納米材料的發(fā)展歷程以及各國納米技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀（可編輯）

1、納米材料的發(fā)展歷程以及各國納米技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 納米材料的發(fā)展歷程以及各國納米技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 納米技術(shù)概念的提出 40年前諾貝爾物理獎(jiǎng)得主量子物理學(xué)家費(fèi)曼所作的題為底部還有很大空間的演講被公認(rèn)為是納米技術(shù)思想的來源 納米結(jié)構(gòu)材料首次合成 1984年德國薩爾大學(xué)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(jié)構(gòu)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(xiàn)tio2納米陶瓷在室溫下出現(xiàn)良好韌性使人們看到了改善陶瓷脆性的希望 1994年中國科學(xué)院化學(xué)所和中國科學(xué)院北京真空物理室利用stm在單晶硅表面

2、上通過提走硅原子的方法獲得了線寬2 nm硅原子的毛澤東在石墨表面刻出線寬10 nm的中國字符漢字的大小只有幾個(gè)納米 白春禮院士 1988年4月12日 中國第一臺(tái)計(jì)算機(jī) 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(gè)階段 第一階段 1990年以前 主要是在實(shí)驗(yàn)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(píng)估表征的方法 第二階段 1994年前 人們關(guān)注的熱點(diǎn)是根據(jù)奇特物理化學(xué)和力學(xué)性能設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料 納米微粒與納米微粒復(fù)合 0-0復(fù)合 納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合 0-3復(fù)合 復(fù)合納米薄膜 0-2復(fù)合 第三階段 從1994年到現(xiàn)在 納米組裝研究 它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒

3、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(jié)構(gòu)的體系的研究 二 納米科技的應(yīng)用 光電材料 環(huán)境和能源 生物醫(yī)學(xué) 航天和航空 軍事 納米碳管 碳納米管是直徑非常細(xì)的中空管狀納米材料它能夠大量地吸附氫氣成為許多個(gè)納米鋼瓶 研究表明約23的氫氣能夠在常溫常壓下從碳納米管中釋放出來 據(jù)預(yù)測到2010年就可以生產(chǎn)出氫氣汽車只需攜帶15升左右的儲(chǔ)氫納米碳管即可行駛500km 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 激光唱片 肉眼看激光唱片 compact disk 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 納米存

4、儲(chǔ)器 上圖millipede - 第一個(gè)應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的納米技術(shù) 下圖millipede存儲(chǔ)芯片的實(shí)驗(yàn)室原型 英特爾將碳納米管技術(shù)用于未來芯片設(shè)計(jì) 芯片廠商英特爾正指望用碳納米管取代半導(dǎo)體芯片內(nèi)部的銅連線這種轉(zhuǎn)變總有一天會(huì)消除芯片廠商面臨的一些大問題 芯片連線已經(jīng)成為半導(dǎo)體廠商面臨的一個(gè)頭疼的問題根據(jù)摩爾定律芯片廠商每兩年就要縮小一次半導(dǎo)體芯片內(nèi)部的元件然而縮小連線會(huì)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(zhuǎn)變?yōu)殂~線從而繞過了這個(gè)問題遺憾的是隨著芯片尺寸的縮小這個(gè)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(dǎo)電性比金屬要好有可能成為替代金屬連線的解決方案 2008年2月1

5、日 亞利桑那州立大學(xué)david k ferry提出利用納米線連接電路建立三維堆砌芯片的構(gòu)想將大大提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度 利用納米磁學(xué)中顯著的巨磁電阻效應(yīng) giant magnetoresistance 和很大的隧道磁電阻 tunneling magnetoresistance 現(xiàn)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(dá)大學(xué)電子工程系納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室采用納米平板印刷術(shù)成功地研制了納米結(jié)構(gòu)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(chǔ)特性存貯密度可達(dá)400gbin-2 1汽車尾氣 2拯救水資源 特種半導(dǎo)體

6、納米材料使海水淡化 納米tio2可以用來降解有機(jī)磷降解毛紡染整廢水降解石油 利用具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子如fe2o3tio2zno等做成涂料由于具有較高的導(dǎo)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(rèn)為其體系中只需含納米二氧化鈦051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(jìn)你家里 納米tio2在光照條件下會(huì)產(chǎn)生具有非常強(qiáng)的氧化能力的空穴從而將附在表面上的有機(jī)物細(xì)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(shí)還能有效地殺菌對黃色葡萄球菌和大腸

7、桿菌的殺菌率高達(dá)95以上 二個(gè)月不用洗信不信由你 納米泵人造紅細(xì)胞 它比體內(nèi)血液中的紅細(xì)胞要多攜帶200多倍的氧氣 納米藥包 諾貝爾獎(jiǎng)得主斯莫利的預(yù)言 美國麻省理工學(xué)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(gè)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(nèi)一遇上癌細(xì)胞的dna時(shí)dna鏈就與癌細(xì)胞的dna結(jié)合這時(shí)藥物開關(guān)受觸發(fā)而開放藥物便釋放出來殺滅癌細(xì)胞 納米技術(shù)與基因療法的結(jié)合 瑞典科學(xué)家制作的微型醫(yī)用機(jī)器人可移動(dòng)并撿起肉眼看不見的玻璃珠 用這種微型機(jī)器手將果蠅的染色體基因進(jìn)行信號(hào)移動(dòng)培育出的果蠅多長了一個(gè)胸脯和翅膀甚至把果蠅的眼睛和翅膀挪

