无烟火药主要用作弹药的引燃药或发射药。
火药在中国
火药是中国人发明的，距今已有一千多年了。火药的研究始于古代炼丹术。
中国是最早发明火药的国家，隋代时，诞生了硝石、硫磺和木炭三元体系火药。黑色火药在唐代（9世纪末)时候正式出现。火药是由古代炼丹家发明的，从战国至汉初，帝王贵族们沉醉做神仙并长生不老的幻想，驱使一些方士与道士炼"仙丹"，在炼制过程中逐渐发明了火药的配方。唐代炼丹家于唐高宗永淳元年（682年）首创了硫磺伏火法，用硫磺、硝石，研成粉末，再加皂角子（含炭素)。唐宪宗元和三年（808年)又创状火矶法，用硝石、硫磺及马兜铃（含炭素)一起烧炼。这两种配方，都是把三种药料混合起来，已经初步具备火药所含的成分。
火药的最初使用并非在军事上，而是在宋代诸军马戏的杂技演出，以及木偶戏中的烟火杂技 ——药发傀儡。宋代演出“抱锣”、“硬鬼”、“哑艺剧”等杂技节目，都运用刚刚兴起的火药制品“爆仗”和“吐火”等，以制造神秘气氛。宋人同时也以火药表演幻术，如喷出烟火云雾以遁人、变物等，以收神奇迷离之效。
中国发明了火药首先运用于制造烟火，不久后就将其运用与军事，并发明了世界第一根火箭。大炮和火熗在宋代中国火药的军事运用已经相当成熟，使得中国的科技遥遥领先于世界。
分类
火药的分类
火药是武器发射弹丸的能源，按用途可分为点火药、发射药、固体推进剂。其中发射药又分为：熗用发射药、炮用发射药、弹射座椅发射药等。固体推进剂又分为火箭用固体推进剂、导弹用固体推进剂。
外部特征
按火药燃烧时外部特征可分为有烟药与无烟药：按火药燃烧时的表面积变化情况不同，可分为减面燃烧火药、恒面燃烧火药、增面燃烧火药。
成型工艺
按火药成型工艺可分为：压制火药、铸造火药、混合火药等。按火药的某些特点可分为易挥发性火药、难挥发性火药。
结构
最常用的是按火药按结构分为均质火药和异质火药，因为结构不同，带来工艺性质、燃烧性质和物理力学性能等均有显著差别。均质火药又分为：单基药、双基药、多基药、改性双基药。双基药再分为柯达型双基药、巴列斯太型双基药。异质火药又分为黑火药、复合火药等。
组成
火药由硫磺、硝石、木炭混合而成。很早以前，我们的先人对这个三种物质就有了一定认识。早在新石器时代人们在烧制陶器时就认识了木炭，把它当做燃料。商周时期，人们在冶金中广泛使用木炭。木炭灰分比木柴少，强度高，是比木柴更好的燃料。硫磺天然存在，很早人们就开采它。在生活和生产中经常接触到硫磺，如温泉会释放出硫磺的气味，冶炼金属时，逸出的二氧化硫刺鼻难闻，这些都会给人留下印象。古人掌握最早的硝，可能是墙角和屋根下的土硝，硝石的化学性质很活泼能与很多物质发生反应，它的颜色和其他一些盐类区别不大，在使用中容易搞错，在实践中人们掌握了一些识别硝石的方法。南北朝时的陶弘景“草木经集注”中就说过：“以火烧之，紫青烟起，云是硝石也。”这和近代用火焰反应鉴别钾盐的方法相似（硝石的主要成分是硝酸钾）。硝石和硫磺一度被作为重要的药材，在汉代的《神农本草经》中，硝石被列为上品中的第六位，认为它能治20多种病。硫磺被列为中品药的第三位，也能治10多种病。这样人们对硝石和硫磺的研究就更为重视。虽然人们对硝石、硫磺、木炭的性质有了一定的认识，但是硝石、硫磺、木炭按一定比例放在一起制成火药还是炼丹家的功劳。
使用要求
火药应满足以下要求:一、良好的燃烧稳定性和规律性。二、足够的强度，以保证引燃时不致产生药体破裂而影响燃烧性能。三、良好的韧性、化学安定性，以保证火药可以长期贮存而不变质。四、撞击、摩擦等机械敏感度要小，以保证使用、生产、贮存、运输过程中的安全。
现代火药
发展历史
现代火药起源1771 年，英国的P.沃尔夫合成了苦味酸，这是一种黄色结晶体，最初是作为黄色染料使用的（注意这一点，这说明其产生并没有受到所谓“黑火药的影响”，是偶然发现的，这也是黄色火药的名称的由来），后来发现了它的爆炸功能，十九世纪被广泛用于军事，用来装填炮弹。它是一种猛炸药。
1779年，英国化学家E.霍华德发明了雷汞，又称雷酸汞。它是一种起爆药，用于配制火帽击发药和针刺药，也用于装填爆破用的雷管。
1807年，苏格兰人发明了以氯酸钾，硫，碳制成的第一种击发药。 1838年，T.J.佩卢兹首先发现棉花浸于硝酸后可爆炸。1845年德国化学家C.F.舍恩拜因将棉花浸于硝酸和硫酸混合液中，洗掉多余的酸液，发明出硝化纤维，即火棉·。
1860年，普鲁士军队的少校E.郐尔茨用硝化纤维制成熗、炮弹的发射药。俗称棉花火药。至此硝化纤维火药取代了黑火药作为发射药。
1846年，意大利化学家A.索布雷把半份甘油滴入一份硝酸和两份浓硫酸混合液中而首次制得硝化甘油，硝化甘油是一种烈性液体炸药，轻微震动即会剧烈爆炸，危险性大，不宜生产。
1862年，瑞典的A.B.诺贝尔研究出了用“温热法”制造硝化甘油的安全生产方法，使之能够比较安全地成批生产。
1863年，J.威尔勃兰德发明出了梯恩梯（TNT）。梯恩梯的化学成份为三硝基甲苯，这是一种威力很强而又相当安全的炸药，即使被子弹击穿一般也不会燃烧和起爆。它在20世纪初开始广泛用于装填各种弹药和进行爆炸，逐渐取代了苦味酸。
1866年，A.B.诺贝尔用硅藻土吸收硝化甘油，发明出了达纳炸药。俗称黄色火药。
1872年，诺贝尔又在硝化甘油中加入硝化纤维，发明了一种树胶样的胶质炸药──胶质达纳炸药，这是世界上第一种双基炸药。
1884年，法国化学家、工程师P.维埃利发明了无烟火药。这一发明具有极重要的意义，为马克沁重机熗的发明创造了弹药方面的条件，因为依靠以前的有烟火药，产生杂质太多，会导致阻塞，是无法用于机熗子弹发射的。至此有烟火药被取代，无烟火药成为普遍使用的发射药。
1887年，诺贝尔用硝化甘油代替乙醚和乙醇，也制成了类似的无烟火药。他还将硝酸铵加入达纳炸药，代替部分硝化甘油，制成更加安全而廉价的 “特种达纳炸药”，又称 “特强黄色火药”。
1899年，德国人亨宁发明了黑索今，它是一种比TNT威力更大的炸药。这是仅次于核武器的威力最大的炸药。从上述线索可以清晰地看出，黄火药系统是怎样一步步独立发展起来并导致了近代军事的重大变革的。在这一过程中黑火药已经逐渐被淘汰。
黑火药在欧洲长期被用于烟火和纵火用途，也曾被用来作为熗炮的发射药，但是只能适用于中世纪的那种力量有限的原始火器，如火熗火铳滑膛熗炮，不适于作为后膛步熗，机熗等近现代熗炮的使用，而中世纪火器跟近现代熗炮也完全是两种性质的概念，原理上，技术上，制造加工上都是完全不同的，不要被它们某些外形上的类似点所迷惑了。其力量也有限，在很多时候，近代西方战争中仍然主要依靠骑兵冲锋作为制胜的手段，一直到机熗被发明出来才结束这种情况，早期前装滑膛熗并不比十字弓威力大多少，并且长期与弓弩等共存使用。我们不应该被那些夸大其词的描述所误导。
作为发射药使用的黑火药在十九世纪就已经基本被淘汰了，随着无烟火药、双基火药、雷管、TNT等的出现，才产生了真正意义上的军事革命，才有了我们现代意义上的熗炮、火箭、炸弹、导弹。
火药用于军事，是从中国开始的：人们发明了火药，很快在军事上发挥了它的作用。在火药发明之前，古代军事家常用火攻这一战术克敌制胜。在火攻中常使用“火箭”，即在箭头上附着易燃的油脂、松香、硫磺等，点燃后射向敌方。但由于这种燃烧火力小，容易扑灭，所以火药出现后，人们就用火药代替上述易燃物，制成的火箭燃烧就猛烈多了。有时在火药中加上巴豆、砒霜等有毒物质，燃烧后生成的烟四处飞散，相当于“毒气弹”。但这些都只是利用火药的燃烧性能。随着火药武器的发展，逐步过渡到利用火药的爆炸性能。北宋时用于击退金兵的所谓“霹雳炮”、“震天雷”等，就是以铁壳作为外壳，由于强度比纸、布、皮大得多，点燃后能使炮内的气体压力增大到一定程度再爆炸，所以威力强，杀伤力大。从利用火药的燃烧性能到利用火药的爆炸性能，这一转化标志着火药使用的成熟阶段的到来。
蔡国强与他的火药语言介绍
蔡国强1957年出生于中国福建省泉州市。毕业于上海戏剧学院舞台美术系。80年代中期开始使用中国发明的火药创作作品。1986年至1995年旅居日本， 伴随艺术活动发展，规模宏大的室外爆破计划在全球各地展开。蔡国强1994年参加广岛市当代美术馆举办的《亚洲之创造力》展览，以《地球也有黑洞》为题，在广岛市中央公园制作了大规模的爆破计划，使用900米长的导火线和火药弹，点爆了漂浮于空中的大气球上的装置。
1995年移居纽约，更为活跃于世界各地，除了使用火药，还将中国传统文化之中药，风水等引入作品，例如以《文化大混浴》为题的观众参与型作品，是邀请观众一起入浴而共同完成的。1999年获威尼斯双年展国际金狮奖，受到国际性的高度评价。 2001年担任于上海举行的APEC(亚洲太平洋经济会议)景观焰火总设计，目前担任2008年北京奥林匹克运动会开闭幕式的核心创意成员及视觉特效艺术总设计。 蔡国强氏以其独特的中国宇宙观及哲学根底，探求人类普遍的共通问题，作为一名以不同于西欧的亚洲视点发言的现代艺术家倍受瞩目。
现代火药简述
火药是通过一定的外界激发冲量的作用，能引起自持爆轰的物质。爆轰是炸药中化学反应区的传播速度大于炸药中声速时的爆炸现象，是炸药典型的能量释放形式。由于炸药爆炸时化学反应速度非常快，在瞬间形成高温高压气体。以极高的功率（每千克炸药爆轰瞬间输出功率可达5×107千瓦）对外界作功，使周围介质受到强烈的冲击、压缩而变形或碎裂。炸药在军事上可用作炮弹、航空炸弹、导弹、地雷、鱼雷、手榴弹等弹药的爆炸装药，也可用于核弹的引爆装置和军事爆破。在工业上广泛应用于采矿、筑路、兴修水利、工程爆破、金属加工等，还广泛应用于地震探查等科学技术领域。
炸药由于能对周围介质作猛烈的破坏功，往往又被称为猛炸药 。常用的猛炸药按组成可分为单体炸药和混合炸药2类。还有一类感度很高的炸药，从燃烧转变为爆轰的时间极短，通常不直接用于作破坏功，而是用于引燃或引爆其他火炸药，称为起爆药。
炸药的爆炸性能主要由爆热、爆容、爆速和爆压表示。爆热是在一定的条件下 ，单位质量炸药爆炸时放出的热量，决定于炸药的元素组成、化学结构以及爆炸反应条件。可以用热化学的方法计算，也可以实测。爆容是单位质量炸药爆炸时产生的气体量（用标准状态下的容积表示），一般为0.7～1.0米3/千克。爆速是爆轰波（伴随化学反应的冲击波）在炸药中的传播速度。炸药在一定装药密度下的爆速可以精确测定。现有炸药的爆速一般在1000～8500米/秒，很少有超过9000米/秒以上的。爆压是指炸药爆炸时爆轰波阵面的压力，可用实验方法间接测定，其值一般在10～40吉帕。
印刷术是中国古代劳动人民的发明之一。雕版印刷术发明于唐朝，并在唐朝中后期普遍使用。 宋仁宗时毕昇发明了活字印刷术标志着活字印刷术的诞生。他是世界上第一个发明人，比德国人约翰内斯·古腾堡的铅活字印刷术早约400年标志着活字印刷术的诞生。
印刷术是人类近代文明的先导，为知识的广泛传播、交流创造了条件。印刷术先后传到朝鲜、日本、中亚、西亚和欧洲地区。
简介
印刷术发明前，欧洲人九成是文盲，贵族里文盲也很多。因为中世纪的书籍太贵了，一本圣经要用1000张小羊皮制作。除了大部头的圣经，抄在书上的信息都很严肃，宗教内容居多，娱乐或日常实用信息几乎没有。 印刷术发明之前，文化的传播主要靠手抄的书籍。手抄费时、费事，又容易抄错、抄漏，既阻碍了文化的发展，又给文化的传播带来不应有的损失。印章和石刻给印刷术提供了直接的经验性的启示，用纸在石碑上墨拓的方法，直接为雕版印刷指明了方向。中国的印刷术经过雕版印刷和活字印刷两个阶段的发展，给人类的发展献上了一份厚礼。印刷术的特点是方便灵活、省时、省力，是古代印刷术的重大突破 。
中国的印刷术，源远流长，传播广远。它是中华文化的重要组成；它随中华文化的诞生萌芽，随中华文化的发展演进。如果从其源头算起，迄今已经历了源头、古代、近代、当代四个历史时期，长达五千余年的发展历程。早期，中国人民为了记载事件、传播经验和知识，创造了早期的文字符号，并寻求记载这些字符的媒介。由于受当时生产手段的限制，人们只能用自然物体来记载文字符号。例如，把文字刻、写在岩壁、树叶、兽骨、石块、树皮等自然材料上。由于记载文字的材料十分昂贵，因此，只能将重要事件做简要记载。大多数人的经验，只能靠口头进行传播，这严重影响着社会文化的发展。
起源
1、战国（公元前475-前221年）时期的印刷术。
印章在先秦时就有，一般只有几个字，表示姓名，官职或机构。印文均刻成反体，有阴文、阳文之别。在纸出现之前，公文或书信都写在简牍上，写好之后，用绳扎好，在结扎处放粘性泥封结，将印章盖在泥上，称为泥封，泥封就是在泥上印刷，这是当时保密的一种手段。纸张出现之后，泥封演变为纸封，在几张公文纸的接缝处或公文纸袋的封口处盖印。据记载在北齐时（公元550~577年）有人把用于公文纸盖印的印章做得很大，很像一块小小的雕刻版了。
2、佛教徒为了使佛经更加生动，常把佛像印在佛经的卷首，这种手工木印比手绘省事得多。
3、碑石拓印技术对雕版印刷技术的发明很有启发作用。刻石的发明，历史很早。初唐在今陕西凤翔发现了十个石鼓，它是公元前8世纪春秋时秦国的石刻。秦始皇出巡，在重要的地方刻石7次。东汉以后，石碑盛行。汉灵帝四年（公元175年）蔡邕建议朝廷，在太学门前树立《诗经》、《尚书》、《周易》、《礼记》、《春秋》、《公羊传》、《论语》等七部儒家经典的石碑，共20.9万字，分刻于46块石碑上每碑高175、宽90、厚20厘米，容字5000，碑的正反面皆刻字。历时8年，全部刻成。成为当时读书人的经典。很多人争相抄写。后来特别是魏晋六朝时，有人趁看管不严或无人看管时，用纸将经文拓印下来，自用或出售。结果使其广为流传。
4、拓片是印刷技术产生的重要条件之一。古人发现于石碑上盖一张微微湿润的纸，用软槌轻打，使纸陷入碑面文字凹下处，待纸干后再用布包上棉花，蘸上墨汁，在纸上轻轻拍打，纸面上就会留下黑地白字跟石碑一模一样的字迹。这样的方法比手抄简便、可靠。于是拓印就出现了。
5、印染技术对雕版印刷也有很大的启示作用，印染是在木板上刻出花纹图案，用染料印在布上。中国的印花板有凸纹板和镂空板两种。1972年湖南长沙马王堆一号汉墓（公元前165年左右）出土的两件印花纱就是用凸纹板印的。这种技术可能早于秦汉，而上溯至战国。纸发明后，这种技术就可能用于印刷方面，只要把布改成纸，把染料改成墨，印出来的东西，就成为雕版印刷品了。在敦煌石室中就有唐代凸板和镂空板纸印的佛像。印章、拓印、印染技术三者相互启发，相互融合，再加上中国人民的经验和智慧，雕版印刷技术就应运而生了。
6、唐朝（7世纪左右）发明雕版印刷术，并在唐朝中后期普遍使用。 [1] 早期印刷活动主要在民间进行，多用于印刷佛像、经咒、发愿文以及历书等。唐初，玄奘曾用回锋纸印普贤像，施给僧尼信众。
7、北宋时期（11世纪左右），毕昇发明活字印刷术，但没有普遍使用，而是仍然普遍使用雕版印刷术。
