纳米技术是怎么回事

纳米概念是一个完全不同于传统观念的科学概念。任何物质在颗粒大小进入到1纳米－100纳米的尺度范围时，其性质都会发生质的变化，这给我们用这种变化了的性质来构架新的功能性材料提供了无穷的机会。

纳米技术包括纳米结构技术和纳米材料技术两部分，纳米结构技术是纳米技术中的高技术，虽然突破连连，但还不能应用。但纳米材料技术，由于其应用的广泛性使其要求不高，任何带有功能性的物质都叫材料，而只要求功能是由纳米尺度的结构单元所带来的材料都是纳米材料。

所有的物质的纳米结构单元都有变化了的性质，任何新性质都可能构架新功能，也就可以制备新材料。所以，应该非常肯定地说，纳米材料的应用虽然不能代表纳米技术的主体应用水平，但现在却是已经刻意应用了。

很多专家由于专业上的问题混淆了代表纳米主体技术的纳米结构技术和纳米材料技术的应用，说是纳米材料还是实验室里的事，说什么应用还需要多少年。

其实，历史证明任何这样的预言都是失败的，非但纳米材料在广泛应用，纳米结构技术的应用也已经开始，美国《科学》杂志2001年度评选出的“十大科学突破”之一就是纳米计算电路的应用。我们应该以欢迎的心态去迎接新技术的到来，而不是排斥它。
纳米科技是在20世纪80年代末、90年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。目前所有发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研发进行大量的投入，试图抢占这一21世纪科技战略制高点。关注纳米科技的进展，尽快组织和部署我国纳米科技的发展规划，对于我国新世纪的发展影响深远。
纳米技术产生背景
什么是纳米技术？纳米是一种尺度的度量，是一米的10亿分之一，大致相当于一个头发丝的百万分之一。所谓纳米技术是人们在非微观和非宏观的一个纳米尺度的中间领域，是认识自然、改变生产方式、工作方式和生活方式的一种全新的技术，它是联系纳米科学和含有纳米技术产品平台的桥梁，它把人们的技术创新带到一个新的层次、新的空间，大大拓展了人们的创新领域。其实纳米材料早就在自然界存在，例如动物的牙齿、贝壳、鲨鱼皮、荷叶表面、珊瑚礁、陨石等都具有纳米结构，ZG古代的颜料、墨、古铜镜的涂层都是纳米材料，然而，他们虽然用了纳米技术，制备了纳米材料，但并不知道纳米材料的重要性，是处于自发阶段，而真正按照自己意志人工合成纳米材料是在20世纪60年代以后。1963年日本科学家久保亮五diyi次提出材料颗粒缩小到纳米尺度，性能发生突变。1967年日本科学家上田良二diyi次用蒸发法人工制备了纳米尺度的金属颗粒，当时日本科学家把纳米尺度的颗粒均称为超微粒子。真正把纳米作为材料的命名，是德国科学家格莱特教授在1984年diyi次制备了尺度由5纳米的晶粒组成的固体，他称之为纳米尺度材料。diyi次提出纳米技术的概念是美国科幻小说家伊瑞克?揣克斯勒在1986年提出来的，1990在巴尔基摹正式出版了纳米技术杂志。
纳米材料是纳米技术中Z为活跃的重要组成部分，它与纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米摩擦学、纳米测量学、纳米化学和纳米物理学共同构成了纳米科学技术的内涵。纳米技术内涵包含各个领域，就纳米材料学而言，它包括纳米材料的制备技术以及纳米材料向各个高科技和所有传统工业领域渗透应用的技术，特别值得注意的是纳米材料不仅是尺度的概念，更重要的是在这个尺度上出现了在微观、宏观不具备的特性，人们利用这些新的特性可以人工合成自然界不存在的或者自然界存在但人类还没有模仿出来的新材料，并采用全新的纳米技术把这些材料应用于各个领域，促进社会经济发展，提高国防实力和人们的生活质量，这就是为什么各国政府对发展纳米技术予以足够重视的原因。对我国这样一个发展ZG家，这是一个千载难逢的机会，近500年历史我们有两次丧失国家快速发展的教训，我国的这次机遇再也不能错过。美国耶鲁大学ZG现代史教授乔纳森.斯彭斯在2000年1月《新闻周刊》上发表文章，在分析21世纪ZG时曾提到，ZG在21世纪魔术般的成为超级先进国家，纳米技术是可选择的重要途径。令人振奋的是，我国在纳米材料和纳米技术领域的技术水平上目前并不落后于发达国家，在一些方面上已处于lingxian水平。机遇难得，我国政府高瞻远瞩，亦对纳米技术高度重视，这将成为我国科教兴国战略的一个重大决策。

