时间:2023-03-25 10:26:58
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇纳米科技论文范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
1.健康和安全问题。纳米技术对健康和安全的影响,是纳米伦理面对的首要问题。由于纳米粒子极其微小,可以说无孔不入,所以也很容易进入人体,有可能成为许多重大疾病如肺部疾病和心血管疾病的诱因,给人类健康和安全带来严重的损害。研究表明,吸入的纳米颗粒可能避开免疫系统的吞噬作用,蓄积在某些靶器官,也可跨越不同生物屏障,重新转运分布到身体的其他组织器官,产生系统的健康效应[10]。而且,环境中的纳米颗粒由于具有较大的表面积而极易吸附大气中的有毒污染物,如多环芳烃等,被纳米颗粒吸附的有毒污染物可进一步对人和其他生物体产生毒性效应,还可能波及整个生物圈。纳米粒子对健康和环境的潜在风险涉及安全伦理和环境伦理的问题。安全不仅是一个科学的概念,安全更是伦理学必须考量的最基本的要素,因为安全既是人的基本需求也是人的基本权利。离开了安全,人的其他权利和自由、尊严等也将无从谈起;而且,保障研究人员和工人在工作场所的生命和健康安全,也是国家和企业的基本责任。
2.平等与公正问题。首先,纳米技术的潜在利益和风险使得其风险与利益的分配,也面临着社会公平与公正的伦理问题。纳米技术可能为技术发明家、企业家带来丰厚的利益,但也可能为研究者、受试者、生产者甚至消费者带来直接的和间接的健康风险,为公众带来环境风险。面对个体利益与公众利益、企业利益与社会利益、眼前利益与长远利益的冲突,应该优先考虑谁的利益?承担高风险的人是否应得到较高的回报?“如何分配科学技术的发展带来的好处、风险和代价,就成为了我们时代所必须面对的一个重要问题”[11]。其次,纳米技术的应用也可能加剧原有的社会不平等、不公正现象。众所周知,“信息高速公路”的出现导致了迅速扩大的信息资源和知识资源分布严重不均的“数字鸿沟”问题,并且加剧了原有的经济不平等、机会不平等和社会不平等问题,成为当今社会问题的一个重要根源。纳米技术的发展也可能产生类似数字鸿沟的“纳米鸿沟”问题。比如,纳米技术在医学上的应用,使得疾病的预防、早期诊断和治疗成为可能。研究表明,在不久的将来,用基因芯片、蛋白质芯片组装成的纳米机器人,有可能通过血管进入人体以诊断疾病、携带DNA去更换或修复有缺陷的基因片段,也可以将携带纳米药物的芯片送入人体内,在外部加以导向,使药物集中到患处,更理想地提高药物疗效[12]。但是,这些技术在其发展的初期阶段,往往比较昂贵,大部分人可能只好望而却步,仅能被少数人使用。如何使社会中的大多数成员公正地享受到纳米技术的成果并避免可能受到的损害,是纳米技术发展过程中必须面对的重要伦理问题。第三,纳米技术还有可能带来代内与代际、穷国与富国之间的平等与公正问题,尤其是可能使发达国家与发展中国家之间的差距加大。能够支付纳米技术研究与发展巨额费用的国家,可能优先发现和利用纳米技术的研究成果,在国际舞台上便优先掌握了“话语权”。当然,也不能排除发达国家将有污染的、甚至有毒的纳米研究项目转移到发展中国家的可能。诸如此类的问题会使国际间的不平等恶化。此外,还存在为了当代利益发展纳米技术而提前利用了过多的自然资源或给后代造成众多污染等代际不公正现象。
3.自主与尊严问题。人是有理性的存在物。理性之人的尊严来自于它的自主性,能够按照自己的意志作出决定。“大自然中的无理性者,它们不依靠人的意志而独立存在,所以它们至多具有作为工具或手段的价值,因此我们称之为‘物’。反之,有理性者,被称为‘人’,这是因为人在本性上就是目的自身而存在,不能把他只当做‘物’看待。人是一个可尊敬的对象,这就表明我们不能随便对待他。”[13]联合国教科文组织在《世界生物伦理与人权宣言》中强调,科学技术的研究和发展需要遵循本宣言所阐述的伦理原则,要尊重人的尊严。这包括自尊、享受别人尊重和尊重他人三个方面。在纳米技术的研究与应用中,许多方面涉及人的自主与尊严问题。例如,纳米技术与认知科学相互渗透与融合,可以揭示人脑的工作机制,利用纳米药物可以增强人的认知能力或治疗某些脑神经与认知方面的缺陷。但是,如果利用这些研究成果控制人的思维、干扰人的决定,则侵犯了人的自、漠视人的尊严。再者,如果将能够随时获取他人信息的纳米电子芯片等极微小的纳米器件,毫不被人察觉地嵌入他人衣服或皮肤里,则不仅窃取了他人的隐私,更贬损了他人的尊严。又如,纳米基因工程不仅能够治疗遗传病,而且能够改变生殖细胞基因以达到治疗或增强后代的目的。但是,不论父母的主观意愿是否善良,这种行为确实忽视了子女的自主与尊严。而诸如赛博格(Cyborg)、生命产品(Biofact)等技术的进一步发展将模糊人与机器、生命体与人工产品之间的界限,使得我们关于人与自然的基本概念发生动摇,什么是人、什么是自然等问题将变得不再是不言而喻的了。
纳米伦理的特征与评估
纳米技术的中介性和不确定性特征不仅使纳米技术可能引起一系列的伦理问题,而且也使得这些伦理问题展现出共同的伦理特征:可能性、整合性和前瞻性。这使得即时性、跨学科性、预警性评估成为应对纳米伦理的关键。
纳米材料颗粒之间都存在着范德华力、库仑力等,甚至有些颗粒还会和化学键结合,结果导致了陶瓷颗粒很容易出现团聚,而且颗粒愈小,团聚就越紧,在这种情况下,纳米材料应有的良好性能就比较难以充分发挥出来。就解决方式而言,一般通过施加机械能,或者引发化学作用这两种途径进行解决,不过硬团聚由于颗粒之间结合的比较紧密,单纯的通过化学作用是远不能够实现目标的,所以还需要另外施加一个比较大的机械力,例如剪切力、撞击力等。通过这些里对材料的结合力进行破坏。
纳米磁性液体在旋转轴中的应用
一般而言,对于静态的密封比较容易解决,通常可以采用塑料、金属、橡胶等材料制作的O型环当做密封的元件,将其密封。但对于动态的密封,特别是旋转条件下的密封则一直没有好的解决方式。在高速、高真空条件下一般不能进行动态密封,而纳米磁性液体则带来了一种新的解决方式。纳米技术对磁性液体在旋转轴中的应用取得了很大的促进作用。我国南京大学已经成功进行了多种磁性液体的制成,比如硅油、水基、烷基、二脂基等。而在磁性液体的应用方面,电子计算机的硬盘在防尘密封方面就普遍采用了磁性液体。而在剂的制造方面,对新型剂的制造也起到了较大的促进作用。
对于新装修的房间,一些装修材料、家具等物品会散发出有害气体,导致室内空气中的甲醛、甲苯等有机物质的浓度高于室外,有的甚至会高于工业区,不利于人们的健康,因此需要对其室内的空气进行净化。而相关的研究表明,光催化剂———纳米TiO2可以有效降解室内甲醛、甲苯等有机有害物质,并且其所达到的效果是最好的。另外,由于应用纳米TiO2的光催化功能在杀死室内环境中的细菌的同时,还可以降解由细菌释放出来的有毒复合物质,因此,纳米TiO2光催化剂也被安放于医院的病房、手术室等区域以实现杀菌、除臭的作用。
脱硫催化剂的应用
由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义,世界各国(地区)纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器,相继制定了发展战略和计划,以指导和推进本国纳米科技的发展。目前,世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划,但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。
(1)发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机,美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划(NNI),其宗旨是整合联邦各机构的力量,加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月,美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》,这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划,从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域,并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源(人才、资金、设备)的落实。之后,日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针,积极推进从基础性到实用性的研发,同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域,有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略,目前,已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施:增加研发投入,形成势头;加强研发基础设施;从质和量方面扩大人才资源;重视工业创新,将知识转化为产品和服务;考虑社会因素,趋利避险。另外,包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
