全球納米技術的發(fā)展現狀概要.ppt

納米材料的發(fā)展歷程以及各國納米技術的發(fā)展現狀 Reporter QiangZhang Time 2010 06 21 Tutor SuChen 材料化學工程國家重點實驗室StateKeyLaboratoryofMaterials OrientedChemicalEngineering NanjingUniversityofTechnology 納米技術概念的提出 40年前 諾貝爾物理獎得主 量子物理學家費曼所作的題為 底部還有很大空間 的演講 被公認為是納米技術思想的來源 納米科技的基本思想是在分子水平上 通過操縱原子來控制物質的結構 納米結構材料首次合成1984年 德國薩爾大學的Gleiter教授等人首次采用惰性氣體冷凝法制備了具有清潔表面的納米金屬粉末 然后在真空室中原位加壓成納米固體 并提出了納米材料界面結構模型 制備了具有清潔表面的納米晶體Pd Fe Cu等塊狀材料 隨后發(fā)現TiO2納米陶瓷在室溫下出現良好韌性 使人們看到了改善陶瓷脆性的希望 一 納米材料的研究和發(fā)展歷程 A1990年 美國加州的IBM研究室D M Eigler等人利用STM在4K和超真空環(huán)境中 在Ni的表面上將35個氙原子排布成最小的IBM商標 這張放大了的照片登在 時代 周刊上 被稱為當年最了不起的公司廣告 轟動全球 從此開創(chuàng)了一個嶄新的納米世界 每個字母高5nm Xe原子間最短距離約為1nm 這種原子搬遷的方法就是使顯微鏡探針針尖對準選中的Xe原子 使針尖接近Xe原子 使原子間作用力達到讓Xe原子跟隨針尖移動到指定位置而不脫離Ni的表面 用這種方法可以排列密集的Xe原子鏈 在掃描隧道顯微鏡下 科學家將48個鐵原子排列在銅表面上 形成一個圓形圍欄 1991年元旦前夕 日本日立電子公司向公眾展示了一個原子大小的新年祝詞 peace91 和平91 每個字母的高度均小于1 5納米 它是把硫原子一個一個地從二硫化鉬晶體上轟擊出來寫成的 美國商業(yè)機器公司的 IBM 是在 263 下拼出的 而日立公司的祝詞則是在室溫下完成的 該成就表明 納米技術從此步入了實用階段 1993年后 我國科學家先后操縱原子寫出 中國 原子 繪出中國輪廓圖 1994年 中國科學院化學所和中國科學院北京真空物理室利用STM在單晶硅表面上通過提走硅原子的方法 獲得了 線寬2nm 硅原子的 毛澤東 在石墨表面刻出線寬10nm的 中國 字符 漢字的大小只有幾個納米白春禮院士1988年4月12日 中國第一臺計算機控制的STM研制成功 納米科技的發(fā)展大致可以劃分為3個階段 第一階段 1990年以前 主要是在實驗室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體 合成塊體 包括薄膜 研究評估表征的方法 第二階段 1994年前 人們關注的熱點是根據奇特物理 化學和力學性能 設計納米復合材料 納米微粒與納米微粒復合 0 0復合 納米微粒與常規(guī)塊體復合 0 3復合 復合納米薄膜 0 2復合 第三階段 從1994年到現在 納米組裝研究 它的基本內涵是以納米顆粒以及納米絲 管為基本單元在一維 二維和三維空間組裝排列成具有納米結構的體系的研究 小結 二 納米科技的應用 光電材料環(huán)境和能源生物醫(yī)學航天和航空軍事 FROM www nanoforum org 納米碳管 碳納米管是直徑非常細的中空管狀納米材料 它能夠大量地吸附氫氣 成為許多個 納米鋼瓶 研究表明 約2 3的氫氣能夠在常溫常壓下從碳納米管中釋放出來 據預測 到2010年 就可以生產出氫氣汽車 只需攜帶1 5升左右的儲氫納米碳管 即可行駛500km 光電材料 集成電路 一塊用來制作大規(guī)模集成電路的芯片 上面有許多的溝槽 這張片能夠清晰的顯示出溝槽的深淺和走向 CPU SRAM靜態(tài)隨即存儲器 激光唱片 肉眼看激光唱片 CompactDisk CD 表面十分光滑 從微觀上看 光盤上面有凹凸不平的凹痕和突起 上圖 Millipede 第一個應用于數據存儲的納米技術下圖 Millipede存儲芯片的實驗室原型 納米存儲器 