也谈纳米技术及其产业

材料,它们就具有了普通洗衣机和冰箱所没有的可以抑制霉菌生长的功能;纳米领带,将普通领带的表面经物理、化学两种纳米方法处理后,领带便具有很强的自洁能力,不沾水、不沾油;经过纳米化处理的陶瓷,不仅拥有陶瓷现有的光彩和硬度,同时还具有一定的弹性,而不用担心不小心被摔坏。

为什么目前会有那么多人看好纳米技术的前景?

除了它能促进人类认知领域的革命外,第二个原因就是它会引发一场新的工业革命,给企业带来新的商业机会。具有关资料预计,目前微米级的信息技术开始走到尽头,就是说其发展受到了物理的局限。因此美国半导体协会曾提出,需要将用于信息技术关键芯片的尺度缩小到100纳米以下,当芯片尺寸小于100纳米时,量子效应就会起作用,这时纳米领域的全新理论和方法就会成为构建新的纳米芯片的基础。这样的纳米芯片计算速度会更快、存储密度会更高、能耗大大减少……一场新的工业革命就会到来。就如美国前总统克林顿所说的,到那时候,全部美国国会图书馆的资料就可以储存在一个芯片里。

科学界预计纳米技术是21世纪可能会取得重要突破的三个领域之一,美国甚至认为纳米科技会成为21世纪经济发展的发动机。所以,从欧洲到日本,发达国家纷纷制定自己国家的发展战略,投入很多的人力和物力,再加上企业的投入,形成了今天的纳米热。

中国现在已有几百家纳米技术企业,几十条纳米生产线,这是否意味着纳米时代已经成熟了?纳米时代已经到来?一项科学技术应用是否成熟的很重要的标志,一个是理论研究的深入程度;另一个就是其产品的工业化水平。

尽管,目前解释纳米现象的理论五花八门,但真正能够像经典力学解释宏观世界,量子力学解释微观世界那样的理论仍未出现,这是其一。

其二,相对于纳米时代,我们现在还处在一个后微米技术时代。微米技术时代的特征在信息技术及其应用上反映的较为明显。例如,计算机大规模集成电路的设计、加工、信息存储单元的大小,目前还都是在微米尺寸上进行的。尤其是器件,现在线条的宽度虽然到了深亚微米,但是器件本身还都是微米级的。

微电子技术因为发展得比较成熟,利用现有的技术还可以不断地缩小、改进,但是研制成本会呈指数增加,另外在什么程度上量子效应会占多大比例,如何克服量子效应,这些都是需要解决的问题。

在现实生活中,哪些东西已经是纳米技术的产品了? 要实现纳米技术的诱人前景,最关键的技术就是纳米材料。目前,往往是做成粉体掺进某个东西中去,看看它是否具有不同于以往的性能,然后把这个材料推出去,我国这几百家企业虽然都有自己的产品,但绝大部分目前基本处于这样一个水平,就是把材料做成纳米级的非常小的颗粒,再把粉体做成材料供大家使用,这显然是非常初级的。

我们现在可以在实验室制备出强度和韧性都比原有的材料(比如钢)强10倍以上而重量又轻的材料,这种新材料会带来很多的工业应用和革命。目前就碳管而言可以达到这个程度,但是要想批量生产并降低成本还有问题。

同样,我们也可以在实验室制备出效力高于普通疫苗的纳米佐剂疫苗,但想要批量生产,进行实际应用就需要解决很多关键的技术问题。

物质的结构决定它的性质,结构是单一的,那么性质也基本是均衡的。如何用纳米技术做成大物体时,在宏观尺度物体还保留纳米尺度的特性。这是纳米技术工业化需要解决的一个最关键的问题。例如晶体材料,它的晶格有序,是由于原子排列从微观到宏观都是以同样的方式排列,所以整体的性质和一颗纳米微粒的性质差别并不大。例如,金刚石,其晶格是呈四面体排列,距离、角度都一样,如果无限延伸到宏观上其性能也都是一样的,这就是一块完美的钻石。但自然界的晶体不会是完美的,纳米技术的应用就可以出现完美的金刚石。

另外,我们还需要警惕出现的“伪纳米现象”,例如说将来的纳米武器比核武器要厉害,纳米炸弹爆炸过的地方,整个区域都会变成同一种物质。这在科学理论上就没有什么依据了,完全是信口胡说。

展望未来,全球的纳米科技发展会呈现出以下趋势:一是纳米的科技投入会由原来主要集中在基础研究领域,逐步向应用研究及产业化并举方向转变;二是由单一物理学研究向多学科交叉融合和边沿学科的方向发展;三是由单独的独立部门向集成化和国际化方向发展;四是更加重视关键技术和装备的研发;五是以材料制备为基础的单一生产方式向生物医学和专业器件的具体应用的产业发展。

为了实现纳米科技的可持续发展,保持并加强我国在纳米科技领域的国际竞争能力,除了需要继续开展面向国家重大需求的战略性基础研究外,在纳米材料、器件和系统、测量表征、生物医学等方面的原创性基础研究也是我国未来发展的目标。相信纳米技术在重要和关键技术领域的普及和应用会不断促进相关产业的快速发展。

作者简介

李映波

李映波,男,研究员,1963年10月出生,1984年毕业于昆明医学院临床医学专业,获医学学士学位,1987年昆明医学院研究生班毕业,1990年获中国协和医科大学(现北京协和医学院)医学硕士学位。1998年赴荷兰参加世界银行贷款的中国疫苗项目开发,1999年批准为中国协和医科大学(现北京协和医学院)硕士研究生导师。历任疫苗生产研究室室主任助理、副主任,生产开发处副处长、国有资产管理办公室主任、中心实验室主任、学术委员会委员、职称评审委员会委员、学位评定委员会委员。现为云南省科技专家库成员、国家自然基金委评审专家、国家教育部专家库成员、中国微生物学会临床专业委员会委员、云南省细胞生物学会理事、云南省行为科学学会理事、中国微生物学会永久会员,中华医学会遗传分会会员。

长期从事病毒疫苗生产工艺和病毒疫苗的开发,在OPV病毒稳定性研究上进行了深入研究。1998年因“猴胚肾制备OPV的研究”项目,获云南省人民政府颁发的“科技进步二等奖”。

作为硕士研究生导师和博士研究生副导师,培养和协助培养博士研究生5名,硕士研究生20余名,到目前为止,在国内外刊物上共发表论文30余篇,出版著作3部,译著1部,申请发明专利6项。