2003世界科技发展回顾：塑造未来材料科学日新月异(图文)

科技日报（策划-尚勇 陈泉涌 执笔-国际部 配图-张亮）：只有创新，才能发展。新材料一如既往地成为今年各国争相研究的重点。其中纳米材料为重中之重，纳米激光器、超微型电机、可控纳米马达、支撑蛋白质的纳米级脚手架和金属线等重大成果接连问世。在创造及预测纳米技术美好前景的同时，科学家开始关注纳米技术可能带来的潜在危害，并告诫人们不要将纳米技术“妖魔化”，以免使科技发展受阻。

投资持续加大政策不断加强

面对一浪高过一浪的纳米技术研发热潮，各国政府无不加大研究力度和增加投资。2003年全球在纳米研究方面共投入30亿美元。

美国始终把纳米技术研发作为重点。自2001年以来，政府对纳米研发的投入增加了83％，2004财政年度的研发预算近8.5亿美元，比上一财年增加10％。布什总统12月3日签署了《21世纪纳米技术研究开发法案》，批准从2005财政年度开始的4年中投入约37亿美元，促进纳米技术的研究开发。

法国虽受经济实力所限，投入不如美国和日本，但政府对纳米技术的支持有增无减，尤其从今年开始实施国家纳米科技投资3年计划：2003至2005年投入5000万欧元用于纳米科学基础研究；建立5个纳米技术研究中心和“国家微米和纳米研究网络”项目；促进纳米技术研究成果向中小企业与新兴企业转化。法国近10年来最大的工业投资项目——法国最大电子纳米技术中心“联盟－克洛尔2”2月27日正式启动，主要任务是生产新一代电子芯片，将是世界规模最大的纳米芯片生产中心。

欧盟计划2002年至2006年为纳米技术研究拨款13亿欧元，英国将在今后6年内拨款9000万英镑，支持企业和大学商用纳米技术开发，并期望藉此吸引2亿英镑的额外投资，为大学与企业联手进入超小型设备领域提供资金。

加拿大国家研究委员会今年5月和加拿大13家公司合作，计划每年投入30万加元，共同开发基于纳米材料的聚合物。这是加拿大首个由多方参与的纳米联合研究计划。

德国联邦教研部批准对纳米技术能力中心的投资，以建立更强大的跨学科合作网络，在促进纳米领域内跨学科研究方面发挥催化器作用。

韩国计划在2007年前，投资1000亿韩元建立新的“纳米技术研究中心”，实现大学与企业的密切合作，将目前科研机构和企业各自独立开展的纳米项目、纳米研究设施整合在一起，并计划在2010年前在纳米领域投资2.04兆韩元。

在政策方面，各国也有新举措。

美国今年继续加大执行“国家纳米计划”的力度，制定了新的战略目标：到2010年培养80万真正懂纳米科技的人才，确保美国在21世纪占据纳米领域的领先地位。今年提出的优先项目包括：纳米材料科学及与医疗保健、本土安全和能源相关项目，特别是配合氢能源经济的纳米储存氢能技术。5月22日，麻省理工学院与美国陆军合办的“纳米科技战士”研究所未来战士模拟中心正式“亮相”，公布了纳米科技战士研发计划，研究方向是开发具有隐形、导电、自动疗伤等多种神奇功能的21世纪的战场装甲，研究重点是能够在战场上保护士兵或为其提供医疗救助的材料和设备。其研究范围包括七个领域：能量吸收材料、机械活动材料、检测化学或生物攻击的传感器、医疗设备、纳米材料制造技术、纳米技术集成、模型制造和模拟。美国有很多纳米科研项目，但如此严密的打造纳米战士的计划还是第一个。

德国联邦教研部积极探索公共研究与工业界战略需求的一致性，促进纳米技术在医学、电子、汽车制造等领域的运用。此外，德国政府支持建立纳米技术应用标准，把握欧洲巨大市场潜在商机，积极建立与欧洲其他国家的经济战略联盟。

日本10月成立了有268家大型企业参加的纳米技术商务推进协会，促进纳米技术研究成果尽早实用化。从明年开始，经济产业省所属研究机构将向这些企业展示纳米技术、提供纳米材料样品，让企业能尽快拿出纳米技术产品。

技术频频出彩材料屡屡出新

新年伊始，美国纳米研究就来了个开门红。于1月16日宣布研制出比头发丝还细千倍，可自动调控开关的世界首个纳米激光器。将其安装在微芯片上，能提高计算机信息存储量，加速信息技术的集成化发展，在电信、生物、医药等领域有广阔的应用前景。

日本科学家在12月6日说，他们发现，当降到极端低温时，非常接近于一维金属的碳纳米管的电阻急剧增大，变成绝缘体，与普通金属的

表现截然相反，从而证实了日本诺贝尔物理学奖获得者朝永振一郎关于一维金属的电阻在极端低温状态下急剧增大的“朝永理论”。这一发现为发展纳米技术提供了新思路，可在此基础上开发超微半导体等新产品。