英特爾將碳納米管技術用于未來芯片設計芯片廠商英特爾正指望用碳納米管取代半導體芯片內部的銅連線 這種轉變總有一天會消除芯片廠商面臨的一些大問題 芯片連線已經成為半導體廠商面臨的一個頭疼的問題 根據摩爾定律 芯片廠商每兩年就要縮小一次半導體芯片內部的元件 然而 縮小連線會增加電阻 降低芯片的性能 芯片廠商在90年代從把連線從鋁線轉變?yōu)殂~線從而繞過了這個問題 遺憾的是 隨著芯片尺寸的縮小 這個電阻問題將成為英特爾等芯片廠商遇到的大問題 碳納米管導電性比金屬要好 有可能成為替代金屬連線的解決方案 預計碳納米管是理想的導體 它的導電性很可能遠遠超過銅 是最佳超微導線和超微開關的首選新材料 納米管最終可以用于納米級的電子線路 2008年2月1日亞利桑那州立大學DavidK Ferry提出利用納米線連接電路建立三維堆砌芯片的構想 將大大提高計算機的運行速度 利用納米磁學中顯著的巨磁電阻效應 giantmagnetoresistance 和很大的隧道磁電阻 tunnelingmagnetoresistance 現象研制的讀出磁頭將磁盤記錄密度提高30多倍 1997年 明尼蘇達大學電子工程系納米結構實驗室采用納米平板印刷術成功地研制了納米結構的磁盤 長度為40納米的Co棒按周期性排列成的量子棒陣列 由于納米磁性單元是彼此分離的 因而稱為量子磁盤 它利用磁納米線陣列的存儲特性 存貯密度可達400Gb in 2 碳納米管場發(fā)射顯示器 1999年韓國 2000年日本制成顯示器樣管 1 汽車尾氣 含鉛汽油中的鉛很容易通過血液長期蓄積于人的肝 腎 脾 肺和大腦中 從而導致人的智能發(fā)育障礙和血色素制造障礙等后果 汽車尾氣的處理 加入納米級的復合稀土氧化物后 對尾氣的凈化特別明顯 尾氣中的CO NOx幾乎完全轉化 在化工領域中的應用 2 拯救水資源 特種半導體納米材料使海水淡化 納米TiO2可以用來降解有機磷 降解毛紡染整廢水 降解石油 利用具有半導體特性的納米氧化物粒子如Fe2O3 TiO2 ZnO等做成涂料 由于具有較高的導電特性 因而能起到靜電屏蔽作用 將納米TiO2粉體按一定比例加入到化妝品中 則可以有效地遮蔽紫外線 一般認為 其體系中只需含納米二氧化鈦0 5 1 即可充分屏蔽紫外線 目前 日本等國已有部分納米二氧化鈦的化妝品問世 3 走進你家里 納米TiO2 在光照條件下 會產生具有非常強的氧化能力的空穴 從而將附在表面上的有機物 細菌及其它灰塵分解掉 直至生成CO2和H2O 殺菌 除味 由于納米ZnO具有大的比表面積 可以很快地吸收并分解臭氣 同時還能有效地殺菌 對黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌率高達95 以上 二個月不用洗 信不信由你 納米服裝 納米泵人造紅細胞 它比體內血液中的紅細胞要多攜帶200多倍的氧氣 血液形態(tài)圖 在生物醫(yī)學領域的應用 納米藥包 諾貝爾獎得主斯莫利的預言 美國麻省理工學院的研究人員正在研究一種只有20nm的藥物炸彈和包含了1000個納米藥包的微型芯片 在固定的DNA鏈上連接上殺癌的藥物膠囊 放到病人血液和組織內 一遇上癌細胞的DNA時 DNA鏈就與癌細胞的DNA結合 這時藥物開關受觸發(fā)而開放 藥物便釋放出來 殺滅癌細胞 納米技術與基因療法的結合 瑞典科學家制作的微型醫(yī)用機器人 可移動并撿起肉眼看不見的玻璃珠 用這種微型機器手將果蠅的染色體基因進行信號移動 培育出的果蠅多長了一個胸脯和翅膀 甚至把果蠅的眼睛和翅膀挪位 果蠅 遺傳學和分子發(fā)育生物學的國王圖中左側為雌性 右側為雄性 成功利用納米SiO2微粒進行了細胞分離 用金的納米粒子進行定位病變治療 以減少副作用 科學家們設想利用納米技術制造出分子機器人 在血液中循環(huán) 對身體各部位進行檢測 診斷 并實施特殊治療 疏通腦血管中的血栓 清除心臟動脈脂肪沉積物 甚至可以用其吞噬病毒 殺死癌細胞 小型攝像機 用于檢測消化系統(tǒng)疾病 Molecular scalemachinescouldonedayhavemedicalapplicationssuchasremovingcancerouscells Nature451 770 