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文檔簡介

1、世界納米科技發(fā)展態(tài)勢和特點    科學(xué)界普遍認為,納米技術(shù)是21世紀經(jīng)濟增長的一臺主要的發(fā)動機,其作用可使微電子學(xué)在20世紀后半葉對世界的影響相形見絀,納米技術(shù)將給醫(yī)學(xué)、制造業(yè)、材料和信息通信等行業(yè)帶來*性的變革。因此,近幾年來,納米科技受到了世界各國尤其是發(fā)達國家的極大青睞,并引發(fā)了越來越激烈的競爭。     1、各國競相出臺納米科技發(fā)展戰(zhàn)略和計劃         由于納米技術(shù)對國家未來經(jīng)濟、社會發(fā)展及國防安全具有

2、重要意義,世界各國(地區(qū))紛紛將納米技術(shù)的研發(fā)作為21世紀技術(shù)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(dǎo)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(shù)計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術(shù)計劃,但其他計劃中也往往包含了納米技術(shù)相關(guān)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(shù)計劃(NNI),其宗旨是

3、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(xué)、工程和技術(shù)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(shù)研究開發(fā)法案,這標志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計劃,從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)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(shù)視為“日本經(jīng)濟復(fù)興”的關(guān)鍵。第二期科學(xué)技術(shù)基本計劃將生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境技術(shù)和納米技術(shù)作為4大重點研發(fā)領(lǐng)域,并制定了多項措施確保這些領(lǐng)域所需戰(zhàn)略資源(人才、資金、設(shè)備)的落實。之后,日本科技界較為徹底地貫徹了這一

4、方針,積極推進從基礎(chǔ)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20022007年實施的第六個框架計劃也對納米技術(shù)給予了空前的重視。該計劃將納米技術(shù)作為一個最優(yōu)先的領(lǐng)域,有13億歐元專門用于納米技術(shù)和納米科學(xué)、以知識為基礎(chǔ)的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設(shè)備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術(shù)戰(zhàn)略,目前,已確定了促進歐洲納米技術(shù)發(fā)展的5個關(guān)鍵措施:增加研發(fā)投入,形成勢頭;加強研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)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)

5、品和服務(wù);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(shù)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(shù)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(shù)10年計劃,2002年頒布了新的促進納米技術(shù)開發(fā)法,隨后的2003年又頒布了納米技術(shù)開發(fā)

6、實施規(guī)則。韓國政府的政策目標是融合信息技術(shù)、生物技術(shù)和納米技術(shù)3個主要技術(shù)領(lǐng)域,以提升前沿技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的水平;到2010年10年計劃結(jié)束時,韓國納米技術(shù)研發(fā)要達到與美國和日本等領(lǐng)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(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ),以追求“學(xué)術(shù)卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標,意在引領(lǐng)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

7、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月就發(fā)布了國家納米科技發(fā)展綱要,并先后建立了國家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會、國家納米科學(xué)中心和納米技術(shù)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(wù),以便在國家層面上進行指導(dǎo)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(shù)浪潮是納米技術(shù),南非科技部正在制定一

8、項國家納米技術(shù)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(xué)研究的科研機構(gòu)和項目的支持力度,加強材料科學(xué)中具有廣泛應(yīng)用前景的納米技術(shù)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(xué)、技術(shù)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

9、的30億歐元以上。私人的納米技術(shù)研究資金估計為20億歐元。這說明,全球?qū){米技術(shù)研發(fā)的年投資已達50億歐元。         日本目前是僅次于美國的第二大納米技術(shù)投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學(xué)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(shù)的資助每年約達7.5億美元,有些人估計可達9.

