納米科技的研究領域
由于納米科技的多學科交叉性質,因此,納米科技的研究對象涉及諸多領域,它的基礎研究問題又往往與應用密不可分。我們可以根據納米科技與傳統學科領域的結合而細分為納材科學、納電子學、納生物學、納化學、納機械學與納加工等等,但這種與學科緊密聯系的分類方式,無法簡單便捷地勾勒納米科技的大致輪廓,各類之間而且又有交叉和重疊。
納米科技前景的展望
材料和制備 在納米尺度上,通過精確地控制尺寸和成份來合成材料單元,制備更輕、更強和可設計的材料,同時具有長壽命和低維修費用的特點;以新原理和新結構在納米層次上構筑特定性質的材料或自然界不存在的材料——生物材料和仿生材料;實現材料破壞過程中納米級損傷的診斷和修復。
微電子和計算機技術 納米結構的微處理器的效率將提高100萬倍,并實現兆兆比特的存儲器(提高1000倍);研制集成納米傳感器系統。
環境和能源 發展綠色能源和環境處理技術,減少污染和恢復被破壞的環境;制備孔徑1nm的納孔材料作為催化劑的載體,有序納孔材料和納米膜材料(孔徑10~100nm)用來消除水和空氣中的污染;成倍的提高太陽能電池的能量轉換效率。
醫學與健康 納米技術將給醫學帶來變革:納米級粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便,用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后,可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織;在人工器官外面涂上納米粒子可預防移植后的排斥反應;研究耐用的與人體友好的人工組織、器官復明和復聰器件;疾病早期診斷的納米傳感器系統。
生物技術 在納米尺度上按照預定的對稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質、核糖核酸等,在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能,生物仿生化學藥品和生物可降解材料;動植物的基因改善和治療,測定DNA的基因芯片等。
航天和航空 納米器件在航空航天領域的應用,不僅是增加有效載荷,更重要的是使耗能指標成指數倍的降低。這方面的研究內容還包括:研制低能耗、抗輻照、高性能計算機;微型航天器用納米集成的測試、控制儀器和電子設備;抗熱障、耐磨損的納米結構涂層材料。
國家安全 由于納米技術對經濟社會的廣泛滲透性,擁有納米技術知識產權和廣泛應用這些技術的國家,將在國家經濟安全和國防安全方面處于有利地位。通過先進的納米電子器件在信息控制方面的應用,將使軍隊在預警、導彈攔截等領域快速反應;通過納米機械學、微小機器人的應用,將提高部隊的靈活性和增加戰斗的有效性;用納米和微米機械設備控制,國家核防衛系統的性能將大幅度提高;通過納米材料技術的應用,可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性大大提高,可用于艦船、潛艇和戰斗機等。
對策與建議
我國納米科技存在的問題主要表現在多學科交叉融合程度不夠、缺乏重要的實驗設施、基礎研究薄弱、信息交流少。為克服和解決這些問題,使我國能夠抓住機遇,迎頭趕上,為此建議:
1.應在國家層次上確定我國納米科技的發展戰略,制訂我國的納米科技發展的近期、中長期規劃。
2.成立國家級的“納米科技專家咨詢小組”,協助政府做好我國納米科技戰略的制訂和研究開發工作。
3.成立國家納米科技研究和工程中心,集中投入能夠為納米科技的發展提供服務的技術平臺,并組織協調科研機構、大學、國家實驗室、產業界的共同參與。
4.堅持“有所為,有所不為”的方針,發揮優勢,突出特色。
5.加強信息網絡平臺建設,促進國內外間納米科技的信息交流。
6.以國家納米研究和工程中心為載體,建立培養和吸引納米科技人才的新模式。
納米科技的前景和對策
納米科技是指在納米尺度(1nm到100nm之間)上研究物質(包括原子、分子的操縱)的特性和相互作用,以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。
