新的材料战争

目前，纳米技术广泛应用于光学、医药、半导体、信息通讯。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，巨型计算机能装入我们的口袋里；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的，成为一种重要的材料，用它做成的装甲车重量轻，并可以抵御射来的炮弹；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。

科学家相信纳米技术未来的应用将远远超过计算机技术，并成为未来信息时代的核心。纳米技术异军突起，受到全世界的关注，世界各主要国家均把纳米科技当作在未来最有可能取得突破的科学和工程领域。下面就让我们看看，世界各国如何开始进行这场没有硝烟的纳米技术争夺战的。

1991年，美国正式把纳米技术列入“国家关键技术”和“2005年的战略技术”，并指出：对先进的纳米技术的研究，可能导致纳米机械装置和传感器的产生……纳米技术的发展可能使许多领域产生突破性进展。

1996年，以美国国家科学基金会为首的十几个政府部门联合出资，委托世界技术评估中心对“纳米结构的科学和技术”的研究开发现状和发展趋势进行调研。为此，该中心成立了一个8人小组，自1996～1998年调查研究了3年，除了在美国国内调查之外，该专家组还走访了西欧、日本和我国台湾的42所大学、工业公司和国家实验室。专家们得到了两个重要发现：一是以纳米技术制成的材料，可以得到全新的性能；二是纳米技术涉及的学科范围极广，许多新的发现都是在各学科的交叉点上。该小组的调查结果还发现了两个引起美国重视的问题：一是在纳米技术研究经费方面政府的投入，1997年各国财政投入就接近5亿美元，其中西欧为1.28亿美元，日本为1.2亿美元，美国为1.16亿美元，而其他各国和地区总计才0.7亿美元，即美国在这方面的投资落后于西欧和日本；二是美、日、欧在纳米技术方面的实力竞争中，美国仅在合成、化学制品和生物学方面领先，而在纳米器件、纳米仪器设备、超精密工程、陶瓷和其他结构材料方面相对滞后，日本在纳米器件和强化纳米结构方面有优势，欧洲在分散物、涂层和新仪器方面较强，同时日本、德国、英国、瑞典、瑞士等正在纳米技术的一些特定领域建立了优秀的纳米技术中心。

1998年4月，美国总统科技顾问莱思说：“如果我被问及明日最能产生突破的一个科技领域，我将指出这是纳米科学和技术。”

1999年1月，美国国家科学基金会发表了一个声明，指出：“当我们进入21世纪的时候，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人工合成聚合物那样。”

“纳米技术将与信息技术和生物技术一样，对21世纪经济、国防和社会产生重大影响，并可能引导下一场工业革命。”

“70年代重视微米技术的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪的先进国家。”

“纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。”

“纳米技术将对人类产生深远的影响，甚至改变人们的传统思维方式和生活方式。”

美国《商业周刊》将纳米技术列为21世纪可能取得重要突破的领域之一。

鉴于纳米技术的重要性，为了确保21世纪前半个世纪美国在经济方面的领导地位和国家的安全，美国政府认为是行动的时候了。美国国家科技委员会在上述调研的基础上，拟定了“国家纳米技术计划(NNI)”。

美国国家纳米技术计划(NNI)的“能源”项目中列出了8项优先研究项目，其中6项是关于纳米材料的。

2000年1月，美国总统克林顿在加州理工学院正式宣布了美国的国家纳米技术计划(NNI)，并在2001年财政年度计划中增加科技支出26亿美元，其中近5亿美元用于发展纳米技术。克林顿说：“我的预算支持一个比较重要的、新的国家纳米技术计划，即在原子和分子水平上操纵物质的能力，价值为5亿美元。试设想一下这些纳米材料将10倍于钢的强度而重量只有其几分之一；国会图书馆内所有信息可以压缩在一块拇指大的硅片上；当癌病变只有几个细胞那样大小时就可以探测到。我们的某些目标可能需要20年或更长的时间才能达到，但这恰恰是为什么联邦政府要在此起重要作用的原因。”

对于纳米技术的前途和地位问题，美国政府的结论是：众所周知，集成电路的发明创造了“硅时代”和“信息时代”，而纳米技术在总体上对社会的冲击将远远比集成电路大得多，它不仅应用在电子学方面，还可以用到其他很多方面。有效的产品性能改进和制造业方面的发展，将在21世纪引起许多领域的产业革命。因此，应把纳米技术放在科学技术的最优先地位。据说，克林顿宣布的美国国家纳米技术计划中原来还有一个副标题：“领导下一次工业革命。”这就是美国真正的动机、目标和野心——试图像微电子那样也在纳米技术这一领域独占老大地位。为此，美国还成立了一个纳米科学技术工程协作小组，该小组由物理学家、化学家、生物学家和工程师组成并准备成立10个纳米中心，目标是尽快将纳米技术这一可行性变成现实。

