納米技術論文匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇納米技術論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2納米技術在焊接領域的應用

2．1在焊接材料中的應用

2．1．1在焊絲涂層中的應用。為了讓焊絲暴露在空氣環(huán)境下不至于生銹氧化，人們往往會對焊絲表面進行一些處理，如最常見的就是在焊絲表面鍍上一層銅粉，用以保護焊絲和延長焊絲的使用壽命。但這樣做的副作用卻是使表面經(jīng)常會出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象。隨著科技的發(fā)展，對原材料的強度提出了越來越高的要求，而焊縫中的Cu元素對焊縫強度無益，反而被指會削弱焊縫的性能和材料強度。因此，在現(xiàn)階段實際應用中，高強度鋼焊絲則不再鍍銅，而這樣就對焊絲材料的表面處理工藝提出了新的要求，需要運用一種新的材料去做焊絲涂層。而近來，國內(nèi)著名學府天津大學，就運用了納米技術和現(xiàn)代金屬表面工程技術相結(jié)合的方法，采用特殊工藝對焊絲表面進行了處理，形成了一層非常薄的保護膜，從根本上解決了焊絲制造業(yè)傳統(tǒng)鍍銅防銹帶來的問題，對焊絲保護起到了非常好的作用。

2．1．2在焊條藥皮中添加納米材料。在焊接工藝里，焊條藥皮的制造是至關重要的一環(huán)，它擔負著造渣、穩(wěn)弧、脫氧、造氣等多重使命，更要向焊縫過渡合金元素。為了保證焊條有良好的性能和精良的制作工藝，通常要在藥皮中要加入共計十多種材料糅合而成各種組成物?，F(xiàn)今在制作原料中加入納米材料，而納米材料本身有著較強的體積效應和表面效應，能使熔滴和焊條藥皮的接觸面積大大增大，并使相互的化學反應速度加快，在焊接冶金等反應過程中，有助于反應過渡有益合金元素，同時減少雜質(zhì)。同時，在焊縫的制作過程中添加納米材料元素過渡到焊縫，可以使得焊縫中的有益元素分布發(fā)生改變，通過對焊縫內(nèi)部組織的調(diào)整，從而使其性能更加優(yōu)異。

2．1．3在焊劑制造中的應用。由于用燒結(jié)焊劑在燒結(jié)過程溫度要求不高，且會使合金元素損耗較少，最重要的是燒結(jié)焊劑的成分簡單比較容易控制，因此，和傳統(tǒng)的熔煉焊劑相比，前者正代替后者成為焊接時的必備工具。但燒結(jié)焊劑的使用仍要耗費很多的能源，因為其燒結(jié)溫度一般在400℃～1000℃之間，并且，焊劑中重要的組成部分，如碳酸鋰達到了一定高溫的條件下，會產(chǎn)生化學分解，使該焊劑性能減弱乃至失靈。與此不同，納米材料各組成物，得益于納米材料充足的活性，在燒結(jié)過程中用時更短，能耗更低，在低溫情況下也可以燒結(jié)而不至于產(chǎn)生材料分解現(xiàn)象。

2．2在焊接結(jié)構(gòu)中的應用

2．2．1改善接頭組織不均勻性。不同焊接接頭的性能差異，主要是由于熱影響區(qū)、焊縫之間的微粒組織不均勻性引起的，解決方法通常是表面納米化處理，這樣就可以使內(nèi)部組織均勻，使接頭表面晶粒大小基本一致。通過高能噴丸納米化技術的處理，表層原始組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，有截然不同的3個區(qū)域形成了等軸狀納米晶的形狀，且微粒之間尺寸均勻。

2．2．2提高焊接接頭的抗磨損性能，延長工件使用壽命。在焊接接頭的表面，經(jīng)納米化處理的比不經(jīng)納米化處理的對比件材料硬度更大，晶粒更小。因此，經(jīng)納米化處理的工件更為耐磨，實際使用壽命更長。

2．2．3提高焊接接頭疲勞壽命。運用納米化處理，如超聲速微粒轟擊等表面機械加工處理，可以轉(zhuǎn)化接頭工件表層的殘余拉伸應力，使之變?yōu)闅堄鄩簯?，這樣相比起未經(jīng)該方法加工的工件裂紋發(fā)生率會減少，焊接接頭的疲勞壽命得到延長。

2．2．4改善接頭抗應力腐蝕性能。接頭工件本身所具有的殘余拉應力，會使接頭更容易被腐蝕。但若經(jīng)過米化處理，即會使晶粒比以前更細小，加之所產(chǎn)生的壓應力協(xié)同作用，將會使接頭抗腐蝕能力更強。但必須看到，當壓應力超過一定限度，比如超過接頭材料本身的屈服強度，就會產(chǎn)生不良后果，如發(fā)生塑性變形，進而在表層一些硬度較高的地方產(chǎn)生裂痕，這樣就會使材料的抗腐蝕應力反而降低，應該特別注意。

2．3難焊材料中的應用原子的短程擴散途徑和納米結(jié)構(gòu)也有關系，在納米材料中我們會看見有很多界面，因此，保證了該種材料擴散時能保持較高的速度。相比于普通材料，納米材料熔點低，明顯更容易熔化，正因為這一點，一些在高溫形成的穩(wěn)定或介穩(wěn)相可以存在于低溫環(huán)境，也可以降低高熔點材料燒結(jié)溫度。

2．4其他方面的應用納米技術和材料在很多方面和領域都應用廣泛，如納米材料應用在元器件的制造上，能提高芯片的集成程度，使電子元件更小更便攜；納米材料應用在焊接設備，能使設備體積更小，容量更大；相比起其他材料，采用納米材料加工而成的傳感器，比普通傳感器更加靈敏，精度更高更精密，能準確控制焊接參數(shù)，使焊接產(chǎn)品質(zhì)量更好；尤其是采用納米材料加工的導電嘴比普通導電嘴更耐磨，更耐腐蝕，被廣泛應用在高強度焊絲的大電流焊接等眾多工序和領域。

篇（2）

2納米技術在環(huán)境污染防治中的應用探討

2.1在汽車尾氣凈化方面的應用

在目前汽車尾氣處理方面，三效汽車尾氣催化轉(zhuǎn)換器運用得最為廣泛，而遺憾的是，盡管其在汽車尾氣處理方面發(fā)揮一定的作用，但其在汽車尾氣處理方面也存在著諸多缺陷與不足。例如，這種催化轉(zhuǎn)換器在使用時對燃油及發(fā)動機的設計有著較為嚴苛的要求；此外，隨著貴金屬價格的上漲，這種催化轉(zhuǎn)換器的價格也將進一步上漲，這無疑將會在一定程度上提高廠家的生產(chǎn)成本，進而給廠家?guī)硪欢ǖ膲毫Γ蛔詈螅@種貴金屬轉(zhuǎn)換器的使用也將會對環(huán)境造成一定的污染，進而給環(huán)境帶來更大的壓力。而要使這種狀況得到進一步的改善，我們可以選用通過納米技術研發(fā)的復合稀土化合物粉體作用凈化汽車尾氣的催化劑。這種納米粉體較強的氧化還原性能不僅可以更為徹底地解決汽車尾氣排放中有害氣體對空氣環(huán)境的污染，同時其在氧化有害氣體的同時還能對這些有害氣體進行還原，使之最終轉(zhuǎn)化成對環(huán)境無害的相關氣體再進行排放。另外，與其他催化劑相比，納米粉體這種催化劑的吸附能力更強。

2.2在燃料脫硫方面的應用

燃料油使用過程中所產(chǎn)生的二氧化硫一直都是造成環(huán)境污染的重要因素之一，這些二氧化硫的排放主要來源于燃料油中的含硫化合物。為此，要進一步降低燃料使用過程中二氧化硫的排放量，在石油的提煉過程中我們就應采取一定的措施來降低其含硫比例和數(shù)量。而運用納米技術研制出的納米鈦酸鋅等粉體就可以在很大程度上實現(xiàn)脫硫的目的，可以說，這種粉體是一種較好的石油脫硫催化劑。經(jīng)過這種納米粉體的催化作用，燃料油中硫含量將不超過百分之零點零一，也就是說，經(jīng)過納米粉體的催化作用之后，燃料油中硫含量將符合相關國際標準。此外，在煤使用過程中，如果其得不到充分的燃燒，不僅會在一定程度上造成資源的浪費，同時還會產(chǎn)生二氧化硫等有害氣體，進而造成空氣環(huán)境的污染，而如果在煤燃燒過程中加入相應的納米助燃催化劑就可以在很大程度上改善這種現(xiàn)狀。

2.3在室內(nèi)空氣凈化方面的應用

隨著房屋裝飾的蓬勃發(fā)展，室內(nèi)涂料及油漆的用量越來越多，室內(nèi)污染也隨之越來越嚴重。為此，近年來，室內(nèi)污染越來越受到人們的關注及重視。有關調(diào)查及研究證實，剛裝修過的房屋內(nèi)的有機物含量遠遠超過室外有機物含量，更有甚者超過工業(yè)區(qū)有機物的含量，而這些有機物含量大多數(shù)都會對人體造成一定的傷害，甚至一些有機物可能引發(fā)癌癥的產(chǎn)生。而運用納米技術研發(fā)的合成稀土光催化劑在降解這些有害物質(zhì)方面則有著較為突出的表現(xiàn)，這其中有些納米光催化劑可以使有害物質(zhì)的降解程度達到百分之百。這種納米光催化劑的運用原理主要是在光照環(huán)境下通過對室內(nèi)有害物質(zhì)的有效分解進而達到去除有害氣體、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的效果與目的。此外，這種納米光催化劑的運用不僅可以在保持原有大氣狀態(tài)的前提下去除掉空氣所含有的有害物質(zhì)，同時還可以在一定程度上使得室內(nèi)空氣中的含氧量得到一定的提升。