771 14February2008 納米機器人 納米機器人 的研制是根據分子水平的生物學原理為設計原型 設計制造可對納米空間進行操作的 功能分子器件 第一代納米機器人是生物系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的有機結合體可注入人體血管內 進行健康檢查和疾病治療 還可進行人體器官的修復工作 作整容手術 從基因中除去有害的 把正常的 安裝在基因中 使機體正常運行 第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置第三代納米機器人是包含納米計算機 可以進行人機對話的裝置 一旦問世將徹底改變人類的勞動和生活方式 納米清潔工 科學家設想制造出負責清掃血管的納米機器人 清潔工 專門負責清掃血管壁上的膽固醇 凝血等沉積物 以預防腦血栓等心血管病 同時也可以制作出清掃體內癌細胞的機器人 納米機器人在清理血管中的有害堆積物 納米機器人小到可在人的血管中自由地游動 對于腦血栓 動脈硬化等病灶 可以很容易地予以清理而不用進行危險的開顱 開胸手術 軍事方面的應用 吸波 納米ZnO對雷達電磁波具有很強的吸收能力 所以可以做隱形飛機的重要涂料 防彈衣 因納米碳管既輕又強度極高 是鋼的10 100倍 用它來作防彈衣就像用羽絨做成的防寒服一樣 既可折來疊去 又能抵御強大的子彈的沖擊力 麻雀衛(wèi)星 蚊子導彈 蒼蠅飛機 螞蟻士兵 美欲五年裝備納米武器 麻雀衛(wèi)星 美國于1995年提出了納米衛(wèi)星的概念 這種衛(wèi)星比麻雀略大 重量不足10千克 各種部件全部用納米材料制造 采用最先進的微機電一體化集成技術整合 具有可重組性和再生性 成本低 質量好 可靠性強 一枚小型火箭一次就可以發(fā)射數百顆納米衛(wèi)星 若在太陽同步軌道上等間隔地布置648顆功能不同的納米衛(wèi)星 就可以保證在任何時刻對地球上任何一點進行連續(xù)監(jiān)視 即使少數衛(wèi)星失靈 整個衛(wèi)星網絡的工作也不會受影響 蚊子導彈 由于納米器件比半導體器件工作速度快得多 可以大大提高武器控制系統(tǒng)的信息傳輸 存儲和處理能力 可以制造出全新原理的智能化微型導航系統(tǒng) 使制導武器的隱蔽性 機動性和生存能力發(fā)生質的變化 利用納米技術制造的形如蚊子的微型導彈 可以起到神奇的戰(zhàn)斗效能 納米導彈直接受電波遙控 可以神不知鬼不覺地潛入目標內部 其威力足以炸毀敵方火炮 坦克 飛機 指揮部和彈藥庫 蒼蠅飛機 這是一種如同蒼蠅般大小的袖珍飛行器 可攜帶各種探測設備 具有信息處理 導航和通信能力 其主要功能是秘密部署到敵方信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的內部或附近 監(jiān)視敵方情況 這些納米飛機可以懸停 飛行 敵方雷達根本發(fā)現不了它們 據說它還適應全天候作戰(zhàn) 可以從數百千米外將其獲得的信息傳回己方導彈發(fā)射基地 直接引導導彈攻擊目標 螞蟻士兵 這是一種通過聲波控制的微型機器人 這些機器人比螞蟻還要小 但具有驚人的破壞力 它們可以通過各種途徑鉆進敵方武器裝備中 長期潛伏下來 一旦啟用 這些 納米士兵 就會各顯神通 有的專門破壞敵方電子設備 使其短路 毀壞 有的充當爆破手 五角大樓的一次電腦模擬的納米武器作戰(zhàn)演習 戰(zhàn)爭 發(fā)生在2010年 美國與敵方的飛機 坦克 大炮在戰(zhàn)場上頻繁調動 就在雙方劍拔弩張之時 天空中出現了許多 蒼蠅 黃蜂 等 小昆蟲 地面上也擁出數以萬計的 螞蟻 這些 小動物 有的在戰(zhàn)場上空盤旋 有的則直接進入敵方的指揮機關 雷達站 彈藥庫等 突然間 隨著一聲巨響 敵方彈藥庫率先發(fā)生爆炸 緊接著 敵方指揮通信系統(tǒng)也莫名其妙地炸開了花 在前線待命的飛機 坦克和航母 因接不到指令 失去彈藥和能源補給 全都成了廢鐵 隨著納米技術的發(fā)展 人類也許能夠研制出各種 難以有效防御 的先進武器 尖端的納米技術有可能成為 本世紀人類面臨的最大威脅之一 第一屆納米科學技術會議1990年7月 