纳米材料研究的新进展及在21世纪的战略地位
纳米材料研究的新进展及在 21 世纪的战略地位
在充满生机的 21 世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然
对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺
寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材
料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来 10 年对社会发展、经济振
兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材
料和纳米结构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，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳
米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方某时 400G 的磁性纳米棒阵列的量
子磁盘、成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器、价格低廉高能量转化的纳米结构太
阳能电池和热电转化元件、用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显
示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用 “的巨大潜力。正像美国科学家估计的 这种
”人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命 。纳米材料和纳米结构的
应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入
高科技含量提供新的机遇。
研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的
源泉。由于纳米结构单元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意
波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的
物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造
知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规
律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米
物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米
材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微
粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米
材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用
新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突
破。
1 研究形状和趋势
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，带动
纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千
年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕
国家制定的目标进行研究是十分重要的。
纳米材料诞生州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。进入 90 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。美国已成功地制备了晶粒为50urn 的纳米 Cu 的决体材料，硬度比粗晶 Cu 提高 5倍；
晶粒为7urn 的Pd，屈服应力比粗晶 Pd 高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引
起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望，纳米金属间化合物 FqsAJZCr 室成
果的转化，到目前为止，已形成了具有自主知识产权的几家纳米粉体产业，睦次鹦米氧化硅。
氧化钛、氮化硅核区个文的易实他借个缈阳放宽在纳米添加功能陶瓷和结构陶瓷改性方面也取
得了很好的效果。
根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的政府都
在部署本来 10～15 年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会（NSF）1998 年把纳米功
能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；美国 DARPA（国家先进
技术研究部）的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象；日本近匕年来制定了各种计划用
于纳米科技的研究，例如 Ogala 计划、ERATO 计划和量子功能器件的基本原理和器件利用的
研究计划，1997 年，纳米科技投资
1．28 亿美元；德国科研技术部帮助联邦政府制定了1995
年到 2010 年15 年发展纳米科技的计划；英国政府出巨资资助纳米科技的研究；1997 年西欧投
资
1．2亿美元。据1999 年7月8日《自然》最新报道，纳米材料应用潜力引起美国白宫的注
意；美国总统克林顿亲自过问纳米材料和纳米技术的研究，决定加大投资，今后3年经费资助
从2．5 亿美元增
加至 5亿美元。这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继
续发展的势头。
2国际动态和发展战略
1999 年7月8日《自然》（400 “卷）发布重要消息题为 美国政府计划加大投资支持纳米技术
”的兴 起 。在这篇文章里，报道了美国政府在3年内对纳米技术研究经费投入加倍，从2．5亿
美元增加到5亿美元。克林顿总统明年2月将向国会提交支持纳米技术研究的议案请国会批
准。为了加速美国纳米材料和技术的研究，白宫采取了临时紧急措施，把原 1．97 亿美元的资
助强度提高到 2．5亿美元。《美国商业周刊》8月19 日报道，美国政府决定把纳米技术研究
列人 21 世纪前10 年前11 个关键领域之一，《美国商业周刊》在掌握 21 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（其它两个为生命科学和生物技术，从外星球获得能
源）。美国白宫之所以在 20 世纪即将结束的关键时刻突然对纳米材料和技术如此重视，其原
因有两个方面：一是德科学技术部 1996 年对 2010 年纳米技术的市场做了预测，估计能达到
14400 亿美元，美国试图在这样一个诱人的市场中占有相当大的份额。美国基础研究的负责人
威廉姆斯说：纳米技术本来的应用远远超过计算机工业。美国白宫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
体系和高比表面纳米颗粒制备与合成方面领导世界的潮流，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，纳米尺寸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矾分校与惠普公司合作研制成功100urn 芯
片，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
”－bit／s尺寸的密度已达109bit／s，美国商家已组织有关人员迅速转化，预计2005 年市场为
400 亿美元。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即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，
预计将给彩色印橡带来革命性的变革。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。纳米材料在医药
方面的应用研究也使人瞩目，正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战
略地位。原因之二是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独占老大 的
地位。
面对这种挑战的形势，中国在这个领域的研究能不能继续保持第二阶梯的前列位置，能不能在
下世纪前周年，在纳米材料和技术的市场中占有一定比例的份额，这是值得我们深思的重要问
题。中国科学院在我国纳米材料研究占有极其重要的地位，在纳米粉体的合成、纳米金属和纳
米陶瓷体材料的制备、纳米碳管定向生长和超长纳米碳管的合成、纳米同轴电缆的制备和合
成、有序阵列纳米体系的设计和合成、新合成方法的创新等在国内外都做了有影响的工作。在
《自然》上发表论文 1篇，《科学》上发表论文 4篇，影响因子在 3以上的论文 6篇，申请发
明专利28 项，已获发明专利7项，有 5项专利获得实施，扶植了国内一些纳米产业，这些都为
进一步工作奠定了基础。
为了使中国科学院在世纪之交乃至下一世纪在纳米材料和技术研究在国际上占有一席之地，在
国际市场上占有一份额，从前瞻性、战略性、基础性来考虑应该成立中国科学院纳米材料和技
术研究中心，建议北方成立一个以物质科学中心为基础的研究中心（包括金属研究所），在南
方建立一个以合肥地区中国科学院固体物理所和中国科技大学为基础的研究中心，主要任务是
以基础研究为主，做好基础研究与应用研究的衔接和成果的转化。
在富有挑战的对世纪，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 10 年乃至20 年在
国际中的竞争地位。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科技的战
略是：（）以未来的经济振兴和国家实力的需求为目标，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。
3 国内研究进展
我国纳米材料研究始于80 “ ” “ ”年代末，八五 期间， 纳米材料科学 列入国家攀登项目。国家自然
科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人
员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20 多项课题，
“国家 863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996 年以后，纳米
材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方政府和部分企业家的介人，使我国纳米材料的研究进
入了以基础研究带动应用研究的新局面。
目前，我国有 60 多个研究小组，有 600 多人从事纳米材料的基础和应用研究，其中，承担国
家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有：中国科学院上海硅酸盐研究
所、南京大学。中国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、中国科技大学、中国
科学院化学研究所、清华大学，还有吉林大学烹北大学、西安交通大学、天津大学。青岛化工
摘要：
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纳米材料研究的新进展及在21世纪的战略地位在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构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，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来...
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作者：闻远设计
分类：土木建筑化工水利
价格：5光币
属性：4 页
大小：20.82KB
格式：DOCX
时间：2025-02-16
