易蓉蓉 张巧玲

白春礼 中国科学院常务副院长、国家纳米科学中心主任

 

［科学时报 易蓉蓉 张巧玲 报道］“十五”期间，由我国研究人员撰写的与纳米科技有关的论文数以年均30%左右的速度增长。近年，美国《科学引文索引》核心期刊发表论文数统计显示，中国纳米科技论文总数已位居世界前列，其中不乏在《科学》和《自然》等世界著名科技期刊上发表的研究结果。

 

这是记者从2007中国国际纳米科学技术会议（ChinaNANO2007）上获悉的。从这些数据中不难看出近年来我国纳米科技发展的活跃态势。为详细了解中国纳米科技研究的具体情况，《科学时报》记者特别采访了中国科学院常务副院长、国家纳米科学中心主任白春礼。

 

 

“现在，整个国家的纳米科技研究处于一个活跃、有序和快速发展的态势。”白春礼欣慰地对记者说。

 

白春礼介绍，2001年，科技部、国家计委、教育部、中国科学院和国家自然科学基金委员会等单位联合成立了全国纳米科技指导协调委员会，统筹规划全国的纳米科技研究方向。在2001年7月联合下发的《国家纳米科技发展纲要》中提出，今后5～10年，我国纳米科技发展的主要目标是：在纳米科学前沿取得重大进展，奠定发展基础；在纳米技术开发及其应用方面取得重大突破；逐步形成精干的、具有交叉综合和持续创新能力的纳米科技骨干队伍。在这份发展计划中还规划了建立全国性的纳米科技研究发展中心和以企业为主体的产业化基地，以促进基础研究、应用研究和产业化的协调发展。2006年初，国务院制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》将纳米科学列入了这段时期内基础科学研究的4个主要方向之一，将纳米材料和纳米器件作为发展先进材料的重点目标。与纳米技术相关的重点研发项目有：纳米电子学和纳米生物学的核心技术；新功能材料的研发及工业化；发展亚微米尺度上的微纳电子机械系统。

 

国家的规划带来了全国纳米科技研究热。据不完全统计，目前，国内已有50多所大学，中国科学院的20多个研究所，300多家企业在从事与纳米科技相关的研发，并有一支来自研究所、大学和企业的3000多人的研究队伍。

 

“随着纳米科技研究领域取得的一系列实质性进展，对由学术界和工业界组成的具有技术孵化功能的多学科交叉研究平台的需求变得更为强烈。”因此，白春礼说，中国建立了若干跨学科研究中心，通过资源的共享，促进和加强从事不同领域研究机构之间的合作。在北京成立的国家纳米科学中心和在上海成立的国家纳米技术工程中心都是对跨学科合作研究和促进技术转化的重要补充。

 

“此外，与国际学术界和工业界间的交流与合作也促进了我国的纳米科技发展。”白春礼介绍，在过去的16年中，我国已主办了几十个有关纳米科技的国际国内会议，如2005年6月召开的“ChinaNano 2005”吸引了来自国内外的1000多名科研人员参加。其他合作形式包括双边专题讨论会、共同研究项目等。2006年，仅德国BASF公司就与中国的35个大学和研究单位签署了51个有关大分子材料、工业催化剂研究、纳米技术和生物技术的研究课题。此外，还有国家纳米科学中心和日本三菱公司以及德国Merck公司合作发展复合材料的项目；2005年，北京化工大学和新加坡纳米材料技术公司共建的纳米技术研究中心正在与BASF、3M等国际著名公司开展合作研究。

 

 

采访中，白春礼着重介绍了中国研究人员在纳米科技的基础研究方面取得的一系列重要进展，这些进展主要体现在纳米材料、纳米结构的检测与表征、纳米器件与加工技术、纳米生物效应等领域。

 

以纳米材料为例，中国对功能性纳米材料的研究一直给予高度重视，在碳纳米管的制备、纳米块体金属合金和纳米陶瓷体材料制备和力学性能、介孔材料的可控合成领域、纳米有机材料及高分子纳米复合材料等方面取得了世界上有影响的前沿研究成果。中国科学院化学研究所不仅在高聚物插层复合、分子电子学、富勒烯化学与物理以及二元协同纳米界面材料方面获得显著进展，还发展了具有自主知识产权的技术，有些已开始走向产业化。最近，厦门大学和国外合作采用一种新的电化学方法，首次制备出具有高表面能的二十四面体铂纳米晶粒催化剂，显著提高了铂纳米催化剂的活性和稳定性，在能源、催化、材料、化工等领域具有重大的意义和应用价值。

 

在纳米结构的检测与表征方面，中国科学技术大学的研究人员在表面吸附单分子的研究中精确测定了硅表面C60单分子的吸附取向和电子状态，为设计构筑分子器件提供了一些基本数据。最近，侯建国院士和朱清时院士领导的课题组利用STM诱导了分子的化学结构变化，观察到由单个磁性分子所引起的近藤效应，成功实现了对单分子自旋态的控制。

