纳米科技大事记
新华网北京8月29日专电(记者李斌 沈路涛)1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德? 费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想;
70年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想,1974年,科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工;
1982年,科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜,为我们揭示一个可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用;
1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生;
1991年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点,诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等;
1993年,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“
中国”二字,标志着我国开始开始在国际纳米科技领域占有一席之地;
1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机;
1999年,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤,打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录;
到1999年,纳米技术逐步走向市场,全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元;
近年来,一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心,美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。
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纳米技术:真假、喜忧都参半
据统计,全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元,近年来科技的突飞猛进,正使梦幻一般的纳米时代提前到来。很多未来学家甚至乐观地预计,纳米技术在今后二三十年内将从根本上改变了人类的处境。预测表明,到2010年,全球纳米技术创造的年产值将在14400亿美元,相当于目前法国一年的GDP。这无疑是一个诱人的“超级蛋糕”。
近期国内纳米热的兴起令人喜忧参半。喜的是:此举具有一定的科普效应,全社会对“纳米”逐渐有了初步的认识,这将有助于纳米科研发展和最终实现产业化;忧的是:纳米热中难免鱼目混珠,某种程度上确实存在一些“纳米泡沫”。
纳米技术:前景令人欣喜
毋庸置疑,纳米科技是一项革命性的技术,因为在纳米这样十亿分之一米的微观尺度上,我们周围的物质确实产生了许多令人难以想象的效应,将给我们生活的方方面面产生深刻的影响。
现阶段,纳米技术已在衣食住行各个领域初露端倪,纳米材料更是“先行官”。目前这一领域的开发应用主要是利用纳米颗粒的特殊性能,像纳米微粒抗菌性能、防紫外线功能、防静电功能等等,此外还有将材料表面纳米化,提高材料强度的功能;把纳米材料的这些性能应用于日常用品中,从而改变和提高产品性能,给我们的生活带来变化。而这些均属于纳米材料最表面化的一些特性,容易被人们所认识,也容易为人类所用。
无论国内还是国际,纳米都是一门前瞻性、战略性、基础性的科技,目前仍集中在基础研究方面。纳米技术留给我们巨大的研究空间,包括使芯片和磁盘发生质的变化的纳米电子学、使机械尺度达到纳米量级的纳米机械学、开发自然界未知的拳型材料的纳米材料学等等。
产业化:前面的路还长
虽然90年代初科学家已经成功搬动原子,但离自如操纵原子还很远。像基因组技术一样,纳米技术还有很长的路要走。“我们必须冷静客观地对待纳米科技。”中科院副院长、纳米研究首席科学家白春礼院士说:“尽管纳米技术已经走入百姓的生活,但是纳米技术要像信息技术一样产生广泛而又深刻的影响,那将是二三十年以后的事情。”
即使是那些较为成熟的纳米技术,离产业化开发还有一段艰难的路要走,纳米技术的应用还要有一个认识过程以及产品的升级配套问题。像目前国内有一家生产纳米材料的生产线,因为产品的应用市场狭小,如今仍难以实
现盈利。深圳安信纳科技控股公司日前与中科院、香港大学等合作共同研究纳米技术在医学的临床应用,安信由此成为世界上首家将纳米材料运用于生物医药工程的企业,随着其产品投入市场并成为国内少数几家将纳米技术产业化的企业。
安信公司总经理陈振明认为,纳米技术产业化首要的是高投入,安信纳米抗菌新材的成果转化,前期已扔进了300万美元,今后一年投入1000万美元肯定做不下来,光把第一批产品拿到美国申请FDA就得250万美元。为解决资金问题,安信现在正和两家香港的上市公司和创业基金洽谈,两周之内相信还会有多家公司前来谈判入股计划。
“纳米技术产业化过程不是瞬间就可以完成的,”陈振明说,“它需要走多行业结成科技联盟通力协作的道路。如果不能打破行业、领域的研究界限,那么,纳米技术产业化的堡垒将很难被攻破。
安信现在设想是:在每一个有可能应用纳米抗菌新材料的行业里,都找上前三名的大企业来谈合作。用成型的纳米技术为这些企业的产品增值,同时利用这些强大的生产基地和销售网络进行规模生产和市场推广,获取回报。