(2)新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响,韩国、中国台湾等新兴工业化经济体,为了保持竞争优势,也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》,2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》,随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域,以提升前沿技术和基础技术的水平;到2010年10年计划结束时,韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平,进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始,相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》,这些计划以人才和核心设施建设为基础,以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标,意在引领台湾知识经济的发展,建立产业竞争优势。
(3)发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头,也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》,并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图,确定中国在目前和中长期的研发任务,以便在国家层面上进行指导与协调,集中力量、发挥优势,争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术,南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略,可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度,加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
2、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮,现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家,都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金,而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称,在过去10年里,世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明,全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内,联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元,2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是,根据《21世纪纳米技术研究开发法》,在2005~2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元,而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究,近年来纳米科技投入迅速增长,从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元,而2004年还将增长20%。
在欧洲,根据第六个框架计划,欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元,有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计,欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国,甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右;另外,地方政府也将支出2.4亿~3.6亿美元。中国台湾计划从2002~2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元,每年稳中有增,平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元,而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言,欧盟25国为2.4欧元,美国为3.7欧元,日本为6.2欧元。按照计划,美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元,日本2004年增加到8欧元,因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是:欧盟为0.01%,美国为0.01%,日本为0.02%。
另外,据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称,很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元,占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元,占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元,占17%。由于投资的快速增长,纳米技术的创新时代必将到来。
3、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言,美国虽具有一定的优势,但现在尚无确定的赢家和输家。
(1)在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果,2000—2002年,共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引(SCI)》收录。纳米研究论文数量逐年增长,且增长幅度较大,2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文,美国以较大的优势领先于其他国家,3年累计论文数超过10000篇,几乎占全部论文产出的30%。日本(12.76%)、德国(11.28%)、中国(10.64%)和法国(7.89%)位居其后,它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇,是纳米研究最活跃的国家,也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出,2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点,到2002年已经超过德国,位居世界第三位,与日本接近。
在上述5国之后,英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多,各国3年累计论文总数都超过了1000篇,且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外,如果欧盟各国作为一个整体,其论文量则超过36%,高于美国的29.46%。
(2)在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计:美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国(1454项),其次是日本(368项)和德国(118项)。由于专利数据来源美国专利商标局,所以美国的专利数量非常多,所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多,所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大,在论文数最多的20个国家和地区中,专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明,很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力,但比较侧重于基础研究,而实用化能力较弱。
