納米(mi)技術(shu)與我(wo)們(men)的機會(hui)

1、納米(mi)技術(shu)研究(jiu)與(yu)開(kai)發(fa)的背(bei)景(jing)
前(qian)面已(yi)經談到，納(na)米(mi)科學技術(shu)是介(jie)於(yu)微(wei)觀與宏(hong)觀之(zhi)間的介(jie)觀(guan)物(wu)理(li)，關於納米(mi)科學技術(shu)的定義很(hen)多，具(ju)有(you)代表(biao)性(xing)的說法有：如(ru)英(ying)國(guo)科學家阿爾(er)培(pei)特.佛朗克斯(si)教(jiao)授(shou)把納(na)米(mi)技術(shu)定義為"在0.1-100納米(mi)尺(chi)度範圍(wei)起(qi)關(guan)鍵作(zuo)用的科學技術(shu)領域(yu)。"美(mei)國(guo)"國(guo)家納米(mi)技術(shu)倡議"（NNI）即(ji)推(tui)薦采用科普作(zuo)家伊(yi)凡(fan).阿(e)莫(mo)托在(zai)壹(yi)本(ben)小冊(ce)子(zi)中的提法："納米(mi)科學和納米(mi)技術(shu)壹(yi)般是(shi)指(zhi)，在納米(mi)尺(chi)度上，則(ze)從(cong)壹(yi)納(na)米(mi)到(dao)幾(ji)百納(na)米(mi)介(jie)觀範圍(wei)內(nei)，所(suo)從(cong)事(shi)的工(gong)作(zuo)範疇"。上述(shu)兩(liang)種(zhong)說法，總的意思是，把(ba)它(ta)限定在納米(mi)尺(chi)度範圍(wei)內(nei)的物(wu)質組成(cheng)體系(xi)的運(yun)動(dong)規律和研究(jiu)開(kai)發(fa)工(gong)作(zuo)。我(wo)國(guo)科學家，即主張(zhang)把它(ta)的內(nei)涵(han)再延伸擴(kuo)張(zhang)到由(you)它(ta)所引發(fa)出的可(ke)能(neng)的實(shi)際(ji)應用領域(yu)的研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)工(gong)作(zuo)。我(wo)國(guo)納米(mi)科學家，國(guo)家重點(dian)基(ji)礎(chu)研(yan)究計劃(hua)（973計劃(hua)）納米(mi)材料(liao)和納米(mi)結(jie)構項(xiang)目科學家，固(gu)體物(wu)理(li)研究(jiu)所(suo)張(zhang)立德研究員作(zuo)了(le)總(zong)結性的定義："納米(mi)科技是(shi)研(yan)究由(you)尺寸(cun)在(zai)0.1-100nm之(zhi)間的物(wu)質組成(cheng)的體系(xi)的運(yun)動(dong)規律和相互(hu)作(zuo)用，以(yi)及(ji)可能(neng)的實(shi)際(ji)應用中的技術(shu)問題的科學技術(shu)。"這(zhe)個定義既反應了(le)納(na)米(mi)科學技術(shu)的內(nei)涵(han)，又體現(xian)了(le)科學技術(shu)發展(zhan)規律的要求，也(ye)比(bi)較(jiao)符(fu)合中國(guo)的實(shi)際(ji)情(qing)況。
1.1 從(cong)理(li)論(lun)層(ceng)面上看(kan)，納(na)米(mi)科技是(shi)量(liang)子力學在實(shi)踐(jian)上的必然延(yan)伸。我(wo)們(men)知道用原(yuan)子模(mo)型和量子(zi)力學的能(neng)級(ji)概(gai)念合理(li)的解(jie)釋(shi)金屬(shu)、半導(dao)體、絕(jue)緣(yuan)體的電(dian)、光、熱(re)、機械(xie)等性(xing)能，並進行廣泛的工(gong)業化開(kai)發(fa)，形成(cheng)新(xin)興(xing)的產業，同(tong)時(shi)改造(zao)各(ge)種(zhong)傳(chuan)統(tong)產業。其中突出的是(shi)上個世(shi)紀(ji)四(si)十年代末發(fa)明(ming)的半導(dao)體，它(ta)的發(fa)展(zhan)軌(gui)跡(ji)是半導(dao)體-集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)-大(da)規模集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)-超大(da)規模集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)，它(ta)的成(cheng)就(jiu)很(hen)大(da)地(di)推動(dong)了(le)信(xin)息產業的發(fa)展(zhan)。這(zhe)是(shi)量(liang)子(zi)力學在微(wei)米(mi)空(kong)間尺(chi)度(du)上的輝(hui)煌(huang)實(shi)踐(jian)和發展(zhan)。微米(mi)技術(shu)把量(liang)子(zi)力(li)學在微(wei)米(mi)空(kong)間上的應用，同(tong)微電(dian)子學、電(dian)磁學、光學、經典(dian)牛頓(dun)力(li)學有機地(di)結合起(qi)來(lai)，極大(da)地(di)推動(dong)了(le)社(she)會(hui)生(sheng)產力的發(fa)展(zhan)。量(liang)子(zi)力學的本(ben)質特征是(shi)微(wei)細粒子的波(bo)粒二像性，而在微米(mi)技術(shu)上所用(yong)的主要是量(liang)子(zi)力學的粒子性電(dian)子流(liu)（大(da)量(liang)的、宏(hong)觀(guan)的粒子流(liu)）。它(ta)與傳(chuan)統(tong)的經典(dian)理(li)論的工(gong)程(cheng)應用相匹(pi)配，才(cai)形成(cheng)現(xian)在的半導(dao)體、計算(suan)機、軟(ruan)件、網(wang)絡通(tong)信等(deng)信息產業。也就(jiu)是說，這(zhe)樣(yang)龐(pang)大(da)的產業，僅(jin)僅(jin)應用了(le)量(liang)子力學波(bo)粒二像性的壹(yi)半，即它(ta)的粒子性。另外的更(geng)奇妙(miao)的波(bo)動(dong)性(xing)還(hai)未加考慮(lv)。理(li)論(lun)來(lai)源於(yu)實(shi)踐(jian)，更(geng)在於指導(dao)實踐(jian)，以(yi)證(zheng)明(ming)其正(zheng)確(que)性(xing)，並通(tong)過實(shi)踐(jian)考驗(yan)進壹(yi)步(bu)修(xiu)正(zheng)充(chong)實發(fa)展理論，量子力(li)學的自(zi)身(shen)發(fa)展，也必然如(ru)此。我(wo)國(guo)納米(mi)材料(liao)學家，物理(li)研(yan)究所的解(jie)思深研(yan)究員就(jiu)說："納(na)米(mi)材料(liao)本(ben)身(shen)是(shi)將量子(zi)力學效應工(gong)程(cheng)化或技術(shu)化場(chang)合之(zhi)壹(yi)，可(ke)能(neng)會(hui)產生(sheng)全新(xin)的物(wu)理(li)、化學現(xian)象。"
1.2 從(cong)技術(shu)創(chuang)新(xin)的發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)來(lai)看(kan)，需要更精致、環境友(you)好、更具(ju)有(you)智能化的技術(shu)創(chuang)新(xin)。
在牛頓(dun)力(li)學體系(xi)的理(li)論(lun)指(zhi)導(dao)下(xia)，大(da)大(da)地(di)促進(jin)了(le)技術(shu)創(chuang)新(xin)活動(dong)，促(cu)成(cheng)了(le)十八世(shi)紀(ji)下(xia)半葉開(kai)始(shi)的次(ci)工(gong)業革命(ming)，其創(chuang)新(xin)發(fa)明(ming)的代(dai)表(biao)作(zuo)就(jiu)是瓦(wa)特發明的蒸(zheng)汽(qi)機，這(zhe)是(shi)人(ren)類器官的壹(yi)次(ci)飛躍性(xing)延(yan)伸，它(ta)力大(da)無比(bi)，顯得龐(pang)大(da)粗(cu)壯(zhuang)，還(hai)有(you)壹(yi)定的自(zi)動(dong)控(kong)制(zhi)能力(li)，對當(dang)時(shi)的人(ren)來說，是(shi)非(fei)常(chang)不錯(cuo)的玩(wan)意兒(er)，但對(dui)現(xian)代人(ren)來說是(shi)壹(yi)個傻(sha)大(da)黑(hei)粗又愚笨(ben)的家夥。人(ren)們壹(yi)直(zhi)在(zai)不斷(duan)的追(zhui)求輕(qing)、小(xiao)、簡、廉，現(xian)在即(ji)更(geng)追(zhui)求更(geng)快(kuai)、更省、智能化、環境友(you)好、可持(chi)續發(fa)展。