8、位 成功利用納米sio2微粒進(jìn)行了細(xì)胞分離 用金的納米粒子進(jìn)行定位病變治療以減少副作用 科學(xué)家們設(shè)想利用納米技術(shù)制造出分子機(jī)器人在血液中循環(huán)對身體各部位進(jìn)行檢測診斷并實(shí)施特殊治療疏通腦血管中的血栓清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物甚至可以用其吞噬病毒殺死癌細(xì)胞 小型攝像機(jī) 用于檢測消化系統(tǒng)疾病 納米機(jī)器人 納米機(jī)器人的研制是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型設(shè)計(jì)制造可對納米空間進(jìn)行操作的功能分子器件 第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體 可注入人體血管內(nèi)進(jìn)行健康檢查和疾病治療還可進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作作整容手術(shù)從基因中除去有害的把正常的安裝在基因中使機(jī)體正常運(yùn)行 第二代納米機(jī)器人是直接從原子或

9、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(jī)器人是包含納米計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行人機(jī)對話的裝置一旦問世將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式 納米清潔工 科學(xué)家設(shè)想制造出負(fù)責(zé)清掃血管的納米機(jī)器人清潔工專門負(fù)責(zé)清掃血管壁上的膽固醇凝血等沉積物以預(yù)防腦血栓等心血管病同時(shí)也可以制作出清掃體內(nèi)癌細(xì)胞的機(jī)器人 軍事方面的應(yīng)用 吸波納米zno對雷達(dá)電磁波具有很強(qiáng)的吸收能力所以可以做隱形飛機(jī)的重要涂料 防彈衣 因納米碳管既輕又強(qiáng)度極高是鋼的10100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(qiáng)大的子彈的沖擊力 第一屆納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議 1990年7月在美國巴爾德摩召開了國際第一屆納米科學(xué)技術(shù)會(huì)

10、議正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個(gè)新分支它介于宏觀物質(zhì)和微觀原子分子的中間領(lǐng)域 nanostructured materials nanobiology nanotechnology 1992年9月在墨西哥caucan城召開了第一屆納米結(jié)構(gòu)材料會(huì)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 1 美國的納米科技 美國聯(lián)邦政府在推動(dòng)納米科技發(fā)展中的重要作用 我們的某些目標(biāo)可能需要花費(fèi)20年或者更長時(shí)間才能達(dá)到這也正是聯(lián)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(lián)邦政府目前正努力在納米科技長期和高風(fēng)險(xiǎn)投資中發(fā)揮作用將政府對納米科技的投資

11、重點(diǎn)放在刺激合作和支持基礎(chǔ)科學(xué)方面幫助建立未來十年所需的納米技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施和研究支持培養(yǎng)為未來納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的人才儲(chǔ)備鼓勵(lì)跨學(xué)科的網(wǎng)絡(luò)與合作確保信息的傳播鼓勵(lì)新興公司開發(fā)納米技術(shù) 納米科技研發(fā)投入策略聯(lián)邦政府國會(huì)高官目前納米技術(shù)研發(fā)的投入應(yīng)以聯(lián)邦政府為主并且在相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)聯(lián)邦政府需要保持其投入的穩(wěn)定性 1999-2003年美國聯(lián)邦納米技術(shù)研究與開發(fā)經(jīng)費(fèi)分部門明細(xì)表單位百萬美元 資料來源 small wonders endless frontiers a review of the national nanotechnology initiative 近五年美國納米科技發(fā)展目標(biāo)和主要任務(wù)

12、1長期基礎(chǔ)性的納米科學(xué)和工程研究這一發(fā)展主題旨在長期扶持從事基礎(chǔ)性創(chuàng)新性研究的單個(gè)研究人員和小型組織并促進(jìn)大學(xué)產(chǎn)業(yè)界聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室和各機(jī)構(gòu)間的合作伙伴關(guān)系 2重大挑戰(zhàn)這一發(fā)展主題瞄準(zhǔn)了納米科技的應(yīng)用開發(fā)美國確定了總計(jì)十二項(xiàng)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(chǔ)諸如納米級(jí)微電子產(chǎn)品的低成本制造方法更有效的能源儲(chǔ)存裝置運(yùn)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(wǎng)絡(luò)這一發(fā)展主題是促進(jìn)研究的網(wǎng)絡(luò)化和共用學(xué)術(shù)界用戶設(shè)施優(yōu)秀中心和網(wǎng)絡(luò)的建立被認(rèn)為是實(shí)施nni計(jì)劃的關(guān)鍵它們將有力促進(jìn)納米科技在不同學(xué)科間的融合 4研究基礎(chǔ)設(shè)施這一發(fā)展主題的目標(biāo)是建立一套能使新發(fā)明和新發(fā)現(xiàn)被產(chǎn)業(yè)界快速商業(yè)化的靈

