中國納米科技——從一顆小種子到參天大樹

來源︰中國軍網作者︰劉宇飛 鄒維榮 韓阜業責任編輯︰李文慧
2017-09-07 17:23

人們常用“秋毫之末”來形容極微小的東西,但在納米科學家眼里,“秋毫之末”壓根兒算不上微小。近日,在第七屆中國國際納米科學技術會議現場,記者領略了中國納米科技所帶來的震撼。納米科技究竟是什麼?納米科技給人們生活帶來了哪些改變?中國納米科技發展現狀如何?帶著這些問題,讓我們一同走進僅有一根頭發絲直徑六萬分之一大小的“納米世界”。

人類從石器時代開始打磨各類武器,到現在使用激光制造電子芯片,很多技術都著力于把物質改造成更為有用的形態。納米科技把人類改造物質的能力提高到了一個更為微觀、更為神奇的層次。科學家們發現,在足夠小的納米尺度內,材料的物理、化學和生物學特性會出現意想不到的變化。比如,低強度或脆性合金會獲得高強度、高延展性,化學活性低的化合物會變成強力催化劑,不能發光的半導體會變得能夠發射強光……

“見微知著”的納米科技革命

納米和米、厘米一樣,是長度的度量單位。1納米等于10的負9次方米。這是什麼概念呢?試想一下,把一個高爾夫球放大10的9次方倍,它的體積剛好相當于一個地球,而1納米與1米之間的差別,就相當于高爾夫球與地球的差別。在1至100納米的範圍內研究物質的特性和相互作用,包括對原子、分子的操作叫做納米科技。納米科技听起來遙不可及,但事實上它離我們並不遙遠。生活中的化妝品、涂料、材料甚至食品,都可能是應用了納米技術的產物。科學家們告訴我們,以往看似“不接地氣”的納米科技已經悄然進入尋常百姓的生活,滲透到了人們的衣、食、住、行等各領域。例如,普通的電吹風機或直發器就有可能使用納米材料降低重量或延長使用壽命。防曬霜已使用了從皮膚表面上看不到的納米二氧化鈦或氧化鋅等防曬成分。納米工程制備的縴維被用于制造防皺、防沾污的衣物,不僅質量輕,還能防止細菌的滋生。不僅如此,納米材料還被應用于各類產品中,從輕便、剛性好的網球拍、自行車和箱包,到汽車零件和可充電電池等。中國科學院科技戰略咨詢研究院與國家納米科學中心共同在第七屆中國國際納米科學技術會議上發布了《納米研究前沿分析報告》,遴選出納米科學的41個熱點前沿和37個新興前沿,涉及眾多領域。該研究院院長潘教峰說︰“我們相信,納米科技正在深入到科技與社會的變革領域,中國在世界競爭格局中逐漸佔據優勢地位,並具有改變未來發展秩序的潛力。”

“風馳電掣”的中國納米科研

早在上世紀80年代中期,中國就意識到了納米科技對國家科技和經濟發展的潛在推動力,積極參與促進納米科學的基礎研究和應用研究。2003年,中國科學院和教育部共同成立了國家納米科學中心,清華大學、北京大學和中國科學院都參與了其中,有力地推動了中國納米科研的發展壯大。1997年與納米相關的科學引文索引(簡稱SCI)期刊全球所發表的論文中只有6%涉及中國作者。幾十年來,中國科研人員發表的SCI納米科學論文在全球佔比一直穩步增長。2010年,中國在SCI論文中佔比已與美國旗鼓相當,達到23%左右。現在,中國貢獻了全球超過三分之一的SCI納米科學論文,幾乎是美國的兩倍,而其他多數國家的SCI納米科學論文全球佔比,不是增長平緩,就是緩慢下滑。中國科學院院長白春禮在第七屆中國國際納米科學技術會議開幕式致辭時說︰“經過近30年的發展,中國科學家在納米科技領域取得了一系列重要的科研成果,納米科技研究的整體實力已走在世界前列。”此外,中國對納米科研領域“高被引”論文的貢獻率更加令人矚目。2007年以來,中國在納米領域的“高被引”論文佔比逐年增長率甚至超過了該領域總產出佔比的增長,達到了22%的復合年均增長率,是全球增長率的3倍多。

“百舸爭流”的納米科技未來

不論是傳統的強項學科,還是新興領域,中國的納米科技都表現出巨大的潛力。但是,機遇與挑戰並存。《納米研究前沿分析報告》分析了美國、英國、法國、德國、日本、中國等主要國家和地區的納米技術研發計劃,發現各國對納米技術的研發力度普遍增強,資金投入和人員投入普遍加大;各國將納米技術列入促進國家經濟發展和解決重要問題的關鍵技術領域,能源和生物醫藥等領域尤為突出。面對各種挑戰,中國科學家保持著清醒和冷靜。香港科技大學教授、中國科學院院士唐本忠認為,納米科技是一個前沿交叉科學領域,各方面的科學家應該“保持協作,互相欣賞”。《中國納米科學與技術發展狀況概覽》中英文白皮書對科學家進行的匿名調查結果顯示,多位科學家都持有這種觀點。有位科學家說︰“納米科學非常廣泛,其本質就是跨學科的,這符合不同科學領域一體化的發展趨勢。因此,我們需要更多的跨學科合作。”2010年,蘇州大學與蘇州工業園區、加拿大滑鐵盧大學合作,成立了中國首個納米科學技術學院,首創了連貫式的本科、碩士和博士課程,將教學、科研和納米科學與技術的應用結合在一起。中國科學院也將在中科院大學建立納米科學技術學院。面對競爭激烈的納米科技,中國科學家們躊躇滿志,團結協作,將更加有力地推動納米科技向前發展。

輕觸這里,加載下一頁