在美國巴爾德摩召開了國際第一屆納米科學技術會議 正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支 它介于宏觀物質和微觀原子 分子的中間領域 NanostructuredMaterials Nanobiology Nanotechnology1992年9月 在墨西哥CauCan城召開了第一屆納米結構材料會議 張志焜和崔作林參加80年代以來 各國已投入大量人力 物力開展納米超微粒的研究 如美國 日本 三 各國納米技術發(fā)展現狀 1美國的納米科技 美國發(fā)展納米科技的歷史回顧 1991年 美國正式將納米技術列入 國家22項關鍵技術 和 2005年的戰(zhàn)略技術 1997年 美國國防部將納米技術提高到戰(zhàn)略研究領域的高度 1996 1998年 納米技術發(fā)展情況調查研究 2000年2月 國家納米技術計劃 NNI 微米科技 納米科技占中心地位 發(fā)揮革命的作用 美國總統(tǒng)科學顧問委員會由此認為 納米技術是自二戰(zhàn)以來美國將要經歷的第一場不具備絕對領先優(yōu)勢的具有重要經濟意義的科技革命 如果美國要在21世紀繼續(xù)保持其經濟上的領導地位和保證其國家安全 則需要在未來的10至20年中顯著地 穩(wěn)定地增加對納米科技研究開發(fā)的投入 2000年8月 美國國家科學技術委員會專門成立了 納米科學 工程與技術分會 NSET 美國聯邦政府在推動納米科技發(fā)展中的重要作用 我們的某些目標可能需要花費20年或者更長時間才能達到 這也正是聯邦政府在其中處于重要角色的原因所在 美國前總統(tǒng)克林頓美國聯邦政府目前正努力在納米科技長期和高風險投資中發(fā)揮作用 將政府對納米科技的投資重點放在刺激合作和支持基礎科學方面 幫助建立未來十年所需的納米技術基礎設施和研究支持 培養(yǎng)為未來納米產業(yè)發(fā)展所需的人才儲備 鼓勵跨學科的網絡與合作 確保信息的傳播 鼓勵新興公司開發(fā)納米技術 納米科技研發(fā)投入策略 聯邦政府 國會高官 目前納米技術研發(fā)的投入應以聯邦政府為主 并且在相當長的一個時期內 聯邦政府需要保持其投入的穩(wěn)定性 1999 2003年美國聯邦納米技術研究與開發(fā)經費分部門明細表單位 百萬美元 資料來源 SmallWonders EndlessFrontiers AReviewoftheNationalNanotechnologyInitiative 近五年美國納米科技發(fā)展目標和主要任務 1 長期 基礎性的納米科學和工程研究 這一發(fā)展主題旨在長期扶持從事基礎性 創(chuàng)新性研究的單個研究人員和小型組織 并促進大學 產業(yè)界 聯邦實驗室和各機構間的合作伙伴關系 2 重大挑戰(zhàn) 這一發(fā)展主題瞄準了納米科技的應用開發(fā) 美國確定了總計十二項重大的挑戰(zhàn) 這些挑戰(zhàn)將奠定美國納米科技發(fā)展的基礎 諸如 納米級微電子產品的低成本制造方法 更有效的能源儲存裝置 運用于保健和生化恐怖威脅的生物傳感器等 3 優(yōu)秀的中心和網絡 這一發(fā)展主題是促進研究的網絡化和共用學術界用戶設施 優(yōu)秀中心和網絡的建立被認為是實施NNI計劃的關鍵 它們將有力促進納米科技在不同學科間的融合 4 研究基礎設施 這一發(fā)展主題的目標是建立一套能使新發(fā)明和新發(fā)現被產業(yè)界快速商業(yè)化的靈活 實用的基礎設施 投資重點主要在于度量衡 檢測儀器 建模和仿真以及用戶設施等方面 將建立擁有新的測試設備的研究中心 并保證各研究機構都可以利用這些測試設備 5 道德 法律 社會影響及勞動力教育和培訓 這一發(fā)展主題主要在于培養(yǎng)納米技術所需的新一代跨學科技術人才 同時對納米技術在法律 道德 社會 經濟和勞動力準備等方面對社會所產生的影響加以研究 美國聯邦政府在納米科技五個重要戰(zhàn)略布局中的經費投入 單位 百萬美元 資料來源 NationalNanotechnologyInitiative TheInitiativeandItsImplementationPlan 