人(ren)類自古(gu)以(yi)來(lai)，創(chuang)新(xin)思路(lu)和方法基本(ben)上都是(shi)由(you)大(da)到(dao)小，由(you)粗到(dao)精，從(cong)石(shi)器時(shi)代(dai)-青銅(tong)器(qi)時(shi)代(dai)-鐵(tie)器(qi)時(shi)代(dai)-大(da)機器(qi)生(sheng)產時(shi)代(dai)-現(xian)在，概(gai)莫(mo)能外。我(wo)們(men)祖先(xian)為了(le)得到(dao)石(shi)器，需要壹(yi)塊大(da)石(shi)頭把它(ta)打(da)小(xiao)，然後(hou)再磨(mo)礪(li)成(cheng)可(ke)用(yong)的石(shi)器，這(zhe)是(shi)由(you)大(da)到(dao)小的過程(cheng)。我(wo)們(men)現(xian)在用(yong)的機器(qi)制(zhi)造也(ye)這(zhe)樣(yang)，開(kai)礦(kuang)山-冶(ye)煉(lian)-金屬(shu)材料(liao)-機器(qi)另部件-機器(qi)，也是(shi)由(you)大(da)到(dao)小的過程(cheng)。在這(zhe)個過程(cheng)中存在(zai)著(zhe)大(da)量(liang)的人(ren)類勞(lao)動和資(zi)源的浪費，造(zao)成(cheng)了(le)環境危(wei)機。單(dan)純由(you)大(da)到(dao)小（top down）的創(chuang)新(xin)思維和方法已經面臨(lin)挑(tiao)戰(zhan)，納米(mi)科學技術(shu)的研(yan)究(jiu)方(fang)法（approaches），即提出了(le)全新(xin)的創(chuang)新(xin)思維和方法，這(zhe)裏有兩(liang)種(zhong)方(fang)法：
是(shi)繼(ji)續(xu)沿(yan)著古(gu)已(yi)有之(zhi)的"由(you)大(da)到(dao)小"（top down）思路(lu)和方法幹(gan)下(xia)去(qu)，不(bu)過這(zhe)裏的"小(xiao)"可(ke)不(bu)是(shi)原(yuan)有意義上的毫(hao)米(mi)、微(wei)米(mi)的小(xiao)，而是在納米(mi)尺(chi)度（0.1-100nm）上的小(xiao)，在(zai)這(zhe)麽(me)"小"的地(di)方出現(xian)的景(jing)觀同(tong)傳(chuan)統(tong)意義上的毫(hao)米(mi)、微(wei)米(mi)尺(chi)度上的出現(xian)的景(jing)象根本(ben)不同(tong)，在這(zhe)裏真正(zheng)的發(fa)生(sheng)了(le)量(liang)子力學上的波(bo)粒二像性。
現(xian)在用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法（top down），可以(yi)在(zai)宏觀(guan)塊體材料(liao)（如(ru)半導(dao)體）上利用(yong)機械(xie)和蝕刻(ke)技術(shu)制(zhi)造納(na)米(mi)尺(chi)度結(jie)構(gou)。納米(mi)材料(liao)的制(zhi)備的種(zhong)種(zhong)方(fang)法，還(hai)是(shi)這(zhe)壹(yi)方(fang)法。估計二(er)十壹(yi)世(shi)紀(ji)的前(qian)半葉，甚至更長(chang)時(shi)間(jian)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法還(hai)起(qi)到(dao)支(zhi)柱作(zuo)用。但(dan)是(shi)它(ta)創(chuang)造(zao)的文(wen)明(ming)會(hui)是非(fei)常(chang)輝(hui)煌(huang)的。
第二種(zhong)方(fang)法，就(jiu)是實(shi)現(xian)量子(zi)物(wu)理(li)學界(jie)的奇才費曼所預(yu)言(yan)的那樣(yang)"物(wu)理學的規律不(bu)排除壹(yi)個原(yuan)子壹(yi)個原(yuan)子地(di)制(zhi)造物(wu)品的可(ke)能(neng)性(xing)"。即(ji)"由(you)小到(dao)大(da)"（bottom up）的方(fang)法，人(ren)們按需要用壹(yi)個個原(yuan)子或(huo)壹(yi)個個分(fen)子(zi)組(zu)裝創(chuang)造(zao)出有機和無機物(wu)品。這(zhe)方(fang)面的創(chuang)新(xin)工(gong)作(zuo)已取得壹(yi)些成(cheng)果，見(jian)諸(zhu)報(bao)端(duan)的不(bu)少(shao)，但離(li)真正(zheng)的實(shi)用(yong)還(hai)要走很(hen)長(chang)的路(lu)。
1.3從(cong)技術(shu)的通(tong)用程(cheng)度來(lai)看(kan)，納(na)米(mi)科學技術(shu)既是(shi)高新(xin)技術(shu)的通(tong)用性(xing)技術(shu)，也是(shi)各(ge)傳(chuan)統(tong)產業升級(ji)的通(tong)用性(xing)基礎(chu)性技術(shu)。
1.3.1信(xin)息產業的發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)
以(yi)信(xin)息技術(shu)（產業）為例(li)，它(ta)的基(ji)礎(chu)是(shi)半導(dao)體集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)產業。這(zhe)個產業的基(ji)礎(chu)技術(shu)是微(wei)米(mi)技術(shu)，它(ta)的技術(shu)創(chuang)新(xin)歷(li)程(cheng)壹(yi)直(zhi)曾(zeng)循著(zhe)摩爾定律。這(zhe)個定律是(shi)1965年戈登.摩爾（Gorden.Moore）提出來的，他(ta)指(zhi)出集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)裏晶體管數量(liang)每18個月翻(fan)壹(yi)番。26年來，現(xian)實與(yu)摩爾定律非(fei)常(chang)壹(yi)致(zhi)。這(zhe)是(shi)在(zai)微(wei)米(mi)尺(chi)度上的定律，科學界(jie)普(pu)遍(bian)認(ren)為0.05微米(mi)（50mm）是(shi)現(xian)代半導(dao)體工(gong)藝(yi)的極(ji)限(xian)，Intel公(gong)司的工(gong)藝(yi)是(shi)0.13um（130納米(mi)），估(gu)計將在10-15年內達到它(ta)的極(ji)限(xian)。要是繼(ji)續(xu)用微米(mi)技術(shu)，就(jiu)很(hen)難再前進了(le)，即(ji)使能(neng)夠逼近它(ta)的極(ji)限(xian)，但(dan)這(zhe)就(jiu)意味(wei)著要花近百(bai)億美(mei)元(yuan)，甚至數百(bai)億美(mei)元(yuan)，在(zai)經濟(ji)上是極(ji)其不劃(hua)算的。因(yin)此，半導(dao)體工(gong)藝(yi)要走出它(ta)的死(si)胡(hu)同(tong)，非得另謀出路(lu)不可(ke)。如果借用量(liang)子力(li)學上的"隧(sui)道(dao)效(xiao)應"壹(yi)詞作(zuo)比喻(yu)，那麽(me)我(wo)們(men)就(jiu)得在(zai)臨(lin)近胡(hu)同(tong)底(di)的時(shi)候(hou)，開(kai)始(shi)挖(wa)掘壹(yi)條(tiao)"隧(sui)道"出去，利用(yong)量(liang)子(zi)力(li)學波(bo)動(dong)的隧(sui)道(dao)效(xiao)應開(kai)辟(pi)新的天地(di)。
這(zhe)個新(xin)天地(di)就(jiu)是納(na)米(mi)技術(shu)。所幸(xing)的是(shi)，新(xin)途(tu)徑(jing)已經初(chu)露端(duan)倪。1998年，IBM公司與日本(ben)NEC公司合作(zuo)，在實(shi)驗(yan)室(shi)裏用壹(yi)根半導(dao)體性(xing)的碳納米(mi)管制(zhi)成(cheng)了(le)場(chang)效應晶體管。該(gai)晶體管的襯底(di)為矽(gui)，並作(zuo)為柵極，源極(ji)和漏極是(shi)用金(jin)作(zuo)的，研(yan)究(jiu)人(ren)員用(yong)原(yuan)子力(li)顯微鏡(jing)（AFM，Atomic Force Microscope）在三(san)個電(dian)極間(jian)放置(zhi)了(le)壹(yi)根碳納米(mi)管就(jiu)成(cheng)了(le)場(chang)效應晶體管。這(zhe)只(zhi)場(chang)效應晶體管的性(xing)能(neng)不(bu)錯(cuo)，當(dang)柵(zha)電(dian)壓變動時(shi)，源極(ji)與(yu)漏極之(zhi)間的電(dian)導(dao)變化10 萬倍(bei)，是壹(yi)個說的過去(qu)的電(dian)子開(kai)關(guan)。在這(zhe)之(zhi)後(hou)，其他研(yan)究單(dan)位也(ye)紛(fen)紛(fen)制(zhi)得在(zai)原(yuan)理或(huo)結構上有所(suo)不(bu)同(tong)的晶(jing)體管。