(3)就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用,目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面,纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断,而且,已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年,美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》,目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合,实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标;利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门,这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用,还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果,未来5~10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点,纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究,期望突破传统的极限,让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒,并按照一定规则排列这些颗粒,使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面,目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大,某些方面处于世界领先水平,但尚未脱离基础和应用研究阶段,距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上,日本最重视的是应用研究,尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外,日本开发出多种不同结构的纳米材料,如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上,日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法,同时积极开发新的制造技术,特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1/10,两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高,并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置,能应用于纳米领域,在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路,是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地,如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机,解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过,这些研究大都处于探索阶段,成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力,特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多,主要以金属和无机非金属纳米材料为主,约占80%,高分子和化学合成材料也是一个重要方面,而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
4、纳米技术产业化步伐加快
目前,纳米技术产业化尚处于初期阶段,但展示了巨大的商业前景。据统计:2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元,2010年将达到14400亿美元。为此,各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化,都在加紧采取措施,促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为,美国大公司自身的纳米技术基础研究不足,导致美国在该领域的开发应用缺乏动力,因此,尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心,希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”,以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项:一是进行纳米技术基础研究;二是与大企业合作,使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面,其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破,并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大,其目的是共享信息,促进联系,加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合,不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”,以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程;东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所,试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义,世界各国(地区)纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器,相继制定了发展战略和计划,以指导和推进本国纳米科技的发展。目前,世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划,但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。
(1)发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机,美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划(NNI),其宗旨是整合联邦各机构的力量,加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月,美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》,这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划,从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域,并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源(人才、资金、设备)的落实。之后,日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针,积极推进从基础性到实用性的研发,同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域,有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略,目前,已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施:增加研发投入,形成势头;加强研发基础设施;从质和量方面扩大人才资源;重视工业创新,将知识转化为产品和服务;考虑社会因素,趋利避险。另外,包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
(2)新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响,韩国、中国台湾等新兴工业化经济体,为了保持竞争优势,也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》,2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》,随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域,以提升前沿技术和基础技术的水平;到2010年10年计划结束时,韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平,进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始,相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》,这些计划以人才和核心设施建设为基础,以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标,意在引领台湾知识经济的发展,建立产业竞争优势。