和 SmallWonders EndlessFrontiers AReviewoftheNationalNanotechnologyInitiative 兩個報告中相關數據匯總 美國納米科技研究與開發(fā)重點 納米科技的一個最顯著的特點是它的跨學科特性 它涉及到化學 物理 生物學 分子生物學 工程和材料科學等眾多學科 不過 在今年6月份發(fā)布的 SmallWonders EndlessFrontiers AReviewoftheNationalNanotechnologyInitiative 報告中 特別指出 納米研發(fā)的重點領域是考慮到納米科學發(fā)展的需要 而不僅僅嚴格局限于納米范圍 因為很明顯 微技術對于納米科學的發(fā)展是非常重要的 在基礎研究方面 目前美國正在進行的研究重點領域包括 1 納米生物系統(tǒng) 2 納米結構與量子控制 3 納米元器件與系統(tǒng)結構 4 納米過程與環(huán)境 5 多現象模型與模擬 在應用研究和產品開發(fā)方面 目前美國正在進行的研究重點領域包括 1 納米結構材料的設計 2 納米電子 光電子與磁性材料 3 用于保健 治療和診斷的納米技術和裝置 4 納米過程與環(huán)境改良 5 高效能源轉化與儲存 6 微型航天飛機與太空探測 7 用于監(jiān)測傳染性疾病和生物威脅的生物傳感器裝置 8 納米技術與經濟 安全的交通 9 納米技術與國家安全 美國納米技術應用研究的四大熱點 美國納米技術的應用研究目前正在半導體芯片 癌癥診斷 光學新材料和生物分子追蹤等四大熱點領域快速發(fā)展 其中在芯片和癌癥診斷領域的應用可望在 年內出現劃時代的突破 2 日本納米科技發(fā)展現狀及趨勢 2 1日本納米科技發(fā)展回顧2 2日本政府在推動納米科技發(fā)展中的重要作用2 3日本企業(yè)界在納米科技方面的作為2 4日本未來納米科技的發(fā)展動向 2 1日本納米科技發(fā)展回顧 1981年 日本科學技術廳 現改為文部科學省 就推出了 先進技術的探索研究計劃 ExploratoryResearchforAdvancedTechnology ERATO 每年啟動4個ERATO基礎研究項目 每個項目實施5年 研究內容絕大部分是納米技術的前沿課題 如納米電子學 納米材料學 納米分子學 納米加工和納米結構等研究領域的課題 1991年開始 日本通產省 2001 1 6更名為經濟產業(yè)省 先后實施了數個有關納米技術的大型10年研究計劃 原子技術研究計劃 1991 2001 1 85億美元 量子功能器件研究計劃 1991 2001 4千萬美元 原子分子極限操縱研究計劃 1992 2002 250億日元 1992年 國家先進跨學科研究所 NAIR 和日本及美國的20余家大型企業(yè)聯合成立 原子技術聯合研究中心 JRCAT 2001年實施了 材料納米技術7年計劃 2002年建立國家級納米技術研究所 10個納米技術研究中心 2 2日本政府在推動納米科技發(fā)展中的重要作用 1 制定計劃 1 由于日本納米技術研究起步早 目前在許多方面處于世界領先的地位 2 日本政府在新的 科技基本計劃 中把納米技術作為今后5年科技發(fā)展的戰(zhàn)略重點之一 3 2001年實施了 材料納米技術7年計劃 4 實施 納米技術綜合支援計劃 該計劃旨在最大限度地發(fā)揮各科研機構的潛在能力 主要內容是 搜集和提供信息 促進交流 組織聯合攻關 建設特殊研究設施等措施 向有關科研機構提供各種支援活動 推動納米技術研發(fā) 2 成立組織2002年建立了國家級納米技術研究所 并建立了10個納米技術研究中心 3 投入巨資 2001年度日本政府納米投資領域分布單位 10億日元 資料來源 日本科學技術政策委員會 CSTP 2 3日本企業(yè)界在納米科技方面的作為 日本企業(yè)界是發(fā)展納米技術的主力軍 80家大企業(yè)中 有大約40 設置了專門機構 已經或者即將著手發(fā)展納米科技 1 集中科研力量加強納米技術開發(fā) 日立集團設立了 納米技術管理推進中心 由日立制作所 日立化成 日立金屬 日立電線 日立超LSI系統(tǒng)組成 