最近又(you)傳(chuan)來(lai)好消息。今(jin)年（2001年）8月，IBM又宣(xuan)布(bu)使用(yong)碳納米(mi)管制(zhi)成(cheng)了(le)輸(shu)入為"0"時(shi)，輸(shu)出為"1"的"非(fei)門(men)器(qi)件"。他們在(zai)研(yan)究(jiu)過程(cheng)中，找到(dao)了(le)兩(liang)項(xiang)關鍵工(gong)藝(yi)原(yuan)型。我(wo)們(men)知道，非門器件是由(you)壹(yi)個P-型(xing)和壹(yi)個N-型(xing)晶(jing)體管拼(pin)成(cheng)的，但(dan)是(shi)碳納米(mi)管都(dou)是P-型半導(dao)體。IBM的研(yan)究(jiu)人(ren)員想(xiang)了(le)很(hen)多辦(ban)法，想制(zhi)得N-型(xing)的碳納米(mi)管，最(zui)後(hou)他(ta)們發現(xian)，其實只(zhi)要在真(zhen)空(kong)中將P-型碳納米(mi)管加熱(re)，就(jiu)能將其變為N-型。他們進(jin)壹(yi)步(bu)發(fa)現(xian)，如果只(zhi)加熱(re)碳納米(mi)管的壹(yi)端(duan)，這(zhe)壹(yi)端(duan)就(jiu)變成(cheng)N-型(xing)，而未加熱(re)的壹(yi)端(duan)仍(reng)為P-型。這(zhe)就(jiu)是說，找(zhao)到(dao)了(le)使壹(yi)根碳納米(mi)管就(jiu)能構(gou)成(cheng)壹(yi)個非(fei)門(men)器(qi)件的關(guan)鍵工(gong)藝(yi)方(fang)法。有了(le)這(zhe)樣(yang)壹(yi)根碳納米(mi)管，用(yong)原(yuan)子力(li)顯微鏡(jing)（AFM）將它(ta)放到(dao)事(shi)先(xian)做好的基(ji)底(di)上，就(jiu)制(zhi)成(cheng)了(le)壹(yi)個非(fei)門(men)器(qi)件。
解(jie)決(jue)了(le)P-型(xing)變N-型問題以(yi)後(hou)，還(hai)存(cun)在(zai)壹(yi)個問題：金屬性(xing)和半導(dao)體性(xing)的碳納米(mi)管是(shi)混(hun)合在(zai)壹(yi)起(qi)的。如(ru)何(he)用(yong)簡(jian)單(dan)的方(fang)法將兩(liang)者分開(kai)，就(jiu)成(cheng)為用碳納米(mi)管工(gong)業化生(sheng)產碳納米(mi)器(qi)件必須解(jie)決的另壹(yi)個難(nan)題(ti)。IBM公(gong)司的研(yan)究(jiu)人(ren)員，將金屬(shu)性和半導(dao)體性(xing)二(er)性混(hun)合的碳納米(mi)管放(fang)在矽(gui)片(pian)上，再在碳納米(mi)管層(ceng)上面印上金屬(shu)電(dian)極，並將矽(gui)片(pian)當(dang)作(zuo)另壹(yi)個電(dian)極。在(zai)兩(liang)極間加上電(dian)壓，使半導(dao)體性(xing)碳納米(mi)管處(chu)於"關(guan)斷(duan)"狀(zhuang)態(tai)，金(jin)屬(shu)性(xing)碳納米(mi)管由(you)於電(dian)流(liu)過大(da)氧(yang)化燒毀(hui)，剩(sheng)下(xia)的就(jiu)是純(chun)凈(jing)的半導(dao)體性(xing)碳納米(mi)管。這(zhe)有(you)可(ke)能(neng)成(cheng)為大(da)量(liang)制(zhi)備半導(dao)體性(xing)碳納米(mi)管的工(gong)藝(yi)原(yuan)型。
從(cong)這(zhe)裏，我(wo)們(men)可以(yi)看(kan)到(dao)納米(mi)技術(shu)在半導(dao)體產業，或者(zhe)說在(zai)信(xin)息技術(shu)（產業）的光(guang)輝(hui)前(qian)程(cheng)。
1.3.2納(na)米(mi)技術(shu)是生(sheng)物技術(shu)的基(ji)礎(chu)性(xing)技術(shu)之(zhi)壹(yi)
奇妙(miao)、最復雜的莫(mo)過於(yu)有機物(wu)生(sheng)命體的生(sheng)物世(shi)界(jie)了(le)。從(cong)原(yuan)子和分子(zi)的角(jiao)度(du)看(kan)，又(you)是那麽(me)簡單(dan)，這(zhe)些生(sheng)靈不(bu)過是(shi)由(you)碳、氫、氧(yang)、氮、鈣(gai)、磷(lin)、矽(gui)、硫、鐵(tie)、鈉，再加上壹(yi)些微量元(yuan)素(su)所(suo)組(zu)成(cheng)，而且它(ta)的生(sheng)、老(lao)、病、死(si)、遺(yi)傳(chuan)、變(bian)異都(dou)是(shi)在溫(wen)和的自(zi)然(ran)條(tiao)件下(xia)靜(jing)悄(qiao)悄(qiao)地(di)進行的，用(yong)不(bu)著(zhe)高(gao)溫、高壓、高真空(kong)……等等(deng)的苛刻(ke)條(tiao)件。生(sheng)物多樣(yang)性(xing)及(ji)其復雜性(xing)的來(lai)源，不(bu)是(shi)主要決定於組成(cheng)它(ta)的原(yuan)子和分子(zi)，而是決定於這(zhe)些原(yuan)子和分子(zi)在納(na)米(mi)尺(chi)度上的結(jie)構(gou)，納(na)米(mi)尺(chi)度上的生(sheng)命運(yun)動(dong)規律。
舉壹(yi)個簡(jian)單(dan)的例(li)子(zi)。我(wo)們(men)常(chang)吃(chi)的藕，生(sheng)長(chang)於(yu)池塘(tang)的淤(yu)泥中，但它(ta)露在(zai)水面上亭亭玉(yu)立的蓮花荷葉卻出汙泥而不染，美(mei)麗聖潔(jie)。荷葉的基(ji)本(ben)化學成(cheng)分(fen)是(shi)葉(ye)綠(lv)素、纖維素、澱粉(fen)等(deng)多糖(tang)類(lei)的碳水化合物(wu)，有(you)豐(feng)富(fu)的羥基(ji)（-OH）、（-NH）等極性(xing)基(ji)團(tuan)，在(zai)自(zi)然(ran)環境中很(hen)容(rong)易吸(xi)附(fu)水分(fen)或(huo)汙漬。而荷葉葉(ye)面都(dou)具有疏(shu)水性(xing)，灑(sa)在葉面上的水會(hui)自動(dong)聚(ju)集(ji)成(cheng)水珠(zhu)，水珠(zhu)的滾(gun)動(dong)把(ba)落(luo)在(zai)葉(ye)面上的塵(chen)土汙泥粘(zhan)吸(xi)滾(gun)出葉面，使葉(ye)面始(shi)終保(bao)持(chi)幹(gan)凈(jing)，這(zhe)就(jiu)是"荷葉自(zi)潔效(xiao)應"。為什麽(me)會(hui)有這(zhe)種(zhong)"荷葉效(xiao)應"，用傳(chuan)統(tong)的化學分子(zi)極(ji)性理論(lun)來解(jie)釋(shi)，不僅(jin)解釋(shi)不通(tong)，恰(qia)恰(qia)是相(xiang)反。從(cong)機械(xie)學的光(guang)潔(jie)度(du)（粗(cu)糙度）角度來(lai)解(jie)釋(shi)也不(bu)行，因(yin)為它(ta)的表(biao)面光(guang)潔度根本(ben)達不到機械(xie)學意義上的光(guang)潔(jie)度(du)（粗(cu)糙度），用手觸(chu)摸(mo)就(jiu)可以(yi)感(gan)到它(ta)的粗(cu)糙程(cheng)度。經過兩(liang)位德國(guo)科學家的長(chang)期觀(guan)察(cha)研究(jiu)，即(ji)上世(shi)紀(ji)九十年代初(chu)終於揭開(kai)了(le)荷葉葉(ye)面的奧妙(miao)。原(yuan)來在(zai)荷葉葉(ye)面上存在(zai)著(zhe)非常(chang)復雜的多重納(na)米(mi)和微米(mi)級(ji)的超微(wei)結(jie)構。（讀者(zhe)有(you)興(xing)趣，可參(can)見(jian)附(fu)錄(lu)）。在超高(gao)分(fen)辨率(lv)顯微鏡(jing)下(xia)可(ke)以(yi)清(qing)晰看(kan)到(dao)，在荷葉葉(ye)面上布(bu)滿著壹(yi)個挨壹(yi)個隆(long)起(qi)的"小(xiao)山(shan)包"，它(ta)上面長(chang)滿(man)絨(rong)毛(mao)，在(zai)"山(shan)包"頂(ding)又長(chang)出壹(yi)個饅(man)頭(tou)狀(zhuang)的"碉(diao)堡(bao)"凸頂(ding)。因(yin)此，在(zai)"山(shan)包"間的凹(ao)陷(xian)部份(fen)充(chong)滿著(zhe)空氣，這(zhe)樣(yang)就(jiu)在緊(jin)貼(tie)葉(ye)面上形成(cheng)壹(yi)層(ceng)極(ji)薄(bo)，只(zhi)有(you)納(na)米(mi)級(ji)厚(hou)的空(kong)氣層。這(zhe)就(jiu)使得在(zai)尺寸(cun)上遠大(da)於(yu)這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)的灰(hui)塵(chen)、雨(yu)水等(deng)降(jiang)落(luo)在(zai)葉(ye)面上後(hou)，隔(ge)著(zhe)壹(yi)層(ceng)極(ji)薄(bo)的空(kong)氣，只(zhi)能(neng)同(tong)葉面上"山包"的凸頂(ding)形成(cheng)幾(ji)個點(dian)接(jie)觸。雨點在自身(shen)的表(biao)面張(zhang)力作(zuo)用下(xia)形成(cheng)球(qiu)狀(zhuang)，水球(qiu)在(zai)滾(gun)動(dong)中吸(xi)附(fu)灰(hui)塵(chen)，並滾(gun)出葉面，這(zhe)就(jiu)是"荷葉效(xiao)應"能自潔葉(ye)面的奧妙(miao)所在。
