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中国纳米科技——从一颗小种子到参天大树

来源:澳门金沙官网作者:刘宇飞 邹维荣 韩阜业责任编辑:李文慧
2017-09-07 17:23

人们常用“秋毫之末”来形容极微小的东西,但在纳米科学家眼里,“秋毫之末”压根儿算不上微小。近日,在第七届中国国际纳米科学技术会议现场,记者领略了中国纳米科技所带来的震撼。纳米科技究竟是什么?纳米科技给人们生活带来了哪些改变?中国纳米科技发展现状如何?带着这些问题,让我们一同走进仅有一根头发丝直径六万分之一大小的“纳米世界”。

人类从石器时代开始打磨各类武器,到现在使用激光制造电子芯片,很多技术都着力于把物质改造成更为有用的形态。纳米科技把人类改造物质的能力提高到了一个更为微观、更为神奇的层次。科学家们发现,在足够小的纳米尺度内,材料的物理、化学和生物学特性会出现意想不到的变化。比如,低强度或脆性合金会获得高强度、高延展性,化学活性低的化合物会变成强力催化剂,不能发光的半导体会变得能够发射强光……

“见微知著”的纳米科技革命

纳米和米、厘米一样,是长度的度量单位。1纳米等于10的负9次方米。这是什么概念呢?试想一下,把一个高尔夫球放大10的9次方倍,它的体积刚好相当于一个地球,而1纳米与1米之间的差别,就相当于高尔夫球与地球的差别。在1至100纳米的范围内研究物质的特性和相互作用,包括对原子、分子的操作叫做纳米科技。纳米科技听起来遥不可及,但事实上它离我们并不遥远。生活中的化妆品、涂料、材料甚至食品,都可能是应用了纳米技术的产物。科学家们告诉我们,以往看似“不接地气”的纳米科技已经悄然进入寻常百姓的生活,渗透到了人们的衣、食、住、行等各领域。例如,普通的电吹风机或直发器就有可能使用纳米材料降低重量或延长使用寿命。防晒霜已使用了从皮肤表面上看不到的纳米二氧化钛或氧化锌等防晒成分。纳米工程制备的纤维被用于制造防皱、防沾污的衣物,不仅质量轻,还能防止细菌的滋生。不仅如此,纳米材料还被应用于各类产品中,从轻便、刚性好的网球拍、自行车和箱包,到汽车零件和可充电电池等。中国科学院科技战略咨询研究院与国家纳米科学中心共同在第七届中国国际纳米科学技术会议上发布了《纳米研究前沿分析报告》,遴选出纳米科学的41个热点前沿和37个新兴前沿,涉及众多领域。该研究院院长潘教峰说:“我们相信,纳米科技正在深入到科技与社会的变革领域,中国在世界竞争格局中逐渐占据优势地位,并具有改变未来发展秩序的潜力。”

“风驰电掣”的中国纳米科研

早在上世纪80年代中期,中国就意识到了纳米科技对国家科技和经济发展的潜在推动力,积极参与促进纳米科学的基础研究和应用研究。2003年,中国科学院和教育部共同成立了国家纳米科学中心,清华大学、北京大学和中国科学院都参与了其中,有力地推动了中国纳米科研的发展壮大。1997年与纳米相关的科学引文索引(简称SCI)期刊全球所发表的论文中只有6%涉及中国作者。几十年来,中国科研人员发表的SCI纳米科学论文在全球占比一直稳步增长。2010年,中国在SCI论文中占比已与美国旗鼓相当,达到23%左右。现在,中国贡献了全球超过三分之一的SCI纳米科学论文,几乎是美国的两倍,而其他多数国家的SCI纳米科学论文全球占比,不是增长平缓,就是缓慢下滑。中国科学院院长白春礼在第七届中国国际纳米科学技术会议开幕式致辞时说:“经过近30年的发展,中国科学家在纳米科技领域取得了一系列重要的科研成果,纳米科技研究的整体实力已走在世界前列。”此外,中国对纳米科研领域“高被引”论文的贡献率更加令人瞩目。2007年以来,中国在纳米领域的“高被引”论文占比逐年增长率甚至超过了该领域总产出占比的增长,达到了22%的复合年均增长率,是全球增长率的3倍多。

“百舸争流”的纳米科技未来

不论是传统的强项学科,还是新兴领域,中国的纳米科技都表现出巨大的潜力。但是,机遇与挑战并存。《纳米研究前沿分析报告》分析了美国、英国、法国、德国、日本、中国等主要国家和地区的纳米技术研发计划,发现各国对纳米技术的研发力度普遍增强,资金投入和人员投入普遍加大;各国将纳米技术列入促进国家经济发展和解决重要问题的关键技术领域,能源和生物医药等领域尤为突出。面对各种挑战,中国科学家保持着清醒和冷静。香港科技大学教授、中国科学院院士唐本忠认为,纳米科技是一个前沿交叉科学领域,各方面的科学家应该“保持协作,互相欣赏”。《中国纳米科学与技术发展状况概览》中英文白皮书对科学家进行的匿名调查结果显示,多位科学家都持有这种观点。有位科学家说:“纳米科学非常广泛,其本质就是跨学科的,这符合不同科学领域一体化的发展趋势。因此,我们需要更多的跨学科合作。”2010年,苏州大学与苏州工业园区、加拿大滑铁卢大学合作,成立了中国首个纳米科学技术学院,首创了连贯式的本科、硕士和博士课程,将教学、科研和纳米科学与技术的应用结合在一起。中国科学院也将在中科院大学建立纳米科学技术学院。面对竞争激烈的纳米科技,中国科学家们踌躇满志,团结协作,将更加有力地推动纳米科技向前发展。

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