国外现状
2000年3月，美国政府向全世界公布了纳米技术的启动计划，在这个由美国26名科学家工作半年完成的几万字的报告中，明显地陈述了一个观点，这就是纳米技术将引发21世纪新的工业革命。德国科研技术部在发展纳米技术的报告中也提到，纳米技术是21世纪的主导技术之一。的诺贝尔奖获得者罗雷尔教授说，如果说70年代重视微米技术的国家现在已成为发达国家，那么从现在开始重视纳米技术的国家，有可能成为21世纪的先进国家。IBM公司前首席科学家埃马窗说，70年代微米技术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。美国政府和国会的重要文件中，多次把信息技术、生物技术和纳米技术并列称之为21世纪工业革命的主导技术。主导技术的内涵是指它向各个领域渗透的、与各种技术交叉融合的以及对新兴产业示范带动的极强能力。在20世纪末，计算机和信息高速公路的技术向各个领域渗透，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，堪称为世纪之交新技术的主导。1998年3月，美国总统科技助理Neal Lane在回答国会提问时曾经说，纳米技术对各个领域的影响很可能超过计算机，成为21世纪的主导技术之一。事实证明，纳米技术向信息、生物医药、能源和环境、航空航天、海洋和先进制造技术等高科技领域渗透已崭露头角，纳米技术向国防领域的全方位渗透已初见成效，纳米技术向传统产业的交叉融合已显示出巨大的潜力。纳米技术在传统产业的改造提升，增加高科技含量，提高产品的竞争力方面，正在发挥巨大的作用。纳米技术注入到传统产业，增强了传统产来业的活力，前途方兴未艾。
美国 2004财政年度的纳米技术研发预算近8.5亿美元，比上一年增加10％；布什总统2003年12月3日签署了《21世纪纳米技术研究开发法案》，批准从2005年财政年度开始的4年中投入约37亿美元。
法国 从2003年开始实施国家纳米科技投资3年计划：2003至2005年投入5000万欧元用于纳米科学基础研究；建立5个纳米技术研究ZX和“国家微米和纳米研究网络”项目；法国近10年来Z大的工业投资项目 － 法国电子纳米技术ZX “联盟－克洛尔2” 于2003年2月27日正式启动。
欧盟 2002年至2006年为纳米技术研究拨款13亿欧元。
英国 今后6年内拨款9000万英镑，支持企业和大学商用纳米技术开发，并期望借此吸引2亿英镑的额外投资。
德国 联邦教研部批准对纳米技术能力ZX投资，以建立更强大的跨学科合作网络，在促进纳米领域内跨学科研究方面发挥催化器作用。
韩国 在2007年前投资1000亿韩元建立新的“纳米技术研究ZX”，实现大学与企业的密切合作，将目前科研机构和企业各自独立开展的纳米项目、纳米研究设施整合在一起，并计划在2010年前在纳米领域投资2.04兆韩元。

