国际纳米科技的最新发展动态及我国面临的挑战与对策

来源 :新材料产业 | 被引量 : 0次 | 上传用户:s2580017
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  在刚刚进入21世纪的第二年,尽管世界上还存在着一些不和谐的音符,但是,发展仍然是主旋律,社会要发展,经济要振兴,21世纪面临挑战的问题是迎接一个新的生产方式和工作方式的变革,那就是纳米技术将引发一场新的产业革命,纳米的冲击波正在冲击各个社会经济的角落,它作为一项主导技术,将引导世界各个国家、各个民族在新的层次上进行创新,来抢占21世纪科技发展的制高点。
  今年春节以后,国际上出现了纳米科技发展的新动向,实用化进程加快,纳米时代正向我们大踏步走来,各国都增加了对纳米技术的投资,全世界500强企业中有43%都把发展纳米的实用化技术作为近两年的发展战略。
  
  一、各国动态
  
  1、美国
  布什总统在克林顿制定的纳米科技促进计划目标上制定了新的战略目标:到2010年,美国要在全国培养80万名真正懂纳米科技的人才,纳米科技创造的GDP要达到1万亿美元,提供200万个就业机会。为此,美国在各个领域都进行了重新部署,成立了纳米技术行业协会,今年5月26日在纽约开会,全面部署以企业家为主、科学家参与的以发展纳米技术实用化为宗旨的行业协会;特别是3月7日,在美国政府支持下,因特尔、IBM、惠普和康柏四家公司正式宣布,在美国硅谷建立世界上第一条纳米芯片生产线。纳米芯片是1998年惠普公司第一个研制成功的,现在已经建了生产线。最近美国风险投资家也开始介入,1996年诺贝尔奖获得者、发明碳管的斯毛锐建立了一个生产纳米碳管的公司,企业风险投资家为这个公司投资1500万美元。
  
  2、日本
  日本国会已经正式把发展纳米技术作为21世纪前20年的立国之本,以机器人全面带动纳米材料各个领域进行研究。特别是日本的大公司,如日立公司已经制定了两年发展五项纳米技术的计划,组织了六、七个研究组进行攻关。日本著名的大企业如昭和电工、三井物业、三菱化工、武田药业、松下等都部署了两年内发展纳米实用化技术的计划。三菱化工建立了(富勒烯)纳米碳管生产线,要把碳管制降低到5美元克。像东芝公司等很早以前就介入了。
  
  3、韩国
  韩国政府决定把全国六个科研小组集中在汉阳大学,成立纳米技术研究院,由三星公司投入和纳米技术研究院重点研究发展下一代纳米显示技术,希望能够保持韩国在微电子时代领先的几项技术。韩国投资1.5亿美元,重点发展显示技术。
  
  4、其他国家
  印度政府也下决心要像抓软件产业那样抓纳米产业。德国已正式把发展纳米技术定位在新能源、新环境,全面带动纳米技术在各个领域的发展。法国也是如此,成立了纳米科技中心,集中全国的政府和民间投资,设立纳米产业基金,专门鼓励科学家和企业家共同合作来申请项目。世界都在迎接纳米时代的到来。
  
  二、国际纳米技术发展态势
  
  1、纳米时代的到来比预计时间提前5~6年
  去年美国纳米科技最高奖授予美国哈佛大学化学研究院LiBer教授。当记者问他纳米时代何时到来时,他说如果在去年,我还不能做出一个确切的回答,但是现在我非常有理由地说,纳米技术制高点,纳米电子元器件、分子线路、逻辑线路、AND转换,这些制作方法已经接近或基本达到工业界的要求,芯片市场就是一个例子。所以,国际纳米技术发展态势挑战严峻,竞争激烈,也向我们提出了严峻的挑战。
  
  2、以市场和需求为导向,带动纳米技术成熟,已成为纳米技术新的发展趋势
  即使是基础研究,也要以应用目标做牵引,它的自由度也是受到应用目标的限制。当然,也有一部分纯基础研究,主要是探索纳米科学普适的规律,有少数人做这类的工作,也应当支持,但是纳米科技研究的主旋律应该以市场为导向(包括现实市场和未来市场),以创造财富为宗旨,推动经济的发展。纳米技术不是一个绣花的技术,也不是观赏的技术,它是为国家创造财富的技术,因为今天没有任何一个技术像纳米技术那样与市场结合如此之紧密,无论从创造财富的动力,还是从创造财富的潜力来分析,纳米技术都为创造社会财富提供了广阔的空间。我们分析纳米技术的市场,"现实市场"是8个月,大的公司全部以这个目标制定,用纳米技术和现在的技术相结合,来进行创新,使现在的产品升级。"露头市场"在未来三年,主要在能源、环保、新材料等领域。纳米技术的制高点--纳米加工技术、纳米电子技术,纳米生物技术、纳米医疗等重大生产方式变革,包括进入血管纳米机器人都在内,属于未来市场,大致定为10年左右。2010年全世界纳米技术市场估计在2万亿美元左右,美国已经夸下海口,要占一半。在这样的生产方式、工作方式变革的时代,中国有快速发展的机会,能够跨过去,中国就可能在这场竞争中占有自己的位置。面对严峻的挑战,我们必须重新思考、重新布局我们发展纳米技术的计划,特别要注重发展纳米实用化技术。
  