2.4在凈化水方面的應用

納濾技術作為在環(huán)境污染水處理中一種較為成熟的技術，其在凈化水方面發(fā)揮著不可替代的作用和功效。納濾膜因其分離時所達到的滲透壓低于發(fā)滲透膜，又被稱為低壓反滲透。納濾膜使用的優(yōu)點主要表現(xiàn)在其能夠?qū)Υ蠓肿佑袡C物和多價離子進行有效截留，同時實現(xiàn)小分子有機物和單價離子的順利通過，這一特性主要得益于其膜表面或膜中間含有一定量的帶電基團，進而使得其在某種程度上具備了荷電膜的相關特性。納濾膜這些鮮明的特性使其在污水處理中具備了不可多得的優(yōu)勢，為此，其在工業(yè)污水處理中一直發(fā)揮著重要的作用，可以說，納濾膜的研制及使用為環(huán)境污染的治理做出了突出的貢獻。

2.5在固體廢棄物處理方面的應用

與傳統(tǒng)固體廢棄物污染處理相比，納米技術在固體廢棄物處理方面的優(yōu)勢顯而易見。首先，就分解速度而言，納米處理劑對于固體廢棄物的降解更為迅速，也就是說，運用納米處理劑對固體廢棄物進行分解將更加節(jié)約時間。有關實驗證明，一些納米材料降解固體廢棄物的速度可以達到傳統(tǒng)材料降解固體廢棄物速度的十倍，由此可想而知納米材料在固體廢棄物分解方面的巨大優(yōu)勢。此外，運用納米技術不僅可以將一些固體廢棄物的雜質(zhì)除去，同時還可以將其轉(zhuǎn)換為一些可重復和循環(huán)利用的較細粉末。為此可以說，納米技術在改善固體廢棄物給環(huán)境造成污染方面發(fā)揮著積極的作用。

2.6在控制噪聲方面的應用

盡管噪聲污染一直不被人們所重視，但有關研究證明，一定的噪聲污染將會在很大程度上給人體造成一定的傷害，更為嚴重地，甚至導致死亡現(xiàn)象。依據(jù)噪聲污染的來源，我們可以運用納米技術降低機械設備在運轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的摩擦及撞擊聲。具體而言，我們可以通過對納米劑的研制及運用使得相關機械設備的表面形成一種較為光滑的保護膜，在機械設備進行運轉(zhuǎn)時發(fā)揮一定的作用，進而使得相應的摩擦系數(shù)進一步降低，從而達到減少摩擦力、降低噪音的目的，同時還使得相應機械設備的使用壽命在某種程度上進一步延長。

篇（3）

2納米技術在機械中的應用

隨著現(xiàn)代的機械制造業(yè)大力發(fā)展，納米的加工技術包含的方面也越來越廣泛，越來越受到各國的關注。微型機械的納米加工技術總體可以歸結(jié)為以下幾個方面：第一，微加工技術，此項技術對于環(huán)境的要求較高，需要較為清潔的環(huán)境，主要是微型機械的零件刻蝕技術上的應用。第二，控制方面，比如微型傳感器的應用，驅(qū)動器和控制器在傳感器的作用下，可以協(xié)調(diào)的進行工作。第三，微裝配技術，這項技術主要是把微型機械所用到的微型機構(gòu)、微型執(zhí)行機構(gòu)等結(jié)合起來，成為一個有機的整體。下面是一些納米技術在機械應用方面的例子。無摩擦微型納米軸承最新的世界納米技術成果是美國科學家研究出的接近無摩擦的納米軸承，它的直徑僅為頭發(fā)的直徑大小。這種新技術下的軸承在進行使用時基本上實現(xiàn)了無磨損和無撕裂，這將被投入到微型裝置的原件使用中。微型機械本身的尺寸就相當于頭發(fā)的直徑，而納米幾點系統(tǒng)的尺寸更小，接近1nm，是普通微型機械的千分之一。在微型的機電中摩擦問題是一大難題，新型的納米軸承基本上解決了這一難題，達到了最小摩擦的極限。納米陶瓷刀具我國某工業(yè)大學材料學院就完成了我國地方重大的納米項目，研究出了金屬陶瓷刀具的制作技術，并且這一技術已經(jīng)通過認定，這將是一項利用納米技術進行材料制作的新標志。納米磁性液體密封磁性液體是一種新型的材料，它同時具有磁性和流動性，是世界上很多發(fā)達國家目前使用較多的一種密封技術.普通的材料根本無法達到同時具有這兩種性質(zhì)。這種新型的材料滿足了一些高硬度物料超細粉體的密封要求，在密封時利用磁場將磁性的液體固定在要密封處，此時就會形成一個磁液圈，這樣不僅使得污染和浪費都減少了，還提高了效率。

3納米材料在閥片上的應用

我國中科院上海硅酸鹽研究所同上海電瓷廠共同研究出的特殊功能的閥片，主要應用于功能陶瓷材料中，這里可以提高閥片的絕緣強度，也即提高了閥片大電流耐受力。這也是我國納米技術的一項在機械方面的應用。納米發(fā)動機材料納米復合氧化鋯是納米材料中應用于工業(yè)方面比較成功的材料之一。納米復合鋯材料能夠?qū)崿F(xiàn)導氧及儲氧的功能，同時它的耐高溫性也很強，主要被應用到最新的汽車發(fā)動機及尾氣排放等的系統(tǒng)中。納米技術馬達納米技術馬達是由美國研制，在中國首次面世的一項納米技術。納米技術馬達體積很小，是傳統(tǒng)電磁馬達的0.05倍，長度是平常使用火柴的3/4，負載能力是4kg以上，與傳統(tǒng)的馬達相比，壽命也高了很多。主要用在玩具和汽車的一些電動設施中。納米燃油裝置我國的專家成功的研制出具有世界先進技術水平的納米燃油裝置。這種裝置與傳統(tǒng)的裝置相比，燃油更加充分。主要應用到了極地車輛中。納米劑技術的產(chǎn)生很好地解決了摩擦和機械磨損。納米劑的發(fā)明使得很大一部分零件不再需要頻繁的更換，同時這些機械的使用壽命有了很大程度的提高。

4納米技術在機械應用中的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的機械工程相比，納米技術在機械應用中體現(xiàn)出了很多方面的優(yōu)勢，在不斷的發(fā)展中獲得了明顯的成果。納米技術的尺寸效應優(yōu)勢納米技術使傳統(tǒng)的一些使用部件的尺寸縮小了很多，將過去的毫米級別的進化到了納米級別。納米技術在機械應用中，降低了機械體積，這也促進機械方面形成一種心動的機械：微型機械。微型機械不僅僅是在尺寸上減小了很多，在微機構(gòu)、微驅(qū)動器、微能源以及微傳感器等裝置都有了改進，形成了一整套微型機電系統(tǒng)。這些微型機電構(gòu)置都是納米技術的研究成果。這種技術遠遠超出了傳統(tǒng)機械的范疇，是現(xiàn)代的一種創(chuàng)新思維下的科技納米技術成果。納米技術的多元化應用納米材料的特殊性，使得納米技術的應用多元化。納米材料在納米技術下形成的產(chǎn)品，不僅形態(tài)更加微小，而且功能更加強大。對于傳統(tǒng)材料無法完成的功能，納米材料產(chǎn)品可以完成，而且還在不斷的發(fā)明出更多新型的材料。納米材料可以將微量元素融入到基礎材料當中，從而達到更好的功能效果。納米材料摩擦性能的提升納米技術在機械應用中最為突出的應用是解決機械摩擦的性能。再繼續(xù)額運動中，軸承間的摩擦是無法消除的。過去的軸承在使用當中摩擦問題是一個難題。當納米技術出現(xiàn)后，一方面使得各類機械結(jié)構(gòu)尺寸減小了很多，零件尺寸越小摩擦力的影響越大，如果摩擦力過大，那么更嚴重的還會磨損到零件，影響到正常的使用。但是納米技術也解決了這一問題，納米材料實現(xiàn)了機械的最小摩擦極限，達到了理想的運行狀態(tài)。納米技術節(jié)能效果納米技術不僅實現(xiàn)了體積上的減小、功能上的強大，還能實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能，真正實現(xiàn)了集功能、實用、環(huán)保于一體。隨著納米技術的不斷發(fā)展，很多新型的材料也被研發(fā)出來，這些新型的材料實現(xiàn)了材料的節(jié)約目標，所以傳統(tǒng)的機械工程中有些需求量較大的材料使用率大大降低了，對于原材料的節(jié)省，起到了很大的節(jié)約作用。

5納米加工技術與微型機械

納米加工技術的出現(xiàn)和不斷發(fā)展為微型機電系統(tǒng)的發(fā)展提供了條件，使微型機電系統(tǒng)進入了一個全新的領域。微型機械現(xiàn)在世界上的微型機械的研究已經(jīng)發(fā)展到了一個很高的水平，已經(jīng)能夠制造出很多類型的微型機構(gòu)和微型零部件。在三維的機械構(gòu)件上已經(jīng)有了很多研制品，比如微齒輪、微軸承、微彈簧等。其中微執(zhí)行器是相對較為復雜的微型器件，但是也研制出了微開關、微電動機、微泵等器件。微型機電系統(tǒng)微型機電系統(tǒng)就是相對比較復雜的機電系統(tǒng)，比如微型機器人，它可以用于搜集情報、竊聽等。微型機電系統(tǒng)在醫(yī)學上也有荷藕使用的意義，比如微型醫(yī)學機器人可以進入人體的血管進行一些操作?？傊@些微型機電系統(tǒng)越來越接近實用化，接近人的生活。在航空航天上微型機電系統(tǒng)也有很重要的使用，比如慣性儀表，它具有體積小，重量輕、精度高等優(yōu)點?，F(xiàn)在微型器件的發(fā)展也有了一定的應用水平，加上微電子的工業(yè)集成電路的經(jīng)驗可以應用到這個新的方面，所以縱觀各方面的技術和經(jīng)驗，現(xiàn)在MEMS的發(fā)展條件已具備。