13、活實(shí)用的基礎(chǔ)設(shè)施投資重點(diǎn)主要在于度量衡檢測儀器建模和仿真以及用戶設(shè)施等方面將建立擁有新的測試設(shè)備的研究中心并保證各研究機(jī)構(gòu)都可以利用這些測試設(shè)備 5道德法律社會(huì)影響及勞動(dòng)力教育和培訓(xùn)這一發(fā)展主題主要在于培養(yǎng)納米技術(shù)所需的新一代跨學(xué)科技術(shù)人才同時(shí)對納米技術(shù)在法律道德社會(huì)經(jīng)濟(jì)和勞動(dòng)力準(zhǔn)備等方面對社會(huì)所產(chǎn)生的影響加以研究 美國聯(lián)邦政府在納米科技五個(gè)重要戰(zhàn)略布局中的經(jīng)費(fèi)投入單位百萬美元 美國納米科技研究與開發(fā)重點(diǎn) 納米科技的一個(gè)最顯著的特點(diǎn)是它的跨學(xué)科特性它涉及到化學(xué)物理生物學(xué)分子生物學(xué)工程和材料科學(xué)等眾多學(xué)科不過在今年6月份發(fā)布的small wonders endless frontiers a r

14、eview of the national nanotechnology initiative報(bào)告中特別指出納米研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域是考慮到納米科學(xué)發(fā)展的需要而不僅僅嚴(yán)格局限于納米范圍因?yàn)楹苊黠@微技術(shù)對于納米科學(xué)的發(fā)展是非常重要的 在基礎(chǔ)研究方面目前美國正在進(jìn)行的研究重點(diǎn)領(lǐng)域包括1納米生物系統(tǒng)2納米結(jié)構(gòu)與量子控制3納米元器件與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4納米過程與環(huán)境5多現(xiàn)象模型與模擬 在應(yīng)用研究和產(chǎn)品開發(fā)方面目前美國正在進(jìn)行的研究重點(diǎn)領(lǐng)域包括1納米結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)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(shù)和裝置4納米過程與環(huán)境改良5高效能源轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存6微型航天飛機(jī)與太空探測7用于監(jiān)測傳染性疾病和生物威脅

15、的生物傳感器裝置8納米技術(shù)與經(jīng)濟(jì)安全的交通9納米技術(shù)與國家安全 美國納米技術(shù)應(yīng)用研究的四大熱點(diǎn) 美國納米技術(shù)的應(yīng)用研究目前正在半導(dǎo)體芯片癌癥診斷光學(xué)新材料和生物分子追蹤等四大熱點(diǎn)領(lǐng)域快速發(fā)展其中在芯片和癌癥診斷領(lǐng)域的應(yīng)用可望在年內(nèi)出現(xiàn)劃時(shí)代的突破 2日本納米科技發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 21 日本納米科技發(fā)展回顧 22 日本政府在推動(dòng)納米科技發(fā)展中的重要作用 23 日本企業(yè)界在納米科技方面的作為 24 日本未來納米科技的發(fā)展動(dòng)向 21 日本納米科技發(fā)展回顧 22 日本政府在推動(dòng)納米科技 發(fā)展中的重要作用 1 制定計(jì)劃 1 由于日本納米技術(shù)研究起步早目前在許多方面處于世界領(lǐng)先的地位 2 日本政府在新的科技

16、基本計(jì)劃中把納米技術(shù)作為今后5年科技發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一 3 2001年實(shí)施了材料納米技術(shù)7年計(jì)劃 4 實(shí)施納米技術(shù)綜合支援計(jì)劃該計(jì)劃旨在最大限度地發(fā)揮各科研機(jī)構(gòu)的潛在能力主要內(nèi)容是搜集和提供信息促進(jìn)交流組織聯(lián)合攻關(guān)建設(shè)特殊研究設(shè)施等措施向有關(guān)科研機(jī)構(gòu)提供各種支援活動(dòng)推動(dòng)納米技術(shù)研發(fā) 2 成立組織 2002年建立了國家級(jí)納米技術(shù)研究所并建立了10個(gè)納米技術(shù)研究中心 3 投入巨資 2001年度日本政府納米投資領(lǐng)域分布 單位10億日元 23 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(shù)的主力軍80家大企業(yè)中有大約40設(shè)置了專門機(jī)構(gòu)已經(jīng)或者即將著手發(fā)展納米科技 1集中科研力量加強(qiáng)納米技術(shù)開

