目前,納米技術(shù)廣泛應(yīng)用于光學(xué)、醫(yī)藥、半導(dǎo)體、信息通訊。
科學(xué)家為我們勾勒了一幅若干年后的藍圖:納米電子學(xué)將使量子元件代替微電子器件,巨型計算機能裝入我們的口袋里;通過納米化,易碎的脆弱性強的陶瓷可以變成韌性的,成為一種重要的材料,用它做成的裝甲車重量輕,并可以抵御射來的炮彈;世界上有可能還將出現(xiàn)1微米以下的機器,甚至機器人;納米技術(shù)還能給藥物的傳輸提供新的方式和途徑??茖W(xué)家相信納米技術(shù)未來的應(yīng)用將遠遠超過計算機技術(shù),并成為未來科技時代、信息時代的核心。納米技術(shù)突起,受到全世界的關(guān)注,世界各主要國家均把納米科技當(dāng)作在未來最有可能取得突破的科學(xué)和工程領(lǐng)域。那么世界各國如何開始進行這場沒有硝煙的納米技術(shù)爭奪戰(zhàn)的呢?1991年,美國正式把納米技術(shù)列入“國家關(guān)鍵技術(shù)”和“2005年的戰(zhàn)略技術(shù)”,并指出:對先進的納米技術(shù)的研究,可能導(dǎo)致納米機械裝置和傳感器的產(chǎn)生……納米技術(shù)的發(fā)展可能使許多領(lǐng)域產(chǎn)生突破性進展,它的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)玫礁徊降臄U展。1996年,以美國國家科學(xué)基金會為首的十幾個政府部門聯(lián)合出資,委托世界技術(shù)評估中心對“納米結(jié)構(gòu)的科學(xué)和技術(shù)”的研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行調(diào)研。為此,該中心成立了一個8人小組,自1996~1998年調(diào)查研究了3年,除了在美國國內(nèi)調(diào)查之外,該專家組還走訪了西歐、日本和我國 的42所大學(xué)、工業(yè)公司和國家實驗室。通過這些研究、調(diào)查之后專家們得到了兩個重要發(fā)現(xiàn):一是以納米技術(shù)制成的材料,可以得到全新的性能;二是納米技術(shù)涉及的學(xué)科范圍極廣,許多新的發(fā)現(xiàn)都是在各學(xué)科的交叉點上。該小組的調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)了兩個引起美國值得重視的問題:一是在納米技術(shù)研究經(jīng)費方面政府的投入,1997年各國財政投入就接近5億美元,其中西歐為1 28億美元,日本為1 2億美元,美國為1 16億美元,而其他各國和地區(qū)總計才0 7億美元,即從這個數(shù)安看來美國在這方面的投資已經(jīng)開始落后于西歐和日本;二是美、日、歐在納米技術(shù)方面的實力競爭中,美國僅在合成、化學(xué)制品和生物學(xué)方面領(lǐng)先,而在納米儀器設(shè)備、納米器件、超精密工程、陶瓷和其他結(jié)構(gòu)材料方面相對滯后,日本在納米器件和強化納米結(jié)構(gòu)方面有優(yōu)勢,歐洲在分散物、涂層和新儀器方面較強,同時日本、德國、英國、瑞典、瑞士等正在納米技術(shù)的一些特定領(lǐng)域建立了優(yōu)秀的納米技術(shù)中心。1998年4月,美國總統(tǒng)科技顧問萊思曾經(jīng)說:“如果我被問及明日最能產(chǎn)生突破的一個科技領(lǐng)域,我將指出這是納米科學(xué)和技術(shù)。”1999年1月,美國國家科學(xué)基金會發(fā)表了一個聲明,指出:“當(dāng)我們進入21世紀的時候,納米技術(shù)將對世界人民的健康、財富和安全產(chǎn)生重大影響,至少如同20世紀的抗生素、集成電路和人工合成聚合物那樣。它是我們值得關(guān)注的焦點”“納米技術(shù)將與信息技術(shù)和生物技術(shù)一樣,對21世紀經(jīng)濟、國防和社會產(chǎn)生重大影響,并可能引導(dǎo)下一場工業(yè)革命?!薄凹{米技術(shù)未來的應(yīng)用將遠遠超過計算機工業(yè)?!薄?0年代重視微米技術(shù)的國家如今都成為發(fā)達國家,現(xiàn)在重視納米技術(shù)的國家很可能成為下一世紀的先進國家。”