国内外纳米材料研究进展

（中国科学院固体物理研究所张立德研究员）

一、国际纳米科技发展态势和特点

纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前２０年的主导技术。美国科学技术委员会，２０００年３月向美国政府提出报告，把启动纳米技术的计划，看作是下一次工业革命的核心。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略的高度，重新布局纳米材料研究。纳米材料诞生１０多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进．Ｋ９０年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。它是当今新材料研究领域中最富有活力，对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。

从１９９９年开始，美国政府决定把纳米技术研究列入２ｌ世纪前１０年的１１个关键领域之一，《美国商业周刊》在掌握２ｌ世纪可能取得重要突破的３个领域中就包括了纳米技术领域（其它两个为信息科学和技术、生命科学和生物技术）。即使是信息技术和生物技术在２１世纪内涵也要发生变化，这二个重要领域的发展也必须和纳米技术相结合，推动技术全面升级。如下～代的超高密度存储、器件的超小型化、单电子器件、自旋器件和随穿器件的问世，生物芯片技术进入生物体内工作的超小型机器人、超微型生物传感器都是以纳米技术为基础才有发展的机遇。布什总统上台以来，比克林顿时代更重视发展纳米技术，并制定新的目标，到２０１０年美国要培养８０万真正懂纳米科技的人才，要提供２００万个新就业机会，要使美国纳米技术对ＧＤＰ的贡献达到ｌｏｏｏｏｌＬ美元。美国从２０００年开始，政府对纳米技术的投资逐年增加，２００１年为５．７个亿，２００２年为６．３个亿，预计２００３年为７．１个亿。美国白宫之所以在２ｌ世纪初如此重视发展纳米技术，其原因有两个方面：一是德科学技术部和其它权威部门预测到２０１０年，估计能达到２万亿美元，美国试图在这样一个诱人的市场中占有一半的份额。美国基础研究的负责人威廉姆斯说：纳米技术未来的应用远远超过计算机工业。美国白寓战略规划办公室还认为纳米材料是纳米技术最为重要的组成部分。在《自然》的报道中还特别提到美国已在纳米结构组装体系的高比表面纳米颗粒制备与合成方面领先世界的潮流。在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术中的应用与欧共体并列世界第一，纳米尺度的元器件和纳米固体也要与日本分庭抗礼。１９９９年７月，美国加尼福尼亚大学洛杉机分校与惠普公司合作研制成功１００ｎｍ芯片，２００２年３月７日在美国硅谷正式建设一条纳米锌片生产线，从实验室的研究成果，经过二年的努力，就实现了规模生产，转化速度之快令人吃惊。美国明尼苏达大学和普林斯顿大学于１９９８年制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系，１０－１ｌｂｉｔｓ／ｉｎ２。美冒商家已组织有关人员迅速转化，预计２００５年市场为４００ｔＬ美元。１９８８年法国人首先发现了巨磁电阻效应，到１９９７年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世，在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种既具有颜料、又具有染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印像带来革命性变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量，在未来市场上占有重要的份额。２００２年美

国科学进展正式发布消息，经过科学家们的努力，分子结构和纳米结构器件和线路的研究成果已基本接近或达到工业界要求的水平，美国康乃尔大学和密歇根大学以成功的制备了近入血管的机器人，利用激光和单壁碳管技术解决了机器人的动力，发展了微轴承、微齿轮、微连杆和微传感器一体化的组合技术；值得重视的是美国正在研发新的机器人，通过与生物酶相配合，可以从人体实物链获取能量，维持生物体内机器人的正常工作。加拿大多伦多的科技人员以Ｃ６０为载体，高聚物为过渡层，外包覆生物蛋白和抗病毒的药物，并以纳米硒为靶向，制备了新型抗爱滋病的药物，这些成果都显示出纳米技术的魅力。权威人士估计纳米技术比原预计提前到来５年～６年，纳米时代正在向我们大踏步走来。纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国计划在这个领域的基础研究占有绝对优势地位。

在富有挑战的２ｌ世纪，世界各国都对富有战略意义的纳米科技领域予以足够的重视，特别是发达国家都从战略的高度部署纳米材料和纳米科技的研究，目的是提高在未来ｌｏ年乃至２０年在国际中的竞争地位。日本国会正式提出要把发展纳米技术作为日本国特别是前２０年的“立国之本”，重振日本经济。最近又出台了一系列发展纳米技术的战略规划，日本一些大的公司，如Ｅｌ立、三井物业、三菱化工、五田药业、松下、东芝等今年以来纷纷制定了二年内发展纳米实用化技术的计划，十分重视从ｒｒ产业切入，加速纳米技术的发展。韩国在汉阳大学成立了纳米技术研究院，并与三星公司合作，共建纳米科技中心，以显示技术为主体，全面发展纳米技术，力争在这领域做出二、三项领导世界潮流的新产品。最近以成功制备了Ｉｍ７０．５ｍ的以碳管为场发射主体材料平板显示器。台湾地区仅工研院今年获得了５０亿新台币的科研经费用于发展纳米技术，要以ＩＴ产业为突破口，带动应用纳米技术的发展，以继续保持台湾在微电子时代ＩＴ产业的优势。德国、英国、法国、瑞典、加拿大、澳大利亚、墨西哥等国家都根据国际纳米科技发展的最新动态，重新制定了纳米科技的发展战略。从各国对纳米材料和纳米科技的部署来看，发展纳米材料和纳米技术的战略是：（１）以未来的经济振兴和国家实际的需求为目标，牵引纳米材料的基础研究、应用开发研究，（２）组织多学科的科技人员交叉创新，做到基础研究、应用研究并举，纳米科学、纳米技术并举，重视基础研究和应用研究的衔接，重视技术集成；（３）重视发展纳米材料和技术改造传统产品，提高高技术含量，同时部署纳米材料和纳米技术在环境、能源和信息等重要领域的应用，实现跨越式的发展。根据国际纳米科技的发展趋势，应把重点放在纳米技术的实用化方面，以推动生产方式的变革和生产力的高速发展，为经济繁荣作贡献，并以此来带动纳米科学技术的基础研究。

二、国内纳米科技研究的现状

国内关于纳米材料和技术的研究，也取得重要的进展。为了使我国纳米材料和技术研究走向世界，在国际上占有重要地位，抢占国际市场，从前瞻性、战略性、基础性来考虑，应该合理布局纳米材料、基础研究和应用研究，要重视纳米技术的创新。纳米技术内涵广泛，从材料的角度，纳米技术包括纳米材料的制备技术、纳米颗粒表面的控制、改性和修饰技术，以及把纳米材料应用到各个领域和各种产品上的关键技术。

近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。大面积定向碳管阵列合成：刊ｆｆ＝｜化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，用这种技术合成的纳米管，直径基本一致，约２０ｈｍ。长度约ｌ８２