篇（4）

二、納米光電子技術的發(fā)展

新時代的納米電子技術能夠快速的制作各種單電子存儲，同時還可以制作一些非常精巧完美的微電子機械以及電機械系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代納米技術的不斷進步與發(fā)展，集成電路也將成為一種比較先進的半導體器件，并成為了未來發(fā)展的新方向。如今的信息社會對于所有使用的集成電路具有的集成度的各種要求也逐漸增高，這就導致人們不斷突破尺寸具有的極限途徑。在新的社會形勢下，納米電子以及納米電子光技術應運而生，并成為了半導體科學以及各種工程研究的重要領先技術。光電子技術屬于電子技術以及光電子技術的結(jié)合體。二十世紀以后，光電子技術逐漸發(fā)展，并取得了一定的進步。將光電子技術以及納米技術巧妙的相互融合最終形成了納米光電子技術，成為了未來電子技術不斷發(fā)展的新領域。如今的二十一世紀，也為光電子技術以及納米光電子技術發(fā)展提供了新的機遇。

三、納米光電子各個器件的具體分類

3.1納米光電技術探測器

如今的納米光電技術探測器主要是利用納米光電子的基本材料進而不斷發(fā)展而來。這種微型的探測器主要由納米絲以及各種納米棒共同組成，例如，超高靈敏度紅外探測器等。

3.2納米發(fā)光器件

引進納米光電子的相關技術并利用納米光的基本材料，利用納米光刻技術，最終研制出新興的納米發(fā)光器件。主要有利用納米粒子等材料制作完成的一種硅發(fā)光二極管，使用各種納米尺寸制成的可以實現(xiàn)調(diào)諧的納米發(fā)光二極管。

3.3納米光子器件

納米量子機構(gòu)以及量子電路等各種集成技術都蘊含著非常深奧的研究內(nèi)容。例如，利用三維光電子自身的晶體天線，還可以利用光子晶體技術二極管，以及無損耗產(chǎn)生的光電波，光開關等，這些都屬于先進的納米光子器件，在量子保密通信中的各種重要的關鍵器件，都是利用納米光子器件完成的。

3.4納米顯示器

納米顯示器主要包括碳納米管顯示器，還有一種碳納米發(fā)生顯示器等。如今的納米電子學還有納米光子學以及先進的磁學微電子，自身具有的極限線寬都是70nm，這種先進的技術通過幾十年的研究就完成了。為了能夠在最短的時間內(nèi)完成新興的器件，使用單原子具體的操作方式成為重要的研究方向，并且，利用這種先進的技術能夠制成計算機，并且能夠有效的提升計算機自身的計算能力，甚至可以提高上千倍，但是需要使用的功率只有現(xiàn)在計算機的使用功率的百萬分之一。如果使用先進的納米磁學，計算機具體的信息存儲量甚至能夠達到上千倍。使用納米光電子能夠提升通信帶寬的上百倍。另外，除了以上介紹的各種器件，還可以從廣義上分析，納米器件還有分子電子器件，這種器件無論是在材料上還是在使用的原理上都與上述的半導體量子器件存在較大的差異。

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2納米催化電解技術主要影響因素

2.1電極

20世紀70年展起來的化學修飾電極，通過對電極表面進行修飾，將具有特定功能的分子、聚合物、納米材料等固定在電極表面，改變電極表面特性，使電極具有良好的電催化性能，并降低工作電位，促使有機物在發(fā)生電極析氧反應前氧化降解，并獲得良好的電極反應速率和更高效的電流輸出，減少副反應發(fā)生和降低運行能耗。在此基礎上發(fā)展起來的納米級催化劑涂層技術，是現(xiàn)階段比較有效的電極材料工藝。其擁有更低的工作電位和更高效的電流輸出，可減少副反應發(fā)生和降低運行能耗。

2.2電解質(zhì)

電解質(zhì)濃度增大，溶液導電能力增強，槽電壓降低，電壓效率提高；但濃度高到一定程度后，電壓效率的提高趨于平緩，增加藥劑成本，并會增大后續(xù)深度處理的難度。此外，部分電解質(zhì)如Na2SO4等惰性電解質(zhì)，電解過程中不參與反應，只起導電作用，電解效率的高低僅與其濃度有關；而類似NaCl等電解質(zhì)，在電解過程中不僅起導電作用，更參與電極反應，氯離子在陽極氧化，進而轉(zhuǎn)變成次氯酸。次氯酸是強氧化劑，不但可直接氧化有機物，而且還能阻止有機物（或中間產(chǎn)物）在電極表面吸附，從而避免降低電極活性。

2.3反應器結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在多采用三維電極結(jié)構(gòu)來代替二維電極結(jié)構(gòu)，以增加單元電解槽體積的電極面積，且由于每對陽極和陰極距離很小，傳質(zhì)非常容易，因此大大提高了電解效率和處理量。三維電極所用的填充材料主要有金屬粒子、鍍上金屬的玻璃球或塑料球、金屬氧化物、石墨和活性炭等。此外，溶液pH值、電解時間、電流密度、溶液的傳質(zhì)因素、待去除的有機污染物特性等其它條件也對電解效率有較大影響。因此，深入研究有機污染物在電極上的反應歷程，開發(fā)高效電極材料，確定最佳降解條件，對提高電解效率和降低處理費用是非常必要的。

3納米催化電解技術在廈門市政污水處理中的應用

根據(jù)NCE的特點，其應用主要有如下幾方面：

1）將尾水處理達到或接近飲用水標準，直接回用到日常生活中，即實現(xiàn)水資源循環(huán)利用。該方式適用于水資源極度缺乏的地區(qū)，但投資高，工藝復雜。

2）將尾水處理到非飲用水標準，不與人體直接接觸，如便器沖洗、地面和汽車清洗、綠化澆灑和消防用水等。該方式適用性好，易推廣。

3）將達到外排標準的工業(yè)污水進行再處理后循環(huán)利用，一般需增加膜處理裝置等使其達到軟化水水平。

4）應用于污水處理廠剩余污泥的前處理，從源頭減少污泥產(chǎn)量。目前，NCE在廈門市政污水處理中應用的典型案例有污水處理廠中水回用、尾水消毒和污泥減量處理等。

3.1中水回用作為道路沖洗水

1）現(xiàn)場場地較為狹?。?/p>

2）設施要求安全性高，運行維護簡單，可自動化運行；

3）確保尾水經(jīng)處理后含有一定余氯；

4）污染物濃度、色度進一步降低。對常見的尾水消毒工藝（紫外、加氯、二氧化氯、臭氧和電解消毒等）進行比選，結(jié)合尾水水質(zhì)和處理后出水水質(zhì)要求，確定采用納米催化電解+砂、碳過濾的處理工藝，設計并建設處理水量為300t/d的中水回用工程。其中，納米催化電解機外形尺寸H1485mm×W820mm×D530mm，采用三相交流380V供電，額定輸出直流電壓0~50V，額定輸出電流0~1000A，實際有效占地約10m2。電解機每個電解槽的電解容積約7.2L，電解停留時間一般控制在4s左右（根據(jù)實際進水量可進行調(diào)整），極板間距根據(jù)來水雜質(zhì)顆粒大小一般選擇間距為4mm，極板交叉分布。

3.2小型污水處理站尾水消毒

因廈門市本島機場北側(cè)工業(yè)區(qū)部分企業(yè)排放污水問題，擬在機場北側(cè)車輛拆檢定損中心北側(cè)建設臨時污水處理站，主要處理附近約1km2范圍內(nèi)產(chǎn)生的約30t/d污水。污水處理主體工藝采用一體式氧化溝，將傳統(tǒng)污水處理技術中的格柵、厭氧池、好氧池和沉淀池集成一體，大幅度減少用地面積；同時采用高效射流曝氣機，實現(xiàn)曝氣和推流；由于系統(tǒng)無內(nèi)、外回流，無復雜自動化控制系統(tǒng)，對運行人員要求低。在消毒工藝的選擇上，考慮到污水處理站無人值守或僅設置設備看守人員的現(xiàn)狀，確定采用運行管理簡單的納米催化電解消毒工藝，在提供消毒功能的同時，可適當降低出水色度和濁度，也方便銜接后續(xù)中水回用工程。該處理站設計規(guī)模為100t/d，占地約120m2，總投資約60萬元。污水處理工藝為一體式氧化溝+轉(zhuǎn)盤過濾+納米催化電解+超濾膜過濾，污水經(jīng)沉砂、隔油后提升進入籃式格柵，除去大于15mm固體垃圾后，進入一體式氧化溝，經(jīng)歷生物降解、過濾、電解消毒等處理過程，出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B排放標準，再根據(jù)去向選擇外排或超濾后作為中水回用。該項目中利用NCE去除污水色度、產(chǎn)生微氣泡去除濁度和產(chǎn)生強氧化性自由基實現(xiàn)消毒功能，相比常規(guī)加氯和紫外消毒工藝，無需補充化學藥劑，設備簡單易操作，運行穩(wěn)定。2012年11月項目運行以來，出水水質(zhì)指標中的糞大腸菌群值穩(wěn)定低于10000個/L。該項目運行能耗約1.10kWh/t，其中電解機能耗約0.09kWh/t，因本項目處理水量較小，電解機采用單電解槽，且在電壓、電流控制上進一步優(yōu)化，能耗較低。電解機實際輸出直流電壓約3V，輸出電流約150A。

3.3污水處理廠污泥處理減量

廈門前埔污水處理廠采用自主研發(fā)深度脫水工藝處理污泥，產(chǎn)生泥餅含水率<60%，泥質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)》（GB/T23485-2009）標準，萬噸污水產(chǎn)泥量從傳統(tǒng)方法9.5t降至5.4t。為進一步降低污泥產(chǎn)量，擬利用納米催化電解技術處理剩余污泥，減少進入后續(xù)工藝的污泥絕干量，從源頭減少污泥產(chǎn)量。主要工藝流程與深度脫水工藝流程相似，區(qū)別在于剩余污泥先經(jīng)納米催化電解處理，利用電解產(chǎn)生的自由基和其他氧化性物質(zhì)破壞污泥細胞結(jié)構(gòu)，使污泥細胞內(nèi)物質(zhì)和結(jié)合水溶出并釋放到溶液中，經(jīng)提升進入重力濃縮池，隨上清液溢流進入生化池補充碳源，從而減少進入化學調(diào)質(zhì)池的絕干污泥量。經(jīng)測算，污泥電解后，絕干污泥量減少16%；濃縮池上清液性質(zhì)發(fā)生顯著變化，但對污水處理工藝基本不產(chǎn)生影響，出水水質(zhì)保持穩(wěn)定。該項目電解質(zhì)投加量相當于0.107kg/萬t污水，約64元/萬t污水，該指標可進一步降低，并通過余氯濃度指示。

篇（6）

NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution

Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.

Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor

I.引言

納米科學和技術所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結(jié)構(gòu)的制備和表征。在這個領域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財政年度在納米尺度科學上的投入要比2000財政年增長83%，達到5億美金。有兩個主要的理由導致人們對納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個理由是，納米結(jié)構(gòu)（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學效應占主導地位，這導致非經(jīng)典的行為，譬如，量子限制效應和分立化的能態(tài)、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對基礎物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實現(xiàn)的想法和觀念，例如，單電子輸運器件和量子點激光器等。第二個理由是，在半導體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢。根據(jù)“國際半導體技術路向（2001）“雜志，2005年前動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預期就會出現(xiàn)。到2005年類似的問題將預期出現(xiàn)在DRAM的制造過程中。半導體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設計和制造方案，因為當MOS器件的尺寸縮小到一定程度時基礎物理極限就會達到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進一步縮小，量子效應比如載流子邃穿會造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會是制造基于量子效應操作機制的新型器件，以便小物理尺寸對器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會獲益良多。譬如，在電子學上，單電子輸運器件如單電子晶體管、旋轉(zhuǎn)柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數(shù)個而非以往的成千上萬的電子來運作，這導致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關速度。在光電子學上，量子點激光器展現(xiàn)出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優(yōu)點，其中大微分增益可以產(chǎn)生大的調(diào)制帶寬。在傳感器件應用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學和生物分子，而且開啟了細胞內(nèi)探測的可能性，這將導致生物醫(yī)學上迷你型的侵入診斷技術出現(xiàn)。納米尺度量子點的其他器件應用，比如，鐵磁量子點磁記憶器件、量子點自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經(jīng)被提出，可以肯定這些應用會給我們帶來許多潛在的好處。總而言之，無論是從基礎研究（探索基于非經(jīng)典效應的新物理現(xiàn)象）的觀念出發(fā)，還是從應用（受因結(jié)構(gòu)減少空間維度而帶來的優(yōu)點以及因應半導體器件特征尺寸持續(xù)減小而需要這兩個方面的因素驅(qū)使）的角度來看，納米結(jié)構(gòu)都是令人極其感興趣的。

II.納米結(jié)構(gòu)的制備———首次浪潮

有兩種制備納米結(jié)構(gòu)的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預制好的納米部件（納米團簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結(jié)構(gòu)直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）?！癰uild-up“的優(yōu)點是個體納米部件的制備成本低以及工藝簡單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學合成可以用來制備納米元件。目前，在國內(nèi)、在香港以及在世界上許多的實驗室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團簇。這些努力已經(jīng)證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結(jié)構(gòu)的合成后工藝再加工相當困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個至關重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團簇以及納米線、納米管的有效且簡單的方法?？墒沁@些合成的納米結(jié)構(gòu)直到目前為止仍然難以有什么實際應用，這是因為它們?nèi)狈嵱盟燎蟮某叽纭⒔M份以及材料純度方面的要求。而且，因為同樣的原因用這種方法合成的納米結(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結(jié)構(gòu)適合此類的應用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機理與現(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術如分子束外延(MBE)、化學氣相淀積（MOVCD）等來進行器件制造的傳統(tǒng)方法?！癇uild-down”方法的缺點是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術路徑來制造納米結(jié)構(gòu)。最簡單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結(jié)構(gòu)來得到量子點或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結(jié)構(gòu)。這兩種技術都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術是通過自組裝機制來制造量子點結(jié)構(gòu)。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長，這時量子點就會生成。業(yè)已證明基于自組裝量子點的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點器件的飽和材料增益要比相應的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個量級。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續(xù)波量子點激光器也已經(jīng)報道。無論是何種材料系統(tǒng)，量子點激光器件都預期具有低閾值電流密度，這預示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經(jīng)接近或達到商業(yè)化器件所要求的指標，預期量子點基的此類材料激光器將很快在市場上出現(xiàn)。量子點基光電子器件的進一步改善主要取決于量子點幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點的尺寸和密度，自組裝量子點還是典型底表現(xiàn)出在大小、密度及位置上的隨機變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點在尺寸上的漲落導致它們的光發(fā)射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優(yōu)點。由于量子點尺寸的統(tǒng)計漲落和位置的隨機變化，一層含有自組裝量子點材料的光致發(fā)光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點結(jié)構(gòu)中這種譜展寬效應可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點可典型地展現(xiàn)出豎直對準排列，這可以有效地改善量子點的均勻性。然而，當隔離層薄的時候，在一列量子點中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統(tǒng)而帶來的優(yōu)點。怎樣優(yōu)化量子點的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點又同時保持載流子能夠限制在量子點的個體中對于獲得器件的良好性能是至關重要的。

很清楚納米科學的首次浪潮發(fā)生在過去的十年中。在這段時期，研究者已經(jīng)證明了納米結(jié)構(gòu)的許多嶄新的性質(zhì)。學者們更進一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進行納米結(jié)構(gòu)制造。這些成果向我們展示，如果納米結(jié)構(gòu)能夠大量且廉價地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。

在未來的十年中，納米科學和技術的第二次浪潮很可能發(fā)生。在這個新的時期，科學家和工程師需要征明納米結(jié)構(gòu)的潛能以及期望功能能夠得到兌現(xiàn)。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實用器件才能實現(xiàn)人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學的下次浪潮的關鍵點是納米結(jié)構(gòu)的人為可控性。

III.納米結(jié)構(gòu)尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

為了充分發(fā)揮量子點的優(yōu)勢之處，我們必須能夠控制量子點的位置、大小、成份已及密度。其中一個可行的方法是將量子點生長在已經(jīng)預刻有圖形的襯底上。由于量子點的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發(fā)態(tài)子能級效應，如對于GaN材料量子點的橫向尺寸要小于8納米）才能實現(xiàn)室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項挑戰(zhàn)性的技術難題。對于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統(tǒng)光刻所能達到的精度極限。有幾項技術可望用于如此的襯底圖形制作。

—電子束光刻通常可以用來制作特征尺度小至50納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因為所謂近鄰干擾效應（proximityeffect）而嚴重影響了光刻的極限精度，這個效應造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項技術的主要缺點是相當費時。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時間1小時，這不適宜于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。電子束投影系統(tǒng)如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發(fā)展之中以便使這項技術較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前，耗時和近鄰干擾效應這兩個問題還沒有得到解決。

—聚焦離子束光刻是一種機制上類似于電子束光刻的技術。但不同于電子束光刻的是這種技術并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細到6納米的圖形，但它也是一種耗時的技術，而且高能離子束可能造成襯底損傷。

—掃描微探針術可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強的氧化機制的。此項技術已經(jīng)用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡單易行等優(yōu)點。引入的氧化圖形依賴于實驗條件如掃描速度、樣片偏壓以及環(huán)境濕度等?？臻g分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區(qū)域典型地小于針尖尺寸）。這項技術已用于制造有序的量子點陣列和單電子晶體管。這項技術的主要缺點是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級）。然而，最近在原子力顯微術上的技術進展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項技術的顯著優(yōu)點是它的杰出的分辨率和能產(chǎn)生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項能操控單個原子和分子的唯一技術。

—多孔膜作為淀積掩版的技術。多孔膜能用多種光刻術再加腐蝕來制備，它也可以用簡單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產(chǎn)生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復制。用這項技術已制造出含有細至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術是一種基于不同聚合物的混合物能夠產(chǎn)生可控及可重復的相分離機制的技術。目前，經(jīng)過反應離子刻蝕后，在旋轉(zhuǎn)涂敷的倍塞共聚物層中產(chǎn)生的圖形已被成功地轉(zhuǎn)移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產(chǎn)生；在第二種情況，島狀結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生。目前利用倍塞共聚物光刻技術已制造出GaAs納米結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向特征尺寸約為23nm,密度高達1011/cm2。

—與倍塞共聚物圖形制作術緊密相關的一項技術是納米球珠光刻術。此項技術的基本思路是將在旋轉(zhuǎn)涂敷的球珠膜中形成的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業(yè)化的產(chǎn)品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術的能力已得到確認。納米球珠光刻術（納米球珠膜的旋轉(zhuǎn)涂敷結(jié)合反應離子刻蝕）已被用來在一些半導體表面上制造空洞和柱狀體納米結(jié)構(gòu)。