就整体而言，美国纳米科技依然引领全球，硕果累累，获得多项世界级的重大成果。

在纳米基础研究方面，发现碳纳米管理想的吸收与发散光波特性，可望使量子密码技术以及单分子传感器变成现实；利用自行组装的DNA分子作为建筑材料，建造了支撑蛋白质的纳米级脚手架和金属线，直径只有数十亿分之一米，这是在纳米级合成方面取得的重要成就，可能由此开发可编程的分子级传感器或电路。在世界上首次得到具有压电效应的半导体纳米带结构——实现纳米尺度上机电耦合的关键材料，可用来设计研制各种纳米传感器、执行器，以及共振耦合器，甚至纳米压电马达，在微／纳米机电系统有重要应用价值。

在纳米材料应用领域，特别是在电子元器件、微机械系统方面收获更多，出现可控纳米马达、纳米电动机、纳米激光器、纳米弹簧等成果。开发出的可控纳米马达由一种自旋蛋白质片断制成，宽度仅为11纳米，可在未来用于驱动诸如药物递送系统等纳米机械。用多层碳纳米管制做的世界最小电动机的直径约为500纳米，比头发丝还细300倍，能在电压驱动下转动，对温度和化学条件要求宽松，甚至在真空中也能运转，有很大应用潜力，可广泛用于光学开关等领域，为发动机运转带来全新含义。

在电子元器件方面，研制出以碳纳米管为导电通路的场效晶体管及逻辑电路，为计算机电路纳米化提供了一线曙光。制造出电子流动性比现有半导体材料高25％、比硅晶体管高70％的碳纳米管晶体管，向让纳米管成为新一代功能更强大尺寸更小的电子产品迈出重要一步，由此发现半导体碳纳米管在室温下传输电流的能力好于任何已知的其它物质，用它可造出比以往更好的晶体管，这一发现是纳米管能够成为新一代功能强大的电子产品基础的最新证据。开发出由单分子碳纳米管构成的世界最小发光元件，直径1.4纳米，可发出波长1.5μm的光，是分子元件研究领域的重大进展，将推动碳纳米管在纳米级电子工程学和光元件领域的应用研究，有可能在电子和光电子领域开辟新的应用前景。它实现了芯片产业“光电合一”的梦想，表明纳米管能与目前的硅电路结合，有可能促使纳米管在2015年前在商业芯片上获得应用。

纳米在能源应用成为新的关注点，纳米储氢技术已成为重点项目，注重寻找可能用于储氢的纳米材料纤维，有关实验室已将储氢纤维做到平均直径在35纳米的水平。

与此同时，美国的纳米应用研究还出现不少热点。医学领域的热点为纳米医药机器人、纳米定向药物载体、纳米在基因工程蛋白质合成中的应用等具有潜力的应用方向；微电子及信息技术领域应用方面的开发热点包括导电聚合物在信息技术领域的应用、纳米电子元器件FET二极管、用于感应器的电子序列、纳米传感器等。在化学工业上，应用的开发热点是利用纳米材料提高催化剂的效能问题，包括用于燃料电池的催化剂等。

其他国家也获得不少重大成果：

以色列科学家利用生物自组装技术和碳纳米管的电子特性，首次在DNA上制造出纳米晶体管，说明利用生物技术制造无机物器件是可能的。以色列特拉维夫大学采用一种综合生物技术和无机化学的办法，制备出了银纳米导线，可作为稳定的生物传感器和芯片的电流导体。这是世界首次人工合成的离散而又均匀的纳米导线。

日本名古屋大学研制出一种外层为半导体，内层为导体的双层纳米管，可作为微电子元件的配线用于薄形装置的关键部位，根据需要发挥不同的导电性能，在超小型精密器械制造等对导电性能要求高的领域将大有用武之地。日本信州大学研制成功目前世界最小的碳纳米管，直径只有0.4纳米，这种纳米管可在分子等级上与树胶混合形成高强度树胶，用于制作小型精密机械用树胶齿轮。日本NEC研制出世界最小晶体管，长度为5纳米，比最小的病毒还要小2倍，打破了IBM公司2002年12月研制出长度仅为6纳米的晶体管的世界记录。

法国国家科研中心利用粉末冶金制成机械特性奇佳，平均体积仅为80纳米的纯纳米晶体铜，强度不仅比普通铜高3倍，而且形变非常均匀，没有明显的区域性变窄现象，这是科学家首次获得和观察到具有完美弹塑性的物质，为制造常温下的弹性物质开辟了光明前景。

英国谢菲尔德大学和美国同行合作，通过模拟细胞自我组装机制，使一种树状有机分子自我组装成以前从未在有机分子中发现过，含25万个原子的晶格单元，其截面约为20×20纳米。这些