什么是纳米技术？
纳米技术包括纳米结构技术和纳米材料技术。纳米结构技术是纳米技术中的高新技术。虽然取得了突破，但无法应用。但纳米材料技术由于应用广泛，要求不高。任何具有功能性的东西都称为材料，所要求的只是纳米级结构单元带来的材料就是纳米材料。
物质的所有纳米结构单元都改变了性质，任何新的性质都可能框定新的功能，从而可以制备新的材料。所以应该很肯定的说，纳米材料的应用虽然不能代表纳米技术的主要应用水平，但是现在已经刻意应用了。
很多专家因为专业问题，把代表纳米学科技术的纳米结构技术和纳米材料技术的应用混为一谈，说是实验室的纳米材料什么的，要多少年才能应用。
事实上，历史已经证明，任何这样的预测都是失败的。不仅纳米材料应用广泛，纳米结构技术的应用也开始了。美国《科学》杂志2001评选的“十大科学突破”之一就是纳米计算电路的应用。我们应该欢迎新技术的到来，而不是排斥它。
纳米技术是20世纪80年代末90年代初逐渐发展起来的一个前沿交叉的新学科领域。它的迅速发展将给20世纪几乎所有的工业领域带来革命性的变化。目前，各发达国家的政府和企业都在大力投入纳米技术的研发，试图在21世纪抢占这一科技战略制高点。关注纳米技术的进展，尽快组织部署中国纳米技术发展规划，将对新世纪中国的发展产生深远的影响。
纳米技术背景
什么是纳米技术？纳米是度量尺度的单位，是一米的100亿分之一，大致相当于一根头发的百万分之一。所谓纳米技术，是介于非微观和非宏观之间的纳米尺度的中间领域。它是认识自然，改变生产方式、工作方式和生活方式的全新技术。它是纳米科学和包含纳米技术的产品平台之间的桥梁。它把人的技术创新带到了一个新的层次和空间，极大地拓展了人的创新领域。事实上，纳米材料在自然界已经存在很久了，比如动物的牙齿、贝壳、鲨鱼皮、荷叶表面、珊瑚礁、陨石等。，中国古代的颜料、墨水、铜镜的涂层都是纳米材料。但是他们虽然用纳米技术制备了纳米材料，但并不知道纳米材料的重要性，只是处于自发阶段，真正按照自己的意志人工合成纳米材料是在20世纪60年代以后。1963年，日本科学家久保良吾首次提出物质粒子缩小到纳米尺度，性质突然发生变化。1967年，日本科学家上田良治首次通过蒸发人工制备了纳米尺度的金属颗粒。当时，日本科学家称纳米级颗粒为超细颗粒。正是在1984年，德国科学家Gleiter教授首次制备了一种由尺度为5纳米的颗粒组成的固体，他称之为纳米尺度材料。纳米技术的概念最早是由美国科幻作家埃里克？Zuikesler于1986年提出，纳米技术杂志于1990年在巴奇正式发表。
纳米材料是纳米技术中最活跃、最重要的部分。它们与纳米生物学、纳米电子学、纳米机械加工、纳米摩擦学、纳米计量学、纳米化学、纳米物理学等学科同构，构成纳米科技的内涵。纳米技术的内涵包括各个领域。就纳米材料而言，包括纳米材料的制备技术和纳米材料渗透到各种高科技和所有传统工业领域的技术。特别值得注意的是，纳米材料不仅仅是尺度的概念，更重要的是有微观和宏观层面都不具备的特性。人们可以利用这些新特性合成自然界中不存在或自然界中存在但尚未被人类模仿的新材料，并利用全新的纳米技术将这些材料应用于各个领域，促进社会经济发展，提高国防实力和人民生活质量，这也是世界各国政府对纳米技术发展给予足够重视的原因。对于中国这样的发展中国家来说，这是千载难逢的机遇。500年来，我们两次失去了国家高速发展的教训，国家的这个机遇不能再错过了。美国耶鲁大学中国近代史教授Jonathan spence于2000年6月5438+10月在《新闻周刊》发表了一篇文章。在分析20世纪的中国时，他提到中国在20世纪神奇地成为超先进国家，纳米技术是一个重要的选择途径。令人振奋的是，我国在纳米材料和纳米技术的技术水平上并不落后于发达国家，在某些方面已经处于领先水平。机遇难得，我国政府高瞻远瞩，高度重视纳米技术，这将成为我国科教兴国战略的重大决策。