—將圖形從母體版轉(zhuǎn)移到襯底上的其他光刻技術。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發(fā)。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復制鑄模法的可能優(yōu)點是ellastometric聚合物可被用來制作成一個戳子，以便可用同一個戳子通過對戳子的機械加壓能夠制作不同側(cè)向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優(yōu)點是不需要加熱。納米壓印術已被證明可用來制作具有容量達400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進行圖形刻制。除傳統(tǒng)的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術中溫度被發(fā)現(xiàn)是一個關鍵因素。此外，應該選用具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。為了取得高產(chǎn)，下列因素要解決：

1）大的戳子尺寸

2）高圖形密度戳子

3）低穿刺（lowsticking）

4）壓印溫度和壓力的優(yōu)化

5）長戳子壽命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來。已有少量研究工作在試圖優(yōu)化壓印溫度和壓力，但顯然需要進行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優(yōu)化參數(shù)。高圖形密度戳子的制作依然在發(fā)展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報告報道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進行50次的浮刻而不需要中間清洗。報告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進行大約5次壓印后需要更換。值得關心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續(xù)壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進一步的優(yōu)化和改良是必需的，但此項技術似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過程包括對準、加熱及冷卻循環(huán)等，整個過程所需時間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環(huán)所需時間，因此可以縮短整個壓印過程時間。

IV．納米制造所面對的困難和挑戰(zhàn)

上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術都有其優(yōu)點和缺點。目前，似乎沒有哪個單一種技術可以用來高產(chǎn)量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：

1．在一塊模版上刻寫圖形

2．在過渡性或者功能性材料上復制模版上的圖形

3．轉(zhuǎn)移在過渡性或者功能性材料上復制的圖形。

很顯然第二步是最具挑戰(zhàn)性的一步。先前描述的各項技術，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術，已經(jīng)能夠刻寫非常細小的圖形。然而，這些技術都因相當費時而不適于規(guī)模生產(chǎn)。納米壓印術則因可作多片并行處理而可能解決規(guī)模生產(chǎn)問題。此項技術似乎很有希望，但是在它能被廣泛應用之前現(xiàn)存的嚴重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術刻寫的納米結(jié)構(gòu)的形狀非常有限。當這些技術被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點陣列時，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復雜結(jié)構(gòu)的圖形。為了能夠制造出高質(zhì)量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉(zhuǎn)移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術典型地不產(chǎn)生或者產(chǎn)生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，這是因為在掩模版下一定程度的鉆蝕是不可避免的，而這個鉆蝕決定性地影響微小結(jié)構(gòu)的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術，譬如，反應離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優(yōu)化條件下可以獲得陡峭的側(cè)墻。直到今天大多數(shù)刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關于刻蝕引入損傷的研究嚴重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測到刻蝕引入的損傷。當器件中的個別有源區(qū)尺寸小于100nm時，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因為所有的納米結(jié)構(gòu)都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。

隨著器件持續(xù)微型化的趨勢的發(fā)展，普通光刻技術的精度將很快達到它的由光的衍射定律以及材料物理性質(zhì)所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學近鄰干擾效應等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術制備出。然而不大可能用普通光刻技術再進一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術仍在研發(fā)之中，可是發(fā)展這些技術遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關聯(lián)的近鄰干擾效應問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術。掃描微探針技術提供了能分辨單個原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項技術卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達到可以接受的刻寫速度。利用轉(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術則提供了實現(xiàn)成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對的問題。需要將圖形從一張模版復制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術途徑。模版可以用其他慢寫技術來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學自組裝圖形形成機制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產(chǎn)率，某些技術問題如穿刺及因灰塵導致的損傷等問題需要加以解決。對一個理想的納米刻寫技術而言，它的運行和維修成本應該低，它應具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時至今日，仍然沒有任何一項能制作亞100nm圖形的單項技術能同時滿足上述所有條件。現(xiàn)在還難說是否上述技術中的一種或者它們的某種組合會取代傳統(tǒng)的光刻技術。究竟是現(xiàn)有刻寫技術的組合還是一種全新的技術會成為最終的納米刻寫技術還有待于觀察。

另一項挑戰(zhàn)是，為了更新我們關于納米結(jié)構(gòu)的認識和知識，有必要改善現(xiàn)有的表征技術或者發(fā)展一種新技術能夠用來表征單個納米尺度物體。由于自組裝量子點在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個納米結(jié)構(gòu)的能力對于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對至關重要的。目前表征單個納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(TEM)能夠用來研究一個晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術（STM）和原子力顯微術（AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到能仔細理解表面性質(zhì)所要求的精度。當近場光學方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時，它們能給出的關于局部雜質(zhì)濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術能夠擴展到能夠用來研究單個納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。

篇（7）

由于納米技術對國家未來經(jīng)濟、社會發(fā)展及國防安全具有重要意義，世界各國（地區(qū)）紛紛將納米技術的研發(fā)作為21世紀技術創(chuàng)新的主要驅(qū)動器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計劃，以指導和推進本國納米科技的發(fā)展。目前，世界上已有50多個國家制定了國家級的納米技術計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術計劃，但其他計劃中也往往包含了納米技術相關的研發(fā)。

（1）發(fā)達國家和地區(qū)雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機構(gòu)的力量，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發(fā)法案》，這標志著納米技術已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開。

日本政府將納米技術視為“日本經(jīng)濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環(huán)境技術和納米技術作為4大重點研發(fā)領域，并制定了多項措施確保這些領域所需戰(zhàn)略資源（人才、資金、設備）的落實。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進從基礎性到實用性的研發(fā)，同時跨省廳重點推進能有效促進經(jīng)濟發(fā)展和加強國際競爭力的研發(fā)。

歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優(yōu)先的領域，有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰(zhàn)略，目前，已確定了促進歐洲納米技術發(fā)展的5個關鍵措施：增加研發(fā)投入，形成勢頭；加強研發(fā)基礎設施；從質(zhì)和量方面擴大人才資源；重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務；考慮社會因素，趨利避險。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內(nèi)的多數(shù)歐盟國家還制定了各自的納米技術研發(fā)計劃。

（2）新興工業(yè)化經(jīng)濟體瞄準先機

意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業(yè)化經(jīng)濟體，為了保持競爭優(yōu)勢，也紛紛制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》，2002年頒布了新的《促進納米技術開發(fā)法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術開發(fā)實施規(guī)則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域，以提升前沿技術和基礎技術的水平；到2010年10年計劃結(jié)束時，韓國納米技術研發(fā)要達到與美國和日本等領先國家的水平，進入世界前5位的行列。

中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》，這些計劃以人才和核心設施建設為基礎，以追求“學術卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標，意在引領臺灣知識經(jīng)濟的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。

（3）發(fā)展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實力較強的發(fā)展中國家為了迎頭趕上發(fā)達國家納米科技發(fā)展的勢頭，也制定了自己的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。中國政府在2001年7月就了《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協(xié)調(diào)委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發(fā)展綱要將明確中國納米科技發(fā)展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發(fā)任務，以便在國家層面上進行指導與協(xié)調(diào)，集中力量、發(fā)揮優(yōu)勢，爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術，南非科技部正在制定一項國家納米技術戰(zhàn)略，可望在2005年度執(zhí)行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構(gòu)和項目的支持力度，加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發(fā)。

2、納米科技研發(fā)投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發(fā)熱潮，現(xiàn)在無論是富裕的工業(yè)化大國還是渴望富裕的工業(yè)化中國家，都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據(jù)歐盟2004年5月的一份報告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明，全球?qū){米技術研發(fā)的年投資已達50億歐元。

美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內(nèi)，聯(lián)邦政府的納米技術研發(fā)經(jīng)費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據(jù)《21世紀納米技術研究開發(fā)法》，在2005～2008財年聯(lián)邦政府將對納米技術計劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發(fā)的經(jīng)費。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。

在歐洲，根據(jù)第六個框架計劃，歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元，有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。

中國期望今后5年內(nèi)中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計劃從2002～2007年在納米技術相關領域中投資6億美元，每年穩(wěn)中有增，平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元，而新加坡則達3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計劃，美國2006年的納米技術研發(fā)公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。

另外，據(jù)致力于納米技術行業(yè)研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱，很多私營企業(yè)對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元，占全球私營機構(gòu)38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業(yè)將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構(gòu)將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術的創(chuàng)新時代必將到來。

3、世界各國納米科技發(fā)展各有千秋

各納米科技強國比較而言，美國雖具有一定的優(yōu)勢，但現(xiàn)在尚無確定的贏家和輸家。

（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下

根據(jù)中國科技信息研究所進行的納米論文統(tǒng)計結(jié)果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數(shù)量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優(yōu)勢領先于其他國家，3年累計論文數(shù)超過10000篇，幾乎占全部論文產(chǎn)出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數(shù)都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產(chǎn)出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點，到2002年已經(jīng)超過德國，位居世界第三位，與日本接近。

在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發(fā)表的論文數(shù)也較多，各國3年累計論文總數(shù)都超過了1000篇，且每年的論文數(shù)排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。

另外，如果歐盟各國作為一個整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。（2）在申請納米技術發(fā)明專利方面美國獨占鰲頭

據(jù)統(tǒng)計：美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國（1454項），其次是日本（368項）和德國（118項）。由于專利數(shù)據(jù)來源美國專利商標局，所以美國的專利數(shù)量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數(shù)也較多，所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實用化的能力。多數(shù)國家納米論文數(shù)與專利數(shù)所占比例的反差較大，在論文數(shù)最多的20個國家和地區(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、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區(qū)在納米技術研究上具備一定的實力，但比較側(cè)重于基礎研究，而實用化能力較弱。

（3）就整體而言納米科技大國各有所長

美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發(fā)展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用，目前美國納米研究熱點已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學領域。醫(yī)學納米技術已經(jīng)被列為美國國家的優(yōu)先科研計劃。在納米醫(yī)學方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷，而且，已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年，美國國立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》，目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫(yī)學相結(jié)合，實現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標；利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內(nèi)的活動情況非常有用，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5～10年有望商業(yè)化。