毛笔和墨的发明，使得读书人不仅能读书还能书写，不必像刀笔时代那样需要一个刻写匠随时侍候，而且更方便记录自己的思想。春秋以前，中国历史上虽然不乏大政治家、大思想家，但没有一人亲自著书，原因就在这里。秦朝蒙恬发明用石灰水浸毛而去除毛表面的斥水物质的方法，促使毛笔的制作技术最终定型，毛笔才真正成为书写工具。至此，古人找到了书写流利、省时省力的书写方法，使书写不再是一件苦差事，有闲阶层的人们闲暇之余也会写上几笔，以消磨时间，并且力图写得漂亮，甚至互相比试以搏一笑，这样也就开创了书法艺术的先河。秦朝的李斯是有史以来第一位大书法家，正说明了笔墨技术的成熟。汉字结构复杂，每个人写的字都会不同，有的秀丽美观，有的粗鄙丑陋，促使人们追求书法艺术。提高书法技能的重要途径是模仿好的书法作品，但是写字好的人，一般都是书吏之类，其大部分作品一般是政府公文，一般人很难见到。古代盛行石碑刻文，找写字好的人写成底文再由石匠刻出，是人们练习写字的最好模本。石碑笨重，不能带回家中继续模仿。西汉晚期已出现纸张，但那时的纸张纤维粗糙，着墨性能差，主要是代替布用作包裹、衬垫之物，也有偶尔在包装纸上写字记事的现象，如悬泉（或者是居延）遗址发现写有药名的纸张。造纸技术先是借鉴中国早已成熟的缫丝技术，把纤维物质浸于水捣碎以分散纤维，将碎纤维捞出摊凉而成，纤维粗、纸质厚，书写性能差，未能广泛用作书写材料。东汉和帝时的蔡伦改革造纸法，制出薄而均匀、纤维细密的新型纸，大大提高了纸的书写性能，纸的主要用途才被转向书写。纸张薄而软，使得书法练习者们想出仿照印章盖印拓印碑文方法，带回家模仿，即拓片方式。纸的发明，使拓印成为可能，使每个书吏都能练就一手好字，也造就了三国及晋代大批书法家的出现。西文字母文字结构简单、字母数量少而且用硬笔书写，可以写得很花哨，但无艺术可言。人们写好几十个字母后，就可以大量写字，没有拓片模仿他人字迹的需求，纸能写字就行了，没有对造纸术的需求，所以西方人没有发明造纸术的社会基础。科举制度，萌发于南北朝，开始于唐朝，
随着科举制度的兴起，传播好的文章的要求又在社会上出现，专业抄书匠们为了大量复制好文章，仿照拓片技术大量复印，后又结合印章阳文反书法，创制雕版印刷术。其出现的年代大约在盛唐至中唐之间，盛行于北宋，最后由布衣毕昇发明泥活字而成熟。
四种发明对中国古代的政治、经济、文化的发展产生了巨大的推动作用，经各种途径传至西方，对世界文明发展史产生巨大的影响力。
说法来源
尽管中华文明有很多重要的成就都以“四大”“五大”等命名，如四大美人、四大古典小说、四书五经，四大发明的概念却来源于西方学者，并在之后被中国人接受。意大利数学家杰罗姆·卡丹早在1550年就第一个指出，中国对世界所具有影响的“三大发明”：是司南（指南针）、印刷术和火药。并认为它们是“整个古代没有能与之相匹敌的发明。”1621年，英国哲学家培根也曾在《新工具》一书中提到：“活字印刷术、火药、指南针这三种发明已经在世界范围内把事物的全部面貌和情况都改变了。”
1861～1863年，马克思和恩格斯更是将这些发明的意义推到了一个高峰，马克思在《机械、自然力和科学的运用》中写道：“火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成了新教的工具，总的来说变成了科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆。”
恩格斯则在《德国农民战争》中明确指出：“一系列的发明都各有或多或少的重要意义，其中具有光辉的历史意义的就是火药。已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”英国汉学家麦都思指出：“中国人的发明天才，很早就表现在多方面。中国人的三大发明（航海罗盘，印刷术，火药），对欧洲文明的发展，提供异乎寻常的推动力。”
指南针
指南针，指南针是用以判别方位的一种简单仪器。前身是司南。主要组成部分是一根装在轴上的磁针，磁针在天然地磁场的作用下可以自由转动并保持在磁子午线的切线方向上，磁针的南极指向地理南极(磁场北极)，利用这一性能可以辨别方向。
常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。物理上指示方向的指南针的发明有三类部件，分别是司南、罗盘和磁针，均属于中国的发明。 据《古矿录》记载最早出现于战国时期的磁山一带。
指南针是中国古代劳动人民在长期的实践中对磁石磁性认识的结果。作为中国古代四大发明之一，它的发明对人类的科学技术和文明的发展，起了无可估量的作用。在中国古代，指南针起先应用于祭祀、礼仪、军事和占卜与看风水时确定方位。
产生背景
地球是一个大磁体。地球的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方。地球表面的磁体，当可以自由转动时，就会因磁体同性相斥、异性相吸的性质指示南北——这个道理，古人不够明白；但这类现象，古人已经发现。
磁现象的发现
先秦时代的中国劳动人民已经积累了对磁现象的认识，在探寻铁矿的时候，常常遇到磁铁矿，即磁石（主要成分是四氧化三铁——化学式Fe3O4，别名氧化铁黑、磁铁、吸铁石，为具有磁性的黑色晶体，故又称为磁性氧化铁）。《管子》的数篇中早已记载了这些发现：“山上又磁石者，其下有金铜。”《山海经》中也有类似的记载。磁石的吸铁特性很早被人发现，《吕氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招铁，或引之也。”古人称“磁”为“慈”。古人把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引。并认为：“石是铁的母亲，但石有慈和不慈两种，慈爱的石头能吸引他的子女，不慈的石头就不能吸引了。”汉以前古人把磁石写成“慈石”，是慈爱石头的表达。到了西汉，有一个名叫栾大的方士，他利用磁石的特性做了两个像棋子的东西，通过调整两个棋子极性的相互位置，有时两个棋子相互吸引，有时相互排斥。栾大称其为“斗棋”。他把这个新奇的玩意献给汉武帝，并当场演示。汉武帝惊奇不已，龙心大悦，竟封栾大为“五利将军”。
李约瑟的观点，他在《中国对航海罗盘研制的贡献》一文，有明确的阐述。他从《古今注》、《管氏地理指蒙》、《九天玄女青囊海角经》等书的记载中推测出如下结论：“磁石指向性转移到它吸过的铁块的发现在中国大约在一世纪到六世纪。在十一世纪以前的某个时期就已发现，不仅可以用铁块在磁石上磨擦产生磁化现象；而且还可以用烧红的铁片，经过居里点(CuriePoint)，冷却或淬火而得到磁化，操作时，铁片保持南北方向。
发明历史
战国时期
据《古矿录》记载最早出现于战国时期的磁山一带。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。
据1982年3月，《光明日报》报道：磁山（在今河北省邯郸市武安）是我国四大发明之一指南针的发源地。据《古矿录》记载：《明史地理志》称：“磁州武安县西南有磁山，产磁铁石。” 又《明一统治》称：“磁州武安县西南有磁山，产磁铁石。”又《古矿录》记载：《明一统治》称：磁山，在县西南30里，土产矿石，州名取此。磁山，指南针的故乡。
典籍记载有关指南针的事情和典籍作者，全都在古代邯郸为中心的燕赵文化区域内；在可考典籍范围内记载的中国古代指南针，全都是用天然磁石磨制而成；且根据先秦典籍记载，产天然磁石的只有武安磁山（今河北省邯郸市武安）。在春秋战国时期有可能制造司南的地方，只能在以邯郸为中心的燕赵文化区域内，武安极有可能就是指南针的故乡。
观点之一
王振铎的相关观点，指南针的发明至早不逾于宋代，此种观点在其一系列的研究成果都有所体现。如在《司南、指南针与罗经盘(上)》一文中所述：“自周末至李唐，古人所称述之‘司南’或称‘指南’为一种辨别方向之仪器，其物便于携带及测验，宛如指南针之用矣。王振铎认为在唐朝已经出现了便于携带的类指南针仪器，但绝不是指南针。王振铎把此种物件看作是指南针的过渡形式。王振铎未明确论断指南针发明的具体时问，由于缺乏材料，出于科学严谨性方面考虑，所以未轻易论断。他在《司南、指南针与罗经盘(中)》中说：“(指南)鱼法固早于(指南)针法约半个世纪，然此二者先后相互之关系，仍有待史证之发现而说明也。”正是在此情况下说的。另外，在同一篇论文中又说：“中国古代，藉缝纫之钢针，经人工传磁，而成人造磁体之指南针，其史证之发现，至今尚未见有早于十一世纪以前者。”这是以北宋时沈括《梦溪笔谈·杂志一》与《梦溪笔谈补》为根据而加以论断的。这两篇文章中记载了此种人工传磁而成人造磁体的指南针。另外王振铎在此篇文章中批判了英人维烈亚力(Alexanderwylie)所著《中国研究》中所指的唐朝僧一行已经注意到了磁针所指方向与北极之差的错误理解。最后郑重地提出论断：“按中国磁针偏向之记载，尚未发现史证有早逾《梦溪笔谈》者，存中记其‘微偏东’，寇宗爽记谓‘偏东’，即指磁针之偏角而言。”这便是王振铎由于材料所谓限制而不能对中国磁偏角的发现时间有一个确切的认识。关于指南针的发明时代，王振铎只是给出了一个大致的推测，在《司南、指南针与罗经盘(中)》中，王振铎说：“指南针之发明时代，以《萍洲可谈》海舶用磁针及沈括谓方家制磁针，信其创始必早。”指南针的发明应当是一个很漫长的时间中，慢慢地改进的结果，而不同时期的形式，也应以不同的形式出现，王先生也只能给出一个时间区间。
观点之二
李约瑟的观点，顺序的磁偏角，先向东后偏西，体现在中国堪舆罗盘的设计的同心圆，这些同心圆一直存留至当代。毋庸置疑，磁罗盘在中国用于堪舆目的很久以后，才被用于航海。但是航海罗盘确是中国人的发明，它可能发生在十一世纪以前的某个时期或更早的时期。”李约瑟在此段中对指南针，磁偏角、罗盘等问题论述的清楚，虽然有些论断过于武断，但是对中国指南针的发明问题，做出了一个总结性的论断。
潘吉星先生在王振铎先生与李约瑟先生研究的基础之上加以总结，但可以明显看出他比较同意李先生的观点，对于李约瑟先生所提到的几个材料在《中国古代四大发明——源流外传及世界影响》一书作了详细地论述与阐述。但同时也和李约瑟先生一样，在有些问题上过于武断，明显的证据不足，让人难以信服。
如他在书中所述：“但从司南仪到指南针中间经历了几个技术过渡，这些过渡发生在魏晋南北朝至唐代。”他这种论断性的结论没有太多的材料支持。但此结论在大体上是没有错的。潘吉星先生和李约瑟先生一样把崔豹《古今注》中的“蝌蚪，虾蟆，(青蛙)子也，一名悬针，一名玄鱼。”作为“从勺到针”的过渡来看。他说：“将在空中的磁针与方位盘配合，在晋南北朝曾经用过，确能指南，从而实现了李约瑟先生说的from the spoon to the needle(从勺到针)的过渡。”潘吉星先生在同一本书中也对水罗盘的出现时问做出了论断。他说：“有证据显示，9世纪唐代堪舆罗盘制造者已经做出了这决定性的一步。”在同一页中，他再一次强调说：“晋南北朝开始对司南作技术改进，而在唐代后期完成从司南向罗盘的转变，北宋人享受这些技术成果并使之发扬，历史的发展脉络应是如此。”进一步对指南针的发展脉络做出了阐述。潘吉星在李约瑟先生研究的基础之上，吸收了王振铎先生的部分观点，对指南针的发明时间与过程重新作了一个界定，虽然依然有部分不妥之处，但总体来说，是科技史上的一个进步。丽另外一些学者，或是没有新材料而做出惊人的论断，或是材料不足，仅凭某一材料片段做出新的论断，但总体来说均未能让众人信服，影响亦不是很大。”而把指南针起源论断于唐代。姑且不论此论断的正确与否，单依此材料根本不能得出此种论断。
观点之三
在成都民间收藏家的藏品中，发现了一件极具学术研究价值的玉(石)器，它是由七块玉(石)板拼接而成，正面是图形，反面是古文字，特别是在第4块玉(石)板上的中间，有一个圆形图案，其上放置了一个类似半个“地球”的东西。在这个“地球”的顶部(北极)有一个直径4cm的小洞，其中插有一支玉(石)的指南针，在圆形图案上还有“东”、“南”、“西”、“北”四个古文字。依据现有学科专业知识分析，这四个古文字与我们今天在进行地质填图时所使用的罗盘上的“东”、“南”、“西”、“北”的方位字一样，除东字外，其余“南”、“西”、“北”三个字均与甲骨文不同。在三星堆玉(石)器上发现指南针很重要，那种认为指南针最早出现在春秋战国时代的观点由此会被彻底推翻，文献中曾提及的黄帝发明指南车一事，但至今只是推测，未见考古实物，而三星堆地区玉(石)器上指南针的发现把中国指南针的发现史推到了伏羲时代。三星堆发现的指南针是玉(石)的，不会转动，是象征性的。
早期形制
在中国的方位文化中经历了从天文学方法定位再以磁学方法制成司南，最后由司南演变成指南针的三个阶段，随之而来的是测定方位技术的不断完善。
司南是最早的磁性指向器。“司南”之称，始于战国（公元前475年—公元前221年），终止于唐代（公元618年—公元907年）。因为司南古义不断演化，使它与一系列的古代发明结下了不解之缘。
记载司南的最早的文献是《鬼谷子》，其中写道：“郑人之取玉也，必载司南之车，为其不惑也。”(谋篇)从《鬼谷子》中的记载可以看出，郑人去“取玉”，必须要带上司南，就是为了避免方向的迷失。
在提到司南的文献中，王充的记述是最重要的，他明确指出：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”(是应篇)其中的“杓”是指勺子。具备这种“指南”性能的司南，应是磁性指向器。但是，这里的“地”是指古代械盘中的“地盘”。械盘是秦汉时期发明的，用于游戏或占卜。在“地盘”的四周刻有24个方位，中心刻有象征北斗七星的标志。中国现代著名的科技史家和文物复制专家王振铎曾依据这些记载成功地复原了汉代的司南(如图1所示)。
图1司南模型(王振铎复原)勺形司南尚无实物出土，但汉代画像石上，有类似勺形司南形象的画面(如图2所示)，这表明王充的记载应该是可信的。在这幅石像中，可看到，画面主体是魔术师和杂技演员在表演，上面一行人是贵族观众，右上角的小方台上放着一个疑似司南的长柄匙(见画面外小插图)，一个人在跪着观察它。
图2藏于苏黎世里特堡博物馆的汉代石浮雕(本图引自李约瑟《中国科学技术史·物理学卷》)从所留下的材料看，利用磁石指极性的司南就是磁性指向器具有的最早的形制。
磁体定向装置的出现，就使人从靠观察天体定向的被动性转向靠地磁定向的主动性。人类最早的磁体定向装置，是以天然条状磁石制成的司南，它出现后在中国战国末期(前三世纪)而在汉代得到进一步的发展。司南仪的出现具有重要历史意义，因为它是以与天文定向原理截然不同的磁学原理制成的新型导向装置，在任何天气条件下都能昼夜工作，迅速指出方向，操作简便易于携带。
