2008年,美国研究人员宣布新开发出一种纳米材料,它对可见光的吸收率超过99.9%,是目前已知的颜色最黑的材料。由于这种材料几乎能吸收所有入射的可见光,因此它在太阳能的收集和利用方面可能具有较大应用潜力。图为研究人员在用这种材料进行光反射实验。 2000年美国正式发布“国家纳米技术计划”(NNI),提出发展纳米科技的战略目标和具体战略部署,标志着美国进入全面推进纳米科技发展的新阶段。NNI是一项跨部门的系统工程,旨在确保美国在纳米技术方面的领先地位,同时也为提高国家经济竞争力提供支持。
光学新材料和生物分子追踪应用是研究热门
NNI实施以来美国在纳米技术的基础研究方面取得突破。在应用研究和产品开发方面,美国在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等四大热点领域快速发展,其中在光学新材料和生物分子追踪两个领域的应用是研究热门。
微电子制造:光刻技术
在半导体芯片领域,目前美国纳米技术专家把纳米级的半导体材料做成晶体管。这样,一块芯片上就可以容纳更多晶体管,从而使芯片的运算速度比传统的硅芯片提高上千倍。这一研究方向在2001年取得基础性突破后,在应用研究中越来越热。
IBM已于2002年开发出碳纳米管高效能晶体管,用微机械电子系统技术制成太位存储器;在集成电路芯片的制造方面,也开始应用超紫外光刻技术等,使芯片制造实现了由微米向纳米的技术飞跃。不久的将来,分子电子学技术将彻底取代微电子技术,芯片制造将进入分子纳米技术时代。
结构化学:纳米生物技术
目前,美国的科学家正在研究重组DNA分子,该项研究对于解构和测定新的基因排序具有开拓性意义。在生物分子追踪领域,科学家把某种纳米颗粒“粘”在生物分子上,然后利用纳米颗粒的发光特性研究生物分子的行踪,这对研究艾滋病病毒等在人体内的活动过程十分有益,该项研究有望在几年内实现突破。
纳米技术:应用于更多领域
在微机械系统方面,美国已成功研制出可控纳米马达、纳米电动机、纳米激光器、纳米弹簧等成果,其开发出的可控纳米马达由一种自旋蛋白质片段制成,宽度仅为11纳米,可在未来用于驱动诸如药物传输系统等纳米机械。此外,纳米在能源领域的应用也成为新的关注点,纳米储氢技术已成为重点项目。美学术界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,医学领域的热点为纳米
医药机器人(300024,股吧)、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,包括纳米电子元器件二极管、纳米
传感器等。化学工业上的应用热点是利用纳米材料提高催化剂的效能,包括用于燃料电池的催化剂等。
“国家纳米技术计划”催生新的经济增长点
“国家纳米技术计划”实施几年来,美国成功保持了在纳米技术领域的世界领先地位,同时通过纳米技术的产业化合作催生出新的经济增长点。
一、协调各部门研发投入,促进合作和资源共享
NNI成功协调了从联邦政府到各级政府和部门对纳米技术研发等各领域的投入。各参与部门支持从前沿基础研究到市场化的技术研发。另外,各部门通过合作机制建立了一整套优先协作项目并共享资源,这些都有效地促进了美国纳米技术的发展。
奥尔巴尼纳米中心是世界最大的纳米技术研发中心之一,该中心依托于纽约州立大学奥尔巴尼分校,致力于加快高技术产品的商业化。该中心通过提供技术孵化、集成测试等支撑服务,帮助企业克服技术、市场和商业发展各项障碍,形成纳米技术产品的大规模研发和生产布局,成为州政府、联邦政府、研究院所及产业界合作的一个典范。
二、加强纳米技术基础设施建设,提供硬件支撑
2002-2003财年,NNI启动了一项名为“国家纳米技术基础设施,网络”的行动。该行动配合纳米技术卓越中心的建设,注重整合现有资源,集中力量,完善和提升基础设施水平,目的是在全美建成能保证纳米技术基础研究和应用研究有效进行的设备支撑体系。到2005年,全国50%以上的国家研究机构配备有纳米研究所需的设施。
三、基础和应用研究双管齐下,各学科交叉融合
在基础研究方面,NNI利用国家实验室及大学的科研优势,投入相当大的人力和财力,着力在生物系统、纳米器件与系统等方面进行研究。在应用研究方面,则明显表现出国家需求及产业驱动的特点。
NNI所产生的多学科合作的研究模式极大提高了基础研究的效率,也使得应用研究具有更大影响力。纳米技术与信息技术及生物技术的交叉融合、协同发展,使得基础研究的成果得以成为应用技术的依托点,促成技术飞跃。
四、注重成果转化,抢占市场先机
作为一个基础性的新兴领域,产业界对纳米技术已产生强烈需求,特别是在信息技术和生物制药领域。NNI在强调将研究成果尽快转变为创新技术的同时,美国纳米技术转让行为的最基本途径是从研发到产品生产、销售和服务的延伸。
五、将培养纳米高技能人才置于优先地位
高技能的就业大军对于纳米技术的研发至关重要。NNI将纳米知识教育和专业技术人才的培训置于未来工作的优先地位。目前,美国25%的研究型大学开设纳米科学与工程课程,十二年级(高三)学生也接受纳米技术知识的教育。