當物質小到1至100納米(10[-9]~10[-7]米)時,由于其量子效應、物質的局域性及巨大的表面及界面效應,使物質的很多性能發生質變,呈現出許多既不同于宏觀物體,也不同于單個孤立原子的奇異現象。納米科技的最終目標是直接以原子、分子及物質在納米尺度上表現出來的新穎的物理、化學和生物學特性制造出具有特定功能的產品。
一、材料和制備
在納米尺度上,通過精確地控制尺寸和成份來合成材料單元,制備更輕、更強和可設計的材料,同時具有長壽命和低維修費用的特點。以新原理和新結構在納米層次上構筑特定性質的材料或自然界不存在的材料、生物材料和仿生材料。實現材料破壞過程中納米級損傷的診斷和修復。
納米技術在材料和制造方面的應用包括:(1)不需加工就可生產出具有精確形狀的納米結構的金屬、陶瓷制品和聚合物;(2)使用同時具有染料和顏料最好性能的納米粒子,提高彩色印刷水平;(3)將納米尺度粘接和涂覆的碳化物材料和納米涂層用于切割工具及電子、化工等方面;(4)納米測量新材料;(5)在芯片上進行具有較高復雜性和功能化的納米加工。
二、微電子和計算機技術
納米結構的微處理器的效率將提高100萬倍,并實現兆兆比特的存儲器(提高1000倍);研制集成納米傳感器系統。
就像30年前,微電子器件取代真空電子管器件給信息技術帶來革命一樣,納米結構將再次給信息技術的硬件帶來革命。極小的晶體管和存儲芯片將成百萬倍地提高計算機的計算速度和效率;將海量存儲電子器件的存儲能力擴展到多太位存儲的水平,這將成千倍地增加單位面積的存儲量,并上萬倍地降低能量的消耗;隨著成百倍的帶寬拓寬和更亮的可折疊平板顯示的開發成功,通訊方式將因此而發生改變;根據新的原理生產新一代的傳感器、處理器和納米器件。
該領域的發展方向有:(1)發展可商業化的納米結構的合成、處理和制造方法,比如新的表面處理方法、受控晶核形成、定向生長和定向刻蝕等。其它方法有單個原子和分子操縱,納米結構前體的批量制備(粉末、團簇、膠體、納米線、納米點、富勒烯或納米管),通過單個納米結構的聚集進行定向自組裝等;(2)加速提高對納米結構及其性質的分析和測量能力;(3)要建立新器件概念,比如單電子器件、自旋電子器件、共振隧道器件、量子點、分子電子器件和垂直腔激光器等;(4)對信息系統結構開展創新性研究。例如要開發網絡自動控制(cellular automata)、量子計算機、網絡并行計算機、神經網絡、光子晶體、利用DNA進行計算等。
三、環境和能源
發展綠色能源和環境處理技術,減少污染和恢復被破壞的環境;制備孔徑1nm的納孔材料作為催化劑的載體,有序納孔材料和納米膜材料(孔徑10~100nm)用來消除水和空氣中的污染;成倍地提高太陽能電池的能量轉換效率。
該領域的發展方向有:(1)納米晶體和層狀結構在制造具有光學、磁學、電學、力學和化學性質的材料方面的應用。(2)納米結構材料中聲子傳輸物理性質的研究。可望開發出實用和環境友好的全固態熱電能轉換器件。(3)碳納米管作為潛在的貯氫介質的研究。(4)“納米流體”的特性研究。通過在流體中懸浮納晶粒子有可能增加傳熱速率。最近的實驗表明,與不含懸浮粒子的流體相比,這種“納米流體”可以大幅度地增加熱導和傳熱速率。然而,納米粒子在流體中影響熱傳導的機理還不清楚。如果研究人員能改進這些流體,那么它將會大大改進那些通過流體進行傳熱的熱交換器,從而會對使用這類熱交換器的許多工業部門帶來重大影響。(5)納米結構材料和傳統的金屬合金相比,可能會有大大改進的結構性能。比如:理論和實驗都表明,一小束單壁碳納米管與傳統的材料相比,具有最大的強度/重量比,強度是鋼的100倍而重只有鋼的1/6。
未來潛在的突破包括為處理環境污染和核污染使用納米機器人和智能系統;在核燃料處理過程中,使用納米過濾器來分離同位素;在核反應器中使用納米流體來增加冷卻效應;使用納米粒子去除污染;以及為核安全在納米尺度進行計算機模擬。
四、醫學與健康