“納米技術(shù)將對人類產(chǎn)生深遠的影響,甚至改變?nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)思維方式和生活方式。”美國《商業(yè)周刊》將納米技術(shù)列為21世紀可能取得重要突破的領(lǐng)域之一。鑒于納米技術(shù)的重要性,為了確保21世紀前半個世紀美國在經(jīng)濟方面的領(lǐng)導(dǎo)地位和國家的安全,美國政府認為開創(chuàng)納米技術(shù)的大好進機到來了。美國國家科技委員會在上述調(diào)研的基礎(chǔ)上,擬定了“國家納米技術(shù)計劃(NNI)”。美國國家納米技術(shù)計劃(NNI)的“能源”項目中列出了8項優(yōu)先研究項目,其中6項是關(guān)于納米材料的。就在2000年1月,美國總統(tǒng)克林頓在加州理工學(xué)院正式宣布了美國的國家納米技術(shù)計劃(NNI),并在2001年財政年度計劃中增加科技支出26億美元,其中近5億美元用于發(fā)展納米技術(shù)。在這次計劃中克林頓說:“我的預(yù)算支持一個比較重要的、新的國家納米技術(shù)計劃,即在原子和分子水平上操縱物質(zhì)的能力,價值為5億美元。試著想象一下這些納米材料將10倍于鋼的強度而重量只有其幾分之一;國會圖書館內(nèi)所有信息可以壓縮在一塊拇指大的硅片上;當(dāng)癌病變只有幾個細胞那樣大小時就可以探測到。我們的某些目標(biāo)可能需要20年或更長的時間才能達到,但這恰恰是為什么聯(lián)邦政府要在此起重要作用的原因?!睂τ诩{米技術(shù)的前途和地位問題,美國政府總結(jié)得出的結(jié)論是:眾所周知,集成電路的發(fā)明創(chuàng)造了“硅時代”和“信息時代”,而納米技術(shù)在總體上對社會的沖擊力和影響力將遠遠比集成電路大得多,它不僅應(yīng)用在電子學(xué)方面,還可以用到其他很多方面。有效的產(chǎn)品性能改進和制造業(yè)方面的發(fā)展,將在21世紀引起許多領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)革命。因此,應(yīng)把納米技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)的最優(yōu)先地位。據(jù)說,克林頓宣布的美國國家納米技術(shù)計劃中原來還有一個副標(biāo)題:“領(lǐng)導(dǎo)下一次工業(yè)革命。”這才是美國真正的動機、目標(biāo)和野心——試圖像微電子那樣也在納米技術(shù)這一領(lǐng)域獨占老大地位,成為世界科技的領(lǐng)頭羊。為此,美國還成立了一個納米科學(xué)技術(shù)工程協(xié)作小組,該小組由物理學(xué)家、化學(xué)家、生物學(xué)家和工程師組成并準(zhǔn)備成立10個納米中心,目標(biāo)是盡快將納米技術(shù)這一可行性變成現(xiàn)實。日本早在20世紀80年代初就斥巨資資助納米技術(shù)研究。從1991年起又實施一項為期10年、耗資2 25億美元的納米技術(shù)研究開發(fā)計劃。日本制定的關(guān)于先進技術(shù)開發(fā)研究規(guī)劃中有12個項目與納米技術(shù)有關(guān),右見日本對納米技術(shù)的關(guān)注程度。在21世紀剛剛到來的時候,鑒于美國政府把納米技術(shù)列為國家技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo),日本政府不會忘記20世紀美國在信息高速公路發(fā)展中表現(xiàn)出的戰(zhàn)略眼光,這一歷史教訓(xùn)不得不迫使日本政府把納米技術(shù)作為今后日本科研的新重點,投入研究開發(fā)經(jīng)費約3 1億美元,并設(shè)立了專門的納米材料研究中心,力爭在這一高新技術(shù)領(lǐng)域中不落后于美國。日本決定從2001年起,開始實行政府、工廠、學(xué)校聯(lián)合攻關(guān)的方法加速開發(fā)這一高新技術(shù)。在未來5年科技基本計劃中,把以納米技術(shù)為代表的新材料技術(shù)與生命科學(xué)、信息通訊、環(huán)境保護并列為4大重點發(fā)展領(lǐng)域。納米級材料的制造技術(shù)和功能,通訊用高速度、高密度的電子元件和光存儲器等都將成為研究重點。