最初，“司南”指测影的表杆。如《韩非子·有度篇》说，“故先王立司南，以端朝夕。”“端朝夕”即正东西，引申为确定东西南北方向。“立司南”来源于殷商甲骨文中的“立中”和战国时的“立朝夕”，它们的意思都是立表以测日影。
磁勺
磁勺是一种天然磁石琢成的勺形指向器，当它被发现的时候，其状取法北斗七星，名称则沿用“司南”。古文“司南”可以推定为磁勺的至少有《鬼谷子》、《论衡》、《玄览赋》、《飘赋》四项记载。《宋书·礼志》引《鬼谷子》曰：“郑人取玉，必载司南，为其不惑也。”《鬼谷子·谋篇》至迟成书于西汉，或许是先秦之书，其中关于“郑人取玉，必载司南”的传说，暗示了磁勺与玉器业的联系，甚难加工的磁勺应是玉工高手的杰作。
东汉王充的的《论衡·是应篇》说：“司南之勺，投之于地，其柢指南。”句中的“地”一般解释为“地盘”，也可能是“池”字误写。这句话应释为：勺状的司南，放在“地盘”上（或投入盛有适量液体（如水银）的容器中），它的勺柄必然自动指向南方。
此后，梁元帝萧绎的《玄览赋》说：“见灵乌之占巽，观司南之候离。”唐韦肇的《飘赋》说：“挹酒浆，则仰惟北（北斗）而有别；充玩好，则校司南以为可。”再次介绍了司南（磁勺）的功用和形状。
磁勺的实物虽然迄今尚未发现，但与此有关的文物至少有两件。一是瑞士苏黎世的Rietberg博物馆中所藏的一块公元114年的东汉画像石，其右上角有一人正在观测一件可能是“司南之勺”的东西。二是那志良《玉器通释》上册著录的一件“司南佩”古玉器，此玉“长不过寸许，一端琢成一个小勺，一端琢成一个圆形的小盘，中间有一个横穿。”“司南佩”的制作年代不明，推测为唐代之物。
除了上述的表杆和磁勺之外，司南又是指南车、指南舟和报时刻漏的代称。晋人葛洪所作的《西京杂记》中提到的“司南车”即半自动机械装置指南车。《宋书·礼志》记载：“晋代又有指南舟。”南朝任昉的《奉和登景阳山》诗吟道：“奔鲸吐华浪，司南动轻枻。”诗中的司南即指皇家园池中的指南舟，可是，“指南舟”究竟怎样导航，至今依然是一个迷。唐代大诗人杜甫的咏《鸡》诗云：“气交亭育际，巫峡漏司南。”意谓夜半零时正，诗人恰闻司南的报时之声。
磁针的发明
指南针的发明应当是在一个很漫长的时间中，慢慢地改进的结果，而不同时期的形式，应以不同的形式出现。唐代堪舆家的活动相当活跃，并开始强调方向的选择，寻找比磁勺更方便的指向器成了当务之急。于是指南铁鱼或者蝌蚪形铁质指向器及水浮磁针应运而生。
活动于唐开元年间（713—741年）的山西堪舆家丘延瀚，被后世堪舆家推崇为堪舆术三针（正针、缝针和中针）中最早出现的正针法的创始人。明代雅好科技的宁献王朱权则在其《神机秘籍》中说：“针法古无所传，自昔玄真始制。”玄真即唐代浙江金华道家张志和（约730—约810年），他的道号叫玄真子，所著《玄真子》十二卷，残存三卷。从这残卷中知道他颇好物理，但未找到与指南针或针法直接有关的记载。然而，这个道号不禁使人联想到旧题晋崔豹所作的《古今注》中把蝌蚪称为“玄针”。其文曰：“虾蟇子，曰蝌蚪，一曰玄针，一曰玄鱼，形圆而尾大，尾脱即脚生。”十世纪时马缟的《中华古今注》中也有类似的记载。这项记载似乎把磁针与指南鱼的发明和应用从形状和性能上联系到了一起。
关于指南鱼的制备方法，见于北宋曾公亮等利用前人资料编撰的《武经总要》。《武经总要》前集卷十五载其法曰：“用薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。”这种方法利用地磁场使铁片磁化，并知道鱼形铁片微向下倾斜对磁化有利，实际上已发现近代科学中所谓的磁倾角的影响。使用时，指南鱼浮于水面，与水浮磁针的原理是一致的。
水浮磁针的制作方法首见于北宋沈括的《梦溪笔谈》卷二十四，其文曰：“方家以磁石摩针锋，则能指南。”这种方家在实践中总结出来的钢针磁化法，经过沈括之手公布于世，有力地促进了磁针在堪舆和航海两大领域中的应用和普及。指南针进入到实用磁针的阶段，对装置方法的研究提到了议事日程。沈括全面研究和比较了“水浮”法、置“指爪”法、置“碗唇”法及“缕悬”法的优缺点，认为“缕悬”法最佳。“其法取新纩中独茧缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针常指南。”现代磁强计中悬挂的小磁铁，就采用了此相似的方法。磁针指的精度，与司南及指南鱼不可同日而语，故磁针的发明，很快导致了磁偏角的发现。
五代乱世的《管氏地理指蒙·释中第八》曰：磁针“体轻而径所指必端应一气之所召，土曷中而方曷偏，较轩辕之纪，尚在星虚丁癸之躔”。轩辕黄帝时代的磁偏角，作者以为尚在“星（午）虚（子）丁癸”方向，而当时“针指坎离定阴阳之分野，格偏壬丙探僭越之津涯”。偏角变为南偏东15°。
由于堪舆术的神秘性，中国唐宋堪舆著作在流传中又相互影响，有所增删，要从众多早期堪舆著作中理出磁针、磁偏角以至罗盘的发明、发现年代，诚非易事，然而，北宋司天监杨惟德于庆历元年（1041年）奉命编撰的相墓大全《茔原总录》卷一位磁偏角的发现订定了下限。书中说：“客主的取，宜匡四正以无差，当取丙午针，于其正处，中而格之，取方直之正也。”这里明确地记载了“丙午针”，即后世沈括在《梦溪笔谈》卷二十四中所说的磁针“常微偏东，不全南也”。在西方，直到13世纪才知道磁针偏南。1429年哥伦布（ChristopherColumbus，1451—1506年）横渡大西洋时，正式测到磁偏角现象。
中国发现了元代水浮法指南针瓷碗。1959年，在辽宁旅顺甘井子元代墓葬中出土了两件磁州窑白釉褐花大碗，大碗内底部彩绘两个同心圆，圆内绘并排的三点，中间一线相连。乍看此图形似一个不规则的“王”字，故被称为“王字纹碗”。碗外底圈足内又墨书一个“针”字。经科技史学家王振铎先生研究证实，这种碗就是航海时指示方向所用的针碗。它的使用方法是这样的：针碗的水面上漂着穿在浮漂上的磁针，碗内底的“王”字形标志则有助于标明方向。先将“王”字中的细道与船身中心线对直，如船身转向，磁针便和该细线形成夹角，从而显示航向转移的角度。类似的碗在江苏丹徒照临村元代窖藏和河北省磁县漳河故道元代沉船内都有发现。
罗盘的发明与西传
磁针问世后，先后用于堪舆和航海。为了使用方便，读数容易，加上磁偏角的发现，对指南针的使用技巧提出了更高的要求，方家首先将磁针与分度盘相配合，创制了新一代指南针——罗盘。不过有些场合，碗中的水浮磁针仍在使用，故沈括《梦溪笔谈》卷二十四称“水浮多荡摇”。江苏、河北和辽宁旅大曾出土元代的不带刻度的指南针专用针碗。当航船还在使用浮针加针碗时，堪舆罗盘却远远地跑到了前面。
考古资料表明，堪舆家选择墓穴采用二十四向表示法大约始于唐末。南唐何溥主持建徽城，看风水时也用二十四向表示法。何溥所撰的《灵城精义》“理气章正诀”中说，“地以八方正位，定坤道与舆图，故以正子午为地盘，居内以应地之实。”天以十二分野，正躔度之次舍，故以壬子丙午为天盘，居外以应天之虚。”作者、时代不明的《九天玄女青囊海角经》“理气篇”中有一段几乎相同的文字，两者应同出一源。
罗盘古称“地螺”、“地罗”。南宋曾三聘的《因话录》（作于公元1200年前后）“子午针”条说：“地螺，或有子午正针，或用子壬丙午间缝针。”曾三聘是江西临江俯峡江（今江西西清江）人。离峡江不远的江西临川，于1985年出土了世界上最早的堪舆旱罗盘模型，正可与《因话录》的记载相互印证。1985年5月，江西临川南宋朱济南墓（葬于1198年）出土了座底墨书“张仙人”的瓷佣一式两件。风水先生“张仙人”佣 ，左手抱一罗盘。值得注意的是，该罗盘的磁针与水罗盘的磁针根本不同，中部增大呈菱形，菱形中央有一明显圆孔，明确现象地表示这是一种用轴支承的旱罗盘。
中国的磁针和罗盘先后经由陆水两路西传，曾给人类的文明的进程带来重大的影响。以前史学界认为磁针在水中的水罗盘与指南针一脉相承，是中国的发明，但旱罗盘是欧洲所发明，16世纪才经由日本船传入中国。而今临川罗盘证明：旱罗盘的发明权也属于中国。
最初形制
磁石指极性与磁性指向器的最初形制
对于磁石吸铁性的认识和应用，传说，秦皇宫的磁石门可防止身带铁刃的刺客进入。文献中对磁石吸铁现象多有记述，如战国时期成书的《吕氏春秋》、西汉时期成书的《淮南子》和东汉王充的《论衡》，这些作者都提到磁石吸铁现象，玳瑁和琥珀等物体能吸引某些轻小物体的现象。王充指出，这些现象是“感应”(一种超距作用的看法)的作用，但似乎并不知道电感应和磁感应的区别。指南针是用天然磁石制成的，要发明指南针，就要研究磁石的指极性。
磁化技术和磁偏现象的记述
北宋时磁化技术取得了突破，这些技术加速了磁性指向器的普及，并且导致指向器形制新的演变。
曾公亮的《武经总要》中提到一种新型的磁性指向器——“指南鱼”，同时还能看到，制作指南鱼的关键是铁的磁化。曾公亮的记述是：以薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止。(卷15)曾公亮实际上是利用地磁场对剪成鱼形的铁片进行磁化，这是历史上人类寻求新的磁化技术上的一个突破。但是，由于使用时要放在水面，铁片要尽量“薄”。这也是重要的提示。
指南鱼的磁性是很弱的，作为一种“天然的”缺陷，圆形的鱼首也使它的指向精度受到限制。虽然这种简易的磁化技术使指南鱼的制作容易了许多，但它的形状造成与勺形司南有类似的缺陷。
同样，具有实用性的磁化技术，与曾公亮同时代的沈括在《梦溪笔谈》中也有记载。他写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”(卷24)这种形制易流行、且简单，磁化效果也相当好，特别是，它对指向器形制的改进产生了另一个突破——针状。用针指向，它的指向精度可以得到极大的提高。这样，司南就衍变成了指南针，而且这种指南针也更容易普及了。无疑，这是磁性指向器形制的最重要的改进。
由于指针指向精度得以提高，人们在使用指南针时很快就注意到，它所指的方向有时并非正南，这就是磁偏现象——“然常微偏东，不全南也”。
实际上，在写于庆历元年(1041)的《茔原总录》中，比沈括稍早些的杨维德已经记载了指南针和磁偏角的存在．他写道：“匡四正以无差，当取丙午针。于其正处，中而格之，取方直之正也。”(卷1)这里说的“针”就是磁针，而“丙午针”是指磁针在静止时，针指的方位是24个方位中丙位和午位的结合部，也就是南偏东约7。5°。这与沈括的“微偏东”是一致的，但杨维德的说法更早，描述也更精确些。
稍晚于沈括的寇宗夷在所著的《本草衍义》也提到：“磁石⋯⋯磨针锋则能指南，然常偏东，不全南也。其法取新纩中独缕，以半芥子许蜡缀于针腰，无风处垂之，则针常指南。然常偏丙位。盖丙为大火，庚辛金受其制，故如是，物理相感尔。”(卷5)这段话讲到指南针的磁化，讲到磁偏现象的发现，还讲到指南针的架设问题，以及利用五行学说简要地解释磁针指向的原因。在这里，寇宗夷所使用的是“水浮法”，这与沈括是有些不同的。这也说明，在这时人们还在探索形制，一直在进行着不同的尝试。早在晚唐时期成书的《管氏地理指蒙》，在这篇文献中我们可以读到：磁者母之道，针者铁之戕。母子之性，以是感，以是通；受戕之性，以是复，以是完。体轻而径，所指必端。应一气之所召⋯⋯。透过这段话，可以看到，它记述的磁偏角约为南偏东15°左右。这说明，关于地磁偏现象的发现可能早于宋代。在另一篇早期文献中提到地磁偏的是《九天玄女青囊海角经》，这部书的成书时间约在10世纪下半叶。
与沈括大致同时代的王假(福建堪舆学派的创立者)也提到过磁偏角。在王仅的一首诗中，他写道：“虚危之间针路明，南三张度上三乘”。这里的前一句所提到的显然是天体坐标的南北向，但通过观察地磁罗盘会发现，南方星宿“张”的范围是如此之广，以至于两个磁偏角及天体坐标的正南这3个“南方”方位均包含在其内。所以，他对磁偏角的涉及，具体数值还不能完全确定，但它的地磁偏现象的记载，说明了风水师是重视地磁偏现象的研究的。王仅是一位著名的堪舆家，他的主要著作写于1030—1050年间。
宋代曾三异在1189年写的《因话录》提到，在地球表面上一定有某个区域，在那里磁偏角为零。曾三异的观点很有见地，事实上也确实存在着零磁偏角线。即使如此，他也只是提出了一种有价值的猜测。16世纪，明代人迸一步发现了在不同的地点磁偏角的大小也不同的结论；18世纪，才出现关于磁偏角的大小也随时间的变化而变化的明确记载。
指南针架设方法与罗盘
指南针如何架设起来，沈括比较了4种不同的架设方法：
水浮多荡摇。指爪及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬为最善。其法取新纩中独茧缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针常指南。这就是有名的沈括“四法”。沈括对前3种方法采取否定的态度，尽管“水浮法”是曾公亮已经有过尝试的方法．在《武经总要》中记载的使用方法是将指南鱼“平放水面令浮”，为此鱼形的铁叶可能是中间微凹的，这样的结构使铁鱼像小船一样漂浮在水面上。宗夷也提出了架设的方法，他指出：“以针横贯灯心，浮水上，亦指南。” 南宋时，指南针的架设问题有了新的进展。南宋陈元靓在《事林广记》(成书于1100—1250年间)中记述了两种指南针，即指南鱼和指南龟。它们可看作“水针(水罗盘)”和“旱针(旱罗盘)”的先驱。水罗盘(也叫浮针罗盘)是从《武经总要》的指南鱼到《事林广记》的指南鱼发展过来的，由于后者是木刻的，自然可浮在水面，似乎也不怕水面荡摇，它已发展成为一种比较成熟的结构。此后，水针一直比较流行，加上进一步的改进，将磁针穿上小木条，取代了木头刻的鱼，使之更实用了。自然，“指南鱼”这种形制也就消失了。《事林广记》记载的“指南龟”，则是后世旱罗盘的先驱。它因为采用了竹钉支承，摩擦力小，旋转灵活，因而也受到人们欢迎。指南龟是当时流行的一种新装置，将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内，在木龟腹下方挖一光滑的小孔，对准并放置在直立于木板上的顶端尖滑的竹钉上，这样木龟就被放置在一个固定的、可以自由旋转的支点上了。由于支点处摩擦力很小，木龟可以自由转动指南。当时它并没有用于航海指向，而用于幻术。但是这就是后来出现的旱罗盘的先声。1985年5月，在江西临川县温泉乡朱济南墓中出土了一件题名“张仙人”的俑，高22。2em，手捧罗盘。此罗盘样的磁装置结构与宋代水浮针不同，其菱形针的中央有一明显的圆孔，说明它采用的是枢轴支承的架构。这座墓下葬的时间为南宋庆元四年(1198)。可见在旱罗盘问世不久，中国人已经将其发展成枢轴支承式的了。
结语
旱罗盘后来经阿拉伯传人欧洲，在欧洲发展成熟起来。欧洲人又进一步对这种旱罗盘做了改进，使用起来很是方便。这种改进虽然对磁的知识并未增加，甚至也未“改善”，但是却对航海事业产生了积极影响。也就是说，在发展航海事业的过程中，使磁技术的价值彰显出来。从磁的吸铁性和指极性知识看，在磁技术的发展早期，磁技术对生产发展和航海、堪舆的活动是有价值的，而磁技术的改善就是围绕着这种需求发展的。在磁技术发展的同时，人们也积累起些许磁学知识。这个积累过程是缓慢的，这当然是由于貌似简单的磁知识，它联系着对地(球)磁场的认识。这使问题具有了某种复杂性，而破解这种复杂性还需要时间，需要某种天才；同时也期待着高水平的精准实验用。
