納米技術是對100納米以下的物質進行探索和控制的技術，這一尺度下，物質會呈現出與宏觀物體和微觀粒子截然不同的特性。經過最近二三十年的快速發展，一些具有新奇特性的納米材料，如導電性能類似金屬銅的石墨烯，抗拉強度比同體積鋼高100倍的碳納米管，通過改變尺寸就可以控制發射光譜的量子點，具有隱身功能的超材料等不斷被發現，繼而在醫學、能源、環境及信息，甚至軍事等領域得到了廣泛的應用。

    2018年全國科技活動周，北京軍事博物館的主場活動，國家納米科學中心任紅軒教授為前來參觀的學生們展示納米科技科普最前沿的“納米夢工坊”便攜科普教具產品，讓學生們感受納米科技的魅力。

    納米技術的廣泛應用

    醫學領域，納米技術為藥物的傳輸和疾病的治療提供了新的方式和途徑。借助納米載體，藥物可以克服人體的生物屏障，通過人為操控直接到達病灶區，在提高局部藥物濃度增強治療效果的同時減少了對其他組織的損害，其優勢在癌癥治療中比較明顯。目前部分針對癌癥的納米藥物已經面市。

    此外，利用納米技術可以實現疾病的早期診斷及監測。利用金納米粒子制備的生物條形碼可以將疾病生物標記物的檢出底線降低106倍，極大地提高了疾病早期發現的可能性；利用石墨烯制備的皮膚貼片改變了傳統的手指穿刺測量血糖的方法，以非侵入的方式實現了對糖尿病患者血糖的監測和管理。納米技術有力促進了醫學發展過程中瓶頸問題的解決，成為醫藥研究領域必不可少的技術和武器。

    能源領域，納米技術為綠色清潔能源技術的快速發展及應用提供了新的思路，開辟了新的途徑。納米技術為鋰電池的發展帶來了新機遇。利用納米技術，傳統鋰電池領域充放電過程中的安全性（利用硅納米線或者具有空心殼層結構的S/納米TiO2等）及速度慢（應用碳納米管等）、電池不穩定（使用超薄二維BN/石墨烯復合材料等）等重大問題得以妥善解決。

    目前針對鋰電池的納米材料的研究已經完善并實現了產業化，商業鋰電池的能量密度已達300Wh/kg，鋰電池動力汽車的續航里程可達470公里左右，隨著納米材料的進一步發展，鋰電池性能的進一步優化，其能量密度有望達到500Wh/kg，實現800公里的續航目標。超級電容器因為充電速度快，功率密度高等優勢成為新能源汽車的“新寵”。

    納米技術可以幫助超級電容器減重，同時進一步提升充電速度。近日一款由碳納米管制備的超級電容器問世，其充放電速度是傳統電池的1000倍，能夠在短短數秒中完成汽車充電，甚至比傳統汽車加油要快3倍，充電周期可以高達100萬次。一些性能更為優越、更為輕質、更為環保的應用了納米技術的新穎超級電容器，如蛋殼膜超級電容器、海綿超級電容器還在不斷出現。一旦這些超級電容器成功商業化，將會給稀土市場產生一定的沖擊，也會給傳統電動汽車行業帶來顛覆性改變。

    鈣鈦礦太陽能電池是近幾年新發展起來的能源轉換器件，中國科學家合成的全無機鈣鈦礦太陽能電池實現了14.4%的最高光電轉換效率，有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率已提升到22.1%，接近單晶硅太陽能電池26.3%的光電轉化效率。隨著加工工藝的發展和成熟，應用了納米技術的鈣鈦礦太陽能電池有望超過硅基太陽能電池的光電轉化效率，其進一步發展很有可能改變太陽能產業。

    納米摩擦發電機是納米技術在機械能發電領域的新應用。利用它可以收集傳統發電機不容易獲取的機械能，比如摩擦能、風能、海浪能、機械振動等。目前，已有部分利用納米摩擦發電機的產品問世，如，自供電智能鞋、摩擦電空氣凈化器等。作為一種全新的綠色能源供給技術，納米摩擦發電機將為物聯網發展中微能源供應問題提供全新的解決方案，可以為大尺度的“藍色能源”（海洋能）提供一種全新的技術方案，在普適化便攜式電子產品的電源供應方面有廣泛的應用前景。利用了納米技術的納米摩擦發電機有可能引領技術革新并深刻改變人類社會。

    由此可見，納米技術不僅改變了人們認識世界的角度，將人們的視野聚焦到100納米以下的范圍，催生了新的研究領域和技術（如自旋電子學，納米壓印光刻技術等），還為其應用領域開辟了新的天地，為瓶頸問題的解決提供了有效途徑，為傳統行業帶來了新的發展機遇，同時其衍生的新產品和新方法形成了巨大的新興市場，其進一步的發展非常有可能引發生產革命和消費革命。