国外现状
2000年3月，美国政府向全世界宣布了纳米技术的启动计划。在这份由26位美国科学家历时半年完成的数万字报告中，明确提出纳米技术将在21世纪引发新的工业革命。德国科技部在其纳米技术发展报告中也提到，纳米技术是21世纪的领先技术之一。著名的诺贝尔奖获得者劳雷尔教授说，如果70年代重视微米技术的国家现在已经成为发达国家，那么从现在开始重视纳米技术的国家可能成为20世纪的先进国家。IBM前首席科学家Emma Chuang表示，微米技术在20世纪70年代引发了新的信息革命，纳米技术很可能成为新信息革命的核心。在美国政府和国会的重要文件中，信息技术、生物技术和纳米技术被称为21世纪工业革命的主导技术。领先技术的内涵是指其对各领域的渗透能力、与各种技术的交叉融合能力以及对新兴产业的示范和带动能力。20世纪末，计算机和信息高速公路技术渗透到各个领域，对人们的生产方式、工作方式和生活方式产生了深远的影响，被称为世纪之交新技术的引领作用。1998年3月，美国总统科技助理尼尔·莱恩(Neal Lane)在回答国会提问时表示，纳米技术很可能对各个领域的影响超过计算机，成为21世纪的领先技术之一。事实证明，纳米技术向信息、生物医药、能源环境、航空航天、海洋、先进制造技术等高科技领域的渗透已经显现，纳米技术向国防的全方位渗透初见成效，纳米技术向传统产业的交叉融合显示出巨大潜力。纳米技术正在对传统产业的转型升级、增加高科技含量、提高产品竞争力发挥巨大作用。纳米技术注入传统行业，增强了传统行业的活力，未来方兴未艾。
美国在2004财年用于纳米技术研究和发展的预算接近8 . 5亿美元，比上一年增加了65，438+00%。2003年2月3日，布什总统签署了《21世纪纳米技术研究与发展法案》，批准从2005财年起的4年内投资约37亿美元。
法国从2003年开始实施国家纳米技术投资三年计划:2003年至2005年，投入5000万欧元用于纳米技术基础研究；建立五个纳米技术研究中心和“国家微纳米研究网络”项目；法国10年来最大的工业投资项目——法国电子纳米技术中心“联盟-Klohr 2”于2003年2月27日正式启动。
从2002年到2006年，欧盟为纳米技术研究拨款6543.8+0.3亿欧元。
未来6年，英国将拨款9000万英镑支持企业和大学的商业纳米技术发展，并希望吸引2亿英镑的额外投资。
德国联邦教育和研究部批准了对纳米技术能力中心的投资，以建立更强大的跨学科合作网络，并在促进纳米技术领域的跨学科研究方面发挥催化作用。
2007年前，韩国投资6543.8+000亿韩元建立新的“纳米技术研究中心”，实现大学和企业的紧密合作，整合目前科研机构和企业独立开展的纳米项目和纳米研究设施，计划2065.438+00年前在纳米领域投资2.04万亿韩元。
中国纳米发展现状
中国的改革开放和可持续发展战略实现了中国经济的快速发展，使中国的GDP在美国、日本、德国、法国和英国之后居世界第六位，这对于一个基础薄弱的发展中国家来说是难能可贵的。在265438+20世纪前20年的时代，挑战与机遇并存，能否审时度势，抓住机遇，在几个领域实现跨越式发展，对我们国家来说非常重要。当前，以纳米技术、信息技术和生物技术为核心的新工业革命正在悄然兴起，各国几乎处于同一起跑线上。在这个技术更新和转折的关键时期，为中国在几个领域实现跨越式发展提供了绝好的机遇，我们不能再错失良机。
