纳米材料与技术水平的比较分析

  关键词：纳米技术  纳米材料  成果 
一、纳米科学技术的发展状况
纳米科学与技术在二十世纪九十年代初期在世界发达国家蓬勃发展，西方发达国家对纳米科学与技术的研发投入逐年增加，竞争也进入白热化。以高新技术为导向的美国正是看到了纳米材料的无限潜力，近年将纳米技术的研发作为科技政策的重点，于2000年宣布实施“国家纳米计划”， 每年的纳米科技研发投入都在增长，截至2007年初共投入五十六亿美元用于纳米科学技术的研发。
日本通产省实施为期７年的“纳米材料工程”计划，每年投资达５０亿日元。日本*设立“纳米材料研究中心”，集中数百名专家进行研究开发。日本文部科学省也实施“纳米技术综合支援计划”，以zui大限度发挥各科研机构开发纳米技术的能力。日本每年用于纳米技术研发的投资大约5亿美元。
欧盟近年也将纳米科学技术作为重点研究领域之一从2002至2006年间为纳米技术研究拨款13亿欧元，并于2003年建立纳米技术工业平台，推动纳米技术的应用。法国于2003年动用5000万欧元建立法国zui大的电子纳米技术中心——“联盟－克洛尔２”，并在2005年该中心又投入１４亿美元，建成了世界上规模zui大的纳米芯片生产基地。
二、研发纳米材料的新成果
纳米材料是纳米技术zui为重要的组成部分, 也是上竞争的热点和难点. 纳米材料又称为超微颗粒材料, 一般是指尺寸在1～ 100 nm 的粒子, 是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域, 纳米材料它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应. 当人们将物体细分成超微颗粒（纳米级） 后, 它将显示出许多奇异的特性. 即它的光学、热学、磁学、力学以及化学方面的性质与大块固体时相比将会有显著的不同.
碳纳米管是一种基本的纳米材料，在很多领域有巨大应用潜力，美国在这方面的研发取得了不少成果。加利福尼亚大学的科学家研制出了用碳纳米管造出了世界上zui小的电动机，直径仅为500纳米，是头发丝的1／300。哈佛大学研制出一种臂长、宽分别为4微米和50纳米的微型纳米钳，有望成为操作生物细胞、装配毫微机械或进行微型手术的新工具。美国研究人员利用自行组装的ＤＮＡ分子，建造了支撑蛋白质的“纳米级”脚手架和金属线，直径只有数十亿分之一米，为开发可编程分子级传感器或电路找到了渠道。日本已经研制成功直径只有0.4纳米的碳纳米管，此前世界上zui细的碳纳米管直径为１至２纳米。日本还开发出能大量合成纳米管线圈的新技术，这种纳米管线圈用途广泛。日本科学技术振兴事业团研究小组攻克了碳纳米管无法与其它物质混合的难题，开发出内含碳纳米管、强度高、导电性好的新塑胶。科研人员正尝试对这种材料进行加工，开发新型电子机械和燃料电池。日本NEC电气公司近日成功开发出只有5纳米大小的晶体管，是目前晶体管体积的1/150，将它用到计算机制造中，现在每秒运算6千亿次的超级计算机可缩小到台式电脑大小；与目前主流130纳米系统集成电路（LSI）比，处理速度可提高18倍；耗电量只有LSI的1／25，能使手机一次充电连续通话时间从现在的150分钟延长到60小时。日本爱知教育大学用碳60分子制成纳米级轴承，可用作纳米微型器械的零件。日本物质?材料研究机构制成直径3纳米以下的多枝树木状金属，这种金属表面积大，化学反应活性化，在催化剂、灵敏元件等方面有广泛应用。以色列科学家于2003年11月宣布，在 DNA上制造出纳米晶体管，并将两个晶体管连接在一起，这一突破表明，有可能利用生物技术制造电脑芯片。
三、我国研发纳米材料的新成果
