NanoST 版 (精华区)

发信人: lilies (amethystine), 信区: NanoST
标  题: 世界纳米科技 
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Dec 12 21:15:54 2003), 站内信件




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    各国对纳米科技研究的年公共经费共计约5亿美元，产业界的投资大致相当。发展启动
计划和培养跨学科人才是纳米科技继续进步的保障。

    纳米科技是一个广泛的跨学科的研究与开发领域，它在过去几年里在全世界得到了飞
速发展。纳米科技可能会使材料和产品的生产方式以及可达到的性能的范围和本质发生彻
底变革。现在它已具有重要的商业影响，这种影响将来无疑会更强。

    1996―1998年间由美国Loyola学院世界技术分校（WTEC）发起，由一个八人专题小组
进行了一项世界纳米粒子、纳米结构材料和纳米器件研究与开发状况和趋势的研究。

    研究结果

      WTEC的这项研究有如下两个重要发现：

第一，非常明显，我们现在可以将材料制成纳米结构以得到全新的性能。那就是这一领域
的基本主题：即通过纳米构型（nanostructuring）得到新性能。它象征着我们为了人类的
利益控制材料的能力处于一个新的变革时代的开始。在纳米尺寸进行材料合成与控制能够
以前所未有的方式得到新的材料性能和器件特性，为了开发纳米构型提供的机遇，研究工
作在全世界迅速扩大。每一年都有各类学科的越来越多的研究人员进入这一领域，每一年
也都有越来越广泛的新思想和令人振奋的新机遇突然出现在纳米结构舞台上。

第二，对世界纳米科技发展做出贡献的学科范围极广。纳米构型领域的跨学科活动水平迅
速提高，令人振奋，其重要性也不断增加，而许多新活动就在各学科之间的交叉点上。


    由于认识到从纳米级构件创造新材料和新器件能够得到新的改进的性能和功用，在过
去几年里纳米科技领域一直迅速发展。尽管这一领域的许多方面在纳米科技在过去十年里
成为一个可定义的领域之前就已存在了，但是只有通过以下三个技术洪流的汇合它才成为
一个明确的努力方向。这三个洪流是：1.纳米级构件尺寸和控制的新的改进的控制手段；
2.纳米级材料的新的和改进的表征（空间分辨率、化学灵敏度等）；3.对纳米结构和性能
之间关系以及如何控制这些关系的新认识。

    这些发展的结果是在纳米技术领域出现了大量研究与应用的新机遇。全世界有大量的
资源用于研究与开发。1997财年仅政府投资就接近5亿美元：西欧1.28亿美元；日本1.2亿
美元；美国1.16亿美元；而其它各国和地区总计7000万美元。

    在合成与组装方面，美国领先，其次是欧洲，然后是日本。在生物方法及应用方面，
美国与欧洲的水平大致相当，日本位于二者之后。在纳米级分散体和涂料方面，美国与欧
洲并驾齐驱，日本靠后。在高表面区材料方面，美国显然领先于欧洲，日本居后。在纳米
器件领域，日本独占鳌头，欧洲和美国居其后。最后，在增强型材料方面，日本明显领先
于美国和欧洲。

挑战

    现在我们正处于创造材料和产品的方式变革的初期。这项变革将怎样发展，纳米构型
创造的机遇会有多大，我们的进步有多快将取决于迎接各种挑战的方式。

    我们所面临的挑战包括，为了这一领域继续迅速进步，在启动技术方面取得必要的进
展。我们必须提高在空前微细的尺寸进行视觉化和化学分析的表征能力。如果我们确实要
充分利用现有机遇，我们就必须能够在空前微细的尺寸上控制物质，且为此最终必须应用
计算方法。单靠实验是不可能的，理论和模拟工作是必不可少的。值得庆幸的是，在这一
领域构件及其组装的尺寸都非常小，以致于人们现在可以利用能力日益增强的计算科学，
着手进行严格控制的模型试验，用于指导我们将物质进行纳米构型。因此，当我们在今后
几十年一路利用纳米科技的巨大潜能的时候，尺寸级别从原子到中观、宏观的纳米构型及
相应材料性能的多级模拟是绝对必要的。

    而且我们需搞清表面与界面在纳米结构材料中的重要作用。纳米粒子具有特别高的表
面区，因此这些粒子组装在一起的形式具有很大的界面区。我们不仅需要详细了解这些界
面的结构，而且需要详细了解局部的化学性质和纳米级构件与其环境之间的隔离效应与相
互作用。我们需要更多地了解纳米结构大小的控制、大小分布、组合与组装。在某些应用
中，对这些参量有严格的要求；在其它应用中，则不太严格。因此我们必须要搞清这种严
格与所需的材料或器件性能之间的关系。

    我们也需要重视由此制得的纳米结构材料和器件的热、化学和结构稳定性，要求这些
纳米结构材料的功能不受环境温度与不断变化的化学条件的影响。在许多应用中，稳定性
是重要的考虑因素，我们必须研究是否自然稳定性就已足够，或者是否必须增强稳定性以
防发生我们不能承受的变化。

    为了将物质的纳米构型进行有效商业化和应用，我们也必须加强对统计推动的工艺控
制。如果要成功地实现规模的扩大，如果我们在实验室所做的是为了对资助这项研究的社
会作出贡献，那么在进行纳米构型时实现纳米粒子合成与增强工艺的可重复性和规模可变
性是非常重要的。假使有商业需要，那么纳米结构生产和应用的可行性就与前体或原材料
的成本、加工成本以及处理废物的成本有关。这些原材料、构件的合成、由那些构件生产
零件以及废物清理的成本综合起来的总成本是非常重要的，并将最终决定商业可行性。


    最后，为使纳米科技领域真正有所成就，造就能够跨越传统学科进行研究并思考外部
世界的新一代科学家是绝对必要的。培育这种要么能够跨学科研究，要么知道如何在学科
交叉领域与他人合作的新一代研究人员，对于纳米科技的未来至关重要。如果我们要充分
利用这一新的变革领域带来的机遇，人们就必须开始进行非常规思维。
 
（摘译自美国国家科学技术委员会报告
《世界纳米结构科学与技术的研 

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