集中各家技術優(yōu)勢 共同攻克各產業(yè)領域相關的納米技術難關 東麗公司投資50億日元建立專門的納米技術研究所 2 建立專門從事納米技術研究或專門生產納米材料的分廠 分公司 三菱集團建立了專門批量生產巴基球的分廠 富士通公司設立了納米技術研究中心 3 企業(yè)開始和大學 科研院所廣泛合作研究開發(fā)納米技術 日本昭和電工公司 產業(yè)技術綜合研究所 富士通公司 德國慕尼黑工科大學等4家科研機構 松下電器產業(yè) 武田藥品工業(yè) 京都大學 大阪大學 三菱化學公司也與京都大學等 2 4日本未來納米科技的發(fā)展動向 日本政府負責制定科技政策的綜合科學技術會議在2001年召開的 推進重點領域戰(zhàn)略專家調查會 上 確定了未來日本納米技術發(fā)展的重點方向 1 確定的納米技術重點領域 應用納米技術制成的信息通信元件 具有環(huán)境適應性的高增值材料和微量影響環(huán)境因素的管理技術 對體內病灶進行診斷和治療的微小系統(tǒng) 仿生材料 觀察各種生物現象及應用生物機制的納米生物技術 納米級的測量 評估及加工等基礎技術 具有新的物理性能的材料 2 引進競爭機制 促進不同學科的相互融合和人員交流 加速科研成果產業(yè)化的進程 加強政府 大學和企業(yè)之間的聯合攻關 培養(yǎng)和確保人才 3 我國的納米科技發(fā)展現狀 天安門廣場飄揚的納米國旗 2002 10 1 京工紅旗廠中商納米公司成本增加20 3 1國內納米科技發(fā)展進展3 2存在問題 國家納米技術產業(yè)化基地于2000年12月6日正式批準成立 坐落在天津經濟技術開發(fā)區(qū) 占地2平方公里 3 1國內納米科技發(fā)展進展3 1 12010年納米科技發(fā)展的 三大目標 中國科學技術部2003 8 26組織召開國家納米科技工作會議 并具體提出2010年中國納米科技發(fā)展的三大目標 1納米科學前沿領域 要以納米電子學 納米尺度的加工及組裝技術 納米生物和醫(yī)學 納米材料學等前沿理論和方法為重點 建立 完善國際先進的國家納米科技發(fā)展公用平臺和重點實驗室系統(tǒng) 加強納米科技信息網絡和科研開發(fā)網絡建設 構筑國家納米科技創(chuàng)新體系 2納米技術開發(fā)及其應用方面 要在納米材料的制備 納米器件制造工藝及裝備 微型計算機和信息系統(tǒng) 環(huán)境和能源 醫(yī)療與衛(wèi)生 生物和農業(yè) 航天和航空以及國防建設領域 攻克一批重大關鍵技術 取得一批對未來產業(yè)有重大影響的知識產權 為納米科技成果的應用與產業(yè)化奠定技術基礎 3形成納米科技骨干隊伍方面 吸引多學科專家參與納米科技的研究與開發(fā) 培養(yǎng)和引進懂科技 懂經營 懂管理的復合型人才 為納米科技的產業(yè)化提供力量 3 1 2發(fā)展現狀 政府重視我國已經將發(fā)展納米技術載入十五屆五中全會的報告列入十五規(guī)劃列入 863 973 計劃 科研投入我國對納米科技的資金投入雖呈逐年上升的趨勢 但因基數太小 根本不能和美 日 歐盟等技術大國相比 主要研發(fā)力量我國納米技術研發(fā)力量表面相對集中 實際上仍很分散 難以形成規(guī)模優(yōu)勢 研發(fā)力量主要集中在高等院校和科研院所 企業(yè)介入納米技術的研發(fā)領域占5 力量薄弱且層次不高 80 的研發(fā)力量集中于金屬和無機物非金屬納米材料 高分子和化學合成材料等方面 但在較低層次的納米材料領域 就集中了一半以上的研發(fā)力量 在納米核心技術 納米電子 納米機械 納米生物 醫(yī)藥 納米檢測等重要領域 力量薄弱 科研成果盡管我國對納米技術研究投入嚴重不足 但在過去10年中我國科學家還是取得了非凡的成績 在國內外學術刊物上共發(fā)表有關納米材料和納米結構的論文2400篇 其中多篇發(fā)表在 自然 和 科學 等世界頂級學術雜志上 技術人才國內有50多所高等學校 科研院所 名納米科研人員 產業(yè)化狀況據調查 全國共有納米企業(yè)323家 其中以 納米 注冊的企業(yè)共57家 但大多數企業(yè)尚處初創(chuàng)期 