10、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(shù)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20022007年在納米技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域中投資6億美元,每年穩(wěn)中有增,平均每年達億美元。韓國每年的納米技術(shù)投入預(yù)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

11、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(shù)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(shù)行業(yè)研究的美國魯克斯資訊公司2004年發(fā)布的一份年度報告稱,很多私營企業(yè)對納米技術(shù)的投資也快速增加。美國的公司在這一領(lǐng)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(shù)投資的46

12、%。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(shù)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    &

13、#160;    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,20002002年,共有40370篇納米研究論文被20002002年科學(xué)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%。        20002002年納米研究論文,美國以較大的優(yōu)勢領(lǐng)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

14、(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20002002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

15、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(shù)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20002002年共受理2236項關(guān)于納米技術(shù)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(11

16、8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*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(shù)研究上具備一定的實力,但比較側(cè)重于基礎(chǔ)研究,而實用化能

17、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(shù)的應(yīng)用研究在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤等領(lǐng)域快速發(fā)展。隨著納米技術(shù)在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應(yīng)用,目前美國納米研究熱點已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)納米技術(shù)已經(jīng)被列為美國國家的優(yōu)先科研計劃。在納米醫(yī)學(xué)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。2

18、004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(shù)計劃,目的是將納米技術(shù)、癌癥研究與分子生物醫(yī)學(xué)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510年有望商業(yè)化。        雖然醫(yī)學(xué)納米技術(shù)正成為納米科技的新熱點,納米技術(shù)在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的應(yīng)用仍然引人關(guān)注。美國科研人員正在加緊納米級半導(dǎo)體材料晶體管的應(yīng)用

19、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(shù)是這一領(lǐng)域中最受關(guān)注的地方。不少科學(xué)家試圖利用化學(xué)反應(yīng)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(shù)本來有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術(shù)。在光學(xué)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(dǎo)線。         日本納米技術(shù)的研究開發(fā)實力強大,某些方面處于世界領(lǐng)先水平,但尚未脫離基礎(chǔ)和應(yīng)用研究階段,距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術(shù)的研發(fā)上,日本最重視的是應(yīng)用研究,

20、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(xué)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(shù),特別是批量生產(chǎn)技術(shù)。細川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設(shè)備引起關(guān)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(fù)合的超微粒材料。東麗和三菱化學(xué)公司應(yīng)用大學(xué)開發(fā)的新技術(shù)能把制造碳納米材料的成本減至原來的,兩三年內(nèi)即可進入批量生

21、產(chǎn)階段。         日本高度重視開發(fā)檢測和加工技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學(xué)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(xué)家村田和廣成功開發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置,能應(yīng)用于納米領(lǐng)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(xué)和研究機構(gòu)積極在信息技術(shù)、生物技

22、術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)為納米技術(shù)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(xué)方面頗具實力,特別是在光學(xué)和光電材料、有機電子學(xué)和光電學(xué)、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導(dǎo)體、復(fù)合材料、醫(yī)學(xué)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(yīng)用、掃描隧道顯

23、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(xué)合成材料也是一個重要方面,而在納米電子學(xué)、納米器件和納米生物醫(yī)學(xué)研究方面與發(fā)達國家有明顯差距。     4、納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快         目前,納米技術(shù)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(shù)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(shù)強國為了盡快實現(xiàn)納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化,都在加緊采取

24、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(shù)基礎(chǔ)研究不足,導(dǎo)致美國在該領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用缺乏動力,因此,嘗試建立一個由多所大學(xué)與大企業(yè)組成的研究中心,希望借此使納米技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)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(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果應(yīng)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(shù)基礎(chǔ)研究;二是與大企業(yè)合作,使最新基礎(chǔ)研究成果盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究

25、領(lǐng)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(yīng)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(shù)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(xué)術(shù)組織組成的網(wǎng)絡(luò)在迅速擴大,其目的是共享信息,促進聯(lián)系,加速納米技術(shù)應(yīng)用。         日本企業(yè)界也加強了對納米技術(shù)的投入。關(guān)西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學(xué)及國立科研機構(gòu)聯(lián)合,不久前又建立了“關(guān)西納米技術(shù)推進會議”,以大力促進本地區(qū)納米技術(shù)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(shù)研究所,試圖

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