研(yan)究表(biao)明(ming)，這(zhe)種(zhong)具(ju)有(you)自(zi)潔效應的表(biao)面超微(wei)納(na)米(mi)結(jie)構形貌，不(bu)僅(jin)存在(zai)於荷葉中，也普(pu)遍(bian)存(cun)在(zai)於其它(ta)植物(wu)中。某些動物的皮(pi)毛(mao)中也存(cun)在(zai)這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)。
其實植物(wu)葉面的這(zhe)種(zhong)復雜的超微(wei)納(na)米(mi)結(jie)構，不(bu)僅(jin)有利(li)於自潔，還(hai)有(you)利(li)於(yu)防(fang)止(zhi)對(dui)大(da)量(liang)漂(piao)浮(fu)在大(da)氣中的各(ge)種(zhong)有(you)害(hai)的細菌和真菌(jun)對植物(wu)的侵害。另外，更重要的是(shi)，為了(le)提高葉(ye)面吸(xi)收(shou)陽(yang)光(guang)的效(xiao)率(lv)，進而提高葉(ye)面葉(ye)綠(lv)體的光(guang)合作(zuo)用。
這(zhe)種(zhong)自(zi)然(ran)界(jie)的造(zao)化，是生(sheng)物界(jie)經過億年的適(shi)應性和變異性(xing)的自(zi)然(ran)選(xuan)擇(ze)、遺(yi)傳(chuan)進(jin)化而來的。我(wo)們(men)的科學家從(cong)事(shi)納(na)米(mi)科學技術(shu)的研(yan)究(jiu)的靈(ling)感(gan)，很(hen)大(da)的成(cheng)份(fen)上來源於(yu)對(dui)這(zhe)種(zhong)自(zi)然(ran)造(zao)化的感(gan)應和啟發(fa)。
生(sheng)物學有其自身(shen)的宏(hong)觀(guan)規律，生(sheng)物技術(shu)需要對這(zhe)些規律的深層(ceng)次(ci)的研(yan)究(jiu)，現(xian)在已(yi)經深入到細胞質、DNA、基因(yin)片段、蛋白質，這(zhe)些構成(cheng)生(sheng)命體的基(ji)本(ben)單(dan)元(yuan)層(ceng)次(ci)。這(zhe)些基本(ben)單(dan)元(yuan)的尺(chi)度(du)大(da)多在(zai)微(wei)米(mi)級(ji)或(huo)以(yi)下(xia)，其中基因(yin)片段、蛋白質即在(zai)納(na)米(mi)級(ji)。對(dui)這(zhe)麽(me)小的生(sheng)命體基(ji)本(ben)單(dan)元(yuan)的觀(guan)察(cha)、研(yan)究(jiu)、裁減、拼(pin)接(jie)、轉移，就(jiu)需要納米(mi)技術(shu)的參(can)與。納(na)米(mi)科技同(tong)生(sheng)物技術(shu)、醫藥(yao)學的交(jiao)叉互相(xiang)滲(shen)透(tou)，已(yi)形成(cheng)納(na)米(mi)生(sheng)物學（Nanobiology）,納米(mi)醫(yi)藥學（Nanopharmics）。這(zhe)已(yi)經成(cheng)為納米(mi)科學技術(shu)工(gong)程(cheng)應用的熱(re)點(dian)領域(yu)。專(zhuan)家們普(pu)遍(bian)看(kan)好這(zhe)兩(liang)個領域(yu)，認(ren)為納米(mi)技術(shu)很(hen)可能(neng)在這(zhe)裏先(xian)挖(wa)出"金礦(kuang)"來。
1.3.3納米(mi)技術(shu)和納米(mi)材料(liao)是(shi)傳(chuan)統(tong)產業升級(ji)換代的得力(li)助(zhu)手(shou)
對傳(chuan)統(tong)產業來說，企業要在劇(ju)烈(lie)的市場(chang)競爭中立於(yu)不敗(bai)之(zhi)地(di)，無非(fei)是采取兩(liang)種(zhong)方(fang)法：首先(xian)，對於(yu)老(lao)產品就(jiu)要不斷(duan)提高其性能(neng)價格比(bi)，占據有(you)利(li)的競爭優(you)勢(shi)，獲(huo)得盡(jin)量(liang)多的；第(di)二(er)是(shi)不(bu)斷(duan)創(chuang)新(xin)，以(yi)新(xin)技術(shu)開(kai)發(fa)出新產品，市場(chang)潮流(liu)，開(kai)辟(pi)出按技術(shu)推動(dong)型(xing)的新(xin)市場(chang)。納米(mi)技術(shu)和納米(mi)材料(liao)及(ji)其應用正(zheng)具有上述(shu)兩(liang)方面的稟(bing)賦優(you)勢(shi)。
這(zhe)種(zhong)稟(bing)賦優(you)勢(shi)是(shi)來源於(yu)納(na)米(mi)材料(liao)的小(xiao)尺(chi)寸(cun)效(xiao)應、表(biao)面效(xiao)應、量子尺寸(cun)效(xiao)應。在工(gong)程(cheng)技術(shu)上采取各種(zhong)技術(shu)措(cuo)施手(shou)段，充(chong)分發(fa)揮(hui)這(zhe)些效應在宏觀對(dui)象(xiang)上予以(yi)體現(xian)，就(jiu)可以(yi)在(zai)源頭(tou)上把握(wo)傳(chuan)統(tong)產業各種(zhong)產品和工(gong)藝(yi)技術(shu)的創(chuang)新(xin)升(sheng)級(ji)。從(cong)而提高傳(chuan)統(tong)產業或產品的性(xing)能(neng)價(jia)格(ge)比，或以(yi)全新(xin)的技術(shu)開(kai)發(fa)出全新(xin)的產品，實(shi)現(xian)技術(shu)推動(dong)市場(chang)。迄今(jin)為止(zhi)，大(da)量(liang)事實已表(biao)明(ming)，納(na)米(mi)技術(shu)在這(zhe)兩(liang)個方(fang)面都(dou)有很(hen)好的實(shi)際(ji)表(biao)現(xian)和巨大(da)的潛(qian)力(li)。這(zhe)裏不再壹(yi)壹(yi)列(lie)舉(ju)例(li)證(zheng)，詳(xiang)情(qing)後(hou)述(shu)。
2.國(guo)內外(wai)納米(mi)技術(shu)和納米(mi)材料(liao)開(kai)發(fa)及(ji)應用概況

NNI是壹(yi)項(xiang)內容(rong)極其豐富(fu)而龐大(da)的計劃(hua)，主要有以(yi)下(xia)幾(ji)個特點：
· 研發(fa)項(xiang)目內(nei)容(rong)涉及(ji)範圍(wei)廣(guang)·
納米(mi)材料(liao)及(ji)制(zhi)備、納(na)米(mi)電(dian)子學、醫學與衛生(sheng)、環境與(yu)能源、化學與制(zhi)藥業、生(sheng)物技術(shu)與農(nong)業、計算(suan)機與(yu)信息技術(shu)、國(guo)家安(an)全等(deng)。
· 建(jian)立全國(guo)性的協調工(gong)作(zuo)體制(zhi)·


2.2.2.1納(na)米(mi)材料(liao)研(yan)究(jiu)
· 在納米(mi)碳管研(yan)究制(zhi)備方(fang)面·