(3)发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头,也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》,并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图,确定中国在目前和中长期的研发任务,以便在国家层面上进行指导与协调,集中力量、发挥优势,争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术,南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略,可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度,加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
2、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮,现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家,都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金,而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称,在过去10年里,世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明,全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内,联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元,2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是,根据《21世纪纳米技术研究开发法》,在2005~2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元,而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究,近年来纳米科技投入迅速增长,从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元,而2004年还将增长20%。
在欧洲,根据第六个框架计划,欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元,有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计,欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国,甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右;另外,地方政府也将支出2.4亿~3.6亿美元。中国台湾计划从2002~2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元,每年稳中有增,平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元,而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言,欧盟25国为2.4欧元,美国为3.7欧元,日本为6.2欧元。按照计划,美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元,日本2004年增加到8欧元,因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是:欧盟为0.01%,美国为0.01%,日本为0.02%。
另外,据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称,很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元,占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元,占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元,占17%。由于投资的快速增长,纳米技术的创新时代必将到来。
3、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言,美国虽具有一定的优势,但现在尚无确定的赢家和输家。
(1)在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果,2000—2002年,共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引(SCI)》收录。纳米研究论文数量逐年增长,且增长幅度较大,2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文,美国以较大的优势领先于其他国家,3年累计论文数超过10000篇,几乎占全部论文产出的30%。日本(12.76%)、德国(11.28%)、中国(10.64%)和法国(7.89%)位居其后,它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇,是纳米研究最活跃的国家,也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出,2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点,到2002年已经超过德国,位居世界第三位,与日本接近。
在上述5国之后,英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多,各国3年累计论文总数都超过了1000篇,且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外,如果欧盟各国作为一个整体,其论文量则超过36%,高于美国的29.46%。
(2)在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计:美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国(1454项),其次是日本(368项)和德国(118项)。由于专利数据来源美国专利商标局,所以美国的专利数量非常多,所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多,所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大,在论文数最多的20个国家和地区中,专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明,很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力,但比较侧重于基础研究,而实用化能力较弱。
(3)就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用,目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面,纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断,而且,已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年,美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》,目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合,实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标;利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门,这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用,还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果,未来5~10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点,纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