  三、我国纳米技术的形势
  
  中国的纳米技术研究在国际上是有地位的,任何一个国家在部署新的计划时,都把中国作一个目标进行分析,中国关于纳米科技的研究在国际上起步比较早,在基础研究上状态不错,如果真正以论文来衡量(并不能代表中国的绝对水平),截止到2001年底,中国在前十年发表论文的数量仅次于美国、日本,占第三位,超过德国。中国纳米材料的专利在世界也占有百分之十几的份额。我们纳米技术的产业逐年增加,截止到去年有300多家,而纳米粉体材料的生产线就有31条,这是难能可贵的。而且中国应用纳米材料、纳米技术对传统产业的改造升级,在轻工、电子、纺织、建筑材料、精细化工、电力工业、环境、能源和医药等领域都已全面展开。特别是在有些传统产业的改造,包括油漆、涂料、抗菌、卫生、加工等等都引起了国外的普遍关注,他们非常注意中国的发展动向。
  我们的问题是发展实用化技术动力不足,缺乏有显示度的实用化技术,缺乏市场目标的牵引,技术集成不够,把科学技术变成财富的动力不足,措施不够有力,纳米科技成果转化不够。
  
  1、市场的挑战
  以纳米粉体材料工业为例,因为纳米粉体材料是粉体材料工业中最富有活力、创新空间最大的一个产业,纳米材料仅仅是粉体材料当中一个部分,而不是全部。我国有31条年产20吨以上的生产线(不含大学注册的企业),从氧化物、氮化物、碳化物,包括金属合金以及富勒烯材料都有,问题是:缺乏市场目标作牵引,缺乏市场产品目标来带动技术的成熟。仅仅是单一的粉体,并没有针对市场目标是去发展瓶颈技术(应用技术),即使有些技术是成熟的,但还没有转化为市场成熟,都停留在找市场的阶段,这是相当困难的。缺乏市场目标牵引的纳米粉体产业,要想发展就要费很大力气,所以,必须明确生产的粉体产品是针对哪几个市场和需求的,有针对性地进行创新和改造,最重要的问题是要把技术优势转化为市场优势,这是当前纳米粉体材料产业急待解决的问题。
  
  2、技术上的挑战
  目前纳米粉体产业还面临很多技术上的问题,很多技术不够成熟,应该通过市场的带动使它成熟。如产品的稳定和一致性问题,作为产品性能必须稳定一致。如氧化锌纳米粉体具有很强的吸附性,当它裸露在大气中,会吸附大气中的水分,使产品变成氢氧化锌,它吸附大气中的二氧化碳,就变成碱式碳酸锌,而且还会结团。从包装上看也不过关,纳米材料的包装绝不是一层塑料布就可以解决问题的。
  还有纳米材料的分散性问题,纳米材料和粗粉最大的区别是团聚,由于库仑力、化学力使材料团聚得很厉害,这种团聚只能用高能的技术才能把它打散,所以,在生产线上分散技术与偶连技术都要大大发展。
  一个生产线要有不同的品种,辐射很多应用目标索引的技术,比如:一个氧化钛或一个氧化硅有不同的用途,可以加入到陶瓷、电子陶瓷,也可以加入到涂料、塑料、橡胶、纤维和油漆等等材料中,进行产品改性,但是,随着加入母体性质的差别,要求纳米材料表面要进行不同材料的修饰,表面包敷技术是关键,一把钥匙开一把锁,偶连技术上千种,如何选择,而且选择与使用产品对象有协同作用,搞不好就互相矛盾。所以,应用技术的瓶颈不解决,很难占有市场。传统材料加入纳米材料有一个总体设计问题,这是一个系统工程,千万不能大意。
  粉体有个协同的作用,单一纳米粉体的作用十分有限。现在,最重要的问题是如何挖掘纳米效应,这里就有一个材料设计问题,忽视这个问题就会事倍功半。在应用时往往采用复合粉体,目前,多数纳米粉体产业在复合粉体的设计和应用目标的选择上做得不够,纳米粉体生产线很多技术上的问题还都没有解决,都需要创新,不是尺度达到纳米级就行了。
  前不久,美国和新加坡几家企业到上海了解中国粉体的状况,问了很多厂家关于湿法生产的纳米粉体材料如氧化钛、氧化硅和氧化锌的表面性能。当问企业这些纳米粉体表面含有多少羟基和羧基、吸水能力如何时,我们的生产企业对这些纳米粉体表面状态很少问津,因而回答不出来。尽管在这方面还没有制定标准,作为粉体生产企业,这些基本的指标拿不出来,别人如何相信你的产品,怎么买你的产品?即使卖出去,价格也不会太高。
  