中国是一个发展中国家。改革开放后，国民经济保持了持续快速发展，举世瞩目。而我们国家底子薄，主要依靠传统产业。虽然近年来高新技术产业发展迅速，但对我国GDP的贡献仍然很小，与发达国家相比还有很大差距。中国的国情决定了中国发展纳米技术的总体思路不同于美国、日本和欧洲。我们应该有中国自己的特色，找到一条发展纳米技术的新路，就是以纳米技术为契机，解决当前国民经济发展和配套产业中的迫切问题。纳米技术首先切入传统产业，调整产品结构，注入高科技含量，有助于中国传统产业升级和GDP增长。同时，寻找机会向高技术产业渗透，特别关注纳米技术在环境、能源、医药、国防等领域的应用，培育新兴纳米产业，逐步形成产业链，使这些产业的起点在21世纪位于该领域的技术制高点，为实现我国上述领域的跨越式发展奠定基础。在信息、航空航天、生物技术、新材料等方面，纳米技术的应用水平与发达国家有一定差距，但也存在局部机会。只要选准切入点，完全有可能形成在某些方面拥有自主知识产权的新产品平台，然后发展成为纳米高科技产业。
根据国际纳米材料和技术的总体发展趋势，结合我国国情和未来五到十年我国经济快速发展的需要，选择对社会发展和国力增强具有重要作用的纳米材料和技术，向传统产业和高技术产业全面渗透，形成具有自主知识产权的新型纳米产业链，提升产品的国际竞争力，为实现我国第三步战略目标做出贡献。在几个关键领域发展纳米材料和技术，形成纳米产业。碳纳米管、高效含能纳米材料、纳米稀土材料、高亮度纳米荧光材料、重要金属纳米材料等特种纳米材料产业化；信息产业中的关键纳米材料，如网络通信(光通信和微波通信)中的纳米技术、高清和高分辨率数字显示技术中的纳米技术；合理利用能源，发展能源中的关键纳米材料和技术；优化资源环境中的关键纳米材料和技术；生物和制药工业中的纳米材料和技术。
中国纳米材料与技术的发展应坚持市场导向，注重纳米技术与现有高新技术和传统技术的结合。从事纳米研发的科技人员应与其他专业人员和企业家相结合；企业家是纳米科技成果产业化的主力军，科技人员起主导作用；要选准目标、切入点和突破口，缩短纳米科技成果转化周期；要重视知识产权保护，鼓励发明专利申请，特别要重视国外发明专利的申请；建议各级政府设立纳米技术研究快速反应基金和纳米技术发展风险投资基金。
中国对纳米技术的重要性有很高的认识，并给予了一定的支持。科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院等部门从“八五”、“九五”开始就设立了攀登计划及相关的重点和重大项目。去年，科技部启动了纳米材料国家重点基础研究项目。中国通过这些项目对纳米技术的资助总额约相当于700万美元，与发达国家相比差距较大。
据不完全统计，从1991到2000年的十年间，* *资助9200多万元，在纳米材料的合成与制备、性能与表征、测试新技术与理论、系统组装与器件、微机电系统等方面取得了一批基础研究成果。
进入“十五”计划后，纳米技术呈现出快速发展的势头。根据《国家纳米技术发展纲要》的要求，国家自然科学基金委员会进一步加大了投入，2001-2003年共投入6543.8+96亿元，资助项目800个。下面的示意图是13以来国家自然科学基金委对纳米技术项目的资助金额和资助项目的初步统计，实际资助金额甚至高于这个统计。
获资助的纳米项目数量[点击放大]获资助的纳米基金数量[点击放大]
其中，863计划涉及的纳米技术项目投资
(1)特殊布局:
国家拨款:2亿元:已安排102项目，国家拨款65438+5200万元。
第一批:63个项目国家拨款6543.8+0.9亿元，自筹3.78亿元。
第二批:39个项目国家拨款4300万元，自筹65438+5900万元。
(2)重点项目布局
国家拨款:9200万元；前三年安排:19项目。
国家拨款5200万元，地方政府配套筹集2.95亿元。
每年投入600多名人员。
中国的纳米技术研究，特别是在纳米材料方面，取得了重要进展，引起了国际关注。从65438到0995，德国科技部分析了各国在纳米技术方面的相对领先程度，中国在纳米材料方面与法国并列第五，日本、德国、美国、英国、北欧位列前四。从资助的项目来看，我国的研究实力主要集中在纳米材料的合成与制备、扫描探针显微镜、分子电子学和少数纳米技术的应用。但由于条件的限制，研究工作只能集中在一些硬件要求不高的领域。虽然中国科学家在碳纳米管和纳米材料的几个领域取得了一些优秀的研究成果，但中国纳米技术的整体水平仍然远远落后于美国、日本和欧洲，特别是在纳米器件方面。