究,期望突破传统的极限,让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒,并按照一定规则排列这些颗粒,使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面,目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大,某些方面处于世界领先水平,但尚未脱离基础和应用研究阶段,距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上,日本最重视的是应用研究,尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外,日本开发出多种不同结构的纳米材料,如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上,日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法,同时积极开发新的制造技术,特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1/10,两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高,并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置,能应用于纳米领域,在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路,是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地,如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机,解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过,这些研究大都处于探索阶段,成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力,特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多,主要以金属和无机非金属纳米材料为主,约占80%,高分子和化学合成材料也是一个重要方面,而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
4、纳米技术产业化步伐加快
目前,纳米技术产业化尚处于初期阶段,但展示了巨大的商业前景。据统计:2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元,2010年将达到14400亿美元。为此,各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化,都在加紧采取措施,促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为,美国大公司自身的纳米技术基础研究不足,导致美国在该领域的开发应用缺乏动力,因此,尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心,希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”,以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项:一是进行纳米技术基础研究;二是与大企业合作,使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面,其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破,并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大,其目的是共享信息,促进联系,加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合,不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”,以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程;东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所,试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
研究论文
(1)多壁纳米碳管对磷酸铁锂正极材料热稳定性及表面形貌的影响 mária filkusová andrea fedorková renáta
oriňáková andrej oriňák2 zuzana nováková lenka kantárová
动态
(7)第十一届全国新型炭材料学术研讨会征文通知 无
研究论文
(8)氧化硅包覆单壁碳纳米管纳米电缆的制备 张艳丽 侯鹏翔 刘畅
动态
(13)thc系列耐高温阻燃热固性酚醛树脂 无
研究论文
(14)多壁碳纳米管的对氨基苯磺酸钠修饰及对cu^2+的吸附性能 郑净植 胡建 杜飞鹏
动态
(19)《新型炭材料》2011年sci影响因子0.914 无
研究论文
(20)磁场处理对ldpe及其碳纳米管复合材料电导特性的影响 韩宝忠 马凤莲 郭文敏 王艳洁 蒋慧
动态
(25)西安诚瑞科技发展有限公司 高低温炭化炉、液相(气相)沉积炉、石墨化炉 无
研究论文
(26)碳纳米管/铁氰化镍/聚苯胺杂化膜对抗坏血酸的电催化氧化 马旭莉 孙守斌 王忠德 杨宇娇 郝晓刚 臧杨 张忠林 刘世斌
(33)水辅助化学气相沉积制备定向碳纳米管 刘庭芝 刘勇 多树旺 孙晓刚 黎静
(39)通过高温裂解酚醛树脂制备气体分离用炭膜——裂解温度及臭氧后处理的作用分析 mohammad mahdyarfar toraj
mohammadi ali mohajeri
动态
(46)纳米植物炭黑 无
研究论文
(47)中孔炭负载二氧化钛光催化剂的制备及降解甲基橙 因博 王际童 徐伟 龙东辉 乔文明 凌立成
(55)co2捕集用具有多级孔结构纳米孔炭的制备 唐志红 韩卓 杨光智 赵斌 沈淑玲 杨俊和
研究简报
(61)高分散性氧化石墨烯基杂化体的制备及其热稳定性增强 张树鹏 宋海欧
(66)相互连接的碳微米球的制备与磁性 文剑锋 庄叶 汤怒江 吕丽娅 钟伟 都有为
(71)碳化物衍生碳涂层的表面划痕织构能降低摩擦 眭剑 吕晋军
动态
科研,瞄准前沿
一位年仅三十几岁的学者、一连串前沿成果,刘飞博士称得起“年轻有为”。然而,与大多数年轻人不同,刘飞博士一心一意地埋首于纳米材料领域的研究工作,不沾浮躁之风。在这条道路上,他潜心向前,以“学习”的态度行于斯、研于斯,在一维纳米材料的制备、表征与物性研究的领域上取得了一系列成绩:
首先,在微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备中,刘飞使用α―Fe2O3(0001)为基底,以N2和H2为反应气源,首次制备出垂直于基底生长的Fe3O4纳米金字塔阵列。这种新型Fm04纳米材料的阵列很可能在垂直方向上的高密度信息存储中有着潜在的应用,其结果发表在高水平学术杂志AdvMater上。
其次,在单温管式炉设备中,刘飞使用热蒸发冷凝沉积技术在较低的生长温度(
与此同时,刘飞利用真空下高温碳热还原法,首次制备出了大面积垂直于si基底生长的单晶的Boron纳米线和纳米管。扫描电子显微技术(SEM)研究表明所制备出的硼纳米线的长度为5um,平均直径为30nm。透射电子显微镜技术(TEM)和元素维度分布谱技术(ElementMapping)的研究结果都证明所获得的硼纳米材料具有完美的单晶四方结构,它们的生长方向为[001]。电子能量损失谱技术(EELS)研究结果也表明纳米线中硼元素的同时使用开尔文探针技术(KelvlnProbe)首次测试出Boron纳米材料的功函数为4.4eV。并利用改装后的SEM系统中的在位物性测试技术对单根硼纳米线的电导率和场发射特性进行了一系列系统的研究。研究结果表明:单根硼纳米线的电导率为1-8×10-3(n・cm)-1,其开启电场为5.1v/μm,阈值电场为115V/μm;在保持场发射电流为1.05μA的一小时稳定性测试中,单根硼纳米线的电流波动性低于22%并且当电场强度提高到59~74V/μm,单根硼纳米线的场发射电流密度更是达到了2X105-4×105A/cm2,这完全可以满足场发射领域的需要。由于Boron一维纳米材料具有高熔点(2300℃)、高电导率,并且具有独特的“三芯键”结构以及优良的物理和化学特性,所以这种新型纳米材料的发现以及进一步研究很有可能为纳米科学和技术的发展开创了一个崭新的领域。相关科研成果分别发表在知名科学杂志AdvancedMaterla/sc和Uitramzcroscopy上,并由世界上著名的德国的“Nanowerk”网站和国内知名的“科学网”网站分别进行了“Spotlight”报导和专题报导。