在这些精准的实验中，磁化技术中的两种方法是很重要的。在这些磁化技术的发展中，古人所依据的科学原理，要么是不知道，要么是不符合现代的科学原理。所以，古人是黑暗中摸索着前进的，是在对经验中的领悟中发展着的。在这些发明中，指南“针”形状发明提高了指向的精度，也使磁偏角得以发现．针的形制无疑是具有重要意义的，推进了对磁的认识，有益于磁知识的积累。大体上说，磁性指向器的演变过程中，形制的不断改进是很重要的，就像汽车发明后，汽车的样子也不断发生变化，甚至是很大的变化，但这也是逐步演变的。磁性指向器的交流中，也包含着磁知识的交流，这种交流促进着“磁学”知识的积累和发展。这直到近代才结出果实。
罗盘西传
中国的磁针和罗盘先后经由陆水两路西传，曾给人类文明的进程带来重大的影响。史学界认为磁针浮在水中的水罗盘与指南针一脉相承，是中国的发明。1985年江西临川南宋朱济南墓出土的“张仙人”俑手持的旱罗盘证明：旱罗盘的发明权也属于中国。
现代指南针
现代电子罗盘
现代人制作了各种电子指南针，智能手机普遍有这个软件，电子罗盘也叫数字罗盘，是利用地磁场来定北极的一种方法，应用到手机上，其实就是电子指南针，电子罗盘一般用磁阻传感器和磁通门加工而成。
虽然GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用，但由于其信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用。尤其在高楼林立城区和植被茂密的林区，GPS信号的有效性仅为60%，并且在静止的情况下，GPS也无法给出航向信息。为弥补这一不足，可以采用组合导航定向的方法。电子罗盘正是为满足用户的此类需求而设计的。它可以对GPS信号进行有效补偿，保证导航定向信息100%有效，即使是在GPS信号失锁后也能正常工作，做到“丢星不丢向”。
电子罗盘可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘。平面电子罗盘要求用户在使用时必须保持罗盘的水平，否则当罗盘发生倾斜时，也会给出航向的变化而实际上航向并没有变化。虽然平面电子罗盘对使用时要求很高，但如果能保证罗盘所附载体始终水平的话，平面罗盘是一种性价比很好的选择。三维电子罗盘克服了平面电子罗盘在使用中的严格限制，因为三维电子罗盘在其内部加入了倾角传感器，如果罗盘发生倾斜时可以对罗盘进行倾斜补偿，这样即使罗盘发生倾斜，航向数据依然准确无误。有时为了克服温度漂移，罗盘也可内置温度补偿，最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移。
电子罗盘原理
三维电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，倾角传感器是在磁力仪非水平状态时进行补偿;MCU处理磁力仪和倾角传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。该磁力仪是采用三个互相垂直的磁阻传感器，每个轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度。
磁偏角
地球表面任一点的磁子午圈同地理子午圈的夹角，即为磁偏角。磁偏角在同一地点也不是定值，每天早晚测定的磁偏角也有微小的差异，磁偏角具有长期变化和周日变化的特性。气象条件对磁偏角的影响也很大，尤其在雷电天气下是不能观测的。磁偏角受地磁环境影响比较显著，由于地磁的特性，磁子午线情况比较复杂，且互相不平行，直线愈长，误差越大。
指南词义
“指南”的词义有指导或准则之意，而“指南”来源于“司南”，两者仅一音之转。在汉至唐的文献中，读者可读到诸如“事之司南”、“文之司南”以及人之司南等词语。唐代以后，在社会科学中，“司南”一词完全为“指南”所取代。唐代以后，“司南”（磁勺）奇迹般地销声匿迹，因是磁针已经问世。
磁子午线
磁子午线随一年四季的变化而变化。其一，在春分，秋分这天，磁子午线与子午线，以及地球的经线三线重合，指南针直指地球的南北方向极点，误差只有0.08°地轴偏心率，可以忽略不计。其二，在夏至，冬至这天，磁子午线和子午线是不重合的并且偏磁角最大，最大偏差量为正负23.26°，也就是说在地球南北极附近偏磁点最大，用地球的周长除以365°角在正负23°，等于偏磁极点对应南北极点的距离(正负弧度公里)。
社会反应
指南针打开了世界市场
指南针在航海上的应用对地理大发现和海上贸易有极大的促进作用。指南针的发明源于中国古人如何定向问题的研究，也表明古人对如何定向问题的重视，为此，指南针被誉为中国古代四大发明之一。古代中国人将指南针用于军事和航海的活动，也被用于堪舆术，后来还辗转传入欧洲，在欧洲的航海活动和地理大发现中，发挥了不可替代的重要作用。在航海技术发明中，指南针也是最重要的单项发明。
造纸术
造纸术，是中国四大发明之一。西汉时期，人们已经懂得了造纸的基本方法。东汉时，宦官蔡伦总结前人经验，改进造纸工艺，用树皮、麻头、破布、旧鱼网等植物纤维为原料造纸，纸的质量大大提高。这种纸原料易找，价格便宜，易于推广。此后纸的使用日益普遍，纸逐渐取代简帛，成为人们广泛使用的书写材料，也便利了典籍的流传。
另有学者认为，只有蔡侯纸才是真正的纸 ，蔡伦不仅是造纸术的发明者，而且其发明的造纸基本工艺一直沿用至今。更重要的是，在古代多种类型的纸中，只有用植物纤维制造的蔡侯纸对世界造纸工业的发展及人类文明的传播具有深远影响。
蔡伦
蔡伦（61年/63年—121年），字敬仲，东汉桂阳郡人。汉明帝永平末年入宫给事，汉和帝继位后升任为中常侍，后又兼任尚方令 。蔡伦总结以往人们的造纸经验，革新造纸工艺，制成了“蔡侯纸”，并于元兴元年（公元105年）奏报朝廷 ，汉和帝下令推广他的造纸法 。建光元年（公元121年），邓太后崩逝，汉安帝亲政，蔡伦服毒自尽。
蔡伦改进（一说发明 ）的造纸术被列为中国古代“四大发明” ，对人类文化的传播和世界文明的进步做出了杰出的贡献，千百年来备受人们的尊崇 [8] 。被纸工奉为造纸鼻祖、“纸圣”、 “纸神” 。麦克·哈特的《影响人类历史进程的100名人排行榜》中，蔡伦排在第七位 。美国《时代》周刊公布的“有史以来的最佳发明家”中蔡伦上榜 。2008年北京奥运会开幕式，特别展示了蔡伦改进（一说发明 ）的造纸术。
人物生平
家世背景
蔡伦出身于东汉初年大凑山下从事冶铸的一个铁匠世家，他的祖上是打铁的。卫飒上任桂阳郡太守后，在桂阳设置铁官，蔡家因此与朝廷官员有了紧密的联系。
早年经历
小时候，他在大凑山麓一处被称作石林的乡学启蒙读书，习《周礼》，读《论语》，尤其对周边的生产、生活环境很感兴趣，比如冶炼、铸造，种麻、养蚕。少年蔡伦，已经是满腹经纶，很有才学。
入宫为宦
汉明帝永平末年(公元75年)，蔡伦入宫为宦官。 从史料分析，蔡伦是中国华南地区甚至江南地区第一位走进朝廷，进入皇宫为官的人。蔡伦被选入宫后，最初是在皇宫旁舍嫔妃所居的掖庭当差。
汉章帝建初年间（76-84年），蔡伦升任小黄门，出入皇宫、传递诏令。蔡伦的才华越来越显露出来。系奉窦皇后之命监管宋贵人之事，建初七年（82年），窦后设计诬陷宋贵人，蔡伦“验实”。
飞黄腾达
汉和帝即位时（公元89年），蔡伦升迁为中常侍，成了传达诏令、掌理文书、参预政事的高等宦官。蔡伦很有才学，敦厚谨慎，多次触犯龙颜，匡正得失。每到休假之时，就闭门谢客，只身来到田野中。后来兼任尚方令。
永元九年（公元97年），“监作秘剑及诸器械”。
元兴元年（公元105年）向汉和帝献纸 [9] 这种纸被称为“蔡侯纸”。
元初元年（公元114年），邓太后因为蔡担任了很长时间的侍卫，封他为龙亭侯，封地有三百户人口。不久又任命其为长乐太仆，蔡伦成了邓绥的私人顾问，而且可能为她管理家务事。
元初四年（公元117年）皇帝因为经史传记等文字大多都没有核实确定，于是选拔有名的读书人谒者（学官名）刘珍以及博士（学官名）良史（史官名）聚集在东观（宫殿名），校正各种典籍，派蔡伦监督这件事情。
服毒自尽
建光元年（公元121年）邓太后卒，安帝亲政。蔡伦因为当初受窦后指使参与迫害安帝祖母宋贵人致死、剥夺刘庆的皇位继承权而被审讯查办。下令让蔡伦自己到廷尉（法官名）那里认罪。蔡伦耻于受辱，于是沐浴后穿戴整齐衣服、帽子，喝毒药而死。他的封地被废除（收回）
主要成就
尚方剑
蔡伦兼任尚方令时，掌管尚方，这是一个主管皇宫制造业的机构，“尚方宝剑”就是尚方制作的宝剑，后来成为最高权力的象征。因史书记载阙如，如今已无从考证这个任命是怎么发生的，但这无疑是中国历史上最正确的任命之一。当时的皇宫作坊，集中了天下的能工巧匠，代表那个时代制造业最高水准，为蔡伦提供了一个极好的平台，他的个性、爱好以及他在工程技术方面的过人天资，在这个工作岗位上得到井喷式的展现。
永元九年（公元97年）尚方制作的刀剑等器物，“莫不精工坚密，为后世法”。也就是说，他大幅度改进了制作工艺，达到极高水准，并长期居于技术的顶峰。晚蔡伦三四十年的崔寔在《政论》中写道：“有蔡太仆之弩，及龙亭九年之剑，至今擅名天下。”“蔡太仆”、“龙亭”，指的都是蔡伦，他已成为兵器“品牌”。
蔡侯纸
改进 （一说发明 ）造纸术时的蔡伦主管监督制造宫中用的各种器物。他挑选出树皮、破麻布、旧渔网等，让工匠们把它们切碎剪断，放在一个大水池中浸泡。过了一段时间后，其中的杂物烂掉了，而纤维不易腐烂，就保留了下来。他再让工匠们把浸泡过的原料捞起，放入石臼中，不停搅拌，直到它们成为浆状物，然后再用竹篾把这粘乎乎的东西挑起来，等干燥后揭下来就变成了纸。蔡伦带着工匠们反复试验，试制出既轻薄柔韧，又取材容易、来源广泛、价格低廉的纸 。
元兴元年（公元105年）蔡伦向汉和帝献纸 ，蔡伦将造纸的方法写成奏折，连同纸张呈献皇帝，得到皇帝的赞赏，便诏令天下朝廷内外使用并推广，朝廷各官署、全国各地都视作奇迹。九年后，蔡伦被封为“龙亭侯”，食邑300户。由于在全国各地逐步推行的新造纸方法是蔡伦发明的，人们便把这种纸都称为“蔡侯纸” 。
蔡伦改进（一说发明）的造纸术沿着丝绸之路经过中亚、西欧向整个世界传播，为世界文明的传承和发展起着不可磨灭的贡献。
相关争议
生年
蔡伦出生于1900多年前的东汉中期，但具体年份失考，有关记载蔡伦的史料都是划了一个“？”号，成了谜团。这可能是与他死后被“国”除名而缺失了档案记载所致，也许是他本人早在为进皇宫当官宦便故意隐瞒年龄有关。
据南宋开国侯、洋州刺史杨从仪于绍兴二年，公元1132年所撰《汉龙亭侯蔡公墓碑》，称蔡伦生于辛酉十一。清光绪年间刘馨伯撰《洋县志备录》，也称蔡伦生于辛酉季秋。辛酉年是汉明帝永平四年，公元61年。
《蔡伦年谱简编》则将蔡伦生年记为公元63年 。
出生地
一般的说法是蔡伦出生在今桂阳县。在宝山脚下，俗称蔡子坪这个地方。东汉官方史书《东观汉记》和南朝宋人范晔的《后汉书》都是这样记载的：“蔡伦字敬仲，桂阳人也”。燕塘乡红溪村蔡家现存的清乾隆三十四年续修的《蔡氏宗谱》，记述沿革时引续康熙八年序称：“余始祖大汉受封龙亭侯讳伦字敬仲，住桂阳城南。”清同治《桂阳直隶州志》载：“今州南门有蔡伦井，传云伦故居也” 。
但长期以来仍有些问题，尤其原桂阳郡两个属地对蔡伦故里的具体地点争论不下。桂阳郡治郴县、耒阳县也有可能是蔡伦的出生地。
造纸术
20世纪50年代以前，各界对蔡伦是造纸术发明人的说法，并无异议。直到20世纪50年代，化学史家袁翰青首次挑战了这一“历世纪论”。他认为，像造纸这样一门多原料、多工序、多品种的技术，由一人发明，似乎不大符合实情。尤其是蔡伦作为一个太监，知识面有局限性。袁翰青在1954年第12期的《科学通报》上，首次提出“蔡伦是造纸术的改良者而不是发明者。”次年，当时在中国科学院历史研究所第一所工作的张德钧，撰文反驳袁文观点。
1987年9月11日，中国造纸学会举行纪念蔡伦发明造纸术1882周年大会。会上，中国科协名誉主席、政协副主席周培源说，“决不可轻率地贬低蔡伦和修改历史”。大会最后宣布：蔡伦是造纸术的发明人，为期30年的纸史争议自即日起告结束。次日，新华社、《人民日报》、《科技日报》等各大媒体纷纷报道了这一纸史争议的“官方定论”。
随着甘肃放马滩纸和悬泉置纸先后发现，关于蔡伦是否是纸的发明人的争论渐渐平息。人民教育出版社1992年10月出版的初中课本《中国历史》第一册，引入了1986年甘肃天水发现的放马滩纸，正式使用了“蔡伦改进造纸术的说法”。而关于“西汉有纸说”的学术著作也逐渐被国际学术界所接受。然而，新的发现和学术著作并没说服反对者。2005年10月，湖南省岳麓出版社出版了《纸祖千秋》。这本近55万字的文集收录了100多篇文章，清一色地由坚持蔡伦发明造纸术观点的人撰写。中国制浆造纸研究院高级工程师王菊华认为，灞桥纸并不是纸，放马滩纸地图也不是纸，很可能是帛。中国造纸学会和王菊华持相同观点，该学会秘书处雷煌认为，考古研究是项非常严谨的过程，虽然学界对于谁最早发明造纸术有争议，但并没有充分证据证明浇纸法造纸术早于蔡伦的抄纸法，首创和影响力决定蔡伦的历史地位无可动摇。
目前，学者多认为，蔡伦虽然不是造纸术的唯一发明者，但是他在改进和推广造纸技术方面所作出的历史贡献，是不容否认的。西汉的植物纤维纸，为蔡伦造纸打下了基础。经过蔡伦的改进，造纸才开始脱离纺织业，逐渐成为一门独立的手工业。蔡伦之后，用纸作为书写材料的记载大大增多。魏晋南北朝时期，伴随着用纸书写的普及，特别是纸作为书写工具的地位得到制度上的确认。对蔡伦之前的造纸术的研究，有助于对“蔡侯纸”产生的技术条件和历史贡献等做出更符合历史事实的认识和评价。对于早期古纸的研究，可以让今人更加客观地看待蔡伦的历史地位。
人物评价
范晔：“伦有才学，尽心敦慎，数犯严颜，匡弼得失。”
刘光裕：“中国东汉的蔡伦是纸的发明者。由于他发明了纸，从而引起中国以及世界在传播的媒介技术方面，发生历史上第一次革命性的重大变革。蔡伦以其发明，成为改变世界面貌，特别是改变世界文化面貌的中国第一位伟大发明家。”
麦克·哈特：“今天，纸张成了我们司空见惯的东西，我们很难想象，如果没有纸，世界将会怎样。
世界各国的造纸术大都是从中国辗转流传过去的。造纸术的发明，是中国对世界文明的伟大贡献之一。 1990年8月18日至22日在比利时马尔梅迪举行的国际造纸历史协会第20届代表大会上专家一致认定：蔡伦是造纸术的伟大发明家，中国是造纸的发明国。
历史沿革
早期雏形