納米技術將給醫學帶來變革。納米級粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便,用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后,可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織;在人工器官外面涂上納米粒子可預防移植后的排斥反應;研究耐用的與人體友好的人工組織、器官復明和復聰器件;疾病早期診斷的納米傳感器系統。
納米技術將促進保健業的重大發展。生物傳感器和新的成像技術的發展將使我們能對癌癥和其它疾病進行早期檢測和預警;使用在體疾病檢測系統,最終將人們對疾病的關注點從“治病”轉換到對疾病的早期檢測和預防;新型納米分析工具的發展,將會促進細胞生物學和病理學的基礎研究,例如我們將能夠測量細胞的化學和機械性能(包括細胞分裂和運動)以及單分子性質;通過控制材料的納米結構得到新型高性能的生物相容材料,從而延長人造器官的使用壽命;為促進藥品的最佳使用,納米技術將能給藥物的傳輸提供新的方式和路徑(定點基因和藥物傳送系統),從而極大地提高其療效;使用小型“智能”醫療設備將降低對人體器官的直接和間接損壞。
五、生物技術
在納米尺度上按照預定的對稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質、核糖核酸等,在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能,生物仿生化學藥品和生物可降解材料;動植物的基因改善和治療;測定DNA的基因芯片等。
生命體系中的分子單元——蛋白質、核酸、脂肪、糖類都是具有獨特功能的材料,其功能受它們的大小、折疊方式、在納米尺度上的形態等因素決定。生物合成和生物過程給我們制造新化學品和藥品提供了全新的方法。通過將生物分子單元集成到合成材料和器件中,我們可能把某種生物學功能和其它希望的材料性質結合到一起。
納米技術將會在很多方面直接對農業的進步作出貢獻。基于分子工程的生物降解化學品可以用于給植物提供營養和保護植物免遭蟲害;改良動物和植物基因;將基因和藥物導入動物體中;基于納米排列的測試技術用于DNA測試等。
六、航天和航空
納米器件在航空航天領域的應用,不僅可增加有效載荷,更重要的是使耗能指標成指數倍的降低。這方面的研究內容還包括:研制低能耗、抗輻照、高性能計算機;微型航天器用納米集成的測試、控制儀器和電子設備;抗熱障、耐磨損的納米結構涂層材料。
納米制造技術將使我們能設計和制造可用于飛機、火箭、空間站、行星/太陽探測平臺的輕質、高強度、熱穩定的材料。另外,低引力、高真空空間環境可以幫助我們開發在地球上不能制造的納米結構和納米系統。
納米技術在此領域的應用很廣,與其它領域相比,相對重要的應用可能有:(1)低能耗、抗輻射的高性能計算機;(2)用于小型太空船的納米儀器;(3)通過使用納米結構傳感器和納米電子器件,進一步發展航空電子器件,從而進一步發展航空電子學;(4)阻熱和耐用的納米結構涂層。
七、國家安全
由于納米技術對經濟社會的廣泛滲透性,擁有納米技術知識產權和廣泛應用這些技術的國家,將在國家經濟安全和國防安全方面處于有利地位。通過先進的納米電子器件在信息控制方面的應用,將使軍隊在預警、導彈攔截等領域快速反應;通過納米機械學、微小機器人的應用,將提高部隊的靈活性和增加戰斗的有效性;用納米和微米機械設備控制,國家核防衛系統的性能將大幅度提高;通過納米材料技術的應用,可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性大大提高,可用于艦船、潛艇和戰斗機等。
納米科學和技術已發展到一個最有競爭力的階段,它將促進包括生命科技、信息科技在內的幾乎所有技術的飛速發展,并將給社會帶來巨大回報。納米技術將在21世紀對我們的社會、經濟以及國家安全產生重大影響。為增強我國的國際科技競爭力,保證我國未來的可持續發展和國家安全,必須大力加強納米科技的研究工作,動員多學科的力量參加到這一領域中來。
首先,應在國家層次上確定我國納米科技的發展戰略,制訂我國的納米科技發展計劃。