雖然醫(yī)學納米技術正成為納米科技的新熱點，納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究，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是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒，并按照一定規(guī)則排列這些顆粒，使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。

日本納米技術的研究開發(fā)實力強大，某些方面處于世界領先水平，但尚未脫離基礎和應用研究階段，距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發(fā)上，日本最重視的是應用研究，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，日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法，同時積極開發(fā)新的制造技術，特別是批量生產(chǎn)技術。細川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設備引起關注。它能以每小時數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發(fā)的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內(nèi)即可進入批量生產(chǎn)階段。

日本高度重視開發(fā)檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現(xiàn)了諸如數(shù)字式顯微鏡、內(nèi)藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產(chǎn)品。科學家村田和廣成功開發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置，能應用于納米領域，在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路，是世界最高水平。

日本企業(yè)、大學和研究機構(gòu)積極在信息技術、生物技術等領域內(nèi)為納米技術尋找用武之地，如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機，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，成果為數(shù)不多。

歐盟在納米科學方面頗具實力，特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫(yī)學材料、智能材料等方面的研究能力較強。

中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學、納米器件和納米生物醫(yī)學研究方面與發(fā)達國家有明顯差距。

4、納米技術產(chǎn)業(yè)化步伐加快

目前，納米技術產(chǎn)業(yè)化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業(yè)前景。據(jù)統(tǒng)計：2004年全球納米技術的年產(chǎn)值已經(jīng)達到500億美元，2010年將達到14400億美元。為此，各納米技術強國為了盡快實現(xiàn)納米技術的產(chǎn)業(yè)化，都在加緊采取措施，促進產(chǎn)業(yè)化進程。

美國國家科研項目管理部門的管理者們認為，美國大公司自身的納米技術基礎研究不足，導致美國在該領域的開發(fā)應用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發(fā)緊密結(jié)合在一起。美國聯(lián)邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區(qū)建立一個“納米科技成果轉(zhuǎn)化中心”，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產(chǎn)業(yè)界。該中心的主要工作有兩項：一是進行納米技術基礎研究；二是與大企業(yè)合作，使最新基礎研究成果盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業(yè)。

美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產(chǎn)品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內(nèi)取得突破，并生產(chǎn)出商業(yè)產(chǎn)品。一個由專業(yè)、商業(yè)和學術組織組成的網(wǎng)絡在迅速擴大，其目的是共享信息，促進聯(lián)系，加速納米技術應用。

日本企業(yè)界也加強了對納米技術的投入。關西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學及國立科研機構(gòu)聯(lián)合，不久前又建立了“關西納米技術推進會議”，以大力促進本地區(qū)納米技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所，試圖將納米技術融合進各自從事的產(chǎn)業(yè)中。

篇（8）

由于納米技術對國家未來經(jīng)濟、社會發(fā)展及國防安全具有重要意義，世界各國（地區(qū)）紛紛將納米技術的研發(fā)作為21世紀技術創(chuàng)新的主要驅(qū)動器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計劃，以指導和推進本國納米科技的發(fā)展。目前，世界上已有50多個國家制定了國家級的納米技術計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術計劃，但其他計劃中也往往包含了納米技術相關的研發(fā)。

（1）發(fā)達國家和地區(qū)雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機構(gòu)的力量，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發(fā)法案》，這標志著納米技術已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開。

日本政府將納米技術視為“日本經(jīng)濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環(huán)境技術和納米技術作為4大重點研發(fā)領域，并制定了多項措施確保這些領域所需戰(zhàn)略資源（人才、資金、設備）的落實。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進從基礎性到實用性的研發(fā)，同時跨省廳重點推進能有效促進經(jīng)濟發(fā)展和加強國際競爭力的研發(fā)。

歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優(yōu)先的領域，有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰(zhàn)略，目前，已確定了促進歐洲納米技術發(fā)展的5個關鍵措施：增加研發(fā)投入，形成勢頭；加強研發(fā)基礎設施；從質(zhì)和量方面擴大人才資源；重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務；考慮社會因素，趨利避險。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內(nèi)的多數(shù)歐盟國家還制定了各自的納米技術研發(fā)計劃。

（2）新興工業(yè)化經(jīng)濟體瞄準先機

意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業(yè)化經(jīng)濟體，為了保持競爭優(yōu)勢，也紛紛制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》，2002年頒布了新的《促進納米技術開發(fā)法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術開發(fā)實施規(guī)則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域，以提升前沿技術和基礎技術的水平；到2010年10年計劃結(jié)束時，韓國納米技術研發(fā)要達到與美國和日本等領先國家的水平，進入世界前5位的行列。

中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》，這些計劃以人才和核心設施建設為基礎，以追求“學術卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標，意在引領臺灣知識經(jīng)濟的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。

（3）發(fā)展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實力較強的發(fā)展中國家為了迎頭趕上發(fā)達國家納米科技發(fā)展的勢頭，也制定了自己的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。中國政府在2001年7月就了《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協(xié)調(diào)委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發(fā)展綱要將明確中國納米科技發(fā)展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發(fā)任務，以便在國家層面上進行指導與協(xié)調(diào)，集中力量、發(fā)揮優(yōu)勢，爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術，南非科技部正在制定一項國家納米技術戰(zhàn)略，可望在2005年度執(zhí)行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構(gòu)和項目的支持力度，加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發(fā)。

2、納米科技研發(fā)投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發(fā)熱潮，現(xiàn)在無論是富裕的工業(yè)化大國還是渴望富裕的工業(yè)化中國家，都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據(jù)歐盟2004年5月的一份報告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明，全球?qū){米技術研發(fā)的年投資已達50億歐元。

美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內(nèi)，聯(lián)邦政府的納米技術研發(fā)經(jīng)費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據(jù)《21世紀納米技術研究開發(fā)法》，在2005～2008財年聯(lián)邦政府將對納米技術計劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發(fā)的經(jīng)費。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。

在歐洲，根據(jù)第六個框架計劃，歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元，有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。

中國期望今后5年內(nèi)中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計劃從2002～2007年在納米技術相關領域中投資6億美元，每年穩(wěn)中有增，平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元，而新加坡則達3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計劃，美國2006年的納米技術研發(fā)公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。

另外，據(jù)致力于納米技術行業(yè)研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱，很多私營企業(yè)對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元，占全球私營機構(gòu)38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業(yè)將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構(gòu)將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術的創(chuàng)新時代必將到來。

3、世界各國納米科技發(fā)展各有千秋

各納米科技強國比較而言，美國雖具有一定的優(yōu)勢，但現(xiàn)在尚無確定的贏家和輸家。

（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下

根據(jù)中國科技信息研究所進行的納米論文統(tǒng)計結(jié)果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數(shù)量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優(yōu)勢領先于其他國家，3年累計論文數(shù)超過10000篇，幾乎占全部論文產(chǎn)出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數(shù)都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產(chǎn)出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點，到2002年已經(jīng)超過德國，位居世界第三位，與日本接近。

在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發(fā)表的論文數(shù)也較多，各國3年累計論文總數(shù)都超過了1000篇，且每年的論文數(shù)排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。

另外，如果歐盟各國作為一個整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。

（2）在申請納米技術發(fā)明專利方面美國獨占鰲頭

據(jù)統(tǒng)計：美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國（1454項），其次是日本（368項）和德國（118項）。由于專利數(shù)據(jù)來源美國專利商標局，所以美國的專利數(shù)量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數(shù)也較多，所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實用化的能力。多數(shù)國家納米論文數(shù)與專利數(shù)所占比例的反差較大，在論文數(shù)最多的20個國家和地區(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、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區(qū)在納米技術研究上具備一定的實力，但比較側(cè)重于基礎研究，而實用化能力較弱。

（3）就整體而言納米科技大國各有所長

美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發(fā)展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用，目前美國納米研究熱點已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學領域。醫(yī)學納米技術已經(jīng)被列為美國國家的優(yōu)先科研計劃。在納米醫(yī)學方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷，而且，已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年，美國國立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》，目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫(yī)學相結(jié)合，實現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標；利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內(nèi)的活動情況非常有用，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5～10年有望商業(yè)化。

雖然醫(yī)學納米技術正成為納米科技的新熱點，納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究，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是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒，并按照一定規(guī)則排列這些顆粒，使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。

日本納米技術的研究開發(fā)實力強大，某些方面處于世界領先水平，但尚未脫離基礎和應用研究階段，距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發(fā)上，日本最重視的是應用研究，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，日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法，同時積極開發(fā)新的制造技術，特別是批量生產(chǎn)技術。細川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設備引起關注。它能以每小時數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發(fā)的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內(nèi)即可進入批量生產(chǎn)階段。

日本高度重視開發(fā)檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現(xiàn)了諸如數(shù)字式顯微鏡、內(nèi)藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產(chǎn)品?？茖W家村田和廣成功開發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置，能應用于納米領域，在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路，是世界最高水平。

日本企業(yè)、大學和研究機構(gòu)積極在信息技術、生物技術等領域內(nèi)為納米技術尋找用武之地，如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機，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，成果為數(shù)不多。

歐盟在納米科學方面頗具實力，特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫(yī)學材料、智能材料等方面的研究能力較強。

中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學、納米器件和納米生物醫(yī)學研究方面與發(fā)達國家有明顯差距。

4、納米技術產(chǎn)業(yè)化步伐加快

目前，納米技術產(chǎn)業(yè)化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業(yè)前景。據(jù)統(tǒng)計：2004年全球納米技術的年產(chǎn)值已經(jīng)達到500億美元，2010年將達到14400億美元。為此，各納米技術強國為了盡快實現(xiàn)納米技術的產(chǎn)業(yè)化，都在加緊采取措施，促進產(chǎn)業(yè)化進程。