纸问世之前，古人把文字刻画、书写在甲骨和简帛上面，或铸刻在青铜器物上面。秦汉时期的公文往来、私人书信以及典籍等都用简帛写成。后人用“册”“编”“卷”来称书籍的篇幅，就是从简的编连方式和存放特点得来的。简用竹木制成，分量很重；帛虽然轻，但价格昂贵。人们使用起来受到很大限制。
关于造纸起源，大体有两种不同观点。其一认为东汉宦官蔡伦于105年发明了纸，主要依据文献记载。在考古学新发现以前，此说千年来颇为流行。其二认为蔡伦之前的西汉已有纸，主要依据现代考古发现。这是从1933年考古学家黄文弼在新疆罗布淖尔汉烽燧遗址出土西汉麻纸（前49年）并提出西汉造纸说承袭下来的观点。1949年以来，两种观点各抒己见。
一种观点认为，西汉时期，人们已经懂得了造纸的基本方法。1933年，新疆罗布淖尔古烽燧亭中发现西汉古纸；1957年5月，陕西省西安市灞桥出土的古纸经过科学分析鉴定，为西汉麻纸。西汉时期的麻纸有的上面还有文字和地图。这证明西汉时已生产纸。但这种纸质地粗糙，使用不便。专家认为，在“蔡侯纸”未发明之前，麻纸的使用价值不大，西汉是麻纸萌芽阶段，纸产量不大，产地不广，质量欠佳，不足以代替简帛。
另有学者认为，只有蔡侯纸才是真正的纸 ：1957年在西安市出土的“灞桥纸”基本没有经历过符合造纸要求的切断处理，并不是纸，而是一些废旧麻絮在铜镜下的衬垫物；1986年在甘肃天水市出土的“放马滩纸地图”保存在博物馆后，没有机会取样做破坏性化验，因为这张“地图”能在有积水并且死者尸骨都腐烂无存的墓葬中残留下来，专家对“地图”的表面结构分析后认为并不是纸，很可能是帛。
《后汉书·贾逵传》记汉章帝于建初元年（76年），曾令贾逵选20人来教授《左传》，并“给简、纸经传各一通”。《后汉书·邓皇后纪》则记载永元十四年（102年）邓皇后赐给前来贡献的方国以纸墨。此时的纸，似已作为书写的载体。
蔡伦造纸
蔡伦改进造纸术的想法，源于皇帝批改的奏折。当时皇帝批阅的奏章都是写在“简牍”上。成捆的竹简由太监用车拉来，几个人抬着放到皇帝的御案前，堆成小山，皇上每天在案几上展卷批阅，累得腰酸背疼。蔡伦整天跟着皇帝，看在眼里、急在心头，所以急于创造出一种新的书写材料。
《后汉书·蔡伦传》记载：“自古书契，多编以竹简，其用缣（jiān）帛者，谓之为纸。缣贵而简重，并不便于人。伦乃造意（发明、创造）用树肤、麻头及敝布、鱼网以为纸。”
蔡伦造纸，是他在任尚方令期间。那时，他经常到洛阳近郊收集制作材料，虚心听取建议，认真总结西汉以来用麻质纤维造纸的经验，经过反复试验，创造了以树皮、麻头、破布、旧渔网为原料的造纸术。
元兴元年（公元105年），蔡伦奏报朝廷，在和帝的支持下，大量生产纸并推广应用。后来，他因为造纸这一伟大功绩被封为“龙亭侯”，因此，人们把这种新型的书写材料称为“蔡侯纸”。
国内流传
“蔡侯纸”平滑光洁，适宜书写，而且原料廉价，降低了造纸的成本，适合大规模推广造纸的技术。3至4世纪，纸已经基本取代简牍绢帛，成为中国唯一的书写材料。
魏晋南北朝时期的造纸技术
同汉代相比，魏晋南北朝时期造纸在产量、质量或加工等方面都有提升，原料不断扩大，造纸设备得到更新，出现新的工艺技术，产纸区域和纸的传播也越来越广，造纸名工辈出。
从留存的实物看，魏晋南北朝的纸比汉代纸有明显的进步，主要表现在白度提高、表面更光滑、结构较紧密，纸质细薄且有明显的帘纹，纸上纤维束较少，有的晋纸纤维打浆度达到70%，接近机制纸。
如果说书写材料在汉代还是简帛并用，纸只是作为新材料尚不足以完全取代，那么这种情况在晋代已发生根本变化。由于能造出大量洁白平滑而方正的纸，人们就无须再用昂贵的缣帛和笨重的简牍，逐步习惯于用纸书写，最后彻底淘汰了简牍。东晋末年桓玄废晋安帝而自称为帝，随即下令曰：“古无纸，故用简，非主于敬也。今诸用简者，皆以黄纸代之。”考古发掘表明，东晋以后，墓葬或遗址中出土的文书便不再是简牍，而全是纸了。
这时南北各地都建立有官私纸坊，就地取材造纸。北方以长安（今西安）、洛阳、山西、山东、河北等地为中心，生产麻纸、楮皮纸、桑皮纸。东晋南渡后，今绍兴、安徽南部、南京、扬州、广州等地成了南方造纸中心，纸种基本与北方相同。但浙江嵊州剡溪沿岸又成为藤纸制造中心。
为改善纸的性能，晋代已有施胶技术，早期施胶剂是植物淀粉剂，或刷在纸面上，或掺入纸浆中，这样处理可增加纸对水透过性的阻扰能力，将纤维间毛细孔阻死，或改善纸浆悬浮性。经化验，西凉建初十二年（416年）写本《律藏初分》用纸即以施胶技术处理。而迄今年代最早的施胶纸是后秦白雀元年（384年）墓葬物清单用纸，表面施以淀粉剂，再经磨光。
表面涂布技术是将白色矿物细粉用胶黏剂均匀涂刷在纸面，再以石砑光，这样既可增加纸表的白度、平滑度，又可减少透光度，使纸表紧密，吸墨性好。检验发现，前凉建兴三十六年（348年）文书纸及东晋写本《三国志·孙权传》用纸都是表面涂布纸，比欧洲早了1400多年。
隋唐五代时期的造纸技术
隋唐五代时期在中国造纸技术史上是个重要的发展阶段，造纸原料品种进一步扩大，纸制品普及于民间日常生活之中，造纸区遍及南北各地，在改善纸浆性能、改革造纸设备等方面取得一些进步，可造出更大幅面的佳纸，满足了书画艺术的特殊要求，纸的加工更加考究，出现了一些名贵的加工纸而载于史册，并为后世效法。由于交通及中外科学文化交流的发展，中国造纸技术沿不同方向向外国传播。雕版印刷术的发明更是刺激了造纸业的进一步发展。
隋唐时所用的原料有麻类、楮皮、桑皮、藤皮、瑞香皮、木芙蓉皮、竹等；竹纸于9-10世纪在广东、浙江初露头角，以竹料造纸是造纸史上一大发明。虽仍主要造麻纸，但其他原料纸则比魏晋南北朝时产量大有增加，也出现更多的混合原料纸。唐代有用野麻生纤维造纸，需沤制脱胶，比用破布费事，但原料丰富，成本低廉。藤纸在唐代达到全盛期，产地不局限于浙江，青、黄、白色藤纸各有不同用途。广东罗州（今廉江）用栈香树皮造纸，名香皮纸。唐代女诗人薛涛（？—832）在四川用芙蓉皮为原料，再将芙蓉花汁掺入纸浆，造出粉红色等多种颜色的薛涛笺，名重一时。
隋唐五代时产纸区域遍及全国。据古书记载，仅唐代向朝廷贡纸的就有常州、杭州、越州、婺州、衢州、宣州、歙州、池州、江州、信州、衡州等11个州邑。由于产纸量大，社会上消耗量亦甚可观，只以唐内府集贤书院为例，大中三年（849年）一年内用蜀纸10000多张，抄写365卷书，这正是促使社会科学文化发达的物质后盾。
唐代可造出幅面更大的纸，纸本绘画从这一时期猛增，传世的有韩滉的设色《五牛图》，出土的有设色花鸟画及人物画。除文化及文书用纸外，隋唐五代时许多日用品也以纸制成，以代替其他昂贵材料，如灯笼纸及糊窗纸，纸的表面涂上油成为防水纸，可代替绢料。至于纸衣、纸帽、纸被、纸帐、纸甲、纸花、剪纸及包装纸等都可代替过去用的纺织品。唐代“飞钱”是纸币的先驱，用以代替金属货币。此外，也用纸做成纸人、纸钱为死者送葬时烧。纸的用途越来越广泛，中国名副其实地进入了纸的时代。
五代造纸技术直接承袭隋唐，但因南北割据，社会动荡，各地技术发展很不平衡。敦煌石室所出西北地区造的麻纸多不精良，书法亦不工，这也反映了当时社会经济不景气的现状。但统治者御用的“澄心堂纸”却为一时之冠。苏易简在《文房四谱·纸谱》中写道：“南唐有澄心堂纸，细薄光润，为一时之甲。”
宋元时期的造纸技术
宋元时期是中国造纸术的成熟阶段。此时造纸原料又有了新的开拓，竹纸和稻麦秆纸的发展标志着造纸史中的新纪元。造纸区域、纸的品种及加工技术越来越向更广的地方发展。纸的用途在社会上再度普及各个方面。以用量而言，宋元纸大部分用于印刷。竹纸崛起的同时，大幅优质皮纸的出现也是此时期不同于前代的特点。此外，还出现了有关纸的专门著作，也是前代所无。
宋元时大量用竹纸印书，宋元刻本以浙江杭州、福建建阳、四川成都、江西吉州等地为中心，福建本流传甚广，多印以竹纸。
由于原料不足，晋唐时一度盛行的藤纸，至宋元逐渐退出历史舞合；麻纸只在有限地区内生产，统治地位让给了竹纸及皮纸，这种趋势一直保持到19世纪末的清代晚期。宋元书画、刻本及公私文书中多用皮纸，其产量之大、质量之高均远在隋唐五代之上，这也导致书画家更喜欢在皮纸上创作书画。
宋元时还制造混合原料纸，这又是一大成就。如北京图书馆藏北宋米芾的《公议帖》《新恩帖》是竹、麻混料纸，《寒光帖》是竹、楮混料纸，而其《高氏三图诗》是麻、堵混料纸。混料纸的制造具有重大的技术经济意义，可兼收不同原料之优点，是中国造纸术的一种独特的技术。
宋元时期为扩大造纸原料来源，降低生产成本，还采用故纸回槽，掺到新纸浆中造再生纸的工艺，得到的纸叫“还魂纸”。明代宋应星《天工开物》说：“其废纸洗去朱墨污秽，浸烂入槽再造，全省从前煮浸之力……名为还魂纸。”这就达到了废物利用和降低成本的经济目的。
宋元时期纸制品的广泛使用也超过唐五代，举凡纸帐、纸衣、纸伞纸被、剪纸、纸花等，应有尽有，游戏用的纸牌也深人民间。宋元时民间还有纸影戏。纸在工业生产中也广为利用，宋代烟火、火器制造中的火药筒、火药包及引线都以纸为之，而养蚕时雌蛾产卵在桑皮纸上。
明清时期的造纸技术
明清在造纸原料、技术、设备和加工等方面都集历史上的大成，纸的产量、质量、用途和产地也比过去任何时期都处于更高的发展阶段。同时还出现专门论述造纸技术的插图本专著，为前代所未见。随着中外交流的紧密，中国精工细作的纸、纸制品及加工技继续传至国外。清末，中国又从西方引入机器造纸技术，从而在造纸技术上揭开了新的一页。
明清时的造纸作坊大多分布在南方的江西、福建、浙江、安徽等省，广东和四次之；北方以陕西、山西、河北等省为主。原料有竹、麻、皮料和稻草等，其中竹纸产量占首位，尤其南方近山区多造竹纸。皮纸多用于书画或印刷书籍，麻纸产量比例逐渐变小。
明清时在纸的加工方面集历代之大成，各种历史名纸都恢复生产，同时又推出一些新品种。明代加工纸中最著名的是宣德贡笺，制于宣德年间（1426-1435年），有五色粉笺、五色金花纸、瓷青纸等品种。此后仍继续生产，供内府使用，后从内府传出，遂为世人推重。清初时已将宣德贡笺与南唐澄心堂纸并称为稀世名纸。
明清时还有关于各种加工纸的技术记载，明人屠隆《考槃余事》及冯梦祯《快雪堂漫录》二书较集中地谈到各种纸加工技术，包括染制宋笺法、造金银印花笺法、造槌白纸法及染纸作画不用胶法。
传入海外
中国造纸术在东亚、南亚和东南亚的传播
中国地处亚洲大陆东部，纸及造纸术首先传至邻近的亚洲国家。
中国与越南陆上相邻，中国纸及书卷在2世纪已传到越南。汉末社会动乱，大批中国人到越南避难，带去中原文化和生产技术。至迟在3世纪已能造纸，所造有楮皮纸，还有由当地蜜香树制的蜜香纸，太康五年（284年），大秦（东罗马）人献晋武帝蜜香纸30000张。
中国纸在汉末至魏晋南北朝时就已传入朝鲜半岛。朝鲜半岛造纸可上溯到4-5世纪，主要生产麻纸，但大部分纸仍从中国得到。高丽朝（936-1392年）统一半岛后，与宋朝保持往来，此时造纸业有了发展，皮纸成为新品种。高丽朝造的纸厚重、强韧而洁白，为宋代士大夫所喜爱。元代人鲜于枢《纸笺谱》将高丽蛮笺列为名纸之一。
日本和纸至今仍为书画艺术家所喜爱，也在日常生活中广泛使用。《日本书纪》记载，285年百济人将中国书卷带至日本，而610年高丽王遣高僧昙征（579-631）赴日，昙征知五经，且能制纸墨，过去史学家认为日本造纸始于610年。实际上，南北朝时的中国已与日本有频繁的直接往来，有可能在此过程中从中国引进造纸术。日本雁皮造纸始于奈良时代，造麻纸、楮纸技术与唐代是一致的。
中国纸和造纸技术南传后至今印度、巴基斯坦、孟加拉国、尼泊尔、泰国、柬埔寨、缅甸、菲律宾和印度尼西亚等国。这些国家造纸均晚于越南、朝鲜和日本等国家。
中国造纸术在中亚、西亚和北非的传播
中亚、西亚各国，古书通称西域诸国，早在西汉时即与中国往来，纸张即从中国输入这些地区。1907年斯坦因在敦煌发现九封中亚商人南奈·万达（Nanai Vandak）于311-313年用中亚粟特文（Sogdian）写给在撒马尔罕（Samarkand）友人的书信，用的已是麻纸，可见该国人早在东晋时就已用中国纸书写，同时将纸运至中亚。
天宝十载（751年）唐帝国与大食在中亚的恒逻斯（Talas，今哈萨克斯坦境内）用兵。交战中部分唐士兵被俘，其中有造纸工人，随后在撒马尔罕由中国人指导的纸厂开始生产麻纸。此后，纸输往欧洲。随着阿拉伯势力延伸到非洲，造纸技术随之传入，641年倭马亚王朝征服埃及，900年前后在今开罗建立了非洲第一个纸厂。1100年前后埃及在今摩洛哥境内的非斯（Fez）建立了非洲境内的第二个造纸基地，至此在中亚、西亚及北非先后有了六个造纸工厂，都按中国方法生产麻纸，纸在阿拉伯境内普及开来。
中国造纸术在欧洲、美洲和大洋洲的传播
中国造纸术是通过阿拉伯传入欧洲的，西班牙、法国和意大利是造纸术在欧洲传播的最早的转运站。阿拉伯倭马亚王朝被推翻后，前朝太子拉赫曼（Abd al - Rahman）带一批人逃到北非避难，再前往西班牙，并于756年在西班牙境内建立政权，后逐渐统治西班牙，这使其成为最早造纸的欧洲国家，西班牙最早的纸厂于萨狄瓦（Xativa）建于1150年。
法国与西班牙相邻，造纸技术可能来自西班牙。第一个纸厂于1189年建于南方的埃罗（Herault），因产量小，法国用纸仍大量从大马士革及西班牙供应。无疑，西班牙和法国主要生产麻纸。
11一12世纪，阿拉伯纸还通过地中海从北非的埃及、摩洛哥运往意大利，再转运到亚洲大陆各国，造纸术就借此商路传入意大利，1276年在蒙地法诺（Montefano）建立第一家纸厂生产麻纸。意大利造纸业发展迅速，至14世纪已成为欧洲用纸的供应地，产量超过西班牙和大马士革。
14世纪后期德国用纸量也与日俱增，1390年在印刷中心纽伦堡（Nuremberg）建立第一个纸厂，同时在科隆（Cologne）建立另一个纸厂。德国有了造纸业后，又成为向欧洲辐射造纸技术的另一中心。与德、法交界的荷兰于1428年建起早期纸坊，1586年在多德雷赫特（Dordrecht）兴建了更大的纸厂。通行德语的瑞士于1433年在印刷中心巴塞尔（Basel）建立纸坊，德国南面的奥地利于1498年在维也纳（Vienna）设造纸；与德国接壤的波兰于1491年在克拉科夫（Krakow）有了该国第一家纸厂。俄国较早就接触纸，但最早的纸厂1576年才在莫斯科（Moscow）兴建，还请了德国技师。
英国与欧洲大陆有一海之隔，虽于14世纪已从西班牙进口纸，但造纸时间较晚。最早的纸厂是1494年在哈福德郡（Hartfordshire）建立的。欧洲北部国家也因地理位置关系造纸较晚，丹麦于1635年开始造纸，而挪威则始于1690年。然而至17世纪时，欧洲各国基本上都有了造纸业。
美洲1575年才有第一家造纸厂，是西班牙人移居墨西哥后建立的。此前美洲仍用羊皮等古老材料，有时用纸靠欧洲进口。美国最早的纸坊于1690年建于费城（Philadelphia），而北美的加拿大于1803年才在圣安德鲁斯（Saint Andrews）兴建纸坊。