这种“新材料与旧经济结合”的合作,陈设想采取两种方式:对那些确实具有战略性价值的行业,要不惜一切出资控股办实体;而对没有那么多精力关注的产业,可以采取卖材料作价,收取商标专用权和材料费的方式,以高科技材料供应商的角色涉猎这些行业。
纳米未来:喜忧参半
对于企业的参与,科技界也是喜忧参半。纳米技术研究需要社会的投入。在美国,纳米方面所有投资远远超过政府的投入。随着我国科研机构的改制,纳米研究也更需要企业的投入。但是,对于市场上一些企业误解纳米技术,盲目投资,或借机炒作“纳米”概念推广产品,误导消费者,出现了所谓的“伪纳米”现象,这对纳米技术今后的发展有害无利。纳米高科技发展需要呵护,挤掉“伪纳米”的水分,为今后真正纳米技术走向市场创造条件,才真正有助于中国的纳米技术在国际上占有一席之地。而任何的概念炒作,都只会打破正常的规范秩序,使真正的纳米技术和产业失去了生存空间。
面对纳米技术的未来,当前最需要做的是,是全面评估纳米技术对我国科技和经济发展的意义,从全局和战略的高度把握纳米技术发展趋势,在研究和产业上加以布局。美国将从2000年10月1日起实施一项新的国家计划————国家纳米技术计划,并把其作为政府当前科技研究与开发的第一优先计划。美国政府在2001年预算中用于纳米技术研究与开发的经费将高达4?95亿美元,增幅几乎是翻了一番。
中科院将在3年内投入2500万元用于纳米科技的研究。
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新世纪的新材料——纳米材料
纳米材料是80年代初发展起来的新材料领域,它具有奇特的性能和广阔的应用前景,被誉为跨世纪的新材料,引起了科学界和企业界的极大关注。一些国家政府高度重视纳米材料,先后将其列入美国的“星球大战”、欧洲的“尤里卡”及日本的“高技术探索研究”等高技术研究计划,发展迅速。我国也及时地编制“863”计划,对其进行跟踪和研究开发,国家火炬计划重点支持研究成果向生产力的转化,使纳米材料的研究开发取得了可喜的进展。
纳米材料的发现者是著名的美国物理学家,两次诺贝尔奖金获得者RichardFeynmen。他在60年代曾经预言:如果我们能控制物体微小规模上的排序,将获得很多具有特殊性能的物质。
1984年,Glecter采用气体冷凝方法,制备成功铁纳米微粉。随后,美国、德国和日本科学家先后制成多种纳米材料粉末及烧结块体材料,开始了纳米材料及技术的研究时代。
为了总结和交流纳米材料的研究成果,推动纳米技术的发展,1990年在美国召开了“第一届纳米科学与技术讨论会”,这是纳米材料发展的一个里程碑。以后,各国科学家积极参与了对纳米材料物理和化学性能的研究,不断地发现纳米材料的特殊性能,引起各国科学家和政府的关注,特别是工业化国家给予专款支持,使纳米材料的性能开发、制备技术和实际应用得到了迅速发展。
纳米材料是指物质的颗粒尺寸<100nm的超微粉末,它的比表面积很大,晶界处的原子数比率高达15%—50%,纳米材料的结构是有序排列还是无序排列还在研究讨论。一些科学家认为,纳米材料不同于晶态与非晶态,是物质的第三态固体材料,其种类很多,可分为金属、陶瓷、有机与无机、复合纳米材料等。
纳米材料的特殊性能由于纳米材料的特殊结构,使之产生四大效应,即小尺寸效应、量子效应(含宏观量子隧道效应)、表面效应和界面效应,从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能。如TiO2纳米材料具有奇特韧性,在180℃经受弯曲不断裂;CaF2纳米材料在80—180℃温度下,塑性提高100%。
英国著名的材料专家Cahn称:这是解决陶瓷脆性的战略性突破,使材料科学家们奋斗了近一个世纪的梦想成真。纳米金属的熔点比普通金属低几百度;气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千倍;纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁性材料提高10倍;纳米复合材料对光的反射度极低,但对电磁波的吸收性能极强,是隐形技术的突破;纳米材料颗粒与生物细胞结合力很强,为人造骨质的应用拓宽了途径。
纳米材料的制造方法纳米材料的制造方法比较多,一些制取超细微粉的方法可以用来制纳米微粒。但是,高效率低成本获取优质纳米材料的技术,仍然是各国科学家研究的重点。目前,已经报道的工艺方法主要是以下几种:物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金熔合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。
纳米材料标志着人们对材料性能的发掘达到了新的高度,这项技术大范围地改造了传统材料,又源源不断地创造出新的材料,开辟了广阔的应用领域。
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决战纳米时代--记高科技领域的一场世界性角逐
日前,我国科学家在各国同行中脱颖而出,在世界上首次直接发现纳米金属的“奇异”性能——室温下的超塑性:纳米铜“能屈能伸”达50多倍而“不折不挠”……新世纪来临之际,一场悄无声息的“战争”早已在纳米领域拉开序幕。
一纳米是一米的十亿分之一。自从扫描隧道显微镜发明后,世界上便诞生了一门以0. 1至100纳米这样的尺度为研究对象的前沿学科,这就是纳米科技。纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界,它的最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。