美國國家科研項目管理部門的管理者們認為，美國大公司自身的納米技術基礎研究不足，導致美國在該領域的開發(fā)應用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發(fā)緊密結(jié)合在一起。美國聯(lián)邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區(qū)建立一個“納米科技成果轉(zhuǎn)化中心”，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產(chǎn)業(yè)界。該中心的主要工作有兩項：一是進行納米技術基礎研究；二是與大企業(yè)合作，使最新基礎研究成果盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業(yè)。

美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產(chǎn)品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內(nèi)取得突破，并生產(chǎn)出商業(yè)產(chǎn)品。一個由專業(yè)、商業(yè)和學術組織組成的網(wǎng)絡在迅速擴大，其目的是共享信息，促進聯(lián)系，加速納米技術應用。

日本企業(yè)界也加強了對納米技術的投入。關西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學及國立科研機構(gòu)聯(lián)合，不久前又建立了“關西納米技術推進會議”，以大力促進本地區(qū)納米技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所，試圖將納米技術融合進各自從事的產(chǎn)業(yè)中。

篇（9）

由于納米技術對國家未來經(jīng)濟、社會發(fā)展及國防安全具有重要意義，世界各國（地區(qū)）紛紛將納米技術的研發(fā)作為21世紀技術創(chuàng)新的主要驅(qū)動器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計劃，以發(fā)表和推進本國納米科技的發(fā)展。目前，世界上已有50多個國家制定了國家級的納米技術計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術計劃，但其他計劃中也往往包含了納米技術相關的研發(fā)。

（1）發(fā)達國家和地區(qū)雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機構(gòu)的力量，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發(fā)法案》，這標志著納米技術已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開。

日本政府將納米技術視為“日本經(jīng)濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環(huán)境技術和納米技術作為4大重點研發(fā)領域，并制定了多項措施確保這些領域所需戰(zhàn)略資源（人才、資金、設備）的落實。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進從基礎性到實用性的研發(fā)，同時跨省廳重點推進能有效促進經(jīng)濟發(fā)展和加強國際競爭力的研發(fā)。

歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優(yōu)先的領域，有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰(zhàn)略，目前，已確定了促進歐洲納米技術發(fā)展的5個關鍵措施：增加研發(fā)投入，形成勢頭；加強研發(fā)基礎設施；從質(zhì)和量方面擴大人才資源；重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務；考慮社會因素，趨利避險。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內(nèi)的多數(shù)歐盟國家還制定了各自的納米技術研發(fā)計劃。

（2）新興工業(yè)化經(jīng)濟體瞄準先機

意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業(yè)化經(jīng)濟體，為了保持競爭優(yōu)勢，也紛紛制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》，2002年頒布了新的《促進納米技術開發(fā)法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術開發(fā)實施規(guī)則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域，以提升前沿技術和基礎技術的水平；到2010年10年計劃結(jié)束時，韓國納米技術研發(fā)要達到與美國和日本等領先國家的水平，進入世界前5位的行列。

中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》，這些計劃以人才和核心設施建設為基礎，以追求“學術卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標，意在引領臺灣知識經(jīng)濟的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。

（3）發(fā)展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實力較強的發(fā)展中國家為了迎頭趕上發(fā)達國家納米科技發(fā)展的勢頭，也制定了自己的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發(fā)展綱要》，并先后建立了國家納米科技發(fā)表協(xié)調(diào)委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發(fā)展綱要將明確中國納米科技發(fā)展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發(fā)任務，以便在國家層面上進行發(fā)表與協(xié)調(diào)，集中力量、發(fā)揮優(yōu)勢，爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術，南非科技部正在制定一項國家納米技術戰(zhàn)略，可望在2005年度執(zhí)行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構(gòu)和項目的支持力度，加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發(fā)。

2、納米科技研發(fā)投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發(fā)熱潮，現(xiàn)在無論是富裕的工業(yè)化大國還是渴望富裕的工業(yè)化中國家，都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據(jù)歐盟2004年5月的一份報告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明，全球?qū){米技術研發(fā)的年投資已達50億歐元。

美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內(nèi)，聯(lián)邦政府的納米技術研發(fā)經(jīng)費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據(jù)《21世紀納米技術研究開發(fā)法》，在2005～2008財年聯(lián)邦政府將對納米技術計劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發(fā)的經(jīng)費。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。

在歐洲，根據(jù)第六個框架計劃，歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元，有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。

中國期望今后5年內(nèi)中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計劃從2002～2007年在納米技術相關領域中投資6億美元，每年穩(wěn)中有增，平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元，而新加坡則達3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計劃，美國2006年的納米技術研發(fā)公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。

另外，據(jù)致力于納米技術行業(yè)研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱，很多私營企業(yè)對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元，占全球私營機構(gòu)38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業(yè)將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構(gòu)將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術的創(chuàng)新時代必將到來。

3、世界各國納米科技發(fā)展各有千秋

各納米科技強國比較而言，美國雖具有一定的優(yōu)勢，但現(xiàn)在尚無確定的贏家和輸家。

（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下

根據(jù)中國科技信息研究所進行的納米論文統(tǒng)計結(jié)果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數(shù)量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優(yōu)勢領先于其他國家，3年累計論文數(shù)超過10000篇，幾乎占全部論文產(chǎn)出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數(shù)都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產(chǎn)出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點，到2002年已經(jīng)超過德國，位居世界第三位，與日本接近。

在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發(fā)表的論文數(shù)也較多，各國3年累計論文總數(shù)都超過了1000篇，且每年的論文數(shù)排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。

另外，如果歐盟各國作為一個整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。（2）在申請納米技術發(fā)明專利方面美國獨占鰲頭

據(jù)統(tǒng)計：美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國（1454項），其次是日本（368項）和德國（118項）。由于專利數(shù)據(jù)來源美國專利商標局，所以美國的專利數(shù)量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數(shù)也較多，所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實用化的能力。多數(shù)國家納米論文數(shù)與專利數(shù)所占比例的反差較大，在論文數(shù)最多的20個國家和地區(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、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區(qū)在納米技術研究上具備一定的實力，但比較側(cè)重于基礎研究，而實用化能力較弱。

（3）就整體而言納米科技大國各有所長

美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發(fā)展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用，目前美國納米研究熱點已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學領域。醫(yī)學納米技術已經(jīng)被列為美國國家的優(yōu)先科研計劃。在納米醫(yī)學方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷，而且，已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年，美國國立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》，目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫(yī)學相結(jié)合，實現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標；利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內(nèi)的活動情況非常有用，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5～10年有望商業(yè)化。

雖然醫(yī)學納米技術正成為納米科技的新熱點，納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究，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是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒，并按照一定規(guī)則排列這些顆粒，使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。

日本納米技術的研究開發(fā)實力強大，某些方面處于世界領先水平，但尚未脫離基礎和應用研究階段，距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發(fā)上，日本最重視的是應用研究，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，日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法，同時積極開發(fā)新的制造技術，特別是批量生產(chǎn)技術。細川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設備引起關注。它能以每小時數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發(fā)的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內(nèi)即可進入批量生產(chǎn)階段。

日本高度重視開發(fā)檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現(xiàn)了諸如數(shù)字式顯微鏡、內(nèi)藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產(chǎn)品?？茖W家村田和廣成功開發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置，能應用于納米領域，在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路，是世界最高水平。

日本企業(yè)、大學和研究機構(gòu)積極在信息技術、生物技術等領域內(nèi)為納米技術尋找用武之地，如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機，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，成果為數(shù)不多。

歐盟在納米科學方面頗具實力，特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫(yī)學材料、智能材料等方面的研究能力較強。

中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學、納米器件和納米生物醫(yī)學研究方面與發(fā)達國家有明顯差距。

4、納米技術產(chǎn)業(yè)化步伐加快

目前，納米技術產(chǎn)業(yè)化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業(yè)前景。據(jù)統(tǒng)計：2004年全球納米技術的年產(chǎn)值已經(jīng)達到500億美元，2010年將達到14400億美元。為此，各納米技術強國為了盡快實現(xiàn)納米技術的產(chǎn)業(yè)化，都在加緊采取措施，促進產(chǎn)業(yè)化進程。

美國國家科研項目管理部門的管理者們認為，美國大公司自身的納米技術基礎研究不足，導致美國在該領域的開發(fā)應用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發(fā)緊密結(jié)合在一起。美國聯(lián)邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區(qū)建立一個“納米科技成果轉(zhuǎn)化中心”，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產(chǎn)業(yè)界。該中心的主要工作有兩項：一是進行納米技術基礎研究；二是與大企業(yè)合作，使最新基礎研究成果盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業(yè)。

美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產(chǎn)品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內(nèi)取得突破，并生產(chǎn)出商業(yè)產(chǎn)品。一個由專業(yè)、商業(yè)和學術組織組成的網(wǎng)絡在迅速擴大，其目的是共享信息，促進聯(lián)系，加速納米技術應用。

日本企業(yè)界也加強了對納米技術的投入。關西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學及國立科研機構(gòu)聯(lián)合，不久前又建立了“關西納米技術推進會議”，以大力促進本地區(qū)納米技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所，試圖將納米技術融合進各自從事的產(chǎn)業(yè)中。

篇（10）

事實上，納米技術由來已久。1990年，第一屆國際納米科學技術會議召開，這是納米技術誕生的重要標志。在此后多年中，納米技術只是扮演了一個冷冰冰的科學名詞。如今，其已經(jīng)悄然蛻變，并走進了人們的衣食住行。更值得欣慰的是，將來納米技術還能被廣泛應用于七大新興產(chǎn)業(yè)的上游高端環(huán)節(jié)，引領新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

據(jù)了解，納米技術理念最早由諾貝爾物理學獎獲得者費曼提出。作為一個長度單位，納米是十億分之一米。因為在1～100納米的尺度內(nèi)，物質(zhì)特性發(fā)生許多不同于宏觀世界的物理和化學變化，而正是這些特性，注定納米技術必將對產(chǎn)業(yè)帶來顛覆性的革命。