技術尚不成熟 處在微利或虧損的狀態(tài) 3 1 3存在問題 空有計劃虛有組織雖然有關部門制定了我國納米技術發(fā)展的十年規(guī)劃 并成立了國家納米技術指導小組 但因種種原因使我國納米技術發(fā)展幾乎空有計劃 虛有組織 發(fā)揮不了應有的強大作用 科研投入嚴重不足 迄今為止 尚無有關納米技術的國家預算規(guī)劃出臺 項目重復投資由于我國傳統(tǒng)的科研體制和社會分工的不合理 造成在科研經費嚴重不足的情況下 有相當一部分科研項目屬于重復投資 例如納米隱身涂料 需求的領域專業(yè)性很強 但全國就有40多家科研單位在搞 根本原因在于 傳統(tǒng)科研體制的條塊分割 后計劃經濟的弊端 信息不對稱 尚未形成跨學科 跨領域的聯合研發(fā)體制傳統(tǒng)的科研體制和教育體制決定了科研工作往往表現為各自為戰(zhàn) 單打獨斗 不能形成科研領域的強強聯合 而納米技術的跨學科 跨領域等特點恰恰要求建立聯合研發(fā)體制 這嚴重制約了納米技術的進一步發(fā)展 沒有納米技術權威檢測機構造成市場上狂炒 納米 熱的主要原因 就是國家沒有建立一個權威的納米技術及材料的檢測機構 不能對納米技術及其產品進行檢測 鑒別 客觀真實地評價納米技術對新產品 新材料所帶來的性能等方面根本性的提升和改變 缺乏專業(yè)人才盡管我國有4500多人的納米技術研究隊伍 但以傳統(tǒng)分門別類的教育體制培養(yǎng)的 專業(yè)人才 不適合也遠遠不適應納米技術發(fā)展需要 據初步測算 為推動我國納米技術的發(fā)展 近期就至少需要1萬名復合型的納米科研人員 而目前我國從事納米技術研究的科研人員大都是從其它領域轉到或延伸到納米領域的 在知識結構和知識面上存在著一定缺陷 人才缺口非常明顯 但每年還有大量的人才流失 原創(chuàng)性成果少文章數量多 高檔次少 專利少 已經轉化的技術中 還有很多是不成熟的 這不僅造成了企業(yè)的損失 而且也給納米技術的發(fā)展造成了嚴重的影響 我國與世界各技術大國在納米技術上的差距不僅僅在技術本身 更重要的是機制和體制上以及政府部門的支持力度上 因此 政府有必要支持建立一個強大的 跨學科的 開放的 流動的 市場化的 綜合的研發(fā)平臺 推動研發(fā)工作在聯合中競爭 在競爭中聯合 并以此作為研究機構與企業(yè)之間的紐帶 4 別的國家的納米科技 4 1英國1 成立組織為促進大學 產業(yè)界和國家納米技術發(fā)展 英國政府早在1997年就建立了 英國納米技術研究院 主要負責 組織國內各研發(fā)機構共同從事納米技術研發(fā) 提供教育及培訓 為企業(yè)提供可供產業(yè)化的納米技術 組織英國與其他國家的在納米技術領域的聯合攻關 最近英國與韓國共同簽署了在納米技術方面的合作協(xié)議 該協(xié)議涉及八個方面 組織了英國和韓國的多家大學和科研機構共同完成 2 制定計劃英國1998年創(chuàng)立納米技術聯系計劃 LINK 3 投入巨資除了LINK計劃每年的資助外 政府投入逐年增加 億美元 4 2德國 1 德國科學技術部曾經對納米技術未來市場潛力作過預測 他們認為到2010年 并預測市場的突破口在信息 通訊 環(huán)境和醫(yī)藥等領域 2 制定計劃德國納米技術的開發(fā)研究和產業(yè)化發(fā)展一直得到德國政府的大力資助 1991年 2000年實施BMBF計劃 從事微納系統(tǒng)的研發(fā) 3 成立組織 德國在全國范圍內建立了六大納米研究中心 形成全國納米科技研究協(xié)作網 建立這些中心的目的是使德國的納米技術迅速處于國際領先水平 同時使德國納米技術盡快被工業(yè)界所利用 這些研究中心的成立 一方面可以向社會開放 另一方面 除了協(xié)調研究與開發(fā)以外 研究中心本身還承擔著各種納米研究項目 同時 中心也培養(yǎng)納米技術方面人才 創(chuàng)造一個具有濃郁產業(yè)化開發(fā)氛圍的環(huán)境 此外還向企業(yè)界提供咨詢服務 4 投入巨資5 加快行動盡管如此 德國認為自己的科技成果轉化能力與美 日存在著差距 為此 德國將重心放在了產 學 