目前，我国已经有了一支比较有能力的纳米技术研究队伍，主要集中在中科院的相关研究所，以及北京大学、清华大学、中国科学技术大学、南京大学、复旦大学等一批国内知名高校。为了把纳米技术研究的主要力量集中在这个系统，北京大学和中国科学院也成立了自己的纳米技术研究中心。
2000年6月5438+10月11日，中国共产党第十五届五中全会通过了《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议》，明确提出要把新材料和纳米科学的进步作为“十五”科技进步和创新的重要任务。这为21世纪初中国纳米技术的快速发展奠定了重要基础。
中国发展纳米技术的意义在于:首先，纳米技术将在21世纪对我们的社会、经济和国家安全产生重大影响。以知识经济时代为特征的21世纪将是生命科学和信息技术快速发展和广泛应用的时代。纳米科学技术将推动几乎所有技术的快速发展，包括生命科学和信息技术。西方发达国家正在积极谋划实现知识垄断。目前，西方国家和企业已将纳米核心技术列为绝对的国家机密和商业机密，严格限制对华出口。其次，纳米技术的发展将大大提高中国的科技竞争力。纳米技术兴起于20世纪80年代初，对世界各国来说都属于一个全新的科技领域。虽然中国与发达国家还有很大差距，但我们在纳米材料领域基本与国际先进水平保持同步。只要我们采取适当的措施，我们完全可以赶上发达国家的步伐。第三，纳米技术将推动中国传统产业的转型。由于真正的纳米技术，尤其是纳米材料在改造传统产业方面具有投资少、见效快、市场前景广阔等特点，更容易在以传统产业为主的中国企业中普及。因此，纳米技术的应用得到了中国企业界的广泛响应，为纳米技术在中国的发展奠定了重要的动力基础。目前中国涉及纳米技术的企业有102家。为了提升我国的国际科技竞争力和经济竞争力，促进第三步发展战略的顺利实施，确保我国未来的可持续发展和国家安全，必须大力加强纳米技术的研发，动员多学科、跨部门、跨行业的力量参与这一领域。
我国纳米技术存在的主要问题主要表现在学科间融合不够，缺乏重要的实验设施，基础研究薄弱，信息交流较少。为了克服和解决这些问题，使中国能够抓住机遇，迎头赶上，特别建议:
(1)应在国家层面确定我国纳米技术的发展战略，制定我国纳米技术发展的短期、中期和长期规划；统筹考虑基础研究、应用研究和开发研究的协调发展，推进科技成果产业化，协助有关部门尽快制定纳米技术相关产品技术标准。
(2)建立国家“纳米技术专家顾问团”。协助政府制定和研究发展中国的纳米技术战略。
(3)建立国家纳米技术研究与工程中心，集中投资一个能为纳米技术发展提供服务的技术平台，组织协调科研机构、高校、国家实验室和产业界的参与。
(4)坚持“有所为，有所不为”的方针，发挥优势，突出特色。要加强研究基地建设，改善基础设施条件，加大科技项目投入，高度重视知识产权保护。我国目前的纳米研究应主要集中在创造和制备性能优异的纳米材料，设计和制备各种纳米器件和装置，探测和分析纳米区域的性质和现象。纳米材料是纳米技术的基础，中国有相当的基础。这种布局要更加注重与工业化特别是与传统产业的结合，积极吸收企业的参与和投资；纳米器件的研究水平和应用水平标志着一个国家纳米技术的整体水平，与信息产业、社会、经济和国防的关联度最大，需要的投入也最大。而我国在该领域的投入最少，基础薄弱，应积极组织力量，瞄准明确的应用目的，但近20年来仍将以基础研究和应用基础研究为主；纳米畴特性的检测和表征是纳米材料和纳米器件研发的实验基础和必要条件。我们应该重视基础研究和应用研究，同时考虑与产业化相结合。