 

纳米科技的一个最重要的应用方向是发展基于新原理的纳米尺度功能器件。白春礼介绍，纳米器件与加工技术方面，中国在对量子电子器件的探索、有机超高密度信息存储器件的基础研究等方面都取得了重要成果。像中国科学院化学所有机固体实验室，不仅在利用有机半导体材料制备微纳场效应晶体管的研究方面取得许多重要的研究成果，并申请了多项发明专利，最近他们还采用晶核原位外延的方法得到了紧贴氧化硅基板生长的取向控制的有机半导体单晶纳米带，得到了平行的、交叉的等各种基于有机半导体单晶的纳米复杂结构，为进一步开展有机半导体单晶纳米电路的研究打下了基础。如何实现单壁碳纳米管的管径与手性控制，是其能否应用特别是在未来纳米电子器件中应用的瓶颈问题。

 

最近，北京大学科研人员通过有效调控化学气相沉积生长单壁碳纳米管的生长过程，在其手性调控生长方面取得突破。这也是从单一催化剂粒子出发制备异径单壁碳纳米管的首次报道。

 

纳米生物效应也是近年中国纳米科技研究的一个热门领域。上海硅酸盐所的研究人员发现一种几百纳米大小的颗粒可以在外磁场的引导下在血管中承载和输运药物到指定区域再可控释放，这将大大提高药物的疗效并降低毒副作用。与此同时，中国科学院高能物理研究所、生物物理所和军事医学科学院正在合作开展有关富勒烯和纳米颗粒的毒理研究。这些研究直接关系到使用纳米材料作为药物载体的安全性，以及大量使用纳米粉体材料对环境和人体的影响。

 

“不可能把所有研究成果都一一列举，但是中国在纳米科技研究方面的成果确实让人欣慰。”白春礼说。

 

 

“不过，也应该看到，中国在纳米科技研究方面依然存在不足之处。”白春礼介绍，目前，我国纳米材料研究的基础设施还相对薄弱，纳米材料的设计与创新能力不强，自主知识产权不多。在对纳米新材料的物性检测和表征以及纳米器件的探索方面，我国的研究工作受条件所限，研究力量比较薄弱。国内的研究工作主要集中在北京大学、清华大学、复旦大学、南京大学和中国科学院等研究基础相对较好、设备设施相对齐全的高等学校及科研院所。虽然我国已有约1000余所大学和研究机构发表了与纳米科技有关的论文，但是绝大多数研究成果仅来自20多所著名的大学和研究单位，工业界对纳米科技研发的重视程度还亟待加强。

 

“为了真正使纳米技术转化为生产力，我国应加大纳米材料产业化的投入，尤其要注重纳米科学的工程化研究和纳米材料的应用研究，鼓励在产业化方面有基础和经验的研究单位与其他研究单位联合，或研究单位与企业联合。”白春礼介绍，国家也在不断加大对纳米器件基础研究的投入力度，改善现有实验设备与研究条件。不过，要使中国纳米科技向前发展并更具有竞争力，需要鼓励各研究单位开展合作研究，优势互补，多学科联合攻关。

 

“另一个需要提及的重要方面是纳米标准的制定。”白春礼说，由于纳米科学技术是一门新兴的综合性学科，社会公众对纳米科技的认识并不全面，社会上存在着对纳米科技概念的某些误解，甚至出现了伪纳米产品，这提醒我们需要尽快制定纳米技术和纳米产品的相关标准。

 

事实上，世界各国现在都缺乏纳米检测技术和方法的规范与标准。由于检测纳米材料的仪器设备基本分布在科研型的研究院所和高等院校，主要为科研服务，仪器操作人员个体的实验步骤不能被认为是标准的检测方法；同类仪器由于生产厂家不同，检测方法也不完全相同；纳米研究与检测中涉及了许多未知过程和现象，现有的检测技术难于满足纳米检测的需要，也很难用传统的术语和定义进行解释。这些因素给开展实验室间的比对实验带来较大的困难。另一方面，对用于同一类仪器的不同仪器之间，或不同类型仪器之间的检测结果进行比对而采用的标准样品也相对缺乏。作为纳米标准物质，这些样品需要具有相当高的均匀性和稳定性。

 

“现在，人们研究纳米尺度现象的基本工具和对这些现象的理解水平还只是初步的，纳米器件的研制水平和应用程度将是人类进入纳米科技时代的重要标志。”白春礼指出，要想实现纳米技术这一目标，尚有很多基础科学问题需要解答，包括对分子自组装的理解、如何构造纳米器件、复杂的纳米结构系统是如何运作的等。只有在物理、化学、材料科学、电子工程学以及其他相关学科的很多方面得到充分发展的情况下，才能真正形成一项具体的纳米技术。