大洋洲第一家纸厂于1868年在澳大利亚的墨尔本（Melbourne）建成。
至19世纪后半叶，中国造纸术已完成其世界传播之旅程，遍及各国。
造纸影响
造纸术既方便了人们书写，又促进了文化传播。公元7世纪造纸术传入日本，公元8世纪造纸术传到欧洲各国，造纸术的广泛传播，对人类文化事业的发展起到重大作用造纸术的发明和推广，对于世界科学、文化的传播产生深刻的影响，对于社会的进步和发展起着重大的作用。
造纸术加速了文字的传播，扩大了文化交流，提高了生产效率，同时，有利于文化的传承使纸张成为人们文化生活和日常生活的必需品，推动了文献的生产发展。
造纸术经阿拉伯人传入欧洲，廉价的纸张很快取代了欧洲长期使用的书写材料羊皮和小牛皮，促进了欧洲文化的发展。欧洲人借鉴中国的印刷术，造出了自己的活字印刷机，大大推动了文艺复兴运动和宗教改革，促进了思想解放和社会进步。
正如英国科学家弗兰西斯·培根在评价包括造纸术在内的中国四大发明的时候所说的：“它们改变了世界上事物的全部面貌和状态，又从而产生了无数的变化；看来没有一个帝国，没有一个宗教，没有一个显赫人物，对人类事业曾经比这些机械的发明施展过更大的威力和影响。”
造纸方法
古代
蔡伦造纸术
蔡伦改进的造纸术，形成了一套较为定型的造纸工艺流程，其过程大致可归纳为4个步骤：
①分离：用沤浸或蒸煮的方法让原料在碱液中脱胶，并分散成纤维状；
②打浆：用切割和捶捣的方法切断纤维，并使纤维帚化，而成为纸浆；
③抄造：把纸浆渗水制成浆液，然后用捞纸器（篾席）捞浆，使纸浆在捞纸器上交织成薄片状的湿纸；
④干燥：把湿纸晒干或晾干，揭下就成为纸张。
明朝造纸术
明朝造纸术有五个主要的步骤。图中所示的造纸方法为中国古代广泛流传采用的抄纸法，抄纸法制造速度较快。分为以下几个步骤：斩竹漂塘、煮楻足火、荡料入帘、覆帘压纸、透火焙干。
斩竹漂塘：砍下竹子置于水塘浸泡，使纤维充分吸水。可以再加上树皮、麻头、和旧鱼网等植物原料捣碎。
煮楻足火：把碎料煮烂，使纤维分散，直到煮成纸浆。图中可见大锅中的碎料用大石压住，有助于完全煮烂。
荡料入帘：待纸浆冷却，再使用平板式的竹帘把纸浆捞起，过滤水分，成为纸膜。此一步骤要有纯熟的技巧，才能捞出厚薄适中、分布均匀的纸膜。
覆帘压纸：捞好的纸膜一张张叠好，用木板压紧，上置重石，将水压出。
透火焙干：把压到半干的纸膜贴在炉火边上烘干，揭下即为成品。
现代
现代制纸工序已经机械化。
磨木纸浆（Groundwood Pulp） 利用机械碾磨力以取得木材纤维，又称为机械纸浆（mechanical pulp），主要可再分为一般机械浆、精制机械浆、热磨机械浆等。
化学纸浆（Chemical Pulp） 利用化学法将纤维与木质素分开以取得木材纤维，主要可再分为苏打浆、亚硫酸盐浆、硫酸盐浆等。
半化学纸浆（Semichemical Pulp） 结合机械法与化学法之制浆方式，可再分为中性半化学浆、冷苏打浆、化学机械浆等。
起源争议
20世纪50年代以前，各界对蔡伦是造纸术发明人的说法，并无异议。直到20世纪50年代，化学史家袁翰青首次挑战了这一“历世纪论”。他认为，像造纸这样一门多原料、多工序、多品种的技术，由一人发明，似乎不大符合实情。尤其是蔡伦作为一个太监，知识面有局限性。袁翰青在1954年第12期的《科学通报》上，首次提出“蔡伦是造纸术的改良者而不是发明者。”次年，当时在中国科学院历史研究所第一所工作的张德钧，撰文反驳袁文观点。
1979年，主管造纸局的轻工业部副部长王毅之率中国科技代表团访问日本。参观东京造纸博物馆时，发现展览说明中说“蔡伦以前的西汉已经有了纸”非常生气，认为这与中国的历史定论不同。代表团回国后，正好赶上国内媒体报道陕西扶风发现蔡伦之前的西汉麻纸。从这时起，轻工业部正式介入蔡伦是否是纸的发明人的论战。
1987年9月11日，中国造纸学会举行纪念蔡伦发明造纸术1882周年大会。会上，中国科协名誉主席、政协副主席周培源说，“决不可轻率地贬低蔡伦和修改历史”。大会最后宣布：蔡伦是造纸术的发明人，为期30年的纸史争议自即日起告结束。次日，新华社、《人民日报》、《科技日报》等各大媒体纷纷报道了这一纸史争议的“官方定论”。
灞桥纸发掘人、陕西省博物馆程学华专门针对该大会点名撰写了《西汉灞桥纸的补述论证与有关问题的说明》，在这份长达17页的《说明》中，程学华详细阐释了灞桥纸的发现经过、墓葬位置、断代依据等。此外，程用了一半的篇幅“揭穿了调查组深入调查的真相”：前后三次来调查的人员均要求他改变自己原有的说法。程学华在《说明》中写道，“这是学术研究领域内的怪事”。
纸史委员会委员安嘉麟曾撰写文章指出，蔡伦造纸说是“历史定论”，关系到祖国尊严和荣誉，神圣不可侵犯。挑战此说已不再是学术问题，而是是否爱国、维护国家尊严的政治问题。
日本学者、东京大学教授中山茂在其书中说，“由于感情问题作祟，反对纸的西汉起源说，只好说‘灞桥纸不能以纸定论’。”
随着甘肃放马滩纸和悬泉置纸先后发现，关于蔡伦是否是纸的发明人的争论渐渐平息。人民教育出版社1992年10月出版的初中课本《中国历史》第一册，引入了1986年甘肃天水发现的放马滩纸，正式使用了“蔡伦改进造纸术的说法”。而关于“西汉有纸说”的学术著作也逐渐被国际学术界所接受。
然而，新的发现和学术著作并没说服反对者。2005年10月，湖南省岳麓出版社出版了《纸祖千秋》。这本近55万字的文集收录了100多篇文章，清一色地由坚持蔡伦发明造纸术观点的人撰写。中国制浆造纸研究院高级工程师王菊华认为，灞桥纸并不是纸，放马滩纸地图也不是纸，很可能是帛。中国造纸学会和王菊华持相同观点，该学会秘书处雷煌认为，考古研究是项非常严谨的过程，虽然学界对于谁最早发明造纸术有争议，但并没有充分证据证明浇纸法造纸术早于蔡伦的抄纸法，首创和影响力决定蔡伦的历史地位无可动摇。
目前，学者多认为，蔡伦虽然不是造纸术的唯一发明者，但是他在改进和推广造纸技术方面所作出的历史贡献，是不容否认的。西汉的植物纤维纸，为蔡伦造纸打下了基础。经过蔡伦的改进，造纸才开始脱离纺织业，逐渐成为一门独立的手工业。蔡伦之后，用纸作为书写材料的记载大大增多。魏晋南北朝时期，伴随着用纸书写的普及，特别是纸作为书写工具的地位得到制度上的确认。
对蔡伦之前的造纸术的研究，有助于对“蔡侯纸”产生的技术条件和历史贡献等做出更符合历史事实的认识和评价。对于早期古纸的研究，可以让今人更加客观地看待蔡伦的历史地位。
传承发展
2006年，西藏自治区申报的藏族造纸技艺被列入第一批国家级非物质文化遗产名录。
2006年，云南省香格里拉县和云南省临沧市申报的傣族、纳西族手工造纸技艺被列入第一批国家级非物质文化遗产名录。
2009年，宣纸制作工艺被列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。
2011年，陕西省汉中市申报的蔡伦造纸传说被列入第三批国家级非物质文化遗产名录。
2014年，湖南省耒阳市申报的竹纸制作技艺（蔡伦古法造纸技艺）被列入第四批国家级非物质文化遗产代表性项目名录。
火药
火药，顾名思义，可由火花、火焰等引起剧烈燃烧的药剂。据《范子计然》的记载，春秋时代中国就已经用于民间民生应用，范子计然说“硝石出陇道”。
火药是中国四大发明之一。是在适当的外界能量作用下，自身能进行迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温燃气的物质。在军事上主要用作熗弹、炮弹的发射火药和火箭、导弹的推进剂及其他驱动装置的能源，是弹药的重要组成部分。人类文明史上的一项杰出的成就。火药是以其杀伤力和震慑力，带给人类消停战事、安全防卫的作用，成为了人类文明重要发明之一。
历史
火药，是以其杀伤力和震慑力，带给人类消停战事、安全防卫的作用，成为了人类文明重要发明之一。
据《范子计然》的记载，春秋时代中国就已经用于民间民生应用，范子计然说“硝石出陇道”。我国现在看到的第一部记载火药配方的书，约成书于八九世纪。书中说“以硫磺、雄黄合硝石，并蜜烧之”，会发生“焰起，烧手面及火尽屋舍”的现象。这里的“密”应该是蜂蜜的“蜜”。蜜加热能变成炭。硫磺、硝石与炭混合，这就是火药的配方。
火药的发明是人们长期炼丹，制药实践结果，至今已有一千多年历史。
唐朝末年，火药已被用于军事。唐昭宗天佑元年(904年)杨行密的军队围攻豫章，部将郑 (以所部发机飞火，烧龙沙门，带领壮士突火先登入城，焦灼被体)。这里所说的(飞火)，就是(火炮)，(火箭)之类。(火炮)是把火药制成环状，把吊线点燃后用抛石机抛掷出去;火箭则是把火药球缚于箭镞之下，将引线点燃后用弓射出。到了宋代，战争接连不断，促进火药武器的加速发展。北宋政府建立了火药作坊，先后制造了火药箭，火炮等以燃烧性能为主的武器和(霹雳炮)，(震天雷)等爆炸性较强的武器。南宋在1259年造出了以巨竹为筒，内装火药的(突火熗)。到了元代又出现铜铸火铳，称为(铜将军)。这些都是以火药的爆炸为推动力的武器，在战争中显示了前所未有的威力。
在12，13世纪，火药首先传入阿拉伯国家，然后传到希腊和欧洲乃至世界各地。对人类社会的文明进步，对经济和科学文化的发展，起了推动作用。英法各国直到十四世纪中叶，才有应用火药和火器的记载。
1、源于炼丹术
炼丹术起源很早，《战国策》中已有方士向荆王献不死之药的记载。汉武帝也妄想“长生久视”，向民间广求丹药，招纳方士，并亲自炼丹。从此，炼丹成为风气，开始盛行。历代都出现炼丹方士，也就是所谓的炼丹家。炼丹家的目的是寻找长生不老之药，这样的目的是不可能达到的。炼丹术流行了一千多年，最后还是一无所获。但是，炼丹术所采用的一些具体方法还是有可取之处的，它显示了化学的原始形态。
炼丹术中很重要的一种方法就是“火法炼丹”。它直接与火药的发明有关系。所谓“火法炼丹”大约是一种无水的加热方法，晋代葛洪在“抱朴子”中对火法有所记载，火法大致包括：煅（长时间高温加热）、炼（干燥物质的加热）、灸（局部烘烤）、熔（熔化）、抽（蒸馏）、飞（又叫升，就是升华）、优（加热使物质变性）。这些方法都是最基本的化学方法，这也是炼丹术这种愚昧的职业能够产生发明的基础。炼丹家的虔诚和寻找长生不老之药的挫折，使得炼丹家不得不反复实验和寻找新的方法。这样就为火药的发明创造了条件。在发明火药之前，炼丹术已经得到了一些人造的化学药品，如硫化汞等。这可能是人类最早用化学合成法制成的产品之一。
炼丹起火，启示人们认识并发明火药。
2、火药的发明
炼丹家虽然掌握了一定的化学方法，但是他们的方向是求长生不老之药，因此火药的发明具有一定的偶然性。
炼丹家对于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石药，在使用之前，常用烧灼的办法“伏”一下，“伏”是降伏的意思。使毒性失去或减低，这种手续称为“伏火”。唐初的名医兼炼丹家孙思邈在“丹经内伏硫磺法”中记有：硫磺、硝石各二两，研成粉末，放在销银锅或砂罐子里。掘一地坑，放锅子在坑里和地平，四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角逐一点着，然后夹入锅里，把硫磺和硝石起烧焰火。等到烧不起焰火了，再拿木炭来炒，炒到木碳消去三分之一，就退火，趁还没冷却，取入混合物，这就伏火了。
唐朝中期有个名叫清虚子的，在“伏火矾法”中提出了一个伏火的方子：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。右为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里内，烟渐起。”他用马兜铃代替了孙思邈方子中的皂角，这两种物质代替碳起燃烧作用的。
伏火的方子都含有碳素，而且伏硫磺要加硝石，伏硝石要加硫磺。这说明炼丹家有意要使药物引起燃烧，以去掉它们的猛毒。
虽然炼丹家知道硫、硝、碳混合点火会发生激烈的反应，并采取措施控制反应速度，但是因药物伏火而引起丹房失火的事故时有发生。《太平广记》中有一个故事，说的是隋朝初年，有一个叫杜春子的人去拜访一位炼丹老人。当晚住在那里。半夜杜春子梦中惊醒，看见炼丹炉内有“紫烟穿屋上”，顿时屋子燃烧起来。这可能是炼丹家配置易燃药物时疏忽而引起火灾。还有一本名叫《真元妙道要略》的炼丹书也谈到用硫磺、硝石、雄黄和蜜一起炼丹失火的事，火把人的脸和手烧坏了，还直冲屋顶，把房子也烧了。书中告戒炼丹者要防止这类事故发生。这说明唐代的炼丹者已经掌握了一个很重要的经验，就是硫、硝、碳三种物质可以构成一种极易燃烧的药，这种药被称为“着火的药”，即火药。由于火药的发明来自制丹配药的过程中，在火药发明之后，曾被当做药类。《本草纲目》中就提到火药能治疮癣、杀虫，辟湿气、瘟疫。
火药不能解决长生不老的问题，又容易着火，炼丹家对它并不感兴趣。火药的配方由炼丹家转到军事家手里，就成为中国古代四大发明之一的火药。
3、火药的应用
唐朝时的火药
火药发明之前，火攻是军事家常用的一种进攻手段，那时在火攻中，用了一种叫做火箭的武器，它是在箭头上绑一些像油脂、松香、硫磺之类的易燃物质，点燃后用弓射出去，用以烧毁敌人的阵地。如果用火药代替一般易燃物，效果要好得多。火药发明之前，攻城守城常用一种抛石机抛掷石头和油脂火球，来消灭敌人。火药发明之后，利用抛石机抛掷火药包以代替石头和油脂火球。据宋代路振的《九国志》记载，唐哀帝时（十世纪），郑王番率军攻打豫章（今江西南昌），“发机飞火”，烧毁该城的龙沙门。这可能是有关用火药攻城的最早记载。
两宋时的火药
到了两宋时期火药武器发展很快。据《宋史·兵记》记载：公元970年兵部令史冯继升进火箭法，这种方法是在箭杆前端缚火药筒，点燃后利用火药燃烧向后喷出的气体的反作用力把箭簇射出，这是世界上最早的喷射火器。公元1000年，士兵出身的神卫队长唐福向宋朝廷献出了他制作的火箭、火球、火蒺藜等火器。1002年，冀州团练使石普也制成了火箭、火球等火器，并做了表演。
火药兵器在战场上的出现，预示着军事史上将发生一系列的变革。从使用冷兵器阶段向使用火器阶段过渡。火药应用于武器的最初形式，主要是利用火药的燃烧性能。《武经总要》中记录的早期火药兵器，还没有脱离传统火攻中纵火兵器的范畴。随着火药和火药武器的发展，逐步过度到利用火药的爆炸性能。
硝酸钾、硫磺、木炭粉末混合而成的火药被称为黑火药或者叫褐色火药。这种混合物极易燃烧，而且烧起来相当激烈。如果火药在密闭的容器内燃烧就会发生爆炸。火药燃烧时能产生大量的气体（氮气、二氧化碳）和热量。原来体积很小的固体的火药，体积突然膨胀，猛增至几千倍，这时容器就会爆炸。这就是火药的爆炸性能。利用火药燃烧和爆炸的性能可以制造各种各样的火器。北宋时期使用的那些用途不同的火药兵器都是利用黑火药燃烧爆炸的原理制造的。蒺藜火球、毒药烟球是爆炸威力比较小的火器。到了北宋末年爆炸威力比较大的火器向“霹雳炮”、“震天雷”也出现了。这类火器主要是用于攻坚或守城。公元1126年，李纲守开封时，就是用霹雳炮击退金兵的围攻。金与北宋的战争使火炮进一步得到改进，震天雷是一种铁火器，是铁壳类的爆炸性兵器。元军攻打金的南京（今河南开封）时金兵守城时就用了这种武器。《金史》对震天雷有这样的描述：“火药发作，声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆碎并无迹，甲铁皆透”。这样的描述可能有一点夸张，但是这是对火药威力的一个真实写照。