近一年我国宣布的成果有：中科院化学所制备出水溶性多层聚电解质纳米管，这种纳米管在生物传感器设计及化学催化等方面有重大意义。中科院物理所研制成功全同金属纳米团簇，并制备出１６个品种。太原化工集团与杭州华纳化工公司合作开发出新型纳米复合聚氯乙烯树脂（PVC），*国内大工业生产纳米PVC的空白。用这种PVC制成的板材抗冲击强度比普通PVC提高 2～4倍；管材拉屈强度提高76.9％。中科院固体物理研究所与常州市生富公司合作的“纳米材料改性聚丙烯技术及在土工产品方面的应用”项目，成果有多项创新，达到国内水平。北京科技大学与北京*纳米科技公司研制出纳米孔超级隔热保温材料。中国科技大学与合肥低温粘合剂厂合作开发出的新一代绿色环保型纳米涂料产品，具有无甲醛、无公害、无废气，粘附牢固、耐洗刷等优点。用纳米技术开发出的日用材料，给人类带来福音。清华大学崔福斋课题组研制成功“ＮＢ系列纳米晶胶原基骨材料”（“纳米人工骨”），已被植入１８位患者体内。它能仿照人类骨生成机理，采用自组装方法修复人的骨头，骨头修复后和人体骨*一样。
四、我国纳米材料与技术与先进水平的比较
在纳米科技领域，我国在"十五"、"十一五"期间取得了一批重要的研究成果，在部分领域已达到先进水平。但从以上我国的纳米材料成果与发达国家相比，可以看出我国纳米材料和技术的发展水平与发达国家还存在着不小的差距。　
（一）发达国家自上世纪90年代以来，一直把纳米科技作为发展的长远战略目标，不断强化基础和应用技术开发，积极推动科技成果产业化，抢占战略制高点，企图垄断知识产权和市场。近一年来，纳米科技取得了多方面的重要研究成果和突破，主要表现在下列几个领域：纳米量子器件及其集成关键技术；纳米信息获取技术及器件；纳米光电子材料及器件；纳米级高密度信息储存技术及器件，生物医学纳米器件；纳米金属材料；纳米非金属材料；纳米材料应用技术开发；纳米材料的结构设计与模拟；纳米结构的检测与表征方法；与纳米科技相关仪器的设计与开发。而我国纳米科技的大部分研究工作主要集中在硬件条件要求不太高的基础研究领域，涉及纳米主流技术高、精、尖的研究内容不多，特别是一些具有重要应用前景的技术研究比较薄弱，在纳米材料、纳米结构的设计、制造和控制以及实用化方面与先进水平存在着较大的差距。
（二）我国纳米技术研究目前主要集中在部分高等院校和中科院的一些研究所，覆盖领域狭窄，多学科交叉融合程度不够，技术创新主体--企业参与力度低，缺乏统筹规划与协调。在全国100多家从事纳米材料和技术研发单位中，大多数的研发内容都集中在与传统技术的改性和纳米粉体制备技术上，与"在原子和分子水平上操纵物质"、"设计、制造和控制纳米结构"的纳米主流技术差距较大；
（三）纳米材料与技术，是一个典型的新兴高技术领域，需要大批高技术人才和先进、昂贵的实验装备。在过去的近十年中，国家对纳米科技的总投入为8500万元，仅为日本的1/30、德国的1/10、美国的1/7，还略低于印度的投入强度，急需改善硬件环境、添置一批必要的共用性强的先进设备和测试仪器。
五、对发展我国纳米材料和技术的建议
（一）纳米科技是一个新兴的多学科交叉领域，涉及的知识面和应用领域十分广泛，任何一个国家和单位都无法覆盖全部领域，也不可能在短期内实现对技术和市场的垄断。应当制定我国纳米科技中、长期发展战略，合理使用有限的资源和经费，大力发展那些对21世纪科学技术与国家安全有重大促进作用的领域和关键技术；积极引导和鼓励跨部门、多学科交叉联合研究与开发。
（二）政府应加大投入，引导和支持企业界共同合作研究开发，根据我国人力资源结构和科技研发水平，尽快规划出若干个研发方向、从而配备先进的科研设备和建立技术研究开发中心。要避免研究方向过于分散，坚决抵制低水平重复建设、研究的弊病。
（三） 充分认识纳米结构和纳米材料是纳米科技的核心。加强纳米科技的基础性开发研究，充分认识它的困难程度和目前仅处于研究的初期阶段，其核心技术的规模应用还需相当长的时间；加强国内外学术交流，密切跟踪纳米科技研究前沿的新成果、新动向，不断提高研究水平，及时修正研究方向，使我国纳米科技能够保持健康、持久、有序地发展。