17、發(fā) 日立集團(tuán)設(shè)立了納米技術(shù)管理推進(jìn)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(shù)優(yōu)勢共同攻克各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的納米技術(shù)難關(guān)東麗公司投資50億日元建立專門的納米技術(shù)研究所 2建立專門從事納米技術(shù)研究或?qū)ｉT生產(chǎn)納米材料的分廠分公司 三菱集團(tuán)建立了專門批量生產(chǎn)巴基球的分廠 富士通公司設(shè)立了納米技術(shù)研究中心 3企業(yè)開始和大學(xué)科研院所廣泛合作研究開發(fā)納米技術(shù) 日本昭和電工公司產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所富士通公司德國慕尼黑工科大學(xué)等4家科研機(jī)構(gòu)松下電器產(chǎn)業(yè)武田藥品工業(yè)京都大學(xué)大阪大學(xué)三菱化學(xué)公司也與京都大學(xué)等 24 日本未來納米科技的發(fā)展動(dòng)向 日本政府負(fù)責(zé)制定科技政策的綜合科學(xué)技術(shù)會(huì)議在

18、2001年召開的推進(jìn)重點(diǎn)領(lǐng)域戰(zhàn)略專家調(diào)查會(huì)上確定了未來日本納米技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向 1 確定的納米技術(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)用納米技術(shù)制成的信息通信元件具有環(huán)境適應(yīng)性的高增值材料和微量影響環(huán)境因素的管理技術(shù)對體內(nèi)病灶進(jìn)行診斷和治療的微小系統(tǒng)仿生材料觀察各種生物現(xiàn)象及應(yīng)用生物機(jī)制的納米生物技術(shù)納米級(jí)的測量評(píng)估及加工等基礎(chǔ)技術(shù)具有新的物理性能的材料 2引進(jìn)競爭機(jī)制促進(jìn)不同學(xué)科的相互融合和人員交流加速科研成果產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程加強(qiáng)政府大學(xué)和企業(yè)之間的聯(lián)合攻關(guān)培養(yǎng)和確保人才 3我國的納米科技發(fā)展現(xiàn)狀 天安門廣場飄揚(yáng)的納米國旗com 31 國內(nèi)納米科技發(fā)展進(jìn)展com 2010年納米科技發(fā)展的三大目標(biāo) 中國科學(xué)技術(shù)部com召

19、開國家納米科技工作會(huì)議并具體提出2010年中國納米科技發(fā)展的三大目標(biāo) 1 納米科學(xué)前沿領(lǐng)域要以納米電子學(xué)納米尺度的加工及組裝技術(shù)納米生物和醫(yī)學(xué)納米材料學(xué)等前沿理論和方法為重點(diǎn)建立完善國際先進(jìn)的國家納米科技發(fā)展公用平臺(tái)和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)加強(qiáng)納米科技信息網(wǎng)絡(luò)和科研開發(fā)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)構(gòu)筑國家納米科技創(chuàng)新體系 2 納米技術(shù)開發(fā)及其應(yīng)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(jì)算機(jī)和信息系統(tǒng)環(huán)境和能源醫(yī)療與衛(wèi)生生物和農(nóng)業(yè)航天和航空以及國防建設(shè)領(lǐng)域攻克一批重大關(guān)鍵技術(shù)取得一批對未來產(chǎn)業(yè)有重大影響的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為納米科技成果的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化奠定技術(shù)基礎(chǔ) 3 形成納米科技骨干隊(duì)伍方面吸引多學(xué)科專家參與納米科技的研究

20、與開發(fā)培養(yǎng)和引進(jìn)懂科技懂經(jīng)營懂管理的復(fù)合型人才為納米科技的產(chǎn)業(yè)化提供力量 com 發(fā)展現(xiàn)狀 政府重視 我國已經(jīng)將發(fā)展納米技術(shù)載入十五屆五中全會(huì)的報(bào)告 列入十五規(guī)劃 列入863973計(jì)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(shù)太小根本不能和美日歐盟等技術(shù)大國相比 主要研發(fā)力量 我國納米技術(shù)研發(fā)力量表面相對集中實(shí)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(shù)的研發(fā)領(lǐng)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(jī)物非金屬納米材料高分子和化學(xué)合成材料等方面但在較低層次的納米材料領(lǐng)域就集中了一半以上的研發(fā)力量在納米核心技術(shù)納米電子納米機(jī)械納

21、米生物醫(yī)藥納米檢測等重要領(lǐng)域力量薄弱 科研成果 盡管我國對納米技術(shù)研究投入嚴(yán)重不足但在過去10年中我國科學(xué)家還是取得了非凡的成績在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上共發(fā)表有關(guān)納米材料和納米結(jié)構(gòu)的論文2400篇其中多篇發(fā)表在自然和科學(xué)等世界頂級(jí)學(xué)術(shù)雜志上 技術(shù)人才 國內(nèi)有50多所高等學(xué)校科研院所名納米科研人員 產(chǎn)業(yè)化狀況 據(jù)調(diào)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(shù)企業(yè)尚處初創(chuàng)期技術(shù)尚不成熟處在微利或虧損的狀態(tài) com 存在問題 空有計(jì)劃 虛有組織 雖然有關(guān)部門制定了我國納米技術(shù)發(fā)展的十年規(guī)劃并成立了國家納米技術(shù)指導(dǎo)小組但因種種原因使我國納米技術(shù)發(fā)展幾乎空有計(jì)劃虛有組織發(fā)揮不了應(yīng)有的強(qiáng)大作用