除此以外,刘飞使用化学气相沉积技术实现了对不同形貌AIN纳米结构(纳米棒,纳米锥和纳米火山口)垂直阵列的可控生长。为了研究其纳米结构场发射特性的影响因素,刘飞对比了不同形貌氮化铝阵列的场发射特性。实验结果表明,氮化铝火山口阵列具有最好的场发射特性表现,其阈值电场为7.2V/μm,场发射电流的稳定性测试表明其电流波动小于4%。同时,所有三种氮化铝纳米结构阵列都具有和其他很多具有优良冷阴极纳米材料相比拟的场发射特性,这表明其在未来的场发射领域具有很大的应用前景,结果已发表在ChinesePhysicsB等杂志上。
未来,战机握在手中
学习和实践中,刘飞不仅积累了丰富的经验,也形成了一套独特的科研方法和理念,解决了很多工程实际应用的问题,赢得了良好的经济效益和社会声誉,并获得一项国家专利。他是成功的,当然,成功之人自有成功之道。
1995年9月,刘飞迈入吉林大学的校门,考进材料科学与工程专业,四年的本科学习,刘飞以他的聪明和勤奋赢得了老师和同学们的一致认可,连续三年获得“人民奖学金”,并于1999年获“系优秀学生”称号。同年,他以优异的成绩毕业,却并不满足于自己当时的所学,或许是源于心底的那一份母校情结,刘飞选择留在吉林大学进行硕士研究,在材料科学学院攻读材料物理与化学专业。硕士学习期间,刘飞在于文学教授的指导下进行了磁控溅射生长巨磁阻多层膜的研究工作,并于2002年7月完成硕士论文《Cu/Fe多层膜的表面、界面微结构研究》,获得工学硕士学位,其论文获得学校研究生论文比赛优胜奖,这位年轻的硕士研究生充分展露了他在科研领域的才华。
2002年9月,刘飞考入中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室,师从于高鸿钧研究员,攻读凝聚态物理博士学位,2005年9月获得理学博士学位,并于2004年获得“所长优秀奖学金”、2006年获得中国真空学会优秀博士论文奖学金。
在科学的道路上没有捷径,正因为艰难才去登攀,而站得更高才能看得更远,年轻的刘飞博士没有止步于一点点的成绩,在科学之路上,他选择一路向前。自2005年9月,刘飞博士在中山大学理工学院的显示材料与技术国家重点实验室参加工作以来,包括在中国科学院物理研究所攻读博士期间,他主持国家自然基金委――广东省联合基金重点基金一项、国家自然科学基金青年基金一项、教育部博士点新教师基金一项,并且参与了多项国家“973”和“863”项目,共发表了学术论文(SCI、EI和ISTP收录)二十余篇。
开启电分析化学之路
1995年,罗细亮高考失利,面对高出分数线仅一分的高考成绩,他很是纠结。一心向往的上海交通大学肯定是无望了,摆在他面前的,只有两条路:要么复读,要么去青岛化工学院(现为青岛科技大学)应用化学系报到。思量再三,罗细亮选择了后者,进入算不上一级学府的青岛化工学院。这样的决定对于当时那些建议罗细亮复读的人来说也许不是最好的选择,但是对于如今的罗细亮来说却是他当年最正确的选择。
青岛化工学院是最早有硕士点的高校之一,可以继续深造。从大一报到之日起,罗细亮的目标就是深造,他要靠自己的力量改变人生轨迹。
学校并没有让罗细亮失望,他到校后发现,学校里的教授们教学水平很高,很重视学生的动手能力,实验课时十分充足。不仅如此,青岛化工学院的老师们对学生们一向要求严格,罗细亮还记得,当时他的毕业设计把实验做坏了,为此挨了老师的不少批评,直到他把实验做得完美,才过了老师的那一关。“正是因为我在学校时打下了扎实的基础,所以日后,当我在南京大学读博士及国外做博士后时,我的动手能力比其他名校来的学生甚至还要强。”罗细亮回忆道。
大学四年的学习生活很快就过去了,罗细亮不忘初衷,决定考研,这次没有犹豫,没有怀疑,他直接考取了本校研究生,跟随当时的校长、知名的学者焦奎教授,开始从事电分析化学的研究。2002年,硕士研究生学习结束后,他听取导师的建议考取了南京大学攻读博士,师从著名的分析化学家陈洪渊教授。从此,罗细亮牢牢的把握着自己的人生轨迹。
接下来的2005~2011年间,罗细亮先后在爱尔兰都柏林城市大学国家传感器研究中心、美国亚利桑那州立大学生物设计研究院及匹兹堡大学生物工程系从事博士后研究。2011年2月获欧盟玛丽居里学者,同年3月被美国匹兹堡大学聘为研究助理教授。
正当罗细亮在国外的发展顺风顺水的时候,他接到了母校青岛科技大学抛来的橄榄枝,希望他回母校工作,并申请山东省的泰山学者特聘教授。饮水思源,不可忘本,罗细亮当机立断,放弃了即将到手的绿卡,辞去了国外的工作,带着妻子和一双儿女,毅然回到了祖国,回到了青岛科技大学。
享受科研之趣
科研路上总是层峦叠嶂,没有尽头。作为科研人,如果没有点执著的劲头,就意味着终有一天你会在某一个山头前停滞不前。而对罗细亮来说,他热爱科研,享受科研的乐趣,在科研的路上,执著地翻过一坐又一坐高山。
在南京大学读博士期间,罗细亮在导师陈洪渊院士和徐静娟教授的指导下,开创了利用电沉积壳聚糖固定生物识别分子制备生物传感器的方法。
在制备生物传感器的过程中,最关键的步骤是生物识别分子的固定。实现生物识别分子简便、有效的固定,而又同时尽可能地保持其活性,一直是世界上众多科学家孜孜以求的目标。利用生物聚合物壳聚糖的电沉积特性和良好的生物相容性,罗细亮率先提出了通过电化学沉积壳聚糖,用于同时或依次固定纳米材料和生物识别分子制备生物传感器的方法。通过这种方法制备生物传感器,简单有效且条件温和,普遍能够得到理想的结果。该方法提出后在国际上广受关注,目前已经被中、美、日和欧洲等30多个国家和地区的科学家们所广泛借鉴和采用,成为了比较有代表性的生物分子固定化和生物传感器制备方法之一。基于这一研究成果发表的3篇主要研究论文至今已被他人引用超过500次。尤其值得指出的是,美国一流大学马里兰大学Gregory Payne教授领导的研究组,在他们发表的20余篇高水平论文里,高度评价了罗细亮的研究工作,明确表示罗细亮的研究工作是这方面最早的相关报道。2007年,罗细亮的博士学位论文在被相继评为南京大学优秀博士学位论文和江苏省优秀博士学位论文之后,又获得全国百篇优秀博士学位论文提名奖。
科研永不止步
罗细亮并没有就此止步,为了进一步提升自己的科研水平,2005年,罗细亮申请了国外的博士后,先后赴爱尔兰都柏林城市大学和美国亚利桑那州立大学,跟随爱尔兰皇家科学院院士Malcolm Smyth教授和世界著名分析化学家Joseph Wang教授,在分析化学领域深造。2008年,考虑到生物化学与分析化学的结合日益紧密,而自己又缺乏生物的研究背景,为了拓展自己的研究方向,罗细亮又申请去了美国匹兹堡大学生物工程系,使自己的研究从化学和材料拓展到生物领域,有利于实现不同学科的相互交叉。
博士后研究期间,罗细亮在化学、材料和生物这几个学科的交叉领域,开展了一系列研究,并取得了丰硕的研究成果。其中比较突出的贡献是,构建了新颖的药物释放体系,在国际上率先实现了利用碳纳米管内腔来储存和可控释放药物。
碳纳米管是目前国际上研究的热点,由于它特殊的物理化学性质,其在药物可控递送和释放方面的应用研究广受关注。理论上,碳纳米管的内腔是储存药物的理想纳米胶囊,但是如何实现药物在碳纳米管内的储存和释放,一直是个没有解决的难题。罗细亮的研究实现了利用碳纳米管的内管来装载药物。储存的药物,通过简便的电化学刺激就能够以可控的方式释放出来,而且进一步的细胞实验证实由此释放出来的药物仍然保持有药物活性。这是首次报道利用碳纳米管的内管来装载并可控释放保持有活性的药物,研究结果发表在本领域顶尖期刊生物材料上,并被美国能源部的能源技术国家实验室作为新闻报道,认为这项技术将有效促进神经控制可植入装置的发展。
罗细亮还发展了新颖的可控合成单根导电聚合物纳米线的方法,并研制了超灵敏的单根纳米线生物传感器。
利用单根纳米线来构建具有优异性能的纳米装置或器件,是目前世界上众多科学家所努力的前沿方向,但是单根纳米线在可控合成尤其是操控上的困难极大阻碍了这方面研究的进展。罗细亮制备了具有高度选择性和灵敏度的纳米生物传感器,其检测限低于1皮克每毫升,远远优越于其他类似的生物传感器。由于该传感器从合成到检测都采用可控的电化学技术,非常适合进一步研制超灵敏、集成化的纳米传感系统。
2011年,对于35岁的罗细亮来说,是非常特别的一年。当年2月,罗细亮获得欧盟第七框架计划国际合作项目的资助,成为英国牛津大学化学系的高级玛丽居里学者;3月,罗细亮被美国匹兹堡大学聘为研究助理教授,进入大学的教员系列;8月,罗细亮被山东省人民政府选聘为泰山学者特聘教授。不同的机遇,在短时间内集中出现,通常会让人难以取舍。然而罗细亮没有过多的犹豫,他选择了回国发展。要为祖国贡献自己的微薄力量,是他很早就形成了的一个朴素的观念。
2011年9月,罗细亮离开美国匹兹堡大学,回到了母校青岛科技大学。环境和条件的改变,不可避免会影响到自己的科研,为了把不利影响降到最小,罗细亮付出了几倍于别人的辛劳。他克服种种困难,从零开始组建自己的科研团队,建设自己的实验室,培养自己的研究生。同时,利用与国外的联系,罗细亮积极开展对外的合作交流,及时掌握国内外的研究动态。回国后的3年时间里,罗细亮基本上没有完整的节假日。3年过去,罗细亮自己的实验室和研究团队已经初具规模,逐步地发展壮大,并在生化分析领域开展了比较有影响的研究工作。尤其重要的是,罗细亮首次构建了基于电化学阻抗技术的抗污染生物传感器,推进了可在复杂生物体系中直接测定的实用型传感器件的发展。
纳米贵不贵?好不好吃?