自1991年日本(ben)科學家飯(fan)島發(fa)現(xian)碳納米(mi)管以(yi)來(lai)，它(ta)的研(yan)究(jiu)和制(zhi)備就(jiu)成(cheng)為納米(mi)科學家的研(yan)究(jiu)熱(re)點(dian)問題。這(zhe)是(shi)因(yin)為納米(mi)碳管有(you)其結構(gou)和奇特的物(wu)理(li)、化學特性，有著非(fei)常(chang)廣泛的應用前景(jing)，它(ta)自然(ran)成(cheng)為納米(mi)科學家關註(zhu)的焦(jiao)點(dian)。碳納米(mi)管是(shi)由(you)石(shi)墨中的碳原(yuan)子卷(juan)曲而成(cheng)的管狀(zhuang)材料(liao)，管的直(zhi)經壹(yi)般為幾(ji)納米(mi)到(dao)幾(ji)十納米(mi)，目(mu)前最(zui)小(xiao)值(zhi)已(yi)達到0.33nm。由(you)於碳納米(mi)管的直(zhi)徑(jing)只(zhi)有(you)納(na)米(mi)級(ji)，而其軸向(xiang)長(chang)度(du)為微米(mi)級(ji)，所(suo)以(yi)長(chang)徑(jing)比(bi)在(zai)103以(yi)上。因(yin)此在(zai)碳納米(mi)管制(zhi)備過程(cheng)中壹(yi)直(zhi)存(cun)在著碳管混(hun)亂(luan)取向，互(hu)相(xiang)糾(jiu)纏成(cheng)束等問題，中科院物理(li)所解(jie)思深教(jiao)授(shou)科研小組(zu)，1996年在國(guo)際上首先(xian)發明(ming)了(le)控(kong)制(zhi)多層(ceng)碳管直(zhi)徑和取向的模(mo)板(ban)生(sheng)長(chang)方(fang)法，制(zhi)備出離(li)散分(fen)布(bu)、高密(mi)度和高強(qiang)度的定向碳納米(mi)管，順(shun)利地(di)解決(jue)了(le)上述(shu)難題(ti)。1998年合成(cheng)了(le)長(chang)的納(na)米(mi)碳管，其長(chang)度(du)達到3mm，高出當(dang)時(shi)長(chang)度(du)的百(bai)倍(bei)。細的納(na)米(mi)碳管在(zai)2000年先(xian)後(hou)被(bei)我(wo)國(guo)科學家制(zhi)造出來。先(xian)是物(wu)理所(suo)的同(tong)壹(yi)小(xiao)組(zu)合成(cheng)出直徑為0.5nm的碳管，接(jie)著香港科技大(da)學物理(li)系(xi)利用(yong)沸(fei)石(shi)作(zuo)模板(ban)制(zhi)備了(le)最(zui)細單(dan)壁(bi)碳納米(mi)管（0.4nm）的陣列(lie)，緊(jin)接(jie)著中科院物理(li)研究(jiu)員彭練矛(mao)（同(tong)時(shi)也(ye)在北京(jing)大(da)學任(ren)職）在單(dan)壁(bi)碳納米(mi)管的電(dian)子顯微鏡(jing)研究(jiu)中，發現(xian)在電(dian)子束的轟(hong)擊(ji)下(xia)，能(neng)夠生(sheng)長(chang)出直徑為0.33nm的碳納米(mi)管。
清華大(da)學利用(yong)碳納米(mi)管作(zuo)模板(ban)成(cheng)功(gong)的制(zhi)備出直徑為3~40mm長(chang)度(du)達微米(mi)級(ji)的發(fa)光(guang)的氮化鎵納米(mi)棒(bang)，在國(guo)際上把氮化鎵制(zhi)備成(cheng)壹(yi)維的納(na)米(mi)晶(jing)體，並提出碳納米(mi)管限(xian)制(zhi)反應的概(gai)念。中科院固(gu)體物(wu)理(li)所成(cheng)功(gong)研(yan)究(jiu)制(zhi)出納米(mi)電(dian)纜，有(you)可能(neng)應用於納米(mi)電(dian)子器(qi)件的連(lian)接(jie)。
中科院金屬(shu)研究(jiu)所采用等離(li)子電(dian)弧蒸(zheng)發法成(cheng)功(gong)地(di)制(zhi)備出高質量的單(dan)壁(bi)碳納米(mi)管，並用其儲(chu)存氫(qing)，質量儲(chu)氫容(rong)量達到4%的高(gao)水平(ping)。
· 在(zai)納(na)米(mi)金(jin)屬，納(na)米(mi)無機材料(liao)方(fang)面·
中科院金屬(shu)研究(jiu)所的研(yan)究(jiu)小(xiao)組(zu)，發現(xian)納米(mi)金(jin)屬的"奇異"性(xing)能(neng)--超塑(su)延展(zhan)性，納(na)米(mi)銅(tong)在(zai)常(chang)溫下(xia)可(ke)延(yan)伸(shen)50多倍(bei)而"不折(zhe)不撓(nao)"，為世(shi)界(jie)所(suo)矚目，被譽為"本(ben)領域(yu)（指(zhi)納米(mi)技術(shu)）的壹(yi)次(ci)突(tu)破，它(ta)向人(ren)們展示了(le)無空(kong)隙納米(mi)材料(liao)是(shi)如(ru)何變形的"。
中國(guo)科技大(da)學的科學家用較(jiao)低(di)溫度條件的溶(rong)劑熱(re)合成(cheng)技術(shu)，發明(ming)了(le)用(yong)苯熱法制(zhi)備納(na)米(mi)氮化鎵微晶(jing)的工(gong)藝(yi)，在(zai)300℃左右制(zhi)成(cheng)粒徑只(zhi)有(you)30nm的氮化鎵微晶(jing)。該(gai)小組(zu)還(hai)采用非水熱(re)合成(cheng)制(zhi)備金(jin)剛石(shi)粉體，開(kai)辟(pi)了(le)壹(yi)條(tiao)十分有(you)經濟(ji)價值(zhi)的技術(shu)路(lu)線(xian)。
· 在納(na)米(mi)有(you)機材料(liao)及(ji)高分(fen)子納米(mi)復合材料(liao)方(fang)面·
化學所在(zai)高(gao)聚(ju)物(wu)插(cha)層(ceng)復合，分(fen)子(zi)電(dian)子學、富(fu)勒(le)烯化學及(ji)物理(li)，二元(yuan)協同(tong)納米(mi)界(jie)面材料(liao)等(deng)方(fang)面取得了(le)領世(shi)人(ren)矚目的業績，開(kai)發(fa)出具有自(zi)主知(zhi)識(shi)產權(quan)的技術(shu)，有些已開(kai)始(shi)進入產業化開(kai)發(fa)階段。如蒙脫土納(na)米(mi)插(cha)層(ceng)復合技術(shu)的轉(zhuan)移，實現(xian)了(le)納(na)米(mi)聚(ju)烯烴(ting)、聚(ju)酰(xian)胺(an)、聚(ju)酯(zhi)等工(gong)程(cheng)塑(su)料和橡膠(jiao)的產業化，正(zheng)推動傳(chuan)統(tong)聚(ju)合物(wu)產品的升(sheng)級(ji)換代，使我(wo)國(guo)在納(na)米(mi)聚(ju)合物(wu)領域(yu)在(zai)國(guo)際上保(bao)持(chi)地(di)位。國(guo)家"973" 納米(mi)領域(yu)科學家張(zhang)立德研究員為此發(fa)表(biao)評論(lun)說："納(na)米(mi)塑(su)料將是我(wo)國(guo)希望(wang)實(shi)現(xian)產業化的納(na)米(mi)技術(shu)之(zhi)壹(yi)。"
2.2.2.2納(na)米(mi)器(qi)件研究
在(zai)量子(zi)電(dian)子器(qi)件的研(yan)究(jiu)方(fang)面，我(wo)國(guo)科學家研究(jiu)了(le)室(shi)溫條件下(xia)單(dan)電(dian)子隧(sui)道效(xiao)應，單(dan)原(yuan)子單(dan)電(dian)子隧(sui)道結(jie)，超高(gao)真(zhen)空STM室(shi)溫(wen)庫(ku)侖(lun)阻(zu)塞效(xiao)應和高性(xing)能光(guang)電(dian)探測(ce)器(qi)以(yi)及(ji)原(yuan)子夾層(ceng)型量子(zi)器(qi)件。
清(qing)華大(da)學已研(yan)制(zhi)出100nm級(ji)的MOS器(qi)件，還(hai)研(yan)制(zhi)出壹(yi)系(xi)列(lie)矽(gui)微(wei)集(ji)成(cheng)傳(chuan)感(gan)器、矽(gui)微(wei)麥(mai)克風(feng)、矽(gui)微(wei)馬達、集(ji)成(cheng)微(wei)型(xing)泵(beng)等(deng)器件，以(yi)及(ji)基於(yu)微米(mi)/納(na)米(mi)三(san)維加工(gong)的新(xin)技術(shu)與新(xin)方(fang)法的微(wei)系(xi)統。
中科院半導(dao)體所(suo)研(yan)制(zhi)了(le)量(liang)子阱紅(hong)外探測(ce)器(qi)和半導(dao)體量(liang)子(zi)點激(ji)光(guang)器(qi)，物(wu)理所(suo)已經研(yan)制(zhi)出可在室(shi)溫(wen)下(xia)工(gong)作(zuo)的單(dan)電(dian)子原(yuan)型器(qi)件。西(xi)安(an)交(jiao)通(tong)大(da)學制(zhi)作(zuo)了(le)碳納米(mi)管場(chang)致發(fa)射(she)顯示器樣(yang)機，已(yi)連(lian)續工(gong)作(zuo)了(le)3800小(xiao)時(shi)。
