纳米科技的前景和对策，本文主要内容关键词为：纳米论文,对策论文,前景论文,科技论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
纳米科技是指在纳米尺度（1nm到100nm之间）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。
当物质小到1至100纳米（10[-9]～10[-7]米）时，由于其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应，使物质的很多性能发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇异现象。纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。
一、材料和制备
在纳米尺度上，通过精确地控制尺寸和成份来合成材料单元，制备更轻、更强和可设计的材料，同时具有长寿命和低维修费用的特点。以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料、生物材料和仿生材料。实现材料破坏过程中纳米级损伤的诊断和修复。
纳米技术在材料和制造方面的应用包括：(1)不需加工就可生产出具有精确形状的纳米结构的金属、陶瓷制品和聚合物；(2)使用同时具有染料和颜料最好性能的纳米粒子，提高彩色印刷水平；(3)将纳米尺度粘接和涂覆的碳化物材料和纳米涂层用于切割工具及电子、化工等方面；(4)纳米测量新材料；(5)在芯片上进行具有较高复杂性和功能化的纳米加工。
二、微电子和计算机技术
纳米结构的微处理器的效率将提高100万倍，并实现兆兆比特的存储器（提高1000倍）；研制集成纳米传感器系统。
就像30年前，微电子器件取代真空电子管器件给信息技术带来革命一样，纳米结构将再次给信息技术的硬件带来革命。极小的晶体管和存储芯片将成百万倍地提高计算机的计算速度和效率；将海量存储电子器件的存储能力扩展到多太位存储的水平，这将成千倍地增加单位面积的存储量，并上万倍地降低能量的消耗；随着成百倍的带宽拓宽和更亮的可折叠平板显示的开发成功，通讯方式将因此而发生改变；根据新的原理生产新一代的传感器、处理器和纳米器件。
该领域的发展方向有：(1)发展可商业化的纳米结构的合成、处理和制造方法，比如新的表面处理方法、受控晶核形成、定向生长和定向刻蚀等。其它方法有单个原子和分子操纵，纳米结构前体的批量制备（粉末、团簇、胶体、纳米线、纳米点、富勒烯或纳米管），通过单个纳米结构的聚集进行定向自组装等；(2)加速提高对纳米结构及其性质的分析和测量能力；(3)要建立新器件概念，比如单电子器件、自旋电子器件、共振隧道器件、量子点、分子电子器件和垂直腔激光器等；(4)对信息系统结构开展创新性研究。例如要开发网络自动控制(cellular automata)、量子计算机、网络并行计算机、神经网络、光子晶体、利用DNA进行计算等。
三、环境和能源
发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境；制备孔径1nm的纳孔材料作为催化剂的载体，有序纳孔材料和纳米膜材料（孔径10～100nm)用来消除水和空气中的污染；成倍地提高太阳能电池的能量转换效率。
该领域的发展方向有：(1)纳米晶体和层状结构在制造具有光学、磁学、电学、力学和化学性质的材料方面的应用。(2)纳米结构材料中声子传输物理性质的研究。可望开发出实用和环境友好的全固态热电能转换器件。(3)碳纳米管作为潜在的贮氢介质的研究。(4)“纳米流体”的特性研究。通过在流体中悬浮纳晶粒子有可能增加传热速率。最近的实验表明，与不含悬浮粒子的流体相比，这种“纳米流体”可以大幅度地增加热导和传热速率。然而，纳米粒子在流体中影响热传导的机理还不清楚。如果研究人员能改进这些流体，那么它将会大大改进那些通过流体进行传热的热交换器，从而会对使用这类热交换器的许多工业部门带来重大影响。(5)纳米结构材料和传统的金属合金相比，可能会有大大改进的结构性能。比如：理论和实验都表明，一小束单壁碳纳米管与传统的材料相比，具有最大的强度／重量比，强度是钢的100倍而重只有钢的1/6。
未来潜在的突破包括为处理环境污染和核污染使用纳米机器人和智能系统；在核燃料处理过程中，使用纳米过滤器来分离同位素；在核反应器中使用纳米流体来增加冷却效应；使用纳米粒子去除污染；以及为核安全在纳米尺度进行计算机模拟。
四、医学与健康
纳米技术将给医学带来变革。纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排斥反应；研究耐用的与人体友好的人工组织、器官复明和复聪器件；疾病早期诊断的纳米传感器系统。