1983年,刘忠范大学本科毕业后便赴日留学。他先后在日本横滨国立大学、东京大学取得了硕士和博士学位,并在东京大学和分子科学研究所做博士后。
攻读博士期间,刘忠范师从国际著名光电化学家藤岛昭先生做研究,他很为老师的工作精神所感动,年过半百仍扑在事业上。
自幼养成的勤奋习惯和藤岛昭先生的表率,使刘忠范在日学习期间取得很大成功,获得了日本政府奖学金并在《Nature》杂志上发表了学术论文。与中国不同的社会环境,也让埋头读书不问世事的刘忠范更加开朗起来。这时,北京大学化学系的教授蔡生民找到了他,不止一次地邀请刘忠范回国,并且用真诚的话语
打动了他。
他选择了北大。十几年后回忆起来,刘忠范仍觉得,“北大是最适合我的”。
在研究领域,刘忠范选择了纳米。
人们接受纳米有一个过程。1997年9月27日,北京大学成立了纳米科技中心,这是中国高校的第一个跨院系、跨学科从事纳米交叉学科研究的综合性研究中心。刘忠范接到很多电话,有人问:“听说你们搞出一种纳米,贵不贵?好不好吃?”刘忠范只好幽默地回答他,“纳米太小了,既不好吃,恐怕也吃不饱。”
近年来,纳米技术掀起了阵阵热潮,也渐渐出现在人们生活中。纳米技术将为目前许多技术难题提供新的解决方案和思路,也会进一步提高人们的生活水平并有可能在很大程度上改变人们的生活方式。1986年诺贝尔物理奖得主罗雷尔说,曾重视微米科技的国家,今天都已成为发达国家,而纳米科技则为人们提供了新的发展机遇,今天重视纳米科技的国家必将在未来的高科技竞争中独领。
科技部最年轻首席科学家
1994年,刘忠范申请了科技部攀登计划项目,经费500万元。刘忠范成为这个项目的首席科学家,也是当时科技部最年轻的首席科学家。他从此开始了纳米攀登之旅。
“当时,我们是做纳米级的信息存储技术,相当于超级光盘。”刘忠范说,这个项目共有三个承担单位,还包括当时的北大电子学系——现在的信息科学技术学院的吴全德院士、薛增泉教授以及吉林大学化学系的李铁津教授。吴先生尽管年事已高,但对‘纳米’非常敏感。吴老先生和薛教授都是做信息技术的,尤其有感于我国微电子技术发展的曲折和落后现状,而纳米技术应该是一个难得的机会。因此,“我们之间产生了强烈共鸣,觉得应该酝酿一个计划,大张旗鼓地在纳米领域开拓——这就是北京大学纳米科技中心成立的初衷”。
1993年,刘忠范回国后,他亲手建立起光电智能材料研究室。起初什么都没有,完全从零开始做。有几间空房子,每一个插头在什么地方,都要刘忠范自己设计后找人安装,桌椅板凳都是他自己一件件买来的。搞前沿研究需要先进设备,为了购买这些设备,他省吃俭用,甚至到了抠门的程度。刘忠范花50多万元买了一台用于看原子和分子的STM仪器,这差不多是国内最早进口的洋玩意。仪器需要配置防震台,由于资金紧张,刘忠范只能带着学生亲自动手。
创业是艰辛的。当年的刘忠范人称“拼命三郎”,每天最早进楼的是他,最晚一个走出实验室的还是他。由于总是工作到深夜,楼门早已关闭,因此他经常翻越化学楼的铁门,“因此练就了一副好身手”,他自嘲道。
科研工作很辛苦,但也充满了快乐。在刘忠范眼里,研究的一大乐趣就是和学生一道创造故事。学生一个错误的实验设计带来了热化学烧孔存储技术;一位女同学的顽固不化和他的坚持加包容收获了石墨烯的偏析生长方法,进而开启了石墨烯生长过程工程学研究之门。回忆起这些往事,刘忠范的脸上洋溢着成就感。
“要向两头进军”
十几年来,中国纳米科技发展得飞快。从数量上看,已经与美国并驾齐驱,论文的档次也越来越高,尽管原创性和影响力尚有待提高。刘忠范为中国纳米的发展简单勾勒了三部曲:科学、技术和工程。
谈起与自己一同成长的北大纳米科技中心,刘忠范说,北大的纳米研究,总体上还处于纳米科学的层面。经过十几年的努力,已经取得了长足进步,在国内外拥有了一定的学术影响和地位,化学学院、信息学院和物理学院的纳米团队功不可没。当然,我们还缺少重大突破,需要从高原到高峰的飞跃。
刘忠范特别推崇团队精神和团队文化建设。说起他的研究团队,他总是强调,他所取得的些许成绩,都是团队成员共同拼搏、共同奋斗的结果。他的研究团队,从最初的几个人、十几个人,发展到今天的几十个人,不断地壮大着,也形成了独具一格的团队文化。正是这样的团队文化,带来了一个又一个的学术研究成果,也使北大成为国际知名的低维碳材料研究基地。他的信条是:人才决定潜力,机制决定效率,文化决定高度。