22、 科研投入嚴(yán)重不足迄今為止尚無有關(guān)納米技術(shù)的國家預(yù)算規(guī)劃出臺(tái) 項(xiàng)目重復(fù)投資 由于我國傳統(tǒng)的科研體制和社會(huì)分工的不合理造成在科研經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足的情況下有相當(dāng)一部分科研項(xiàng)目屬于重復(fù)投資例如納米隱身涂料需求的領(lǐng) 域?qū)I(yè)性很強(qiáng)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(jì)劃經(jīng)濟(jì)的弊端信息不對稱 尚未形成跨學(xué)科跨領(lǐng)域的聯(lián)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(xiàn)為各自為戰(zhàn)單打獨(dú)斗不能形成科研領(lǐng)域的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合而納米技術(shù)的跨學(xué)科跨領(lǐng)域等特點(diǎn)恰恰要 求建立聯(lián)合研發(fā)體制這嚴(yán)重制約了納米技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 沒有納米技術(shù)權(quán)威檢測機(jī)構(gòu) 造成市場上狂炒納米熱的主要原因就是國家沒有建立

23、一個(gè)權(quán)威的納米技術(shù)及材料的檢測機(jī)構(gòu)不能對納米技術(shù)及其產(chǎn)品進(jìn)行檢測鑒別客觀真實(shí) 地評(píng)價(jià)納米技術(shù)對新產(chǎn)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(shù)研究隊(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)不適應(yīng)納米技術(shù)發(fā)展需要 據(jù)初步測算為推動(dòng)我國納米技術(shù)的發(fā)展近期就至少需要1萬名復(fù)合型的納米科研人員而目前我國從事納米技術(shù)研究的科研人員大都是從其它領(lǐng)域轉(zhuǎn)到或延伸到納米領(lǐng)域的在知識(shí)結(jié)構(gòu)和知識(shí)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(shù)量多高檔次少專利少 已經(jīng)轉(zhuǎn)化的技術(shù)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

24、給納米技術(shù)的發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響 4 別的國家的納米科技 41 英國 1 成立組織 為促進(jìn)大學(xué)產(chǎn)業(yè)界和國家納米技術(shù)發(fā)展英國政府早在1997年就建立了英國納米技術(shù)研究院主要負(fù)責(zé) 組織國內(nèi)各研發(fā)機(jī)構(gòu)共同從事納米技術(shù)研發(fā) 提供教育及培訓(xùn) 為企業(yè)提供可供產(chǎn)業(yè)化的納米技術(shù) 組織英國與其他國家的在納米技術(shù)領(lǐng)域的聯(lián)合攻關(guān)最近英國與韓國共同簽署了在納米技術(shù)方面的合作協(xié)議該協(xié)議涉及八個(gè)方面組織了英國和韓國的多家大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)共同完成 2 制定計(jì)劃 英國1998年創(chuàng)立納米技術(shù)聯(lián)系計(jì)劃link 3 投入巨資 除了link計(jì)劃每年的資助外政府投入逐年增加億美元 42 德國 1 德國科學(xué)技術(shù)部曾經(jīng)對納米技術(shù)未來市場潛力

25、作過預(yù)測他們認(rèn)為到2010年 并預(yù)測市場的突破口在信息通訊環(huán)境和醫(yī)藥等領(lǐng)域 2 制定計(jì)劃 德國納米技術(shù)的開發(fā)研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展一直得到德國政府的大力資助1991年2000年實(shí)施bmbf計(jì)劃從事微納系統(tǒng)的研發(fā) 3 成立組織 43 歐盟 1 制定了計(jì)劃 1999年以來歐盟國家都大大加強(qiáng)了對納米技術(shù)領(lǐng)域的爭奪制定了一系列跨世紀(jì)的新計(jì)劃 微電子先進(jìn)研究計(jì)劃支持納米集成電路的研究 納米技術(shù)信息設(shè)備計(jì)劃開發(fā)納米級(jí)設(shè)備的信息處理系統(tǒng)器件及生產(chǎn)技術(shù)和工具 2 投入了巨資 2002年開始的五年計(jì)劃中歐盟為了追趕美國和日本加大了對納米技術(shù)的經(jīng)費(fèi)投入達(dá)到1155億美元 歐盟共同為納米技術(shù)研究提供資金并呈逐年增長的勢頭

26、從總體來看歐盟委員會(huì)對納米技術(shù)的投入占?xì)W洲公共資助的15歐盟國家主要依靠歐盟委員會(huì)的財(cái)政支持 近年來在韓國新加坡中國臺(tái)灣等國家和地區(qū)政府也對納米技術(shù)迅速加大了投資力度 國際納米科技發(fā)展態(tài)勢和特點(diǎn) 2002-2006 一各國競相出臺(tái)納米科技發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃 一 發(fā)達(dá)國家和地區(qū)雄心勃勃 為了搶占納米科技的先機(jī)美國早在2000年就率先制定了國家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃其宗旨是開展納米尺度的科學(xué)工程和技術(shù)開發(fā)工作 2003年11月通過了21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計(jì)劃從基礎(chǔ)研究應(yīng)用研究到研究中心基礎(chǔ)設(shè)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