(5)加强信息网络平台建设，促进国内外纳米技术信息交流。
(6)以国家纳米研究与工程中心为载体，建立、培养和吸引纳米技术人才。
纳米技术的应用
著名的诺贝尔奖得主费因曼(Feyneman)在20世纪60年代预言，如果控制小尺度上物体的排列，物体会获得很多不寻常的特征。他说的材料现在是纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的热点，纳米技术被公认为21世纪最有前途的研究领域。纳米材料从根本上改变了材料的结构，为克服材料科学研究领域长期未解决的问题开辟了新的途径。其应用主要体现在以下七个方面:
在陶瓷领域的应用
随着纳米技术的广泛应用，产生了纳米陶瓷，希望克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷像金属一样具有柔性和可加工性。许多专家认为，如果能够解决单相纳米陶瓷烧结过程中抑制晶粒长大的技术难题，它将具有高硬度、高韧性、低温超塑性和易加工等优点。
微电子学中的应用
纳米电子学将基于最新的物理理论和最先进的技术手段，按照全新的理念构建电子系统，开发材料存储和处理信息的潜在能力，实现信息采集和处理的革命性突破。纳米电子学将成为下个世纪信息时代的核心。
生物工程中的应用
虽然分子计算机目前还只是处于理想阶段，但科学家们已经考虑应用几种生物分子来制作计算机部件，其中细菌视紫红质是最有前途的。该生物材料具有特殊的热、光、化学和物理性质以及良好的稳定性，其独特的光循环特性可用于存储信息，从而发挥替代目前计算机信息处理和信息存储的作用，将单位体积物质的存储和信息处理能力提高数百万倍。在光电领域的应用纳米技术的发展使微电子学和光电子学的结合更加紧密，大大提高了光电子器件在光电子信息传输、存储、处理、运算和显示方面的性能。将纳米技术应用到现有的雷达信息处理中，可以将其能力提高10倍到几百倍，甚至可以将超高分辨率的纳米孔径雷达放在卫星上进行高精度的地面侦察。最近，麻省理工学院的研究人员将激发的钡原子一个接一个地送入激光器，每个原子都发射出一个有用的光子，效率惊人。在化工领域的应用纳米TiO2 _ 2粉末按一定比例添加到化妆品中，可以有效屏蔽紫外线。在化纤制品或纸张中掺入金属纳米粒子，可以大大降低静电效应。纳米颗粒组成的海绵状轻质烧结体可用于气体同位素、混合稀有气体和有机化合物的分离和浓缩。纳米粒子还可以用作导电涂料、印刷油墨和固体润滑剂。研究人员还发现，碳纳米管可以利用其独特的孔结构、大的比表面积(每克碳纳米管的表面积高达数百平方米)和高的机械强度来制作纳米反应器，可以将化学反应限制在非常小的范围内。
在医学上的应用
研究人员已经成功地使用纳米粒子来分离细胞，并使用金纳米粒子来治疗局部病变以减少副作用。另外，以纳米颗粒为载体的病毒诱导剂取得了突破，现在已经用于临床动物实验，估计不久的将来就能服务于人类。通过研究纳米技术在生物医学中的应用，我们可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获得生命信息。科学家们设想利用纳米技术创造分子机器人，这些机器人在血液中循环，检测和诊断身体的各个部位，并实施特殊治疗。
在分子组装中的应用
如何合成具有特定尺寸、粒度分布均匀且无团聚的纳米材料，一直是科研人员试图解决的问题。目前，纳米技术已经渗透到对单个原子的操纵。软化学与主客体模板化学和超分子化学相结合，正在成为实现分子外科手术的主要组装和剪裁手段。纳米技术作为最具市场应用潜力的新兴科学技术，其重要性毋庸置疑。许多发达国家都投入了大量的资金进行研究，正如钱学森院士所预言的:“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特征，将是一次技术革命，将是21世纪的又一次工业革命。”