在(zai)有機超高(gao)密(mi)度信息存(cun)儲(chu)器的基(ji)礎(chu)研(yan)究(jiu)方面，中科院北京(jing)真(zhen)空(kong)物(wu)理(li)實驗室、化學所和北京(jing)大(da)學等單(dan)位的學者，在(zai)有(you)機單(dan)體薄(bo)膜NBPDA上作(zuo)出點陣，1997年，點徑為1.3nm，1998年，點徑為0.7nm，2000年，又達0.6nm，信息點(dian)直(zhi)徑比國(guo)外報(bao)導(dao)的研(yan)究(jiu)結(jie)果小了(le)近壹(yi)個數量(liang)級(ji)，是(shi)現(xian)已實(shi)用(yong)化的光(guang)盤(pan)信(xin)息存(cun)儲(chu)密(mi)度的近百(bai)萬倍(bei)。北京(jing)大(da)學采用雙組份(fen)復合材料(liao)（TEA/TCNQ）作(zuo)為超高(gao)密(mi)度信息存(cun)儲(chu)器件材料(liao)，得到(dao)信息點(dian)為8nm的大(da)面積信(xin)息點(dian)陣（3um×3um）的優(you)異成(cheng)就(jiu)。復旦大(da)學成(cheng)功(gong)制(zhi)備了(le)高(gao)速(su)高密(mi)度存儲(chu)器用(yong)雙穩態(tai)薄(bo)膜。並已經初(chu)步(bu)選(xuan)擇(ze)合成(cheng)出幾(ji)種(zhong)具(ju)有(you)自(zi)主知(zhi)識(shi)產權(quan)的有(you)機單(dan)分子(zi)材料(liao)，可(ke)望(wang)作(zuo)為有機納(na)米(mi)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的基(ji)礎(chu)材料(liao)。
從(cong)我(wo)國(guo)納米(mi)器(qi)件研究的情(qing)況來，主要集(ji)中在研(yan)究(jiu)基礎較(jiao)好，設(she)備設(she)施相對齊全的研(yan)究(jiu)院所和高校；如(ru)中科院有關(guan)研究(jiu)所，北大(da)、清(qing)華、復旦、南京(jing)大(da)學等。由(you)於投(tou)資(zi)不(bu)足，在(zai)硬件設(she)施設(she)備條件技術(shu)層次(ci)不(bu)高的情(qing)況下(xia)，能(neng)取得這(zhe)些成(cheng)績，殊屬不(bu)易。這(zhe)些研究工(gong)作(zuo)（Approaches）是"由(you)大(da)到(dao)小"（Top down）的工(gong)作(zuo)，因(yin)此，總(zong)體上來說我(wo)國(guo)在納(na)米(mi)結(jie)構體系(xi)上的研(yan)究(jiu)同(tong)國(guo)外還(hai)有(you)較(jiao)大(da)的差(cha)距(ju)，特別在"由(you)小到(dao)大(da)"（bottom up）的研(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)有待(dai)實(shi)質性的起(qi)動(dong)。
2.2.2.3納米(mi)結(jie)構的檢(jian)測(ce)與(yu)表(biao)征
90年代開(kai)始(shi)，中科院北京(jing)真(zhen)空(kong)物(wu)理(li)室和化學所運(yun)用(yong)STM進行了(le)納(na)米(mi)級(ji)及(ji)原(yuan)子級(ji)的表(biao)面加工(gong)，在晶體表(biao)面先(xian)後(hou)刻(ke)寫(xie)出"CAS"、"中國(guo)"和中國(guo)地(di)圖等(deng)文字(zi)和圖案。中科院化學所先(xian)後(hou)研(yan)制(zhi)STM、AFM、BEEM、LT-STM、UHV-STM、SNOM等專(zhuan)用於(yu)納(na)米(mi)區(qu)域(yu)範圍(wei)表(biao)面的儀器設(she)備，並且有自己(ji)的知(zhi)識(shi)產權(quan)。他(ta)們(men)還(hai)開(kai)發(fa)了(le)表(biao)面納(na)米(mi)加工(gong)技術(shu)，為我(wo)國(guo)納米(mi)技術(shu)的研(yan)究(jiu)起(qi)到(dao)了(le)先(xian)導(dao)者和促進(jin)者的作(zuo)用，最(zui)近他(ta)們(men)在單(dan)分子(zi)科學技術(shu)以(yi)及(ji)有機分(fen)子有(you)序組(zu)裝(zhuang)方面有(you)了(le)很(hen)好的進(jin)展(zhan)，並開(kai)始(shi)對分(fen)子器(qi)件進行探索(suo)性研(yan)究(jiu)。中國(guo)科技大(da)學進行了(le)矽(gui)表(biao)面富(fu)勒(le)烯C60單(dan)分子(zi)狀(zhuang)態(tai)檢(jian)測(ce)，為分子器件的研(yan)究(jiu)制(zhi)備提供了(le)壹(yi)些基本(ben)數據。
北京(jing)大(da)學自行研制(zhi)VHU-SEM-STM-EELS聯(lian)用系(xi)統和LT-SNOM系(xi)統。建(jian)立了(le)完整(zheng)的近場(chang)光學顯微系(xi)統--近場(chang)光譜(pu)與常(chang)規光學聯(lian)用系(xi)統，並以(yi)此系(xi)統研(yan)究了(le)癌(ai)細胞的結(jie)構(gou)形貌。
總(zong)之(zhi)，在納(na)米(mi)結(jie)構的檢(jian)測(ce)與(yu)表(biao)面的基(ji)礎(chu)性(xing)研(yan)究開(kai)拓(tuo)方面取得了(le)可(ke)喜的成(cheng)績，但同(tong)先(xian)進國(guo)家比總(zong)體上還(hai)有(you)相(xiang)當(dang)大(da)的差(cha)距(ju)。由(you)於投(tou)資(zi)少(shao)，硬件設(she)備要求高(gao)，這(zhe)方(fang)面的研(yan)究(jiu)還(hai)只(zhi)能(neng)集(ji)中在少(shao)數幾(ji)個研(yan)究(jiu)院所和大(da)學。由(you)於我(wo)國(guo)受制(zhi)於研(yan)究工(gong)作(zuo)條件的不(bu)足，研(yan)究(jiu)力(li)量(liang)比較(jiao)薄(bo)弱，在(zai)納(na)米(mi)結(jie)構，特別是納(na)米(mi)器(qi)件方面的研(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)，只(zhi)能(neng)算(suan)是(shi)剛(gang)起(qi)步(bu)。國(guo)家正(zheng)在考慮(lv)建(jian)立公(gong)用技術(shu)平(ping)臺(tai)，建(jian)立相(xiang)應的資(zi)源共(gong)享(xiang)體制(zhi)，組織(zhi)力(li)量(liang)進(jin)行多學科攻關，突(tu)破(po)納(na)米(mi)結(jie)構加工(gong)和納米(mi)器(qi)件的關(guan)鍵技術(shu)。
2.2.3納(na)米(mi)材料(liao)的產業化
我(wo)國(guo)納米(mi)材料(liao)產業化開(kai)發(fa)方面總(zong)體上處(chu)行列(lie)，有(you)不少(shao)產品的量(liang)產能力居(ju)地(di)位。
· 納米(mi)氧(yang)化物方(fang)面·
納米(mi)氧(yang)化鋅(xin)、納(na)米(mi)氧(yang)化鈦(tai)、納米(mi)氧(yang)化矽(gui)、納(na)米(mi)氧(yang)化鋯、納(na)米(mi)氧(yang)化鎂、納米(mi)氧(yang)化鈷(gu)、納(na)米(mi)氧(yang)化鎳(nie)、納(na)米(mi)氧(yang)化鉻、納米(mi)氧(yang)化錳、納米(mi)氧(yang)化鐵(tie)等(deng)。
· 納米(mi)金(jin)屬和合金(jin)方(fang)面·
有銀(yin)、鈀、銅(tong)、鐵(tie)、鈷(gu)、鎳(nie)、鈦(tai)、鋁、銀(yin)-銅(tong)合金(jin)、銀(yin)-錫(xi)合金(jin)、銅(tong)-鈦(tai)合金(jin)、鎳(nie)-鐵(tie)合金(jin)、鎳(nie)-鈷(gu)合金(jin)等(deng)。
· 納米(mi)碳化物·
有碳化鎢、碳化矽(gui)、碳化鈦(tai)、碳化鉻、碳化鈮、碳化硼(peng)等。
·納(na)米(mi)氮化物·
有氮化矽(gui)、氮化鋁、氮化鈦(tai)、氮化硼(peng)等。
2.2.3.2納(na)米(mi)材料(liao)的工(gong)業化規模生(sheng)產
我(wo)國(guo)納米(mi)材料(liao)的工(gong)業化規模生(sheng)產，這(zhe)兩(liang)年有突飛猛(meng)進的發(fa)展(zhan)勢(shi)頭(tou)，走在前列(lie)。擁(yong)有(you)自(zi)主知(zhi)識(shi)產權(quan)、令世(shi)人(ren)矚目。
· 納米(mi)碳管工(gong)業化生(sheng)產線(xian)·