27、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(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)國家納米科學(xué)中心和納米技術(shù)專門委員會(huì) 南非科技部正在制定一項(xiàng)國家納米技術(shù)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(xué)研究的科研機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目的支持力度加強(qiáng)材料科學(xué)中具有廣泛應(yīng)用前景的納米技術(shù)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 20002002年納米研究論文美國以較大的優(yōu)勢領(lǐng)先于其他國家3年累計(jì)論文數(shù)超過10 000篇幾乎占全部論文產(chǎn)出的30日 本 1276 德國 1128 中國 1064 和法國 789 列在其后它們各自的論文總數(shù)都超過了3000篇 在上述5國之后英

28、國俄羅斯意大利韓國西班牙發(fā)表的論文數(shù)也較多各國三年累計(jì)論文總數(shù)都超過了1000篇 二 申請納米技術(shù)發(fā)明專利方面美國獨(dú)占鰲頭 美國專利商標(biāo)局20002002年共受理2236項(xiàng)關(guān)于納米技術(shù)的專利其中最多的國家是美國 1454項(xiàng) 日本 368項(xiàng) 和德國 118項(xiàng) 601646和528列在第二位和第三位英國韓國加拿大法國和中國臺(tái)灣的專利數(shù)也較多所占比例都超過了1 專利反映了研究成果實(shí)用化的能力在論文數(shù)最多的20個(gè)國家和地區(qū)中專利數(shù)所占比例超過論文數(shù)所占比例的國家和地區(qū)只有美國日 本和中國臺(tái)灣這說明很多國家和地區(qū)在納米技術(shù)研究上具備一定的實(shí)力但比較側(cè)重于基礎(chǔ)研究而實(shí)用化能力較弱 三 就整體而言納米科技大

29、國各有所長 美國納米技術(shù)的應(yīng)用研究在半導(dǎo)體芯片癌癥診斷光學(xué)新材料和生物分子追蹤等領(lǐng)域快速發(fā)展隨著納米技術(shù)在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應(yīng)用目前美國納米研究熱點(diǎn)已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域醫(yī)學(xué)納米技術(shù)已經(jīng)被列為美國國家的優(yōu)先科研計(jì)劃在納米醫(yī)學(xué)方面納米傳感器可在實(shí)驗(yàn)室條件下對多種癌癥進(jìn)行早期診斷而且已能在實(shí)驗(yàn)室條件下對前列腺癌直腸癌等多種癌癥進(jìn)行早期診斷 2004年美國國立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門出臺(tái)了一項(xiàng)癌癥納米技術(shù)計(jì)劃目的是將納米技術(shù)癌癥研究與分子生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標(biāo)利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動(dòng)也是一個(gè)研究熱門這對于研究艾滋病病毒癌細(xì)胞等在人體內(nèi)的活動(dòng)情況非常有

30、用還可以用來檢測藥物對病毒的作用效果利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果未來510年有望商業(yè)化 雖然醫(yī)學(xué)納米技術(shù)正成為納米科技的新熱點(diǎn)納米技術(shù)在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的應(yīng)用仍然引人關(guān)注美國科研人員正在加緊納米級(jí)半導(dǎo)體材料晶體管的應(yīng)用研究期望突破傳統(tǒng)的極限讓芯片體積更小速度更快納米顆粒的自組裝技術(shù)是這一領(lǐng)域中最受關(guān)注的地方不少科學(xué)家試圖利用化學(xué)反應(yīng)來合成納米顆粒并按照一定規(guī)則排列這些顆粒使其成為體積小而運(yùn)算快的芯片這種技術(shù)未來有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術(shù)在光學(xué)新材料方面目前已有可控直徑5納米到幾百納米可控長度達(dá)到幾百微米的納米導(dǎo)線 日本納米技術(shù)的研究開發(fā)實(shí)力強(qiáng)大某些方面處于世界領(lǐng)先水平但尚未脫離基礎(chǔ)

31、和應(yīng)用研究階段距離實(shí)用化還有相當(dāng)一段路要走 在納米技術(shù)的研發(fā)上日本最重視的是應(yīng)用研究尤其是納米新材料研究除了碳納米管外日 本開發(fā)出多種不同結(jié)構(gòu)的納米材料如納米鏈中空微粒多層螺旋狀結(jié)構(gòu)富勒結(jié)構(gòu)套富勒結(jié)構(gòu)納米管套富勒結(jié)構(gòu)酒杯疊酒杯狀結(jié)構(gòu)等 在制造方法上日 本不斷改進(jìn)電弧放電法化學(xué)氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法同時(shí)積極開發(fā)新的制造技術(shù)特別是批量生產(chǎn)技術(shù) 細(xì)川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設(shè)備引起關(guān)注它能以每小時(shí)數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復(fù)合的超微粒材料 東麗和三菱化學(xué)公司應(yīng)用大學(xué)開發(fā)的新技術(shù)能把制造碳納米材料的成本減至原來的110兩三年內(nèi)即可進(jìn)入批量生產(chǎn)階段 日本高度重視開發(fā)檢測和加工技術(shù)目前