 微納米材料經900倍放大，頗似“小蘑菇”

    各國納米技術的發展戰略和行動

    納米技術作為一項新興技術，首先受到了美國的高度關注。2000年美國率先發布國家納米計劃，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發工作方面的協調。隨后，世界上幾乎所有的工業化國家都加快了推進納米技術戰略和研究計劃的步伐，韓國、俄羅斯、中國、越南、以色列等新興工業化國家和發展中國家也紛紛根據本國國情制定了系列納米發展戰略和計劃。

    比如韓國，2002年發布了“納米技術開發行動計劃”，支持納米核心技術的開發并培育納米技術領域的專家；2008年發布了“面向先進一流國家的李明博政府的科學技術基本計劃”，將納米基礎機能性材料技術等領域列為重點培育技術，希望憑借這些技術的發展使韓國躋身于七大科技強國之列。隨后韓國又出臺了一系列研究計劃，如每五年修訂一次的“納米技術綜合發展計劃”等，以“把韓國發展成為以技術創新促進可持續發展的納米技術領先國家”為發展藍圖，促進納米技術在本國的發展。

    德國2004年發布了納米技術新戰略，提出“德國創新向納米技術進軍”的戰略計劃，促進納米技術應用潛力的開發；隨后德國頒布了系列“納米技術行動計劃”，希望利用納米技術解決其制定的高新技術戰略中能源、交通、健康等領域中的關鍵問題，提高德國企業的競爭力，擴大自己在歐洲的領先地位。

    中國也制定了納米技術發展的計劃。2001年，科技部聯合國家多部委發布了《國家納米科技發展綱要》，并成立了國家納米科學技術指導協調委員會，提出加強基礎研究、攻克關鍵技術及培養骨干人才等任務目標。各部委分別通過國家的“973計劃”、“863計劃”等對納米新材料和新技術的研發進行了支持。

    2013年，中國科學院啟動“納米先導專項”，希望利用納米技術促進長續航動力鋰電池和納米綠色印刷等產業技術的變革性創新，同時培育和推動一批納米核心技術在特定能源、環境與健康領域中的應用，解決若干制約國家骨干行業發展的關鍵技術瓶頸問題，帶動新興產業的發展；2016年，科技部發布“十三五”國家科技創新規劃，將新型納米功能材料、納米光電器件及集成系統、納米生物醫用材料、納米藥物、納米能源材料與器件、納米環境材料等的研發作為重大專項進行研究部署。

化學反應產生的自我組合的納米“花朵”

    在各類項目和計劃的支持下，我國納米技術的發展態勢良好，已經成為世界納米技術研發大國，貢獻了全球超過三分之一的納米科技論文，約占全球一半的納米專利申請。我國的部分基礎研究躍居國際領先水平；首次化學合成了具有自主知識產權的新型納米材料石墨炔，不僅在能源、光電子器件等領域展示出了巨大的應用潛力，在國際上產生了重要影響，且正在全球范圍內形成新的研究方向；在國際上首次提出了“納米限域催化”概念，成功實現了甲烷一步轉化直接生產低碳烯烴。這項成果顛覆了90多年來煤化工一直沿襲的費托路線，被業界譽為“煤轉化領域里程碑式的重大突破”，在國際學術界和產業界形成了重大影響；首次合成了性能超越傳統硅基的5納米柵長碳納米晶體管，將晶體管性能推至理論極限；研發的新型“腫瘤捕手”-多肽納米材料，實現了對循環腫瘤細胞的高效富集和檢測，其性能顯著高于國內外同類型材料；首次合成了接近單根碳納米管理論強度的超長碳納米管管束，其拉伸強度超越了目前全世界范圍內發現的所有其他纖維材料。

    我國已經建立了國際性納米技術學術據點——國家納米科學中心，并在蘇州建成了大型產官學工業園區-蘇州納米科技協同創新中心，以促進納米技術的研發及產業化。我國納米科技應用研究與成果轉化的成效也已初具規模：我國已經成功研發出22納米及以下集成電路技術研發的工藝平臺（全球只有英特爾公司量產）；已經建成了世界上第一條真正實現規模化、低成本制備高品質石墨烯的生產線，最近我國還啟動了首條全自動量產石墨烯有機太陽能光電子器件的生產線；已實現40納米，28納米系統級芯片工藝的試生產；突破傳統版材電解氧化的工藝路線，建成世界上首條無電解氧化工藝600萬平方米納米綠色版基示印刷范線；我國已建成年產達10萬平米的超材料板生產線；能大幅降低空氣中有害氣體的納米空氣凈化器已進入實用化生產階段。

    總之，納米技術的發展方興未艾，未來的納米技術將作為一項通用技術在更多的領域發揮更大的作用。

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責任編輯：王元

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