研聯合攻關 發(fā)展具有市場潛力的納米技術 加速推進納米技術產業(yè)化發(fā)展 6 領先的技術由于聯合了大學和工業(yè)界的力量 德國已在納米分析和測量技術方面占有十分重要的地位 在超薄膜的基礎研究領域處于世界領先水平 在解決納米材料的分散方面居于領先地位 德國納米技術研發(fā)投入 億美元 4 3歐盟 1 制定了計劃1999年以來 歐盟國家都大大加強了對納米技術領域的爭奪 制定了一系列跨世紀的新計劃 微電子先進研究計劃 支持納米集成電路的研究 納米技術信息設備計劃 開發(fā)納米級設備的信息處理系統(tǒng) 器件及生產技術和工具 2 投入了巨資2002年開始的五年計劃中 歐盟為了追趕美國和日本 加大了對納米技術的經費投入 達到11 55億美元 歐盟共同為納米技術研究提供資金 并呈逐年增長的勢頭 從總體來看 歐盟委員會對納米技術的投入占歐洲公共資助的15 歐盟國家主要依靠歐盟委員會的財政支持 盡管如此 美 日 歐等技術大國都明顯感受到了來自對方的競爭壓力 都力爭在納米技術所涉及到的科技領域盡可能的獨領風騷 日本和西歐1997年在這個領域的支出就超過了美國 而日本 德國 歐盟都在具體的納米技術領域創(chuàng)造了各自優(yōu)勢 可以說 美 日 德 歐盟在納米技術的研究方面已經形成了爭鋒的局面 特別值得注意的是 近年來在韓國 新加坡 中國臺灣等國家和地區(qū)政府也對納米技術迅速加大了投資力度 近年來在韓國 新加坡 中國臺灣等國家和地區(qū)政府也對納米技術迅速加大了投資力度 1該數字為聯邦政府對國家級研究所和大學等專業(yè)單位的投入 受限于預算制度 美國沒有長期預算計劃 國際納米科技發(fā)展態(tài)勢和特點2002 2006一 各國競相出臺納米科技發(fā)展戰(zhàn)略和計劃 一 發(fā)達國家和地區(qū)雄心勃勃為了搶占納米科技的先機 美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃 其宗旨是開展納米尺度的科學 工程和技術開發(fā)工作 2003年11月 通過了 21世紀納米技術研究開發(fā)法案 標志著納米技術已成為聯邦的重大研發(fā)計劃 從基礎研究 應用研究到研究中心 基礎設施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開 三 發(fā)展中大國奮力趕超中國政府在2001年7月就發(fā)布了 國家納米科技發(fā)展綱要 并先后建立了國家納米科技指導協(xié)調委員會 國家納米科學中心和納米技術專門委員會 南非科技部正在制定一項國家納米技術戰(zhàn)略 在2005年度執(zhí)行 印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構和項目的支持力度 加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發(fā) 二 世界各國納米科技發(fā)展各有千秋 一 在納米科技論文方面日 德 中三國不相上下2000 2002年納米研究論文 美國以較大的優(yōu)勢領先于其他國家 3年累計論文數超過10000篇 幾乎占全部論文產出的30 日本 12 76 德國 11 28 中國 10 64 和法國 7 89 列在其后 它們各自的論文總數都超過了3000篇 在上述5國之后 英國 俄羅斯 意大利 韓國 西班牙發(fā)表的論文數也較多 各國三年累計論文總數都超過了1000篇 二 申請納米技術發(fā)明專利方面美國獨占鰲頭美國專利商標局2000 2002年共受理2236項關于納米技術的專利 其中最多的國家是美國 1454項 日本 368項 和德國 118項 60 16 46 和5 28 列在第二位和第三位 英國 韓國 加拿大 法國和中國臺灣的專利數也較多 所占比例都超過了1 專利反映了研究成果實用化的能力 在論文數最多的20個國家和地區(qū)中 專利數所占比例超過論文數所占比例的國家和地區(qū)只有美國 日本和中國臺灣 這說明 很多國家和地區(qū)在納米技術研究上具備一定的實力 但比較側重于基礎研究 而實用化能力較弱 三 就整