清華大(da)學化工(gong)系(xi)魏飛教授(shou)的課(ke)題組，采用納米(mi)聚(ju)團(tuan)床(chuang)反應器，能大(da)量(liang)制(zhi)備多壁(bi)碳納米(mi)管的新(xin)技術(shu)，與南風化工(gong)集(ji)團(tuan)股(gu)份(fen)有(you)限公司合作(zuo)，成(cheng)功(gong)的實(shi)現(xian)了(le)15公(gong)斤/小時(shi)的高(gao)產量紀錄(lu)，這(zhe)是(shi)目(mu)前(qian)國(guo)際上多壁(bi)碳納米(mi)管產業化制(zhi)備能(neng)力的紀(ji)錄(lu)。如(ru)每(mei)年連(lian)續生(sheng)產運行8000小時(shi)計，該(gai)生(sheng)產設(she)備的生(sheng)產能力已(yi)達到120噸/年。據悉(xi)，該技術(shu)可在(zai)較(jiao)低(di)溫度下(xia)實(shi)現(xian)純度(du)在(zai)80%以(yi)上，多種(zhong)型(xing)貌碳納米(mi)管可(ke)控制(zhi)，成(cheng)本(ben)低。碳管外(wai)徑在4~60納(na)米(mi)，內(nei)徑在(zai)2~20納(na)米(mi)，管壁(bi)的石(shi)墨層(ceng)可以(yi)實(shi)現(xian)傾斜(xie)和平(ping)行排列(lie)的不(bu)同(tong)構形的碳管。其技術(shu)特點是連(lian)續化、能耗低、放大(da)效(xiao)應小，適合產業化推廣(guang)。
· 鈦(tai)基納(na)米(mi)粉(fen)體材料(liao)·
哈(ha)爾濱(bin)鑫(xin)科納米(mi)科技發(fa)展(zhan)有限公司的納(na)米(mi)工(gong)程(cheng)技術(shu)專家，研究(jiu)開(kai)發(fa)出采用磨(mo)球(qiu)與普(pu)通(tong)鈦(tai)粉高(gao)速(su)懸浮(fu)旋轉(zhuan)研(yan)磨(mo)機械(xie)工(gong)藝(yi)路(lu)線(xian)。建(jian)成(cheng)工(gong)業化鈦(tai)基納(na)米(mi)材料(liao)生(sheng)產線(xian)。並自行研制(zhi)出配套的分(fen)散(san)劑和保(bao)護劑，成(cheng)功(gong)的解(jie)決(jue)了(le)團(tuan)聚(ju)問題，使產品能(neng)在(zai)常(chang)溫下(xia)長(chang)期保(bao)存，擁(yong)有(you)自(zi)主知(zhi)識(shi)產權(quan)。納(na)米(mi)技術(shu)專家認為，其產業化程(cheng)度之(zhi)高，在(zai)國(guo)內居(ju)水平(ping)。該生(sheng)產線(xian)還(hai)能(neng)生(sheng)產銅(tong)、鐵(tie)、鎳(nie)等(deng)金(jin)屬納米(mi)粉(fen)體材料(liao)。
納(na)米(mi)鈦(tai)粉可(ke)作(zuo)耐(nai)磨(mo)、耐(nai)腐(fu)蝕、耐(nai)沸(fei)水特種(zhong)塗料的添(tian)加劑。已(yi)在(zai)大(da)慶(qing)油田(tian)、勝利(li)油田(tian)和熱水內(nei)膽(dan)生(sheng)產企業等方(fang)面及(ji)得到(dao)成(cheng)功(gong)的推(tui)廣(guang)應用。添加鈦(tai)納米(mi)材料(liao)的塗料，還(hai)具(ju)有(you)神(shen)奇的自(zi)我(wo)修(xiu)復能力(li)，可用(yong)做金屬和非金(jin)屬材料(liao)通(tong)用的修(xiu)補劑。同(tong)時(shi)它(ta)還(hai)具(ju)有(you)"荷葉效(xiao)應"的自(zi)潔(jie)能(neng)力(li)。如吉林通(tong)化葡萄(tao)酒廠熱水罐(guan)內壁(bi)用(yong)其處(chu)理後(hou)，5年未發(fa)生(sheng)結垢(gou)現(xian)象。由(you)於鈦(tai)是對(dui)人(ren)體植物(wu)神經味(wei)覺沒(mei)有(you)任(ren)何影響(xiang)的金(jin)屬(shu)，因(yin)此其塗料可(ke)廣泛(fan)應用於食品工(gong)業流(liu)程(cheng)設(she)備中。
最(zui)近，該(gai)公(gong)司又成(cheng)功(gong)實(shi)現(xian)用廢鈦(tai)材料(liao)直(zhi)接(jie)轉化成(cheng)納(na)米(mi)材料(liao)，在(zai)性(xing)能不降(jiang)的條(tiao)件下(xia)進(jin)壹(yi)步(bu)降(jiang)低(di)了(le)生(sheng)產成(cheng)本(ben)，將使高(gao)級(ji)航天材料(liao)越來(lai)越廣(guang)泛(fan)地(di)步(bu)入民品領域(yu)。鈦(tai)基納(na)米(mi)材料(liao)產業化項(xiang)目已(yi)列(lie)入國(guo)家"十五"規劃(hua)中的納(na)米(mi)技術(shu)和納米(mi)材料(liao)發(fa)展(zhan)綱要。
· 納(na)米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)·
碳酸(suan)鈣(gai)是化工(gong)行業廣泛(fan)使用(yong)的大(da)宗(zong)無機化工(gong)原(yuan)料。我(wo)國(guo)碳酸(suan)鈣(gai)年生(sheng)產能力約(yue)280萬噸，年實際生(sheng)產量約(yue)220萬噸左右，基本(ben)上是普(pu)通(tong)輕質碳酸(suan)鈣(gai)和活性(xing)碳酸(suan)鈣(gai)。納米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)、納米(mi)級(ji)活性(xing)碳酸(suan)鈣(gai)等高檔(dang)次(ci)碳酸(suan)鈣(gai)壹(yi)直(zhi)依賴進口(kou)，碳酸(suan)鈣(gai)行業內的產品結(jie)構(gou)極不(bu)合理(li)。
這(zhe)幾(ji)年來，隨著(zhe)納(na)米(mi)技術(shu)的迅速(su)發展(zhan)，我(wo)國(guo)納米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)生(sheng)產技術(shu)很(hen)快(kuai)形成(cheng)擁(yong)有(you)自(zi)主知(zhi)識(shi)產權(quan)的技術(shu)生(sheng)產體系(xi)，有望(wang)根本(ben)改度(du)我(wo)國(guo)碳酸(suan)鈣(gai)行業技術(shu)落(luo)後(hou)的面貌。
這(zhe)裏特別值(zhi)得介(jie)紹的是(shi)廣(guang)東(dong)廣(guang)平(ping)化工(gong)實業有限(xian)公司同(tong)北京(jing)化工(gong)大(da)學聯(lian)合開(kai)發(fa)的超重力(li)法納米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)工(gong)業化生(sheng)產線(xian)。該(gai)生(sheng)產線(xian)年產3000噸納米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)，產品壹(yi)次(ci)平(ping)均粒徑為15~30nm，比表(biao)面積62~77m2/g範圍(wei)可(ke)調(tiao)的多種(zhong)晶(jing)形的納(na)米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)，其質量指(zhi)標(biao)處(chu)於水平(ping)。
該(gai)生(sheng)產線(xian)的技術(shu)是由(you)北京(jing)化工(gong)大(da)學研究(jiu)開(kai)發(fa)的，是(shi)國(guo)家"863"計劃(hua)項(xiang)目--納(na)米(mi)粉(fen)體超重力(li)法工(gong)業性制(zhi)備新(xin)技術(shu)的研(yan)發(fa)成(cheng)果。該技術(shu)基於(yu)分(fen)子(zi)混(hun)合與(yu)反應結晶理論(lun)，研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)了(le)超重力(li)法合成(cheng)納(na)米(mi)粉(fen)體材料(liao)的方(fang)法和相應的裝(zhuang)備(bei)，屬(shu)國(guo)際。擁(yong)有(you)自(zi)主知(zhi)識(shi)產權(quan)，已(yi)獲(huo)得國(guo)家發明(ming)。它(ta)的開(kai)發(fa)成(cheng)功(gong)，立刻(ke)引起(qi)了(le)美(mei)國(guo)道康寧(ning)、陶氏化學、德國(guo)巴斯(si)夫、拜耳(er)等(deng)國(guo)際大(da)公(gong)司的關(guan)註(zhu)，紛(fen)紛(fen)前來洽(qia)談合作(zuo)事宜(yi)，使我(wo)國(guo)從(cong)納(na)米(mi)粉(fen)體材料(liao)技術(shu)進口(kou)國(guo)轉變(bian)為技術(shu)出口國(guo)。