  3、认知上的挑战
  2001年第四季度,媒体对纳米技术的连篇累牍的宣传是片面的、不够的,没有真正宣传纳米科技的科学内涵,没有起到引导人们正确理解纳米技术科学内涵的作用。纳米不仅是一种尺度,更重要的是性能的突变,是量变到质变。比毫米小1000倍是微米,比微米再小1000倍是纳米,纳米就是一种尺度的度量。但不是达到尺度就重要了,我们判断一个产品、一个材料关键是性能的升级。如果是用纳米技术提高了产品性能,那就体现了纳米技术的作用,如果材料的性能没有升级,没有被市场所接受,贴上再多纳米的标签也是没有价值的。不能打着纳米的旗号炒概念,什么纳米水、纳米杯子、纳米冰箱、纳米洗衣机、纳米背心、纳米卫生巾等都出来了,在美国被称作纳米的都是眼睛看不见的,纳米芯片就看不见,只有100纳米,存储密度增加1000倍,运算速度也增加了1000倍。纳米机器人就是生物酶尺度大小,进入血管内,可以清除血管中的垃圾甚至还能进行细胞修复等。因此,纳米产品不单纯是尺度的概念,还有特定的功能和科学内涵,不能随便用纳米来命名。现在传统产业用纳米技术,使局部性能升级,应该在新产品中说清楚在什么地方采用了纳米技术,什么性能得到了提高。例如冰箱门封采用了纳米抗菌技术,使门封没有霉斑,里面果盒采用了除臭、杀菌的涂料,把这些采用纳米技术实现冰箱性能局部升级的道理向清费者说清楚,使消费者相信纳米技术的功效,就达到目的了,不必要把冰箱用纳米字样来命名,因为这种命名既不科学,也有炒作纳米概念之嫌疑。为什么非说是纳米冰箱,纳米冰箱那么小能储藏什么?纳米材料、纳米技术有其科学的内涵,一定有性能突变,加入这种材料以后,使性能升级,有意想不到的效果。所以要正确宣传纳米科学的内涵。
  
  4、对纳米创新的难度估计宣传不够
  既然纳米是新东西,并不象炒菜加味精使味道变鲜那么简单,也不是一加就灵。它与微米添加是不一样的,表面是要控制、要修饰的,要最大地挖掘纳米效应,是要经过设计的,添加量多少,要与整体大力协同,这是一个系统的工程,既不神秘,也不那么简单。这里举个例子,纳米氧化物粉体具有光学漫散射的功能,油漆中加多了,亮光都看不见了,因此,纳米材料添加量的控制也是有很大学问的。
  报纸上讨论纳米技术,一会儿说超前了,一会儿说落后了,谁都可以出来说几句话。说超前,是说纳米离我们很远,是不是就不搞了?明明有很近的东西,现实市场就有,美国、日本包括新加坡、德国等国家进入中国的商品中就已经有纳米内涵的东西,人家不叫纳米什么的,比如阿波罗润滑剂,就含有纳米技术,它不叫纳米润滑剂。前段我们就把纳米炒得很香,现在又180度大转弯,说纳米都是假的,这种现象表明认知上不成熟。希望媒体、报刊应该正确宣传纳米的内涵,引导大家在创新上下功夫。企业家要以发展纳米实用化技术、创新为已任,这才能真正使我国的纳米实用技术在国际上占有一席之地。
  