細數(shù)納米技術對世界產(chǎn)生的深遠影響：除了大量原創(chuàng)性成果不斷涌現(xiàn)，近十項重大突破性技術榮獲諾貝爾獎，材料、能源、微電子、生物技術等眾多產(chǎn)業(yè)領域發(fā)生了深刻的變革，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速壯大。美國市場研究人員預測，到2014年，全世界納米技術產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將到達2.6萬億美元，相當于IT和通信兩大行業(yè)的總和。

蘇州納米技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展首席顧問，中科院院長、國家納米領域首席科學家白春禮院士曾這樣預測納米技術產(chǎn)業(yè)的未來：會像今天的計算機技術一樣普及。他指出，納米技術是對21世紀一系列高新技術有重要影響的關鍵技術，將引發(fā)人類社會的新一輪產(chǎn)業(yè)革命。納米技術及應用國家工程研究中心主任助理何丹農(nóng)也曾指出，納米技術與信息技術、生物技術共同成為21世紀社會發(fā)展的三大支柱，它是當今世界大國爭奪的戰(zhàn)略制高點。

如此，在全球范圍內(nèi)，世界主要國家都把推動新一輪產(chǎn)業(yè)革命的納米技術產(chǎn)業(yè)列入國家重大戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)并不意外。而各國都在加快布局，搶占納米技術的戰(zhàn)略制高點。韓國、美國、日本、歐盟、俄羅斯等世界主要國家都將納米技術產(chǎn)業(yè)作為國家重大戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，紛紛制定國家層面的發(fā)展戰(zhàn)略和計劃，重視政府資金投入，強化產(chǎn)業(yè)國際合作與交流。

韓國最為突出。據(jù)了解，韓國正大力發(fā)展納米生物科技、納米能源、納米材料技術、納米環(huán)境等產(chǎn)業(yè)。韓國甚至還為納米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展制定了特別法，過去十年財政投入超過20億美元。此外，韓國政府還整合教育部、科技部等相關政府部門，實施2020計劃，滲透新市場，加快納米產(chǎn)業(yè)化。美國也不例外。美國也從2000年開始實施《國家納米技術計劃》，近幾年在納米技術領域的研發(fā)投入都保持在每年近20億美元的規(guī)模。

2005年，歐盟制定《歐洲納米技術發(fā)展戰(zhàn)略》，歐盟成員國德國、法國、芬蘭等分別制定了本國納米技術發(fā)展計劃，歐盟及主要成員國已累計投入超過140億美元。俄羅斯從2001年開始重點推動納米技術產(chǎn)業(yè)，2007年專門成立國有“俄羅斯納米技術集團”推動產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。此外，埃及、印度、泰國、沙特、南非等國也不甘落后，加大研發(fā)投入和產(chǎn)業(yè)化促進力度。全球形成爭奪納米科技制高點的競爭態(tài)勢。

在納米技術領域，中國也不落人后。中國從20世紀80年代起就一直高度重視納米技術，作為較早開展納米技術研究的國家之一，2001年就成立國家納米科技指導協(xié)調(diào)委員會，同年7月科技部等五部委《國家納米科技發(fā)展綱要（2001～2010）》。

科技部技術研究司司長張先恩指出，上世紀80年代初，中國納米領域的量幾乎為零，進入21世紀以來，呈曲線上升的趨勢。直至去年，中國的量占全世界總量的20%，同時論文的引用次數(shù)也在增長，其中中科院的論文的引用次數(shù)位居全國首位。

數(shù)據(jù)顯示，2001～2009年，中國用于納米科技的研發(fā)經(jīng)費超過26億元人民幣。“973”計劃、“863”計劃設立納米技術專項，吸引了包括國家杰青、中科院百人、教育部長江學者在內(nèi)的約342名高端人才從事納米技術研究，在基礎研究方向取得眾多原創(chuàng)性技術成果；清華大學等50所大學和中科院的36個研究所從事納米技術研究；2009年，我國發(fā)表納米科技SCI-E論文總數(shù)首次超越美國，躍居世界第一，專利申請量世界第二；先后建設“國家納米技術科學中心”和“納米技術及應用國家工程研究中心”等國家納米科技研發(fā)載體。

納米技術的前景更得到產(chǎn)業(yè)界的認可。眾多世界500強企業(yè)看好納米技術產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略前景。美國IBM公司持續(xù)20幾年推進納米技術研發(fā)，在多個領域擁有突破性的優(yōu)勢。2010年4月，韓國三星公司開始建設“三星納米城”，全面推進納米級超精密半導體產(chǎn)業(yè)。日本的索尼公司積極布局納米科技，在半導體顯示及存儲領域已經(jīng)取得優(yōu)勢地位。

毋庸置疑，發(fā)展納米技術與相關產(chǎn)業(yè)，對提升國家及區(qū)域競爭力的巨大戰(zhàn)略意義。然而，與物聯(lián)網(wǎng)等相關產(chǎn)業(yè)類似，納米技術問世也已有20余年時間，但現(xiàn)在，技術產(chǎn)業(yè)化過程并不理想?！凹{米技術成果產(chǎn)業(yè)化之路走得并不順暢?！睒I(yè)內(nèi)人士告訴記者。

科技部萬鋼部長（國家納米科技指導協(xié)調(diào)委員會主任）在總結(jié)過去十年中國納米科學領域取得的成果時指出，中國已邁入納米大國行列，但還不是納米強國。這主要表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)化水平低，無規(guī)模企業(yè)廣泛參與，不能有效推進協(xié)調(diào)納米技術資源。亟待從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度對國家納米技術產(chǎn)業(yè)進行整體規(guī)劃，形成良好的技術成果產(chǎn)業(yè)化機制。

在聯(lián)想之星副總裁梁青看來，這正是納米技術產(chǎn)業(yè)化面臨的最大問題。“沒有設備、沒有原料、沒有應用，一切都要從新開始。這也是我們在投資過程中面臨的最頭痛的問題。材料做出來了，但還得等6年才能實現(xiàn)部件銷售，應用時間更長。因為周期長，投資額也很大。”

他告訴記者，“納米技術是變革性的，不是改良性的。其產(chǎn)業(yè)化周期很長，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)調(diào)與配合。正常情況下，要先做出材料，再做出配件，再做出應用。但現(xiàn)實的情景是，很多部件企業(yè)會認為，上游材料沒有大規(guī)模生產(chǎn)前，不敢冒然采用，而材料大規(guī)模生產(chǎn)至少要兩三年，部件大規(guī)模生產(chǎn)也要兩三年，應用同樣如此。它們之間的矛盾很明顯?！?/p>

然而，在納米技術產(chǎn)業(yè)，國外并沒有成功經(jīng)驗可以借鑒。梁青指出，“因為，在納米技術領域，中國并不落后。但國外有更多的錢，更好的投資環(huán)境，企業(yè)不是那么急功近利，而國內(nèi)中小企業(yè)功利性比較強?，F(xiàn)在，很多地方政府和學研機構(gòu)對科技成果產(chǎn)業(yè)化也有疑慮。國家科技經(jīng)費投資研發(fā)出某項技術，后被企業(yè)以某種方式獲取的狀況時有發(fā)生。當然，更應該看到，技術如果一直放在研究所里就不值錢?！?/p>

不久前的一項調(diào)查結(jié)果顯示，日本80家大企業(yè)中，有大約40%的企業(yè)設置了專門機構(gòu)，已經(jīng)或者即將著手發(fā)展這一高新科技。三菱、伊藤忠和丸紅等綜合商社已經(jīng)或計劃同美國的風險企業(yè)設立合資公司，把納米技術列為新的發(fā)展項目。富士通公司設立了納米技術研究中心，住友電工公司也組織了納米技術研究班子。

在日本，企業(yè)界是發(fā)展納米技術的主力軍。與之不同，中國在納米技術產(chǎn)業(yè)化過程中，并未實現(xiàn)“以企業(yè)為主體”。盡管從納米領域的專利方面看，中科院申請的數(shù)量已經(jīng)位居世界排名的首位，但是與其他國家相比，中國的專利大都是研究機構(gòu)在申請，而在國外企業(yè)卻占主導，“這也說明中國納米企業(yè)科研的進展還有很大的努力空間。”張先恩說。

何丹農(nóng)認為，在納米技術成果集成方面，要始終堅持把市場需求作為出發(fā)點和歸宿點，選擇具有市場前景的技術和成果。由于納米技術的跨學科性、實驗和技術上的局限性、技術的成熟度不夠、研究成本高周期長等問題，僅靠一個工業(yè)部門或者研究機構(gòu)將無法加快推動納米技術產(chǎn)業(yè)化進程，所以，急需采用合理的產(chǎn)業(yè)化與投融資模式。

梁青認為，在納米技術產(chǎn)業(yè)并沒有規(guī)模化的企業(yè)，而這制約了產(chǎn)業(yè)化的進程。“事實上，只有像聯(lián)想、3M等大型企業(yè)才會考慮三五年后的事情，一般的中小企業(yè)無暇，也沒有實力去考慮長遠。所以，它們就寧愿等著，反正沒有威脅，它并不著急。而最著急的是新創(chuàng)立的企業(yè)，但它們也是干著急。很多納米產(chǎn)業(yè)投資進去后，都出現(xiàn)越來越難熬的狀況?！?/p>

當然，資本的助力對納米技術產(chǎn)業(yè)化來說也必不可少，然而，現(xiàn)在資本市場偏好投資中后期項目，而不愿意投資早期項目？而這對于更多處在孵化階段的納米技術產(chǎn)業(yè)的融資環(huán)境更是雪上加霜。梁青說，“很多項目就是在從科技部到發(fā)改委的階段，中間有一個斷層，沒有人管。但是，對國家來說，如果不做納米技術，可能會喪失未來?！?/p>