刘忠范最自豪的不是他发表的300多篇学术论文,而是培养了一批热爱科学、热爱纳米的弟子。他的弟子绝大多数都在国内外知名学术机构从事科研工作。他更希望将来有一天他被称为教育家,而不仅仅是一名科学家。
“ 责任是通向伟大的代价”,这是丘吉尔的一句名言。刘忠范深深地感受到越来越多的社会责任。儿时刻骨铭心的贫穷经历使他对农村教育和失学儿童问题极为关注,并力所能及地为此做些事情。他设立的奖学金拯救了不少濒临失学的儿童。人生是永不停息的马拉松。前人在指引着我们,后人在追赶着我们,我们始终处在激烈的竞争中。刘忠范正不断翻山越岭,向科学高峰攀登。(来源:科技日报,本刊有删节)
曾主管北大多个期刊的国家纳米中心副主任朱星委员见证了国内科技期刊的发展历程。“前几年我们一直为如何被列入《科学引文索引》(SCI)发愁,现在考虑的,是如何扩大影响力。”
作为中国科学话语权的载体,科技期刊该寻求怎样的发展路径?
“再不能失去国内期刊发展的战略机遇期”
伴随着科技水平的提高,我国科技论文在数量和质量上都有较大飞跃。据统计,截至目前,我国科技期刊总量已居世界第二。然而,与科技论文在国际上令人瞩目的表现相比,我国科技期刊的质量、水平和国际影响力相对逊色。影响力广、具有品牌效应的中国科技期刊很少,是不争的事实。
“看一个国家在国际上的科学地位,有两个标志:学会与期刊。”两院院士师昌绪多次强调科技期刊的重要性。
刘昌俊分析道,基础研究成果主要体现在学术论文上。“目前我们科技论文数量和质量飞跃式增长,科技期刊发展应当受到高度重视,再不能失去国内期刊发展的战略机遇期。”
国内科研人员通常喜欢将一流科研成果发表在国外期刊上。“以我所在的化学学科为例,一些国际知名期刊60%的稿源来自中国,反过来,我们的图书馆要花大价钱将这些论文再买回来。”刘昌俊认为,这是个亏本生意。
与国内科研人员对国外期刊的追捧相反,国外期刊的编辑和评审人对来自中国大陆的学术论文多少有些歧视,中国大陆学者投稿被直接拒稿率明显高于发达国家,且论文从投稿到发表周期也偏长,大量时间精力浪费在学术论文阶段,长此以往不利于科研创新工作。
“我们应尽快提高国内科技期刊的影响力,办好自己的引文数据库,让科技期刊成为一门赚钱的生意,形成良性循环。”刘昌俊说。
只有改变评价体系,才能留住好稿
国内科技期刊面临的首要问题是如何利用优质国内稿件资源。以物理学领域的期刊为例,该领域中国每年的论文总共在两万篇左右,但能够在国内杂志上发表的不到4000篇,比例不足20%。
为什么好稿外流?刘昌俊认为,这与国内的评价体系有很大关系。“比如,中国科学院文献情报中心每年度按照学科根据SCI期刊的影响因子对期刊进行四个等级的分区,一区里没有国内期刊,二区的也很少。但一些单位的考核就要求发在一区、二区刊物上。”
“要改变评价体系,鼓励科研人员将自己的最新成果发表在自己的学术刊物上,支持国内期刊的发展,做大做强我国的科技期刊出版事业,使我国尽快成为高水平学术期刊的国际中心之一。”刘昌俊说。
“刊物吸引力的提高需要科研体制的改变。”清华大学教授邢新会委员希望,科研评价能够实事求是,不过分指标化。“主要看研究者做了什么,而不是文章发在哪里。”
“我早就意识到这个问题,所以我一直鼓励我的学生尽量在国内期刊上发表文章。”朱星表示,在政策层面,可以要求国家资助的项目尽量在国内期刊发表成果。“日本就曾采取这种措施,取得了不错的效果。”
期刊本身也应积极向有影响力的团队约稿,同时,在某些条件下允许一稿多投。“比如最新的研究成果可以先以快报的形式在国际期刊发表,而更翔实的内容则发表在国内期刊。”朱星补充道。
千方百计吸引国外稿源
除了留住国内优秀稿源,刘昌俊认为国内科技期刊要想方设法吸引国外稿源,扩大国际影响力。
“首先要培养高素质、国际化的编辑队伍。”刘昌俊以《能源化学学报》为例说,该期刊在包信和院士的主导下,组建了一支国际化编辑队伍,遵循期刊评审的国际化规则,目前该期刊是相关领域国内SCI收录期刊中影响因子最高的。