我国纳米发展现状
我国制定的改革开放和可持续发展战略，已实现了我国经济的腾飞，使我国国内生产总值仅次于美国、日本、德国、法国、英国，位居世界第六位，这对一个基础薄弱的发展ZG家是难能可贵的。在21世纪前20年这个挑战和机遇并存的年代里，如果我们能够审时度势，抓住机遇，在若干领域实现跨跃式发展，对我国十分重要。当前以纳米技术、信息技术和生物技术为核心的新的工业革命悄然兴起，各国几乎站在同一起跑线上，在这技术更新转折的关键时期，为我国若干领域实现跨跃式发展提供了极好的机遇，我们再也不能坐失良机。
我国是发展ZG家，改革开放以后，国民经济保持了持续、快速发展，引起世界瞩目。但是，我们国家基础薄弱，主要依靠传统产业，高科技产业近年来虽然发展很快，但对我国GDP的贡献比例还很小，与发达国家相比还有很大的差距。我国的国情决定了我国发展纳米技术的总体思路与美国、日本和欧洲不同，要有ZG自己的特点，要走出符合我国情况的新路子，发展纳米科技，这就是以纳米技术为契机，解决当前国民经济发展和支撑产业中亟待解决的问题。纳米技术首先向传统产业切入，调整产品结构，注入高科技含量，为实现我国传统产业升级，促进GDP的增长做出贡献。同时寻找机遇，向高科技产业渗透，特别重视在环境、能源、医药和国防领域应用纳米技术，培育新兴纳米产业，逐步形成产业链，使这些产业的起点就定位在21世纪该领域的技术制高点上，为实现我国上述领域跨跃式发展奠定基础。信息、宇航、生物技术和新材料方面，目前应用纳米技术水平与发达国家有一定的差距，但也存在局部机遇，只要选取准切入点，在某些方面形成具有自主知识产权的新的产品平台，进而发展成纳米高科技产业是完全有可能的。
根据国际纳米材料和技术总的发展趋势，结合我国国情和未来五到十年我国经济快速发展的需要，选择对于社会发展、国力增强起重要作用的纳米材料和技术，全方位向传统产业和高技术产业渗透，形成具有自主知识产权的新兴纳米产业链，增强产品的国际竞争能力，为实现我国第三步战略目标贡献力量。在若干个ZD领域发展纳米材料和技术，形成纳米产业。特种纳米材料的产业化，如纳米碳管、GX含能纳米材料、纳米稀土材料、高亮度纳米荧光材料和重要的金属纳米材料；信息产业中的关键纳米材料，如网络通讯（光通讯和微波通讯）中的纳米技术，高清晰度、高分辨数字显示技术中的纳米技术；合理利用能源和开发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、医药产业中的纳米材料和技术等。
我国发展纳米材料和技术要坚持以市场为导向，注意纳米技术和现有高科技和传统技术相结合。从事纳米研究和开发的科技人员要和其他专业人员相结合，也要与企业家相结合；企业家是纳米科技成果产业化的主力，科技人员起先导的作用；要选准目标、切入点和突破口，缩短纳米科技成果转化的周期；要注意知识产权的保护，鼓励申请发明ZL，特别重视申请国外的发明ZL；建议各级政府设立纳米科技研究的快速反应基金和纳米产业发展的风险投资基金。
我国对纳米科技的重要性已有较高的认识，并给予了一定的支持。国家科技部、国家自然科学基金委员会、ZG科学院等部门从“八五” “九五”开始就设立了攀登计划项目和相关的ZD、重大项目，去年科技部又启动了有关纳米材料的国家ZD基础研究项目。我国通过这些项目对纳米科技领域资助的总经费大约相当于700万美元，与发达国家相比，投入经费相差很大。
据不完全统计，从1991年到2000年的十年中，共资助9200多万元，在纳米材料的合成与制备、性能与表征、测试新技术和理论、系统组装和器件以及微机电系统等方面取得了一批基础研究成果。
进入“十五”计划之后，纳米科技呈现出快速发展的势头，基金委按照国家纳米科技发展纲要的要求，进一步加大投入，在2001到2003三年内投入了1.96亿元，资助了800个项目。下面的示意图是13年来自然科学基金支持纳米科技项目的经费数量和项目数量的初步统计情况，实际资助的数量还要高于这个统计数字。

资助纳米项目数[点击放大] 资助纳米经费数[点击放大]

其中863计划中涉及的纳米科技项目投资
（1）专项布局：
国家拨款：2亿元 已安排：102个课题，国拨1.52亿元
diyi批：63个课题 国拨 1.09亿元 自 筹 3.78亿元
第二批：39个课题 国拨 0.43亿元 自 筹 1.59亿元
（2）攻关项目布局
国家拨款：9200万元 前三年安排：19个课题
国拨5200万元，地方政府配套和自筹 29500万元
人员投入600余人/年
我国的纳米科技研究，特别是在纳米材料方面取得重要的进展，并引起了国际上的关注。1995年，德国科技部对各国在纳米技术方面的相对lingxian程度的分析中，我国在纳米材料方面与法国同列第五等级，前四个等级为 日本、德国、美国、英国和北欧。从受资助项目来看，我国的研究力量主要集中在纳米材料的合成和制备，扫描探针显微学，分子电子学以及极少数纳米技术的应用等方面。但由于条件所限，研究工作只能集中在硬件条件要求不太高的一些领域。虽然我国科学家在纳米碳管、纳米材料的若干领域已取得一些很出色的研究成果，但国家在纳米科技领域的总体水平与美、日、欧相比，差距还是很大的，尤其是在纳米器件方面差距更为明显。
目前，我国拥有一支比较精干的纳米科技研究队伍，他们主要集中在ZG科学院的有关研究所，北京大学、清华大学、ZG科技大学、南京大学、复旦大学等国内一批知名高校。为集中本系统内的纳米研究的主要力量，北京大学和ZG科学院还相继成立了各自的纳米科技研究ZX。
2000年10月11日，ZG共产党ZY十五届五中全会通过《中共ZY关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议》，明确提出了将新材料和纳米科学的进展作为“十五”规划中科技进步和创新的重要任务。这为我国21世纪初纳米科技的快速发展奠定了重要的基础。
发展我国纳米科技的重要意义在于：首先，纳米科技将在21世纪对我们的社会、经济以及国家安全产生重大影响。具有知识经济时代特征的21世纪，将是生命科技和信息科技高速发展和广泛应用的时代。而纳米科学和技术将促进包括生命科技、信息科技在内的几乎所有技术的飞速发展。西方发达国家对此正在积极筹划，以期达到知识垄断。目前西方的国家和企业已将纳米核心技术列为的国家机密和商业机密，严格限制对我国的出口。其次，发展纳米科技将极大提高我国的科技竞争力。纳米科技兴起于20世纪80年代初，对于世界各国来说，都属全新的科技领域，尽管我国与发达国家尚有不小差距，但我们在纳米材料领域基本与国际先进水平保持同步，只要措施得当，我们完全有可能赶上发达国家的步伐。第三，纳米科技将促进我国传统产业的改造。由于现实的纳米科技，尤其是纳米材料在改造传统产业方面所表现的投入少、见效快、市场前景广阔等特点，在以传统产业为主的我国企业内比较容易推广。因此，纳米科技的应用已得到我国企业界的广泛响应，这为纳米科技在ZG发展奠定了重要的动力基础。目前，我国涉及纳米科技的企业已有102家。为增强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，保障我国未来的可持续发展和国家安全，必须大力加强纳米科技的研发工作，动员多学科、跨部门和跨行业的力量参加到这一领域中来。
我国纳米科技存在的主要的问题主要表现在多学科交叉融合程度不够、缺乏重要的实验设施、基础研究薄弱、信息交流少。为克服和解决这些问题，使我国能够抓住机遇，迎头赶上，特建议：