32、廣泛應(yīng)用的掃描隧道顯微鏡原子力顯微鏡近場光學(xué)顯微鏡等的性能不斷提高 科學(xué)家村田和廣成功開發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置能應(yīng)用于納米領(lǐng)域在硅玻璃金屬和有機(jī)高分子等多種材料的基板上印制細(xì)微電路是世界最高水平 日本企業(yè)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)積極在信息技術(shù)生物技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)為納米技術(shù)尋找用武之地如制造單個(gè)電子晶體管分子電子元件等更細(xì)微更高性能的元器件和量子計(jì)算機(jī)解析分子蛋白質(zhì)及基因的結(jié)構(gòu)等不過這些研究大都處于探索階段 歐盟在納米科學(xué)方面頗具實(shí)力特別是在光學(xué)和光電材料有機(jī)電子學(xué)和光電學(xué)磁性材料仿生材料納米生物材料超導(dǎo)體復(fù)合材料醫(yī)學(xué)材料智能材料等方面的研究能力較強(qiáng) 中國在納米材料及其應(yīng)用掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面

33、研究較多主要以金屬和無機(jī)非金屬納米材料為主約占80高分子和化學(xué)合成材料也是一個(gè)重要方面而在納米電子學(xué)納米器件和納米生物醫(yī)學(xué)研究方面與發(fā)達(dá)國家有明顯差距 thank you 麻雀衛(wèi)星 蚊子導(dǎo)彈 蒼蠅飛機(jī)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(jìn)的微機(jī)電一體化集成技術(shù)整合具有可重組性和再生性成本低質(zhì)量好可靠性強(qiáng)一枚小型火箭一次就可以發(fā)射數(shù)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(shí)刻對地球上任何一點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視即使少數(shù)衛(wèi)星失靈整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的工作也不會(huì)受影響

34、 蚊子導(dǎo)彈由于納米器件比半導(dǎo)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(chǔ)和處理能力可以制造出全新原理的智能化微型導(dǎo)航系統(tǒng)使制導(dǎo)武器的隱蔽性機(jī)動(dòng)性和生存能力發(fā)生質(zhì)的變化利用納米技術(shù)制造的形如蚊子的微型導(dǎo)彈可以起到神奇的戰(zhàn)斗效能納米導(dǎo)彈直接受電波遙控可以神不知鬼不覺地潛入目標(biāo)內(nèi)部其威力足以炸毀敵方火炮坦克飛機(jī)指揮部和彈藥庫 蒼蠅飛機(jī)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(shè)備具有信息處理導(dǎo)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(nèi)部或附近監(jiān)視敵方情況這些納米飛機(jī)可以懸停飛行敵方雷達(dá)根本發(fā)現(xiàn)不了它們據(jù)說它還適應(yīng)全天候作戰(zhàn)可以從數(shù)百千米外將其獲得的信息傳回己方導(dǎo)

35、彈發(fā)射基地直接引導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊目標(biāo) 螞蟻士兵 這是一種通過聲波控制的微型機(jī)器人這些機(jī)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(jìn)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(huì)各顯神通有的專門破壞敵方電子設(shè)備使其短路毀壞有的充當(dāng)爆破手 五角大樓的一次電腦模擬的納米武器作戰(zhàn)演習(xí)戰(zhàn)爭發(fā)生在2010年美國與敵方的飛機(jī)坦克大炮在戰(zhàn)場上頻繁調(diào)動(dòng)就在雙方劍拔弩張之時(shí)天空中出現(xiàn)了許多蒼蠅黃蜂等小昆蟲地面上也擁出數(shù)以萬計(jì)的螞蟻這些小動(dòng)物有的在戰(zhàn)場上空盤旋有的則直接進(jìn)入敵方的指揮機(jī)關(guān)雷達(dá)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(jī)坦克

36、和航母因接不到指令失去彈藥和能源補(bǔ)給全都成了廢鐵 隨著納米技術(shù)的發(fā)展人類也許能夠研制出各種難以有效防御的先進(jìn)武器尖端的納米技術(shù)有可能成為本世紀(jì)人類面臨的最大威脅之一 三各國納米技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 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(shù)列入 國家22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) 和2005年的戰(zhàn)略技術(shù) 1997年美國國防部將納米技術(shù)提高到戰(zhàn)略研究領(lǐng)域的高度 1996-1998年 納米技術(shù)發(fā)展情況調(diào)查研究 2000年2月 國家納米技術(shù)計(jì)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(xué)顧問委員會(huì)由此認(rèn)為納米技術(shù)是自二戰(zhàn)以來美國將要經(jīng)歷的第一場不具備絕對領(lǐng)先優(yōu)勢的具有重要經(jīng)濟(jì)意義的科