火器的发展有赖于火药的研究和生产。《武经总要》中记录了三个火药配方。唐代火药含硫、硝的含量相同，是1比1，宋代为1比2，甚至接近1比3。已与后世黑火药中硝占四分之三的配方相近。火药中加入少量辅助性配料，是为了达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕等效果。火药是在制造和使用过程中不断改进和发展的。
1044年曾公亮主编的《武经总要》一书中介绍了三种火药配方，以不同的辅料，达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕的不同目的。
宋代由于战争不断，对火器的需求日益增加，宋神宗时设置了军器监，统管全国的军器制造。军器监雇佣工人四万多人，监下分十大作坊，生产火药和火药武器各为一个作坊，并占有很重要的地位。史书上记载了当时的生产规模：“同日出弩火药箭七千支，弓火药箭一万支，蒺藜炮三千支，皮火炮二万支”。这些都促进了火药和火药兵器的发展。
南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火熗。火熗是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火熗二十余条”。公元1259年，寿春地区有人制成了突火熗，突火熗是用粗竹筒作的，这种管状火器与火熗不同的是，火熗只能喷射火焰烧人，而突火熗内装有“子巢”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子巢”射出去。“子巢”就是原始的子弹。突火熗开创了管状火器发射弹丸的先声。现代熗炮就是由管状火器逐步发展起来的。所以管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃。
突火熗又被称为突火筒，可能它是由竹筒制造的而得此名。《永乐大典》所引的《行军须知》一书中提到，在宋代守城时曾用过火筒，用以杀伤登上城头的敌人。到了元明之际，这种用竹筒制造的原始管状火器改用铜或铁，铸成大炮，称为“火铳”。
1332年的铜火铳，是世界上现存最早的有铭文的管状火器实物。
明代
明代在作战火器方面，发明了多种“多发火箭”，如同时发射10支箭的“火弩流星箭”；发射32支箭的“一窝蜂”；最多可发射100支箭的“百虎齐奔箭”等。明燕王朱棣（即后来的明成祖）与建文帝战于白沟河，就曾使用了“一窝蜂”。这是世界上最早的多发齐射火箭，堪称是现代多管火箭炮的鼻祖。尤其值得提出的是，当时水战中使用的一种叫“火龙出水”的火器。据“武备志”记载，这种火器可以在距离水面三、四尺高处飞行，远达两三里。这种火箭用竹木制成，在龙形的外壳上缚四支大“起火”，腹内藏数支小火箭，大“起火”点燃后推动箭体飞行，“如火龙出于水面。”火药燃尽后点燃腹内小火箭，从龙口射出。击中目标将使敌方“人船俱焚。”这是世界上最早的二级火箭。另外，该书还记载了“神火飞鸦”等具有一定爆炸和燃烧性能的雏形飞弹。“神火飞鸦”用细竹篾绵纸扎糊成乌鸦形，内装火药，由四支火箭推进，它是世界上最早的多火药筒并联火箭，它与今天的大型捆绑式运载火箭的工作原理很相近。
火箭的发展，使人产生了利用火箭的推力飞上天空的愿望。根据史书的记载14世纪末，明朝的一位勇敢者万户坐在装有47个当时最大的火箭的椅子上，双手各持一个大风筝，试图借助火箭的推力和风筝的升力实现飞行的梦想。尽管这是一次失败的尝试，但万户被誉为利用火箭飞行的第一人。为了纪念万户，月球上的一个环行山以万户的名字命名。
火药对人类的影响
据宋代路振的《九国志》记载，唐哀帝时（十世纪），郑王番率军攻打豫章（今江西南昌），“发机飞火”，烧毁该城的龙沙门。这可能是有关用火药攻城的最早记载。到了两宋时期火药武器发展很快。据《宋史·兵记》记载：公元970年兵部令史冯继升进火箭法，这种方法是在箭杆前端缚火药筒，点燃后利用火药燃烧向后喷出的气体的反作用力把箭簇射出，这是世界上最早的喷射火器。公元1000年，士兵出身的神卫队长唐福向宋朝廷献出了他制作的火箭、火球、火蒺藜等火器。1002年，冀州团练使石普也制成了火箭、火球等火器，并做了表演。火药兵器在战场上的出现，预示着军事史上将发生一系列的变革。从使用冷兵器阶段向使用火器阶段过渡。
火药应用于武器的最初形式，主要是利用火药的燃烧性能。随着火药和火药武器的发展，逐步过度到利用火药的爆炸性能。火药燃烧时能产生大量的气体和热量。原来体积很小的固体的火药，体积突然膨胀，猛增至几千倍，这时容器就会爆炸。这就是火药的爆炸性能。利用火药燃烧和爆炸的性能可以制造各种各样的火器。北宋时期使用的那些用途不同的火药兵器都是利用黑火药燃烧爆炸的原理制造的。蒺藜火球、毒药烟球是爆炸威力比较小的火器。到了北宋末年爆炸威力比较大的火器向“霹雳炮”、“震天雷”也出现了。这类火器主要是用于攻坚或守城。公元1126年，李纲守开封时，就是用霹雳炮击退金兵的围攻。金与北宋的战争使火炮进一步得到改进，震天雷是一种铁火器，是铁壳类的爆炸性兵器。元军攻打金的南京（今河南开封）时金兵守城时就用了这种武器。南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火熗。火熗是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火熗二十余条”。公元1259年，寿春地区有人制成了突火熗，突火熗是用粗竹筒作的，这种管状火器与火熗不同的是，火熗只能喷射火焰烧人，而突火熗内装有“子巢”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子巢”射出去。“子巢”就是原始的子弹。突火熗开创了管状火器发射弹丸的先声。现代熗炮就是由管状火器逐步发展起来的。所以管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃。突火熗又被称为突火筒，可能它是由竹筒制造的而得此名。。《永乐大典》所引的《行军须知》一书中提到，在宋代守城时曾用过火筒，用以杀伤登上城头的敌人。
到了元明之际，这种用竹筒制造的原始管状火器改用铜或铁，铸成大炮，称为“火铳”。明代在作战火器方面，发明了多种“多发火箭”，如同时发射10支箭的“火弩流星箭”；发射32支箭的“一窝蜂”；最多可发射100支箭的“百虎齐奔箭”等。明燕王朱棣（即后来的明成祖）与建文帝战于白沟河，就曾使用了“一窝蜂”。这是世界上最早的多发齐射火箭，堪称是现代多管火箭炮的鼻祖。尤其值得提出的是，当时水战中使用的一种叫“火龙出水”的火器。据“武备志”记载，这种火器可以在距离水面三、四尺高处飞行，远达两三里。这种火箭用竹木制成，在龙形的外壳上缚四支大“起火”，腹内藏数支小火箭，大“起火”点燃后推动箭体飞行，“如火龙出于水面。”火药燃尽后点燃腹内小火箭，从龙口射出。击中目标将使敌方“人船俱焚。”这是世界上最早的二级火箭。另外，该书还记载了“神火飞鸦”等具有一定爆炸和燃烧性能的雏形飞弹。“神火飞鸦”用细竹篾绵纸扎糊成乌鸦形，内装火药，由四支火箭推进，它是世界上最早的多火药筒并联火箭，它与今天的大型捆绑式运载火箭的工作原理很相近。
火箭的发展，使人产生了利用火箭的推力飞上天空的愿望。根据史书的记载，14世纪末，明朝的一位勇敢者万户坐在装有47个当时最大的火箭的椅子上，双手各持一个大风筝，试图借助火箭的推力和风筝的升力实现飞行的梦想。尽管这是一次失败的尝试，但万户被誉为利用火箭飞行的第一人。为了纪念万户，月球上的一个环行山以万户的名字命名。
早在八、九世纪时，和医药、炼丹术的知识一起，硝也由中国传到阿拉伯。当时的阿拉伯人称它为“中国雪”，而波斯人称它为“中国盐”。他们仅知道用硝来治病、冶金和做玻璃。13世纪火药是由商人经印度传入阿拉伯国家的。希腊人通过翻译阿拉伯人的书籍才知道火药。火药武器是通过战争传到阿拉伯国家，成吉思汗西征，蒙古军队使用了火药兵器。公元1260年元世祖的军队在与叙利亚作战中被击溃，阿拉伯人缴获了火箭、毒火罐、火炮、震天雷等火药武器，从而掌握火药武器的制造和使用。阿拉伯人与欧洲的一些国家进行了长期的战争，战争中阿拉伯人使用了火药兵器，例如阿拉伯人进攻西班牙的八沙城时就使用过火药兵器。在与阿拉伯国家的战争中，欧洲人逐步掌握了制造火药和火药兵器的技术。火药和火药武器传入欧洲，“不仅对作战方法本身，而且对统治和奴役的政治关系起了变革的作用”。“以前一直攻不破的贵族城堡的石墙抵不住市民的大炮，市民的子弹射穿了骑士的盔甲。贵族的统治跟身穿铠甲的贵族骑兵同归于尽了。随着资本主义的发展，新的精锐的火炮在欧洲的工厂中制造出来，装备着威力强大的舰队，扬帆出航，去征服新的殖民地……。”
中国的火药推进了世界历史的进程。恩格斯曾高度评价了中国在火药发明中的首创作用：“现在已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”火药的发明大大推进了历史发展的进程，是欧洲文艺复兴的重要支柱之一。
4、对外传播史
早在八、九世纪时，和医药、炼丹术的知识一起，硝也由中国传到阿拉伯。当时的阿拉伯人称它为“中国雪”，而波斯人称它为“中国盐”。他们仅知道用硝来治病、冶金和做玻璃。13世纪火药是由商人经印度传入阿拉伯国家的。希腊人通过翻译阿拉伯人的书籍才知道火药。火药武器是通过战争传到阿拉伯国家。公元1234年蒙古灭金之后，将在弄封等地虏获的工匠和火器全部掠走，还把金军中的火药工匠和火器手编入了蒙古军队。次年，蒙古大军发动了第二次西征，新编入蒙军的火器部队也随军远征。在随后的几年中，装备火器的蒙古大军横扫东欧平原。1241年4月9日，蒙古大军与3万波兰人和日尔曼人的联军在东欧华尔斯塔德大平原上展开了激战。
根据波兰历史学家德鲁果斯《波兰史》一书的记述，蒙古大军在这场会战中使用了威力强大的火器。波兰火药史学家盖斯勒躲在战场附近的—座修道院内，偷偷描绘了蒙古士兵使用的火箭样式。根据盖斯勒的描绘，蒙古人从一种木筒中成束地发射火箭，因为在木简上绘有龙头，因此被波兰人称作“中国喷火龙”。
蒙古人灭亡阿拉伯帝国后，建立起了伊利汗国。这里迅速成为了火药等中国科学技术知识向西方传播的重要枢纽。而配备火药武器的蒙古军队在欧洲的长期驻扎，给欧洲人偷窥火药技术提供了机会。
公元1260年元世祖的军队在与叙利亚作战中被击溃，阿拉伯人缴获了火箭、毒火罐、火炮、震天雷等火药武器，从而掌握火药武器的制造和使用。阿拉伯人与欧洲的一些国家进行了长期的战争，战争中阿拉伯人使用了火药兵器，例如阿拉伯人进攻西班牙的八沙城时就使用过火药兵器。在与阿拉伯国家的战争中，欧洲人逐步掌握了制造火药和火药兵器的技术。
火药和火药武器传入欧洲，不仅对作战方法本身，而且对统治和奴役的政治关系起了变革的作用。以前一直攻不破的贵族城堡的石墙抵不住市民的大炮，市民的子弹射穿了骑士的盔甲。贵族的统治跟身穿铠甲的贵族骑兵同归于尽了。随着资本主义的发展，新的精锐的火炮在欧洲的工厂中制造出来，装备着威力强大的舰队，扬帆出航，去征服新的殖民地。
火药发明的意义
中国的火药推进了世界历史的进程。恩格斯曾高度评价了中国在火药发明中的作用：“现在已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”火药动摇了西欧的封建统治，昔日靠冷兵器耀武扬威的骑士阶层日渐衰落了！火药的发明大大的推进了历史发展的进程，是欧洲文艺复兴，宗教改革的重要支柱之一。
火药资料
低爆速炸药的一类。可由火花、火焰等引起燃烧的药剂。燃烧时发生大量的气体，具有爆破作用或推动作用(使物体如弹丸以一定的速度发射出去)。最早应用的是我国发明的黑色火药，黑色火药由硫，碳，硝组成。根据燃烧时的性质，火药可分为有烟火药(燃烧时发烟，如黑色火药)和无烟火药两类。无烟火药主要用作弹药的引燃药或发射药。
火药在中国
火药是中国人发明的，距今已有一千多年了。火药的研究始于古代炼丹术。
中国是最早发明火药的国家，隋代时，诞生了硝石、硫磺和木炭三元体系火药。黑色火药在唐代（9世纪末)时候正式出现。火药是由古代炼丹家发明的，从战国至汉初，帝王贵族们沉醉做神仙并长生不老的幻想，驱使一些方士与道士炼"仙丹"，在炼制过程中逐渐发明了火药的配方。唐代炼丹家于唐高宗永淳元年（682年）首创了硫磺伏火法，用硫磺、硝石，研成粉末，再加皂角子（含炭素)。唐宪宗元和三年（808年)又创状火矶法，用硝石、硫磺及马兜铃（含炭素)一起烧炼。这两种配方，都是把三种药料混合起来，已经初步具备火药所含的成分。
火药的最初使用并非在军事上，而是在宋代诸军马戏的杂技演出，以及木偶戏中的烟火杂技 ——药发傀儡。宋代演出“抱锣”、“硬鬼”、“哑艺剧”等杂技节目，都运用刚刚兴起的火药制品“爆仗”和“吐火”等，以制造神秘气氛。宋人同时也以火药表演幻术，如喷出烟火云雾以遁人、变物等，以收神奇迷离之效。
中国发明了火药首先运用于制造烟火，不久后就将其运用与军事，并发明了世界第一根火箭。大炮和火熗在宋代中国火药的军事运用已经相当成熟，使得中国的科技遥遥领先于世界。
分类
火药的分类
火药是武器发射弹丸的能源，按用途可分为点火药、发射药、固体推进剂。其中发射药又分为：熗用发射药、炮用发射药、弹射座椅发射药等。固体推进剂又分为火箭用固体推进剂、导弹用固体推进剂。
外部特征
按火药燃烧时外部特征可分为有烟药与无烟药：按火药燃烧时的表面积变化情况不同，可分为减面燃烧火药、恒面燃烧火药、增面燃烧火药。
成型工艺
按火药成型工艺可分为：压制火药、铸造火药、混合火药等。按火药的某些特点可分为易挥发性火药、难挥发性火药。
结构
最常用的是按火药按结构分为均质火药和异质火药，因为结构不同，带来工艺性质、燃烧性质和物理力学性能等均有显著差别。均质火药又分为：单基药、双基药、多基药、改性双基药。双基药再分为柯达型双基药、巴列斯太型双基药。异质火药又分为黑火药、复合火药等。
组成