(1) 应在国家层次上确定我国纳米科技的发展战略，制订我国的纳米科技发展的近期、中长期规划；兼顾基础研究、应用研究和开发研究的协调发展，推动科技成果产业化，协助有关部门尽快制定与纳米科技相关的产品技术标准。
(2) 成立的“纳米科技专家咨询小组”。协助政府做好我国纳米科技战略的制订和研究开发工作。
(3) 成立国家纳米科技研究和工程ZX，集中投人能够为纳米科技的发展提供服务的技术平台，并组织协调科研机构、大学、国家实验室、产业界的共同参与。
(4) 坚持“有所为，有所不为”的方针，发挥优势，突出特色。要加强研究基地的建设，改善基础设施条件，增加科技专项的投入，同时要十分重视知识产权的保护。目前我国的纳米研究应主要集中在创造和制备优异性能的纳米材料，设计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等领域。纳米材料是纳米科技的基础，我国已有相当的基础。这方面的布局应更注重与产业化的结合，尤其是与传统产业结合，积极吸纳企业的参与和投入；纳米器件的研究水平和应用程度标志着一个国家纳米科技的总体水平，对信息产业及社会、经济、国防的关联度Z大，需要的投入也Z大。而我国在这方面投入Z少、基础薄弱，应积极组织力量，以明确的应用目的为目标，但在近20年内还是以基础研究和应用基础研究为主；纳米领域性质的探测、表征是纳米材料和纳米器件研究与发展的实验基础和必要条件，应在重视基础和应用研究的同时，兼顾与产业化的结合。
(5) 加强信息网络平台建设，促进国内外纳米科技的信息交流。
(6) 以国家纳米研究和工程ZX为载体，建立培养和吸引纳米科技人才。
纳米技术的应用

的诺贝尔奖获得者Feyneman在60年代就预言，如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，物体就能得到大量的异乎寻常的特性。他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，纳米技术被公认为是21世纪Z具有前途的科研领域。 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中长期未能解决的问题开辟了新途径。其应用主要体现在以下七方面：

在陶瓷领域的应用

随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中YZ晶粒长大的技术问题，则它将具有高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点。

在微电子学上的应用

纳米电子学立足于Z新的物理理论和Z先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理信息的能力，实现信息采集和处理能力的革命性突破，纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心。

在生物工程上的应用

虽然分子计算机目前只是处于理想阶段，但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质Z具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用，它将使单位体积物质的储存和信息处理能力提高上百万倍。 在光电领域的应用纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。Z近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊讶。 在化工领域的应用将纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中，则可以有效地遮蔽紫外线。将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中，可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩。纳米微粒还可用作导电涂料，用作印刷油墨，制作固体润滑剂等。 研究人员还发现，可以利用纳米碳管其独特的孔状结构，大的比表面（每克纳米碳管的表面积高达几百平方米）、较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。

在医学上的应用

科研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变ZL，以减少副作用等。另外，利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展，现在已用于临床动物实验，估计不久的将来即可服务于人类。 研究纳米技术在生命医学上的应用，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，获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊ZL。

在分子组装方面的应用

如何合成具有特定尺寸，并且粒度均匀分布无团聚的纳米材料，一直是科研工作者努力解决的问题。目前，纳米技术深入到了对单原子的操纵，通过利用软化学与主客体模板化学，超分子化学相结合的技术，正在成为组装与剪裁，实现分子手术的主要手段。 纳米技术作为一种Z具有市场应用潜力的新兴科学技术，其重要性毋庸质疑，许多发达国家都投入了大量资金进行研究，正如钱学森院士所预言的那样："纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。"