37、技革命如果美國要在21世紀(jì)繼續(xù)保持其經(jīng)濟(jì)上的領(lǐng)導(dǎo)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(xué)技術(shù)委員會(huì)專門成立了 納米科學(xué)工程與技術(shù)分會(huì)nset 7099 6049 464 270 255 總計(jì) 2 2 交通部 25 15 2 農(nóng)業(yè)部 5 5 5 環(huán)保署 14 14 1 司法部 43 41 40 32 21 國家健康研究所 44 38 33 8 16 商務(wù)部 51 46 22 5 5 國家航空航天局 139 91 88 58 58 能源部 201 180 123 70 70 國防部 221 199 150 97 85 國家

38、科學(xué)基金會(huì) 2003年預(yù)算值 2002年估計(jì)值 2001年 2000年 1999年 部 門 710 35 120 119 204 232 2003 604 30 97 96 180 201 2002 464 17 76 78 149 144 2001 270 15 50 47 71 87 2000 總計(jì) 道德法律和社會(huì)影響及勞動(dòng)力 研究基礎(chǔ)設(shè)施 優(yōu)秀的中心和網(wǎng)絡(luò) 重大挑戰(zhàn) 基礎(chǔ)研究 年份 資料來源national nanotechnology initiativethe initiative and its implementation plan 和small wonders endless

39、frontiers a review of the national nanotechnology initiative兩個(gè)報(bào)告中相關(guān)數(shù)據(jù)匯總 1981年日本科學(xué)技術(shù)廳現(xiàn)改為文部科學(xué)省就推出了 先進(jìn)技術(shù)的探索研究計(jì)劃 exploratory research for advanced technology erato 每年啟動(dòng)4個(gè)erato基礎(chǔ)研究項(xiàng)目每個(gè)項(xiàng)目實(shí)施5年研究內(nèi)容絕大部分是納米技術(shù)的前沿課題如納米電子學(xué)納米材料學(xué)納米分子學(xué)納米加工和納米結(jié)構(gòu)等研究領(lǐng)域的課題 1991年開始日本通產(chǎn)省 com經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省 先后實(shí)施了數(shù)個(gè)有關(guān)納米技術(shù)的大型10年研究計(jì)劃 原子技術(shù)研究計(jì)劃1991-2001

40、185億美元 量子功能器件研究計(jì)劃1991-20014千萬美元 原子分子極限操縱研究計(jì)劃 1992-2002250億日元 1992年國家先進(jìn)跨學(xué)科研究所nair和 日本及美國的20余家大型企業(yè) 聯(lián)合成立原子技術(shù)聯(lián)合研究中心 jrcat 2001年實(shí)施了材料納米技術(shù)7年計(jì)劃 2002年建立國家級(jí)納米技術(shù)研究所10個(gè)納米技術(shù)研究中心 資料來源日本科學(xué)技術(shù)政策委員會(huì)cstp 京工紅旗廠 中商納米公司 成本增加20 31 國內(nèi)納米科技發(fā)展進(jìn)展 32 存在問題 國家納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地于2000年12月6日正式批準(zhǔn)成立坐落在天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)占地2平方公里 我國與世界各技術(shù)大國在納米技術(shù)上的差距不僅僅在技

41、術(shù)本身更重要的是機(jī)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(gè)強(qiáng)大的跨學(xué)科的開放的流動(dòng)的市場化的綜合的研發(fā)平臺(tái)推動(dòng)研發(fā)工作在聯(lián)合中競爭在競爭中聯(lián)合并以此作為研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)之間的紐帶 38 035 031 2001年 2000年 1999年 272 納米材料的評(píng)價(jià)技術(shù) 442 納米加工技術(shù) 5457 納米粉體納米復(fù)合陶瓷以及其它納米復(fù)合材料 6375 世界納米結(jié)構(gòu)器件 市場容量億美元 領(lǐng)域 德國在全國范圍內(nèi)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(wǎng)建立這些中心的目的是使德國的納米技術(shù)迅速處于國際領(lǐng)先水平同時(shí)使德國納米技術(shù)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(huì)開放另一方面除了協(xié)調(diào)研究與開發(fā)以外研究中心本身還承擔(dān)著各種納米研究項(xiàng)目同時(shí)中心也培養(yǎng)納米技術(shù)方面人才創(chuàng)造一個(gè)具有濃郁產(chǎn)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(wù) 4 投入巨資 5 加快行動(dòng) 盡管如此德國認(rèn)為自己的科技成果轉(zhuǎn)化能力與美日存在著差距為此德國將重心放在了產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)發(fā)展具有市場潛力的納米技術(shù)加速推進(jìn)納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 6 領(lǐng)先的技術(shù) 由于聯(lián)合了大學(xué)和工業(yè)界的力量德國已在納米分析和測量技術(shù)方面占有十分重要的地位在超薄膜的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域處于世界