其次,納米科技領域研究涉及的范圍較廣。發達國家已對納米科技的發展做出了周密的部署,并投入了大量的資金。由于國力所限,我國不可能在納米科技的所有領域同時開展研究,必須堅持“有所為,有所不為”的方針,發揮優勢,突出重點,強化支持。目前的研究應主要集中在探測和分析納米區域的性質和現象,創造和制備優異性能的納米材料,設計制備各種納米器件和裝置等。
第三,因為發展納米科技的最終目的是服務于人類,改善人們的生活和生產方式,所以,從一開始就應兼顧基礎研究、應用研究和開發研究的協調發展。因此,需要科研機構、大學、國家實驗室、產業界以及專業協會的共同參與,分工協作。
中國科學院作為我國納米科技研究領域的主要研究力量,借助正在實施的知識創新工程試點,正在全院的范圍內對納米科技領域的研究和發展工作做通盤考慮,統一規劃。目前正在籌建“中國科學院納米科技研究與發展中心”,加強本領域信息的交流,工作的協調,鼓勵不同學科交叉和不同單位的合作,動員多學科、跨部門和跨行業的力量共同推進這項事業的發展。
論文標題:納米科技大事記
1959年,物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼預言,人類可以用小的機器制作更小的機器,最后將逐個地排列原子,制造產品,這是關于納米技術最早的夢想。
70年代末,美國麻省理工學院德雷克斯教授成立了由他領導的納米科技研究組。
1982年,科學家發明研究納米的重要工具——掃描隧道顯微鏡,為我們揭示了一個可見的原子、分子世界。
1990年7月, 第一屆國際納米科學技術會議在美國巴爾的摩與第五屆國際掃描隧道顯微學會議同時舉辦,《納米科技》和《納米生物學》兩種國際性期刊同年相繼問世,一門嶄新的科學技術——納米科技歷經30年曲折道路終于正式誕生。80年代末期到90年代初期,基于掃描隧道顯微鏡的基本原理,原子力顯微鏡、磁力顯微鏡等一系列掃描探針顯微鏡已經發展起來。
1991年,碳納米管被人類發現,它的質量是相同體積鋼的1/6,強度卻是鋼的10倍,成為納米技術研究的熱點。諾貝爾化學獎得主斯莫利教授認為,納米碳管將是未來最佳纖維的首選材料,也將被廣泛用于超微導線、超微開關以及納米級電子線路等。
1993年,中國科學院北京真空物理實驗室自如地操縱原子成功寫出“中國”二字,這標志著我國繼1989年美國斯坦福大學搬走原子團“寫”下斯坦福大學英文名字、 1990 年美國國際商用機器公司在鎳表面用36個氙原子排出“IBM”之后, 在國際納米科技領域開始占有一席之地。
1997年,美國科學家首次成功地用單電子移動單電子,利用這種技術可望在20年后研制成功速度和存貯容量比現在提高成千上萬倍的量子計算機。
1999年,巴西和美國科學家發明了世界上最小的“秤”,它能夠稱量十億分之一克的物體;此后不久,德國科學家研制出能稱量單個原子重量的秤。
不久前,中科院金融研究所盧柯博士率領的小組,在世界上首次直接發現納米金屬的“奇異”性能——超塑延展性,納米銅在室溫下竟可延伸50多倍而“不折不撓”。
到1999年, 納米技術逐步走向市場, 全年納米產品的營業額達到500億美元。
我國位于何處
正確定位我國納米科技發展目前所處的位置,是研究和制定國家納米科技發展戰略的重要前提。然而,要準確地判斷我國納米科技發展目前位于何處,卻也決非易事。因為這不僅需要對國內外納米科技的發展進行持續不斷地跟蹤,而且需要發展系統的評價指標體系和方法。本文僅以近期發表的有關文獻為基礎,對此問題作一粗淺的討論。
1 我國納米科技研究:已“在世界上占有一席之地”
按照目前國內外專家的看法,納米科技的發展目前仍主要處于基礎研究階段,因此,評價我國納米科技研究的狀況和水平是判斷我國納米科技發展位于何處的最重要方面。