火药由硫磺、硝石、木炭混合而成。很早以前，我们的先人对这个三种物质就有了一定认识。早在新石器时代人们在烧制陶器时就认识了木炭，把它当做燃料。商周时期，人们在冶金中广泛使用木炭。木炭灰分比木柴少，强度高，是比木柴更好的燃料。硫磺天然存在，很早人们就开采它。在生活和生产中经常接触到硫磺，如温泉会释放出硫磺的气味，冶炼金属时，逸出的二氧化硫刺鼻难闻，这些都会给人留下印象。古人掌握最早的硝，可能是墙角和屋根下的土硝，硝石的化学性质很活泼能与很多物质发生反应，它的颜色和其他一些盐类区别不大，在使用中容易搞错，在实践中人们掌握了一些识别硝石的方法。南北朝时的陶弘景“草木经集注”中就说过：“以火烧之，紫青烟起，云是硝石也。”这和近代用火焰反应鉴别钾盐的方法相似（硝石的主要成分是硝酸钾）。硝石和硫磺一度被作为重要的药材，在汉代的《神农本草经》中，硝石被列为上品中的第六位，认为它能治20多种病。硫磺被列为中品药的第三位，也能治10多种病。这样人们对硝石和硫磺的研究就更为重视。虽然人们对硝石、硫磺、木炭的性质有了一定的认识，但是硝石、硫磺、木炭按一定比例放在一起制成火药还是炼丹家的功劳。
使用要求
火药应满足以下要求:一、良好的燃烧稳定性和规律性。二、足够的强度，以保证引燃时不致产生药体破裂而影响燃烧性能。三、良好的韧性、化学安定性，以保证火药可以长期贮存而不变质。四、撞击、摩擦等机械敏感度要小，以保证使用、生产、贮存、运输过程中的安全。
现代火药
发展历史
现代火药起源1771 年，英国的P.沃尔夫合成了苦味酸，这是一种黄色结晶体，最初是作为黄色染料使用的（注意这一点，这说明其产生并没有受到所谓“黑火药的影响”，是偶然发现的，这也是黄色火药的名称的由来），后来发现了它的爆炸功能，十九世纪被广泛用于军事，用来装填炮弹。它是一种猛炸药。
1779年，英国化学家E.霍华德发明了雷汞，又称雷酸汞。它是一种起爆药，用于配制火帽击发药和针刺药，也用于装填爆破用的雷管。
1807年，苏格兰人发明了以氯酸钾，硫，碳制成的第一种击发药。 1838年，T.J.佩卢兹首先发现棉花浸于硝酸后可爆炸。1845年德国化学家C.F.舍恩拜因将棉花浸于硝酸和硫酸混合液中，洗掉多余的酸液，发明出硝化纤维，即火棉·。
1860年，普鲁士军队的少校E.郐尔茨用硝化纤维制成熗、炮弹的发射药。俗称棉花火药。至此硝化纤维火药取代了黑火药作为发射药。
1846年，意大利化学家A.索布雷把半份甘油滴入一份硝酸和两份浓硫酸混合液中而首次制得硝化甘油，硝化甘油是一种烈性液体炸药，轻微震动即会剧烈爆炸，危险性大，不宜生产。
1862年，瑞典的A.B.诺贝尔研究出了用“温热法”制造硝化甘油的安全生产方法，使之能够比较安全地成批生产。
1863年，J.威尔勃兰德发明出了梯恩梯（TNT）。梯恩梯的化学成份为三硝基甲苯，这是一种威力很强而又相当安全的炸药，即使被子弹击穿一般也不会燃烧和起爆。它在20世纪初开始广泛用于装填各种弹药和进行爆炸，逐渐取代了苦味酸。
1866年，A.B.诺贝尔用硅藻土吸收硝化甘油，发明出了达纳炸药。俗称黄色火药。
1872年，诺贝尔又在硝化甘油中加入硝化纤维，发明了一种树胶样的胶质炸药──胶质达纳炸药，这是世界上第一种双基炸药。
1884年，法国化学家、工程师P.维埃利发明了无烟火药。这一发明具有极重要的意义，为马克沁重机熗的发明创造了弹药方面的条件，因为依靠以前的有烟火药，产生杂质太多，会导致阻塞，是无法用于机熗子弹发射的。至此有烟火药被取代，无烟火药成为普遍使用的发射药。
1887年，诺贝尔用硝化甘油代替乙醚和乙醇，也制成了类似的无烟火药。他还将硝酸铵加入达纳炸药，代替部分硝化甘油，制成更加安全而廉价的 “特种达纳炸药”，又称 “特强黄色火药”。
1899年，德国人亨宁发明了黑索今，它是一种比TNT威力更大的炸药。这是仅次于核武器的威力最大的炸药。从上述线索可以清晰地看出，黄火药系统是怎样一步步独立发展起来并导致了近代军事的重大变革的。在这一过程中黑火药已经逐渐被淘汰。
黑火药在欧洲长期被用于烟火和纵火用途，也曾被用来作为熗炮的发射药，但是只能适用于中世纪的那种力量有限的原始火器，如火熗火铳滑膛熗炮，不适于作为后膛步熗，机熗等近现代熗炮的使用，而中世纪火器跟近现代熗炮也完全是两种性质的概念，原理上，技术上，制造加工上都是完全不同的，不要被它们某些外形上的类似点所迷惑了。其力量也有限，在很多时候，近代西方战争中仍然主要依靠骑兵冲锋作为制胜的手段，一直到机熗被发明出来才结束这种情况，早期前装滑膛熗并不比十字弓威力大多少，并且长期与弓弩等共存使用。我们不应该被那些夸大其词的描述所误导。
作为发射药使用的黑火药在十九世纪就已经基本被淘汰了，随着无烟火药、双基火药、雷管、TNT等的出现，才产生了真正意义上的军事革命，才有了我们现代意义上的熗炮、火箭、炸弹、导弹。
火药用于军事，是从中国开始的：人们发明了火药，很快在军事上发挥了它的作用。在火药发明之前，古代军事家常用火攻这一战术克敌制胜。在火攻中常使用“火箭”，即在箭头上附着易燃的油脂、松香、硫磺等，点燃后射向敌方。但由于这种燃烧火力小，容易扑灭，所以火药出现后，人们就用火药代替上述易燃物，制成的火箭燃烧就猛烈多了。有时在火药中加上巴豆、砒霜等有毒物质，燃烧后生成的烟四处飞散，相当于“毒气弹”。但这些都只是利用火药的燃烧性能。随着火药武器的发展，逐步过渡到利用火药的爆炸性能。北宋时用于击退金兵的所谓“霹雳炮”、“震天雷”等，就是以铁壳作为外壳，由于强度比纸、布、皮大得多，点燃后能使炮内的气体压力增大到一定程度再爆炸，所以威力强，杀伤力大。从利用火药的燃烧性能到利用火药的爆炸性能，这一转化标志着火药使用的成熟阶段的到来。
蔡国强与他的火药语言介绍
蔡国强1957年出生于中国福建省泉州市。毕业于上海戏剧学院舞台美术系。80年代中期开始使用中国发明的火药创作作品。1986年至1995年旅居日本， 伴随艺术活动发展，规模宏大的室外爆破计划在全球各地展开。蔡国强1994年参加广岛市当代美术馆举办的《亚洲之创造力》展览，以《地球也有黑洞》为题，在广岛市中央公园制作了大规模的爆破计划，使用900米长的导火线和火药弹，点爆了漂浮于空中的大气球上的装置。
1995年移居纽约，更为活跃于世界各地，除了使用火药，还将中国传统文化之中药，风水等引入作品，例如以《文化大混浴》为题的观众参与型作品，是邀请观众一起入浴而共同完成的。1999年获威尼斯双年展国际金狮奖，受到国际性的高度评价。 2001年担任于上海举行的APEC(亚洲太平洋经济会议)景观焰火总设计，目前担任2008年北京奥林匹克运动会开闭幕式的核心创意成员及视觉特效艺术总设计。 蔡国强氏以其独特的中国宇宙观及哲学根底，探求人类普遍的共通问题，作为一名以不同于西欧的亚洲视点发言的现代艺术家倍受瞩目。
现代火药简述
火药是通过一定的外界激发冲量的作用，能引起自持爆轰的物质。爆轰是炸药中化学反应区的传播速度大于炸药中声速时的爆炸现象，是炸药典型的能量释放形式。由于炸药爆炸时化学反应速度非常快，在瞬间形成高温高压气体。以极高的功率（每千克炸药爆轰瞬间输出功率可达5×107千瓦）对外界作功，使周围介质受到强烈的冲击、压缩而变形或碎裂。炸药在军事上可用作炮弹、航空炸弹、导弹、地雷、鱼雷、手榴弹等弹药的爆炸装药，也可用于核弹的引爆装置和军事爆破。在工业上广泛应用于采矿、筑路、兴修水利、工程爆破、金属加工等，还广泛应用于地震探查等科学技术领域。
炸药由于能对周围介质作猛烈的破坏功，往往又被称为猛炸药 。常用的猛炸药按组成可分为单体炸药和混合炸药2类。还有一类感度很高的炸药，从燃烧转变为爆轰的时间极短，通常不直接用于作破坏功，而是用于引燃或引爆其他火炸药，称为起爆药。
炸药的爆炸性能主要由爆热、爆容、爆速和爆压表示。爆热是在一定的条件下 ，单位质量炸药爆炸时放出的热量，决定于炸药的元素组成、化学结构以及爆炸反应条件。可以用热化学的方法计算，也可以实测。爆容是单位质量炸药爆炸时产生的气体量（用标准状态下的容积表示），一般为0.7～1.0米3/千克。爆速是爆轰波（伴随化学反应的冲击波）在炸药中的传播速度。炸药在一定装药密度下的爆速可以精确测定。现有炸药的爆速一般在1000～8500米/秒，很少有超过9000米/秒以上的。爆压是指炸药爆炸时爆轰波阵面的压力，可用实验方法间接测定，其值一般在10～40吉帕。
印刷术
印刷术是中国古代劳动人民的发明之一。雕版印刷术发明于唐朝，并在唐朝中后期普遍使用。 宋仁宗时毕昇发明了活字印刷术标志着活字印刷术的诞生。他是世界上第一个发明人，比德国人约翰内斯·古腾堡的铅活字印刷术早约400年标志着活字印刷术的诞生。
印刷术是人类近代文明的先导，为知识的广泛传播、交流创造了条件。印刷术先后传到朝鲜、日本、中亚、西亚和欧洲地区。
简介
印刷术发明前，欧洲人九成是文盲，贵族里文盲也很多。因为中世纪的书籍太贵了，一本圣经要用1000张小羊皮制作。除了大部头的圣经，抄在书上的信息都很严肃，宗教内容居多，娱乐或日常实用信息几乎没有。 印刷术发明之前，文化的传播主要靠手抄的书籍。手抄费时、费事，又容易抄错、抄漏，既阻碍了文化的发展，又给文化的传播带来不应有的损失。印章和石刻给印刷术提供了直接的经验性的启示，用纸在石碑上墨拓的方法，直接为雕版印刷指明了方向。中国的印刷术经过雕版印刷和活字印刷两个阶段的发展，给人类的发展献上了一份厚礼。印刷术的特点是方便灵活、省时、省力，是古代印刷术的重大突破 。
中国的印刷术，源远流长，传播广远。它是中华文化的重要组成；它随中华文化的诞生萌芽，随中华文化的发展演进。如果从其源头算起，迄今已经历了源头、古代、近代、当代四个历史时期，长达五千余年的发展历程。早期，中国人民为了记载事件、传播经验和知识，创造了早期的文字符号，并寻求记载这些字符的媒介。由于受当时生产手段的限制，人们只能用自然物体来记载文字符号。例如，把文字刻、写在岩壁、树叶、兽骨、石块、树皮等自然材料上。由于记载文字的材料十分昂贵，因此，只能将重要事件做简要记载。大多数人的经验，只能靠口头进行传播，这严重影响着社会文化的发展。
起源
1、战国（公元前475-前221年）时期的印刷术。
印章在先秦时就有，一般只有几个字，表示姓名，官职或机构。印文均刻成反体，有阴文、阳文之别。在纸出现之前，公文或书信都写在简牍上，写好之后，用绳扎好，在结扎处放粘性泥封结，将印章盖在泥上，称为泥封，泥封就是在泥上印刷，这是当时保密的一种手段。纸张出现之后，泥封演变为纸封，在几张公文纸的接缝处或公文纸袋的封口处盖印。据记载在北齐时（公元550~577年）有人把用于公文纸盖印的印章做得很大，很像一块小小的雕刻版了。
2、佛教徒为了使佛经更加生动，常把佛像印在佛经的卷首，这种手工木印比手绘省事得多。
3、碑石拓印技术对雕版印刷技术的发明很有启发作用。刻石的发明，历史很早。初唐在今陕西凤翔发现了十个石鼓，它是公元前8世纪春秋时秦国的石刻。秦始皇出巡，在重要的地方刻石7次。东汉以后，石碑盛行。汉灵帝四年（公元175年）蔡邕建议朝廷，在太学门前树立《诗经》、《尚书》、《周易》、《礼记》、《春秋》、《公羊传》、《论语》等七部儒家经典的石碑，共20.9万字，分刻于46块石碑上每碑高175、宽90、厚20厘米，容字5000，碑的正反面皆刻字。历时8年，全部刻成。成为当时读书人的经典。很多人争相抄写。后来特别是魏晋六朝时，有人趁看管不严或无人看管时，用纸将经文拓印下来，自用或出售。结果使其广为流传。
4、拓片是印刷技术产生的重要条件之一。古人发现于石碑上盖一张微微湿润的纸，用软槌轻打，使纸陷入碑面文字凹下处，待纸干后再用布包上棉花，蘸上墨汁，在纸上轻轻拍打，纸面上就会留下黑地白字跟石碑一模一样的字迹。这样的方法比手抄简便、可靠。于是拓印就出现了。
5、印染技术对雕版印刷也有很大的启示作用，印染是在木板上刻出花纹图案，用染料印在布上。中国的印花板有凸纹板和镂空板两种。1972年湖南长沙马王堆一号汉墓（公元前165年左右）出土的两件印花纱就是用凸纹板印的。这种技术可能早于秦汉，而上溯至战国。纸发明后，这种技术就可能用于印刷方面，只要把布改成纸，把染料改成墨，印出来的东西，就成为雕版印刷品了。在敦煌石室中就有唐代凸板和镂空板纸印的佛像。印章、拓印、印染技术三者相互启发，相互融合，再加上中国人民的经验和智慧，雕版印刷技术就应运而生了。
6、唐朝（7世纪左右）发明雕版印刷术，并在唐朝中后期普遍使用。 [1] 早期印刷活动主要在民间进行，多用于印刷佛像、经咒、发愿文以及历书等。唐初，玄奘曾用回锋纸印普贤像，施给僧尼信众。
7、北宋时期（11世纪左右），毕昇发明活字印刷术，但没有普遍使用，而是仍然普遍使用雕版印刷术。
印刷起源
毛笔和墨的发明，使得读书人不仅能读书还能书写，不必像刀笔时代那样需要一个刻写匠随时侍候，而且更方便记录自己的思想。春秋以前，中国历史上虽然不乏大政治家、大思想家，但没有一人亲自著书，原因就在这里。秦朝蒙恬发明用石灰水浸毛而去除毛表面的斥水物质的方法，促使毛笔的制作技术最终定型，毛笔才真正成为书写工具。至此，古人找到了书写流利、省时省力的书写方法，使书写不再是一件苦差事，有闲阶层的人们闲暇之余也会写上几笔，以消磨时间，并且力图写得漂亮，甚至互相比试以搏一笑，这样也就开创了书法艺术的先河。秦朝的李斯是有史以来第一位大书法家，正说明了笔墨技术的成熟。汉字结构复杂，每个人写的字都会不同，有的秀丽美观，有的粗鄙丑陋，促使人们追求书法艺术。提高书法技能的重要途径是模仿好的书法作品，但是写字好的人，一般都是书吏之类，其大部分作品一般是政府公文，一般人很难见到。古代盛行石碑刻文，找写字好的人写成底文再由石匠刻出，是人们练习写字的最好模本。石碑笨重，不能带回家中继续模仿。西汉晚期已出现纸张，但那时的纸张纤维粗糙，着墨性能差，主要是代替布用作包裹、衬垫之物，也有偶尔在包装纸上写字记事的现象，如悬泉（或者是居延）遗址发现写有药名的纸张。造纸技术先是借鉴中国早已成熟的缫丝技术，把纤维物质浸于水捣碎以分散纤维，将碎纤维捞出摊凉而成，纤维粗、纸质厚，书写性能差，未能广泛用作书写材料。东汉和帝时的蔡伦改革造纸法，制出薄而均匀、纤维细密的新型纸，大大提高了纸的书写性能，纸的主要用途才被转向书写。纸张薄而软，使得书法练习者们想出仿照印章盖印拓印碑文方法，带回家模仿，即拓片方式。纸的发明，使拓印成为可能，使每个书吏都能练就一手好字，也造就了三国及晋代大批书法家的出现。西文字母文字结构简单、字母数量少而且用硬笔书写，可以写得很花哨，但无艺术可言。人们写好几十个字母后，就可以大量写字，没有拓片模仿他人字迹的需求，纸能写字就行了，没有对造纸术的需求，所以西方人没有发明造纸术的社会基础。科举制度，萌发于南北朝，开始于唐朝，
随着科举制度的兴起，传播好的文章的要求又在社会上出现，专业抄书匠们为了大量复制好文章，仿照拓片技术大量复印，后又结合印章阳文反书法，创制雕版印刷术。其出现的年代大约在盛唐至中唐之间，盛行于北宋，最后由布衣毕昇发明泥活字而成熟。
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