  四、战略和对策
  
  目前对中国的机遇就是纳米技术是一个生产方式变革的关键时期,它要全面取代微电子技术,微米技术发展很快接近极限了,这是大家的普遍看法,但是纳米技术作为主导技术发展需要一个过程。任何主导技术都要经过孕育期、成熟期和衰落期。纳米技术正处于孕育期。所以,发达国家和发展中国家都很重视,都投巨资研究和发展纳米技术。对我国来说,纳米技术是能引起一场产业革命的技术,需要在战略上引起足够的重视。我们三次机会都错过了,蒸汽机技术、电器化技术都错过,微电子技术的高潮也没有赶上,经过奋起直追,才有今天的中国IT产业、网络通讯,但是原始创新不多。纳米技术使大家都面临着重新变革,相当于5000米赛跑,都才跑出500米,现在我们落后得不是很多,有的还不落后,这个时候没有正确的发展战略,那是要误大事的,是要对历史负责的。这次,是又一次机会。必须从国家的战略需求出发,从国家GDP的增长出发,全面部署纳米技术向各个领域渗透。
  首先向传统产业领域渗透,如能源,向石油、煤等不可再生资源渗透;解决水污染的问题;解决水资源不足的问题,这是最重要的。其次,高科技产业也必须要介入纳米技术,任何高科技产业的内涵在不同时期是不一样的,比如微电子、IT目前是以计算机、信息化作为主要的知识内含。专家们预计,15年后,计算机的工作方式、操作方式都要变的,因而要有超前思维的准备,高科技领域也要进行思考。国家集中力量,合理部署我们的基础、实用化技术和市场,要以市场为导向带动实用化技术,倒着来推,确定我们的研究目标,这样实用经技术市场才有动力。否则我们研究了很长时间,搞了三五年,还不能把纳米技术真正转化为社会的财富。据了解,三星就在搞下一代的显示器,它从显示技术来带动各个基础研究。具体地来说:
  第一,我们必须坚持以市场为导向。这个市场是广义的,有未来的潜在市场,中期的露头市场和现实的市场,分别作为动力和牵引,来带动我国各个领域的实用化技术研究,包括基础研究,这是最重要的,要市场成熟代替技术成熟,才是事半功倍的作法,成功率在70%。
  第二,一定做好三个结合。发展纳米技术,首先是要做好搞纳米技术的专家和各个领域的、各行各业的专家交叉结合,各行各业的升级需要用什么技术升级,首先要考虑与纳米技术结合,用纳米技术升级,共同交叉创新,才有产品升级的机会。其次,企业家要和科学家结合,发展纳米实用化技术,特别是进入市场,企业家经营是不可忽视的主力,它可以真正把技术变成钱。某种意义上说经营也是生产力,否则就是唯技术论。技术人员是先导,企业家是主力。再次,政府要对高新技术、纳米技术的产业加以扶持,要和企业家相结合,在官、产、学、研的结合上,政府的力量很重要。
  第三,发展纳米产业必须有战略思考,必须有由近及远的战略部署,而且要有辐射性,要搞大,不要搞小。上项目首先考虑产品能不能卖出去、有哪几个技术"瓶颈"没有解决,即使技术上解决了,还有一套经营策略,还有市场营销,金融资本和技术资本相结合,要风险投资和技术相结合。最近,美国政府出台的一个措施,针对有些从事前沿领域高、精、尖研究的年青博士和年轻的科学家想当专家、科学家,又想赚钱的想法,允许在前沿创新的学校和研究所成立公司,然后和大的风险投资、大的企业合作,允许发明的专家放假三年去进入市场。同时还出台了多项鼓励政策。我们虽然有很多现实的问题,有很多棘手的问题,但是不能忘记21世纪的主导技术,现在不切入就晚了,我们的纳米电子机械加工技术上已经落后5~6年了。
  第四,要切实重视专利。纳米技术产业的专利大战已经开始了。例如巨磁电阻,美国已掌握了26项专利,像锅盖一样盖着,别的国家别想进去,它是用100万美元买来德国的专利,巨磁电阻在IT产业的应用的专利几乎都在美国手里,未来将创造几百亿、上千亿美元的价值,计算机读写磁头都已开始应用。纳米结构的芯片也有专利。在中国专利中,高校和科研单位申请的占83%,企业申请的占17%,这个比例是不相称的,而且我们已经吃过亏。最近,有一家企业生产纳米的粘接剂,进入市场时遇到日本的驻有专利,经过一个多月的谈判,把百分之十几的营业额交给人家。钕铁硼也遇到这个问题。专利太重要了,国家要有措施扶持专利。我们一个纳米生产线等离子装置才有三个专利,美国一个设备起码覆盖10个到20个专利。我们要申请专利,要申请国际专利。专利是企业行为,它说明了企业潜在的竞争力,它不是锁在抽屉里的,不能把专利仅作为晋升、提职、评奖的依据,它是应该为国家创造财富,为经济建设作贡献的。
其他文献
如今可读的东西是越来越多,而中学生因课业繁重,读书的时间是越来越少,绝大多数语文教师虽深知阅读的重要,但顶着升学率的压力,又苦于语文素养的提高非一日之功,也只好望“读”兴叹。因此,不少初中时自认为语文成绩尚好的学生升入高中后面对语文试卷顿感迷茫,为什么我们学过的不考,考的全是课外的知识?高中教学中存在的弊病愈发使学生产生“教考分离”的错觉,于是语文教学陷入了一个轻读重训的恶性循环的怪圈,学生们在这