日本的目的是組建“世界材料中心”,以提高其材料技術(shù)的國際競爭力,主要開展無機材料特別是陶瓷材料技術(shù)的研究和開發(fā)——“因為納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑”。在歐洲,德國于1993年就提出了今后10年重點發(fā)展的9個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域,其中4個領(lǐng)域就涉及納米技術(shù)。最近,德國以漢堡大學(xué)和美因茨大學(xué)為納米技術(shù)研究中心,并且政府每年出資6500萬美元支持微型技術(shù)的研究和開發(fā)。德國還擬建立或改組6個政府與企業(yè)聯(lián)合的研發(fā)中心,并啟動***的納米技術(shù)研究計劃。已取得的重大成果有納米秤、原子激光束等。法國最近決定投資8億法郎建立一個占地8公頃、建筑面積為6萬平方米、擁有3500人的微米/納米技術(shù)發(fā)展中心,配備最先進的儀器和超凈室,并成立微米/納米技術(shù)之家。英國在20世紀90年代初期就已先后實施了三項有關(guān)納米技術(shù)的研究計劃,現(xiàn)在有上千家公司、30多所大學(xué)、7個研究中心積極進行納米技術(shù)的應(yīng)用開發(fā),主要進行納米技術(shù)在機械、光學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。歐盟從1998年開始正式執(zhí)行第5個框架計劃,材料技術(shù)仍然是其中主要的領(lǐng)域之一,總投入約5 4億歐元。提出了用納米技術(shù)改變材料的生產(chǎn)工藝,提高材料和產(chǎn)品的性能,擴大其應(yīng)用領(lǐng)域。到目前為止,歐洲已有50所大學(xué)、100個***研究機構(gòu)在開展納米技術(shù)的研究。各國都紛紛對納米技術(shù)作出了巨大的投資,比如西方發(fā)達國家納米科技領(lǐng)域的投資以年均25%的速度增長,總投資達100億美元。從美國到日本再到歐洲,各國都不甘心在納米技術(shù)研究領(lǐng)域落后,我國也不能落在別國的后邊,我們的科技人員在納米技術(shù)的研究中也做出了不少出色的工作。其實,我國對納米科技的重要性早就有所認識,想方設(shè)法從經(jīng)費上給予了一定的支持。從各種科研計劃到相關(guān)的重點、重大項目,政府都給予很大的資金支持,但與發(fā)達國家相比,投入經(jīng)費相差很大,但這并不代表我們國家的不重視。我國擁有一支比較精干的納米科研隊伍,他們主要集中于中科院和國內(nèi)一批知名高校;我國的研究力量主要是納米材料的合成和制備、掃描探針顯微學(xué)、分子電子學(xué)以及極少數(shù)納米技術(shù)的應(yīng)用等方面。尤其是在納米材料方面獲得了重要的進展,并引起了國際上的關(guān)注。1993年,中國科學(xué)院北京真空物理實驗室操縱原子成功寫出“中國”二字,標(biāo)志著我國進入國際納米技術(shù)前沿,最終在國際納米研究中占據(jù)了一度屬于我們的地位。1998年。清華大學(xué)范守善小組在國際上首次制備出直徑3~50納米、長度達微米級的發(fā)藍光氮化鎵半導(dǎo)體的一維納米棒。不久,中科院物理所解思深小組合成了當(dāng)時世界上最長(達3納米)、直徑最小(0 5納米)的“超級纖維”納米碳管。1999年,中科院金屬所成會明制備了高質(zhì)量的半壁納米碳管,并測定了其儲氫容量。2000年,中科院金屬所盧柯在國際首次發(fā)現(xiàn)納米晶體銅的室溫延展超塑性,納米晶體銅在室溫下竟然可拉伸50倍而不斷裂。1995年,德國科技部對各國在納米技術(shù)方面的相對領(lǐng)先程度的分析中,認為我國在納米材料方面與法國同列為第5等級,前4個等級依次為日本、德國、美國、英國和北歐。我國科學(xué)家已經(jīng)研制出迄今世界上信息存儲密度最高的有機材料,將信息存儲點的直徑縮小到了0 6納米,從而在超高密度信息存儲研究上再創(chuàng)“世界之最”,保持了從1996年起就占據(jù)的國際領(lǐng)先地位。信息存儲、傳輸和處理將是提高社會整體發(fā)展水平最重要的保障條件之一,也是世界各國高技術(shù)競爭的焦點之一。