日本早在20世纪80年代初就斥巨资资助纳米技术研究。从1991年起又实施一项为期10年、耗资2.25亿美元的纳米技术研究开发计划。日本制定的关于先进技术开发研究规划中有12个项目与纳米技术有关。在21世纪刚刚到来的时候，鉴于美国政府把纳米技术列为国家技术发展战略目标，日本政府不会忘记20世纪美国在信息高速公路发展中表现出的战略眼光，这一历史教训迫使日本政府把纳米技术作为今后日本科研的新重点，投入研究开发经费约3.1亿美元，并设立了专门的纳米材料研究中心，力争在这一高新技术领域中不落后于美国。日本决定从2001年起，开始实行政府、工厂、学校联合攻关的方法加速开发这一高新技术。在未来5年科技基本计划中，把以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通讯、环境保护并列为4大重点发展领域。研究重点是纳米级材料的制造技术和功能，通讯用高速度、高密度的电子元件和光存储器等。日本的目的是组建“世界材料中心”，以提高其材料技术的国际竞争力，主要开展无机材料特别是陶瓷材料技术的研究和开发——“因为纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径”。

在欧洲，德国于1993年就提出了今后10年重点发展的9个关键技术领域，其中4个领域就涉及纳米技术。最近，德国以汉堡大学和美因茨大学为纳米技术研究中心，政府每年出资6500万美元支持微型技术的研究和开发。德国还拟建立或改组6个政府与企业联合的研发中心，并启动国家级的纳米技术研究计划。已取得的重大成果有纳米秤、原子激光束等。

英国在20世纪90年代初期就已先后实施了三项有关纳米技术的研究计划，现在有上千家公司、30多所大学、7个研究中心积极进行纳米技术的应用开发，主要进行纳米技术在机械、光学、电子学等领域的应用研究。

法国最近决定投资8亿法郎建立一个占地8公顷、建筑面积为6万平方米、拥有3500人的微米／纳米技术发展中心，配备最先进的仪器和超净室，并成立微米／纳米技术之家。

欧盟从1998年开始正式执行第5个框架计划，材料技术仍然是其中主要的领域之一，总投入约5.4亿欧元。提出了用纳米技术改变材料的生产工艺，提高材料和产品的性能，扩大其应用领域。到目前为止，欧洲已有50所大学、100个国家级研究机构在开展纳米技术的研究。过去10年，西方发达国家纳米科技领域的投资以年均25％的速度增长，总投资达100亿美元。

环球同此凉热，从大西洋到太平洋，从美国到日本再到欧洲，各国都不甘心在纳米技术研究领域落后，纷纷投入巨资进行研究。我国也不能落在别国的后边，科技人员在纳米技术的研究中做出了不少出色的工作。

其实，我国对纳米科技的重要性早就有所认识，想方设法从经费上给予了一定的支持。从各种科研计划到相关的重点、重大项目，政府都给与很大的资金支持，尽管如此，我国通过这些项目对纳米科技领域资助的总经费才约相当于700万美元，与发达国家相比，投入经费相差很大。

我国拥有一支比较精干的纳米科研队伍，他们主要集中于中科院和国内一批知名高校；我国的研究力量主要是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。特别是在纳米材料方面获得了重要的进展，并引起了国际上的关注。1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国进入国际纳米技术前沿。1998年。清华大学范守善小组在国际上首次制备出直径3～50纳米、长度达微米级的发蓝光氮化镓半导体的一维纳米棒。不久，中科院物理所解思深小组合成了当时世界上最长(达3纳米)、直径最小(0.5纳米)的“超级纤维”纳米碳管。1999年，中科院金属所成会明制备了高质量的半壁纳米碳管，并测定了其储氢容量。2000年，中科院金属所卢柯在国际首次发现纳米晶体铜的室温延展超塑性，纳米晶体铜在室温下竟然可拉伸50倍而不断裂。1995年，德国科技部对各国在纳米技术方面的相对领先程度的分析中，认为我国在纳米材料方面与法国同列为第5等级，前4个等级依次为日本、德国、美国、英国和北欧。

我国科学家已经研制出迄今世界上信息存储密度最高的有机材料，将信息存储点的直径缩小到了0.6纳米，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。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，各发达国家都已投人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高水平，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。

材料是超高密度信息存储的关键。经过对数十种有机材料的反复筛选和实验，中国科学院物理研究所高鸿钧研究员领导的研究小组，设计出有特色的电荷转移有机功能分子体系作为信息存储的介质，利用体系的特性成功实现了超高密度信息存储，显示出在分子尺度上存储时具有稳定性、重复性和可擦除性好的独特优点。研究小组将信息存储点的直径减小到1纳米左右，并可对信息点进行反复擦除。

高鸿钧说：“这项技术要做到商品化、产业化还需要15年左右的时间。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。”

但由于科研条件的限制，我国的研究工作只能集中在一些硬件条件要求不太高的领域，属世界首创的、具有独立知识产权的成果还很少。在纳米产业方面，国内外都还处于起步阶段。我国已经建立10多条纳米材料生产线，涉及纳米科技的企业达到102家。我国在纳米科技领域的总体上与发达国家仍然存在很大差距，尤其是在纳米器件研制方面，这将对我国未来纳米产业参与世界竞争极为不利。抓住机遇，迎头赶上，才能使我国在国际纳米技术领域的竞争中占有一席之地。