纳米技术将促进保健业的重大发展。生物传感器和新的成像技术的发展将使我们能对癌症和其它疾病进行早期检测和预警；使用在体疾病检测系统，最终将人们对疾病的关注点从“治病”转换到对疾病的早期检测和预防；新型纳米分析工具的发展，将会促进细胞生物学和病理学的基础研究，例如我们将能够测量细胞的化学和机械性能（包括细胞分裂和运动）以及单分子性质；通过控制材料的纳米结构得到新型高性能的生物相容材料，从而延长人造器官的使用寿命；为促进药品的最佳使用，纳米技术将能给药物的传输提供新的方式和路径（定点基因和药物传送系统），从而极大地提高其疗效；使用小型“智能”医疗设备将降低对人体器官的直接和间接损坏。
五、生物技术
在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等，在纳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，生物仿生化学药品和生物可降解材料；动植物的基因改善和治疗；测定DNA的基因芯片等。
生命体系中的分子单元——蛋白质、核酸、脂肪、糖类都是具有独特功能的材料，其功能受它们的大小、折叠方式、在纳米尺度上的形态等因素决定。生物合成和生物过程给我们制造新化学品和药品提供了全新的方法。通过将生物分子单元集成到合成材料和器件中，我们可能把某种生物学功能和其它希望的材料性质结合到一起。
纳米技术将会在很多方面直接对农业的进步作出贡献。基于分子工程的生物降解化学品可以用于给植物提供营养和保护植物免遭虫害；改良动物和植物基因；将基因和药物导入动物体中；基于纳米排列的测试技术用于DNA测试等。
六、航天和航空
纳米器件在航空航天领域的应用，不仅可增加有效载荷，更重要的是使耗能指标成指数倍的降低。这方面的研究内容还包括：研制低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米集成的测试、控制仪器和电子设备；抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料。
纳米制造技术将使我们能设计和制造可用于飞机、火箭、空间站、行星／太阳探测平台的轻质、高强度、热稳定的材料。另外，低引力、高真空空间环境可以帮助我们开发在地球上不能制造的纳米结构和纳米系统。
纳米技术在此领域的应用很广，与其它领域相比，相对重要的应用可能有：(1)低能耗、抗辐射的高性能计算机；(2)用于小型太空船的纳米仪器；(3)通过使用纳米结构传感器和纳米电子器件，进一步发展航空电子器件，从而进一步发展航空电子学；(4)阻热和耐用的纳米结构涂层。
七、国家安全
由于纳米技术对经济社会的广泛渗透性，拥有纳米技术知识产权和广泛应用这些技术的国家，将在国家经济安全和国防安全方面处于有利地位。通过先进的纳米电子器件在信息控制方面的应用，将使军队在预警、导弹拦截等领域快速反应；通过纳米机械学、微小机器人的应用，将提高部队的灵活性和增加战斗的有效性；用纳米和微米机械设备控制，国家核防卫系统的性能将大幅度提高；通过纳米材料技术的应用，可使武器装备的耐腐蚀、吸波性和隐蔽性大大提高，可用于舰船、潜艇和战斗机等。
纳米科学和技术已发展到一个最有竞争力的阶段，它将促进包括生命科技、信息科技在内的几乎所有技术的飞速发展，并将给社会带来巨大回报。纳米技术将在21世纪对我们的社会、经济以及国家安全产生重大影响。为增强我国的国际科技竞争力，保证我国未来的可持续发展和国家安全，必须大力加强纳米科技的研究工作，动员多学科的力量参加到这一领域中来。
首先，应在国家层次上确定我国纳米科技的发展战略，制订我国的纳米科技发展计划。
其次，纳米科技领域研究涉及的范围较广。发达国家已对纳米科技的发展做出了周密的部署，并投入了大量的资金。由于国力所限，我国不可能在纳米科技的所有领域同时开展研究，必须坚持“有所为，有所不为”的方针，发挥优势，突出重点，强化支持。目前的研究应主要集中在探测和分析纳米区域的性质和现象，创造和制备优异性能的纳米材料，设计制备各种纳米器件和装置等。
第三，因为发展纳米科技的最终目的是服务于人类，改善人们的生活和生产方式，所以，从一开始就应兼顾基础研究、应用研究和开发研究的协调发展。因此，需要科研机构、大学、国家实验室、产业界以及专业协会的共同参与，分工协作。
中国科学院作为我国纳米科技研究领域的主要研究力量，借助正在实施的知识创新工程试点，正在全院的范围内对纳米科技领域的研究和发展工作做通盘考虑，统一规划。目前正在筹建“中国科学院纳米科技研究与发展中心”，加强本领域信息的交流，工作的协调，鼓励不同学科交叉和不同单位的合作，动员多学科、跨部门和跨行业的力量共同推进这项事业的发展。