从九十年代初起,纳米科技得到迅速发展,新名词、新概念不断涌现,像纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学等等。
科学家预言,纳米时代的到来不会很久,它在未来的应用将远远超过计算机工业,并成为未来信息时代的核心。正如我国著名科学家钱学森所说的那样,纳米将会带来一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。
科学家为我们勾勒了一幅若干年后的蓝图:纳米电子学将使量子元件代替微电子器件,巨型计算机就能装入口袋里;通过纳米化,易碎的陶瓷可以变成韧性的,成为一种重要材料;世界上还将出现1微米以下的机器甚至机器人;纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径,对基因进行定点等。
以微电子技术为代表的微米科技,曾经并且正在对世界产生深远的影响。比微米更深入微观世界的纳米将使人类进一步掌握物质的规律,掌握改造微观世界的武器。
目前,纳米技术广泛应用于光学、医药、半导体、信息通讯,一年的营业额已经达到500亿美元。有预测说,到2010年,纳米技术的市场容量将达14400亿美元。于细微处见神奇,知微见著的纳米科技将彻底改变目前的产业结构,并且孕育着巨大的商机。
从大西洋到太平洋,从日本到欧洲,一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米技术战略高地。最近日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新5年科技基本计划的研究开发重点;德国也把纳米技术列为下世纪科研创新的战略领域,19家研究机构专门建立纳米技术研究网;美国更是将纳米计划视为下一次工业革命的核心,仅美国政府部门在纳米科技基础研究方面的投资,就将从1997年的1亿多美元增加到2001年的近5亿美元,试图像微电子那样在这一领域独占老大地位。一时间,“纳米热”遍及全球。
环球同此凉热,纳米科技在我国也逐渐受到重视。早在纳米科技兴起之时,中科院就紧跟国际水平,用原子“写”出了“中国”和中国地图。近年来,科技部、中国科学院和国家自然科学基金委等部门纷纷在立项和资金上对纳米研究给予支持。
从在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体,到合成了世界上最长的“超级纤维”碳纳米管,从组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针,到合成出高质量的储氢碳纳米材料……我国科学家纷纷联手,在这一最活跃的前沿科学领域里勇敢搏击,不仅建立了几个纳米材料研究基地,而且取得了一系列令世界为之瞩目的成绩,奠定了我国在这一领域的世界领先地位。
为进一步提高在纳米领域的竞争力,中国科学院在知识创新试点工程中,将纳米材料的研究和开发列入首批20个重大项目之一,并投入2000多万元予以强力支持,纳米研究的专门机构——中国科学院纳米科技研究与发展中心也在筹建之中。而作为国家科技主管部门,科技部去年就启动了有关纳米材料的国家重点基础研究项目。
迄今为止,我国已经建立10多条纳米材料和技术的生产线,纳米复合塑料、橡胶和纤维的改性、纳米功能涂层材料的设计和应用、纳米材料在能源和环保等方面的应用开发已在我国兴起。以纳米材料和纳米技术注册的公司达到近100个,企业家对纳米材料和技术的关注,为纳米技术产业的形成注入了新的活力。
纳米热中也有冷思考。中科院副院长白春礼说:“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,但我国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。”
面对未来,中国科学家充满使命感和紧迫感。“纳米材料的应用和开发,提供了一个千载难逢的大好时机,机不可失,时不再来,我们必须紧紧抓住这次机遇。”国家重点基础研究纳米项目的首席科学家张立德研究员说。
面对这场世界性的跨世纪角逐,科学家发出呼吁,我们不能再像微电子技术那样落后他国,应在国家层次上确定纳米科技发展战略,制定我国的纳米科技发展计划。应该坚持“有所为,有所不为”的原则,突出重点,强化支持,并兼顾基础研究、应用研究和开发研究的协调发展。
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我国纳米研究再创世界第一
放大百万倍的显微图片清晰地将一个常人难以想象的微观世界展现在人们面前:纳米级的有机薄膜材料上,一个个直径仅有0.6纳米的信息存储点犹如兵马俑一样井然有序、整齐划一……
不久前,我国科学家研制出迄今世界上信息存储密度最高的有机材料,从而在超高密度信息存储研究上再创“世界之最”,保持了从1996年起就占据的国际领先地位。
一纳米是十亿分之一米。0.6纳米的直径意味着信息存储的密度可达每平方厘米10的14次方比特(信息存储基本单位),其信息容量比现有光盘高100万倍。按照这一密度,可将美国国会图书馆的所有信息存放在一块方糖大的盘上。
信息存储、传输和处理将是提高社会整体发展水平最重要的保障条件之一,也是世界各国高技术竞争的焦点之一。
目前,各发达国家都已投入大量人力、财力开展超高密度、超快速数据存储技术的研究。但即使是目前国际最好水平,信息存储点的直径也仅有6纳米,和我国相比落后了一个数量级。
“这项技术要做到商品化、产业化还需要15年左右的时间。”中国科学院物理研究所高鸿钧研究员介绍说,“我们仍将继续寻找更为合适的材料,像硅那样对电子技术产生革命性影响。”据悉,我国科学家的有关成果有望被用来进一步研究纳米器件。