該(gai)生(sheng)產線(xian)已(yi)經通(tong)過生(sheng)產驗證(zheng)考核(he)。證(zheng)明(ming)其核心設(she)備超重力(li)碳化反應器生(sheng)產能力達到3500噸/年，超過了(le)設(she)計能(neng)力(li)。最近傳(chuan)來(lai)消息，國(guo)家計劃(hua)發展委(wei)員會(hui)擬在(zai)山西(xi)省(sheng)籌建(jian)30000噸/年生(sheng)產能力的超重力(li)法納米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)生(sheng)產線(xian)。
超重力(li)法納米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)技術(shu)的大(da)規模工(gong)業化生(sheng)產，是目前(qian)我(wo)國(guo)納米(mi)材料(liao)工(gong)業化的。
上海(hai)華明(ming)高技術(shu)（集(ji)團(tuan)）有(you)限(xian)公(gong)司（國(guo)家超細粉體工(gong)程(cheng)中心）開(kai)發(fa)的納(na)米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)生(sheng)產技術(shu)也頗(po)引人(ren)註(zhu)目。該(gai)中心已(yi)與山西(xi)蘭(lan)化科技創(chuang)業股(gu)份(fen)有(you)限公司合作(zuo)，成(cheng)立山(shan)西(xi)蘭(lan)花華明(ming)納米(mi)材料(liao)有(you)限(xian)公司，在山西(xi)省(sheng)晉城(cheng)市建(jian)設(she)納米(mi)級(ji)超細活性(xing)碳酸(suan)鈣(gai)生(sheng)產線(xian)，生(sheng)產能力為15000噸/年，並已於2001年10月建(jian)成(cheng)投(tou)產（壹(yi)期）。二(er)期工(gong)程(cheng)再建(jian)壹(yi)條(tiao)15000噸/年生(sheng)產線(xian)，計劃(hua)於2002年建(jian)成(cheng)投(tou)產。其技術(shu)路(lu)線(xian)是(shi)在(zai)原(yuan)有傳(chuan)統(tong)沈(chen)澱法基礎(chu)上，註(zhu)入創(chuang)新(xin)的晶(jing)型(xing)納(na)米(mi)化控制(zhi)技術(shu)，是傳(chuan)統(tong)沈(chen)澱碳酸(suan)鈣(gai)生(sheng)產技術(shu)的二(er)次(ci)革(ge)命。
具有(you)近六(liu)十年輕質碳酸(suan)鈣(gai)生(sheng)產歷史的湖(hu)州(zhou)菱湖(hu)化學廠（現(xian)菱化集(ji)團(tuan)），自(zi)行開(kai)發(fa)出納米(mi)級(ji)橡(xiang)塑(su)專用(yong)碳酸(suan)鈣(gai)，也已具(ju)備(bei)2000噸級(ji)生(sheng)產能力，視(shi)市場(chang)需求情(qing)況，可隨時(shi)擴(kuo)產到5000噸。
湖(hu)州(zhou)湖(hu)化公司，也已建(jian)成(cheng)年產5000噸的納(na)米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)生(sheng)產線(xian)。
湖(hu)州(zhou)市浙(zhe)港合資(zi)浙(zhe)江(jiang)金豐(feng)納米(mi)材料(liao)有(you)限(xian)公司年產5000噸的沈(chen)澱法高純(chun)晶(jing)型納米(mi)碳酸(suan)鈣(gai)已於2001年7月建(jian)成(cheng)投(tou)產，並擬於(yu)2002年再建(jian)二期20000噸/年生(sheng)產線(xian)，屆(jie)時(shi)年產能力將達25000噸/年。
· 納(na)米(mi)氧(yang)化矽(gui)工(gong)業化生(sheng)產線(xian)·
浙(zhe)江(jiang)省舟(zhou)山(shan)明(ming)日(ri)納米(mi)材料(liao)有(you)限(xian)公司同(tong)中科院固(gu)體物(wu)理(li)所合作(zuo)，於1997年建(jian)成(cheng)年產百噸級(ji)的納(na)米(mi)矽(gui)基(ji)氧化物（SiO2-x）工(gong)業化生(sheng)產線(xian)。納(na)米(mi)矽(gui)基(ji)氧化物是(shi)納米(mi)材料(liao)的重要壹(yi)員，具(ju)有廣泛的用(yong)途(tu)。該(gai)生(sheng)產線(xian)生(sheng)產出的產品質量非(fei)常(chang)好。其顆粒直徑小（為5--15nm），具有很(hen)高的比(bi)表(biao)面積（達640--720m2/g）。
· 納米(mi)矽(gui)基(ji)陶瓷(ci)粉體·
齊齊哈爾超微(wei)粉(fen)制(zhi)造公(gong)司利用中科院金屬(shu)研究(jiu)所發明的激(ji)光(guang)制(zhi)備納(na)米(mi)粉(fen)體的技術(shu)，並在此基(ji)礎(chu)上加以(yi)改進(jin)，用(yong)兩(liang)年時(shi)間(jian)完成(cheng)了(le)產業化生(sheng)產開(kai)發(fa)，建(jian)成(cheng)年產2噸的高(gao)性(xing)能(neng)矽(gui)基(ji)納米(mi)陶(tao)瓷(ci)粉體生(sheng)產線(xian)。這(zhe)是(shi)目(mu)前(qian)產能的生(sheng)產裝置，令美(mei)國(guo)同(tong)行刮目相看(kan)。美(mei)國(guo)有關(guan)公司生(sheng)產能力也(ye)不(bu)過是(shi)日產1 公斤左右。
該(gai)廠生(sheng)產的Si，碳化矽(gui)（SiC），氮化矽(gui)（Si3N4）和混(hun)合粉(fen)的含(han)氧(yang)量(liang)得到(dao)嚴格(ge)控制(zhi)，粒徑都在38nm以(yi)下(xia)，是(shi)目(mu)前(qian)好的。
·納米(mi)材料(liao)--納(na)米(mi)專(zhuan)用塗料·
佳隆（煙臺(tai)）實業有限(xian)公司電(dian)子材料(liao)廠，原(yuan)是壹(yi)家納米(mi)材料(liao)制(zhi)備企業，也是(shi)從(cong)事(shi)復合納(na)米(mi)粉(fen)體研(yan)制(zhi)企業，因(yin)此具(ju)有(you)納(na)米(mi)材料(liao)應用開(kai)發(fa)的經驗(yan)。該廠同(tong)中科院物理(li)所、科大(da)、南大(da)等(deng)單(dan)位合作(zuo)，瞄(miao)準納(na)米(mi)材料(liao)在(zai)電(dian)子行業的應用，以(yi)電(dian)子漿(jiang)料為突破口，開(kai)發(fa)出彩(cai)電(dian)顯像管、計算(suan)機顯示器等(deng)顯示終端(duan)專(zhuan)用的三(san)防(fang)（防(fang)靜(jing)電(dian)、防(fang)眩(xuan)、防(fang)輻(fu)射(she)）塗料，我(wo)國(guo)的空(kong)白(bai)，打(da)破(po)了(le)美(mei)國(guo)、日本(ben)等少(shao)數國(guo)家的壟斷(duan)。最近，他(ta)們(men)進壹(yi)步(bu)開(kai)發(fa)出具有節(jie)能(neng)、環保(bao)塗膜玻璃用(yong)塗層材料(liao)，經這(zhe)種(zhong)材料(liao)塗敷的玻璃，具(ju)有(you)反射(she)紅(hong)外線(xian)、防(fang)紫(zi)外(wai)線(xian)、不(bu)結(jie)霧(wu)等(deng)多種(zhong)功(gong)能(neng)，市場(chang)前景(jing)非常(chang)好。為此，佳隆（煙臺(tai)）實業有限(xian)公司於2001年初(chu)，對該電(dian)子材料(liao)廠擴(kuo)建(jian)改造(zao)。並被列(lie)為國(guo)家高技術(shu)產業化新材料(liao)專(zhuan)項(xiang)示範工(gong)程(cheng)項(xiang)目--功(gong)能玻璃用(yong)納(na)米(mi)塗層材料(liao)。佳隆（煙臺(tai)）實業有限(xian)公司為此投(tou)資(zi)9226萬元(yuan)予(yu)以(yi)組(zu)織(zhi)實(shi)施(shi)。
該項(xiang)目的組(zu)織(zhi)實(shi)施(shi)，標(biao)誌(zhi)著(zhe)國(guo)內從(cong)單(dan)壹(yi)納(na)米(mi)粉(fen)體制(zhi)備找(zhao)到某種(zhong)關(guan)鍵應用領域(yu)並形成(cheng)最(zui)終(zhong)產品化、產業化上的突(tu)破(po)。這(zhe)對(dui)當(dang)前(qian)我(wo)國(guo)納米(mi)材料(liao)應用技術(shu)跟不(bu)上，應用推廣困難(nan)，納(na)米(mi)材料(liao)生(sheng)產企業效益上不去(qu)，有(you)的難(nan)以(yi)為繼的尷(gan)尬(ga)局(ju)面，如(ru)何找到壹(yi)條(tiao)出路(lu)，無疑是(shi)壹(yi)個很(hen)好的範例(li)。