國內的大多數文獻或者說大多數專家認為中國納米科技研究起步不晚、起點不低。中科院副院長、著名納米專家白春禮院士指出,我國在納米科技領域的研究不落后,在納米材料領域基本與國際先進水平保持同步。兩院院士、著名材料科學專家師昌緒撰文指出:我國開展納米科技研究已有十多年了,取得了一批具有國際水平的研究成果,如納米微晶的制備、納米碳管的研究、納米陶瓷性能的改善等。清華大學范守善教授認為,中國的納米科技研究起步較早,基本上與國際發展同步。《材料導報》常務副主編李克健則認為,中國在若干領域大體與國際先進水平保持同步,但與發達國家相比,整體研究水平存在不小差距。表現在原始創新、應用開發和工程化不足,研究群體相對分散、缺乏整體布局,多學科交叉融合程度不夠,信息交流少,經費投入不足。也有人認為,中國的納米科技研究局部領先,但總體處于三流水平。
國外對中國納米科技研究的進展和水平雖無系統的評價,但顯然給予了較高的關注。在1995年美國蘭德公司關于“納米技術分子制造的潛力”研究報告中,列舉了美國面臨的幾個強大競爭對手和潛在合作國家,中國是其中之一。在1999年美國國家科學技術委員會的“納米結構的科學技術世界趨勢”研究報告中,列舉了一些對納米科技研究作出貢獻的國家和地區,除美國、日本、歐洲外,中國和一些其他國家也榜上有名。但報告僅比較了美國、歐洲和日本的各自優勢,未對中國的進行評價,這似乎在某種程度上顯示了美國目前尚未把中國的納米科技研究看作是和美國、歐洲、日本處于同一層次的競爭上。
定量方面的評價目前更少。目前能見到的僅有大連鐵道學院圖書館的石慶平等人對納米科技期刊進行的分析與研究。他們以美國科學信息研究所編輯的CCOD(Current Contents of Disk)為統計源,對其在1993~1996年間收集的與納米科技有關的期刊文獻進行統計分析。在5721條納米期刊文獻中,有53個國家和地區的作者文獻。其中中國所發表的文獻量僅次于美、日、德三國,居第4位。
上述各種評價性的看法,從不同的角度看問題,當然不能簡單地作為統一結論。目前能夠得到共識的是:中國納米科技研究起步不晚,研究工作較為活躍,在若干領域已取得了接近甚至超過世界先進水平的成果。在納米科技研究領域,中國已經基本實現了鄧小平同志提出的“在世界占有一席之地”的目標。
2 商品化與產業化:機遇與挑戰并存
納米科技之所以受到格外關注,是因為它所顯示的巨大應用潛力,特別是它很有可能象半導體一樣導致下一次產業革命。納米科技的競爭,最終將體現在商品化和產業化的競爭上。誰在納米科技的商品化和產業化方面抓住先機,誰就有可能從納米科技的發展中獲取最大的收益,就能在未來的產業競爭中處于領先地位。因此,在中國納米科技研究目前并不很落后的情況下,中國納米科技的商品化和產業化進程就更值得關注了。
然而,根據國內外大多數專家的看法,納米科技發展目前主要處于研究階段、甚至是基礎研究階段,距商品化和產業化還有10~20年的時間距離。現在評價我國納米科技商品化和產業化的發展現狀,顯然存在著困難,而且也似乎為時過早。
認為納米科技實現商品化與產業化還需要較長時間,可能指得是納米科技大規模或者突破性的應用。納米科技的局部應用實際上已在不斷的推進之中。對于納米科技的應用,90年代中期國外曾有不少預測。中國目前尚無對納米科技應用和市場前景進行的預測性研究,但在國內一些報刊中,已較多地在引用如下一種說法:目前,納米科技已應用于光學、醫藥、半導體、信息、通信等領域,年營業額已達5 000億美元,估計到2010年能達14 400億美元。這些說法的引證出處尚不確切,有的雖注明是根據德國科技部的預測,但與一些刊物登載的德國預測仍有差距。
中國納米科技的應用,如同納米科技的研究一樣,也有較好的進展,這特別表現在納米材料的開發與應用方面。從近期的報刊或互聯網上常常可以看到一些振奮人心的消息。如報導說中國已建立了10多條納米材料和技術生產線,創辦了100多家經營和生產納米材料和技術的公司,而國際上目前的納米材料和技術生產線也不過20多條。有的文獻引述的消息說:中科院沈陽金屬研究所發明了激光制備納米粉的專利技術,齊齊哈爾超微粉制造公司在利用這一技術的基礎上加以改進,用兩年時間完成了產業化生產,達到了年產高性能硅基納米粉兩噸的可喜成果,國際上還沒有其他公司可與之相比。網上消息說:山東正遠納米材料工程有限公司與天津大學合作,成功開發出涉及多種金屬納米粉末、系列納米復合抗菌材料、納米二氧化鈦溶膠和漿料及其結構材料等3大類30多個處于國內外領先水平的產品。標志著中國納米科技正步入產業化階段。
在現階段,中國納米科技的商品化與產業化的確存在著相當多的機遇或有利條件。首先是中國納米科技研究已有一定水平,并已取得一批有實用價值的成果,這為納米科技的商品與產業化奠定了重要基礎;其次是納米科技的應用與商品化、產業化在國際上均處于起步階段,中國因而在這方面與國際上大多數國家幾乎處于同一起跑線上;三是困擾技術商品化和產業化的體制與機制方面的障礙已通過科技體制改革而大大減少,很多納米科技的研究工作已從一開始就在考慮其應用和市場前景;四是越來越多的中國企業在關注和參與納米科技開發工作,這是納米科技商品化與產業化最為有利的條件;五是近年來國家已為推動技術的商品化與產業化出臺了一系列政策措施,這也為納米科技的商品化與產業化創造了良好的環境和條件。
中國納米科技的商品化與產業化也面臨著許多挑戰。一般來說,重大技術的商品化與產業化發展,至少需要以下幾個方面的基礎。首先是企業的積極參與,特別是若干大型企業的戰略性參與,即不僅要參與短期目標的技術開發,而且要參與長遠性的基礎研究和應用研究。企業要敢于和舍得在這一技術的研究和開發上大投入。中國目前企業對納米科技開發的熱情雖然較高,但中國企業關注的主要是短期目標的技術開發,以戰略眼光參與納米基礎研究和應用研究的很少,在納米科技研究和開發的投入,遠不能和美、日、歐的企業相比。其次是技術的市場需求或市場前景要足以能吸引風險投資或其他資本的進入,從而為具有創新活力的中小企業的參與創造條件。中國目前關注納米科技的風險投資還遠低于美國和歐洲。三是要建立良好的制造技術基礎和能力。中國制造技術的落后是否會影響中國納米制造技術的水平,還有待于進一步觀察或研究。從這些意義上說,對中國納米科技的商品化和產業化現狀與前景還不宜作過分樂觀的估計。但無論如何,中國納米科技的應用與商品化、產業化已受到重視,并已有較好的開端,這和中國半導體、計算機技術發展時的狀況已大不相同。
3 戰略與政策:有待于進一步整合
戰略與政策是保障納米科技健康發展和具有競爭力的重要條件。戰略源于認識。中國在認識上不落后。早在90年代初,我國著名科學家錢學森就指出:納米左右和納米以下的結構是下一個階段科學發展的重點,會是一次技術革命,從而將是21世紀又一次產業革命。中國政府對納米科技發展也十分重視,從一開始就給予了較大的支持。國家攀登計劃、國家自然科學基金和中科院的有關計劃都把納米科技作為重要的支持領域,近年推出的國家基礎研究重點項目計劃(973計劃)更是加強了對納米科技研究的支持。在2000年底國家科技教育領導小組舉辦的納米科技講座上,朱@①基總理表示政府將積極支持納米科技的發展,盡快制定納米技術近期和中長期發展計劃。近期公布的國家十五科技發展規劃,已把新材料和納米技術發展作為科技進步和創新的重要任務。雖然從國家戰略的高度認識納米科技發展的重要性并給予支持,只是在美國推出國家納米科技發展戰略和計劃之后,但中國反響之迅速和積極,仍反映了中國在戰略認識上基本與發達國家保持同步。
中國支持納米科技發展的戰略與政策,在國際上是受到關注的。在1999年美國國家科學技術委員會對世界納米科技發展的跟蹤報告中,中國是因實施國家納米科技計劃而被關注的國家之一。今年3月,英國《自然》雜志發表的評論中,特別提到了中國政府在集中各方力量進行一項重大的納米技術開發行動。
盡管如此,但國內不少專家還是認為,中國發展納米科技的戰略與政策不夠明確,迫切需要在國家層次上制定發展納米科技的戰略。這是否意味著,在中國發展納米科技的戰略與政策中,至少還有一些問題不夠清楚,值得進一步討論和研究。
1)戰略與政策的整合。中國目前的戰略與政策較為分散,不能形成有力的“拳頭”,迫切需要象美國一樣,對戰略與政策進行整合,形成國家整體發展戰略。
對戰略與政策進行整合,意味著要加強對發展納米科技的各種努力的協調。然而,“協調難”一直是中國科技發展、特別是高科技產業發展中的突出問題。為此,不少專家呼吁,要象抓“兩彈一星”一樣,抓納米科技的發展。但“兩彈一星”方法的實質是什么,它是否適宜于今天形勢下的納米科技發展,仍值得進一步研究。
為促進協調,中國最近也采取了一些措施,如成立了國家納米科技指導協調委員會;中科院成立了納米科技研究中心,試圖協調院內的納米科技力量。這些措施無疑會加強協調,但是這種協調作用也很可能主要是在“信息”方面的,而不是在“組織”方面的。
2)戰略形成的基礎。“知己知彼”是戰略形成的重要基礎。美國為形成發展納米科技的國家戰略,作了大量“知己知彼”的基礎性工作,從90年代初開始,美國進一步加強了對國際科技發展的持續性的系統跟蹤與評價工作。1995年蘭德公司提出了“分子制造納米技術的潛力”研究報告,1997~1999年,世界技術評價中心相繼提出了“美國納米科技研究與開發的現狀”、“俄國納米科技研究現狀”、“納米結構科技的世界發展趨勢研究”等報告。正是在這些跟蹤評價報告的基礎上,美國政府形成了發展納米科技的國家戰略和國家計劃。相比之下,中國在戰略形成過程中,“知已知彼”的基礎性工作較弱。由于“知己知彼”的基礎工作好,美國的戰略帶有一種咄咄逼人的“主動出擊”性。而中國的戰略目前還只能主要是“被動跟進”性。
3)實施戰略的手段。戰略一旦確定,實施戰略的手段就是最重要的了。加大實施戰略的政策力度、特別是大規模增加經費投入,是美國舉措中最重要和最為引人注目的部分。根據美國的跟蹤報告,1997年,世界各國政府在納米科技研究領域的投入接近5億美元,其中歐洲1.28億美元、日本1.20億美元、美國1.16億美元、其他國家和地區0.70億美元。看到歐洲和日本的投入超過了美國,美國決定在2001年度將納米科技投入增加到近5億美元,相當于全世界1997年的總和。中國在納米科技的投入目前尚無權威的統計數字,據有關報導,到2000年底,中國在納米科技的投入總計約為700萬美元(有的估計為1億人民幣)。如果這一數字基本符合現實的話,那么,中國在納米科技的投入確實太少了。要在戰略上與美、日、歐競爭,必需有更大的投入。作為一個發展中國家,雖然不能在投入的絕對數字上與他們相比,但在相對比例上至少要盡可能趕上他們。
4)開放與合作。作為主要處于基礎研究階段的納米科技,開放與合作機制對于促進其突破性的發展,十分重要。美國在其跟蹤報告中,就十分注意關注潛在的合作國家。最近,美國國家科學基金會已開始與歐盟研究發展局就在納米科技研究中進行合作的可能性進行探討。美歐的合作是否會對中國的納米科技發展提出新的挑戰,有待于進一步跟蹤。中國目前在納米科技研究中投入還較少、儀器設備較落后,積極與先進國家進行合作更為重要。“開放”是中國基礎研究發展的重要方針之一,但不開放卻仍然是中國基礎研究發展中存在的嚴重問題。有必要搞清影響開放的主要原因,采取切實有效的措施加以解決。要通過開放促進在納米科技研究中的更好合作與協調。
5)“有所為與有所不為”。“有所為與有所不為”是中國科技發展堅持的重要方針,納米科技作為一個整體領域,無疑是需要“有所為”的地方。但是與半導體、計算機初期發展不同的是,納米科技從一開始就是范圍較廣的領域。面對納米科技的眾多領域,是否也需要實行“有所為有所不為”的方針呢,這是一個還需進一步研究的問題。中國資源有限,如果在納米科技眾多的領域平均使用,則可能仍然難以推動突破性的發展。選擇重點和突破口就是一個十分重要的問題了。目前國內一些專家建議的主要重點有:納米器件、特別是納米電子器件,納米材料等,如果這些重點的確是最有可能導致未來產業革命的突破口,那么集中資源予以支持,當然是再好不過了。然而把資源過多地集中于某一領域,又不可避免地會有“把雞蛋放在一個籃子里”的風險。
6)如何避免“重蹈覆轍”。在國內不少文獻中,都提到了中國納米科技的發展應避免“重蹈”半導體、計算機技術“覆轍”的問題。中國錯失了半導體、計算機技術發展的機遇,至今仍令人感到遺憾。要避免“重蹈覆轍”,就要深入研究我國半導體、計算機技術發展的教訓,搞清是戰略失誤還是政策措施不力,是體制問題還是管理問題,是研究落后還是商品化和產業化落后等問題。可惜的是,這種較深入的研究目前還難以找到。癥狀不清,是無法對癥下藥的。從目前中國納米科技發展的現狀與趨勢來看,中國“重蹈覆轍”的可能性已相當之小,但作為鞭策,“警鐘常鳴”仍是有益的。