納米，最熟悉的「陌生人」 中國已是納米大國

由重慶墨希科技有限公司研發的全球首款石墨烯柔性屏可彎曲智能手機。石墨烯有很高的電導率，是目前世界上最薄、最堅硬的納米材料。（資料圖片）

中科院院長、國家納米科技指導協調委員會首席科學家白春禮，至今記得這樣一個小插曲：十幾年前，一位大娘在街頭接受隨機採訪，當被問及納米，她的第一反應是：「這是不是一種能吃的新大米？」

這與許多科學家們最初的態度如出一轍。25年前，《自然》雜誌在日本東京召開了一次有關納米的會議，對於這個新興的研究領域，當時諸多科學家認為，儘管這是一種「奇妙的科學工具」，但預計未來25年內，不會對主流電子技術產生任何影響。然而，事實證明，與該領域許多奠基人的謹慎相反，納米科技正在快速走進人們的生活

如今，納米科技作為最具突破性的戰略性前沿技術之一，已在材料、醫療、環境等領域引起顛覆性改變，並成為大家身邊最熟悉的「陌生人」。

小小納米很神奇

納米科技的研究對象主要是納米尺度之間的極小物體。在如此小的尺度上，物質屬性能夠發生巨大改變，對科學、技術、工程等領域具有實用意義

納米科學和技術作為一個獨立的研究領域，是近些年才發展起來的。其研究對象主要是納米尺度（1納米等於十億分之一米），即1至100個納米之間的極小物體。這是什麼概念？按照諾貝爾物理學獎得主理查德·費曼的說法，如果可以控制單一原子，理論上可以在大頭針的針頭上寫下整套大英百科全書的內容。

在如此小的尺度上，材料的物理、化學和生物學特性跟宏觀尺度的物體相比，通常會大相徑庭。比如，低強度或脆性合金會獲得高強度、高延展性，化學活性低的化合物會變成強力催化劑，不能受激發光的半導體會變得能夠發射強光。「納米尺度級的處理能夠改變物質屬性，這對大多數的科學、技術、工程和醫學領域都具有實用意義。」中國科學院院士、香港科技大學教授唐本忠說。

在科學家們看來，納米技術的優勢主要是通過控制原子級或分子級的物質創造新材料。由於具備理想的機械、化學、電學等性能，這些新型納米材料可被應用於日常用品及工業製造中。電子墨水的發明就是一例。這是一種類似紙張的顯示技術，墨水由極小的膠囊組成，現已廣泛應用於Kindle等電子閱讀器產品。而一份製造商清單顯示：目前，市場上有1600多種基於納米技術的消費產品。

比如，電吹風或直發器使用納米材料能降低重量或延長使用壽命；防晒霜使用了從皮膚表面上看不到的納米二氧化鈦或氧化鋅等防晒成分；納米結構的材料被用於機器零件的表面塗層或潤滑劑中，以減少磨損、延長機器使用壽命；具有納米結構的合金，具有強度高、耐久、質量輕等特點，是製造飛機和航天航空零部件的理想材料；納米工程製備的纖維被用於製造防皺、防沾污的衣物，不僅質輕，甚至還可能防止細菌的滋生；金屬、氧化物、碳和其他化合物的納米顆粒是很好的催化劑，在石油精鍊、生物燃料等領域有著重要的工業應用……

「微觀之下，還有充足的空間。」費曼稱。

中科院戰略性先導科技專項（A類）「納米先導專項」展示的納米類產品。經濟日報記者 沈 慧攝

新技術是把雙刃劍

由於會給生產方式帶來翻天覆地的變化，人們尚不清楚納米技術會帶來怎樣的經濟影響和社會巨變

1965年，英特爾聯合創始人戈登·摩爾觀察並預言：集成晶元上的晶體管數量每18至24個月左右，將會增加一倍。

彼時，納米技術還處於發展初期。而今，隨著納米技術的進步，集成晶元和晶體管已如摩爾預測的那樣，變得越來越小，計算速度卻日趨提高，然而摩爾定律因存在現有技術將達到可加工尺寸極限的問題，正面臨逐漸失效的風險。2016年，全球首個1納米的晶體管誕生。該晶體管由碳納米管和二硫化鉬，而不是硅製備而成，展示了進一步縮小電子器件尺寸的潛力，使得摩爾定律至少能在一段時間裡繼續有效。

「作為促進信息技術和數碼電子行業發展的關鍵驅動力，納米技術進一步提升了諸多電子產品的性能，如電腦、手機和電視等。」科學家們表示。

根據施普林格·自然集團、國家納米科學中心、中科院文獻情報中心3家單位聯合發布的《中國納米科技發展白皮書》，在生物醫學領域，納米技術最引人矚目的應用或許是納米孔基因測序技術。其工作原理是利用電場驅動每個DNA單鏈穿過薄膜上納米尺寸的孔，即納米孔。當DNA單鏈通過納米孔時，記錄孔上產生的電流變化，從而識別出單鏈上的基因編碼序列。該技術有望大幅降低基因測序成本並提高測序速度。

另外一個富有前景的醫學應用則是藥物輸送。納米技術能讓藥物突破化學、解剖和生理學阻礙，抵達病變組織，提高藥物在病灶位置的聚集量，減小對健康組織的損害。例如，經過精心設計的納米藥物可以經血管滲漏點滲入癌變組織，並在靶點位置積聚，從而提高癌症靶向治療的精準度。

不過，新技術就像雙刃劍，帶來利益的同時也可能帶來風險。納米技術也不例外。

《白皮書》揭露，當前人們最大的擔憂是納米顆粒對健康的威脅，因為納米顆粒很容易經肺或皮膚進入人體系統。例如，人們已發現碳納米管內的金屬污染物和柴油的納米顆粒對健康有不良影響；生產作業中暴露於納米污染物的工人會有較高的健康風險，基於納米技術的產品也會讓消費者面臨風險；納米藥物雖然前景光明，但因為尚不清楚其在人體內是否參與代謝以及如何代謝，所以也有可能帶來意料之外的後果。而且，納米藥物的長期使用效果仍不明朗。

此外，納米材料製造過程中所產生的工業排放，以及納米產品使用後的回收，也會帶來環境污染風險。納米顆粒活性高、尺寸微小，有可能對生態系統產生不利影響，對動植物生存構成威脅。「由於納米技術會給產品生產方式帶來翻天覆地的變化，並讓很多商品的尺寸發生改變，人們尚不清楚這會帶來怎樣的經濟影響和社會巨變，這要求我們對該技術應用的倫理問題進行審慎的判斷。」《白皮書》呼籲。

專家在近日舉行的納米科學前沿與發展論壇上切磋交流。經濟日報記者 沈 慧攝

中國已是納米大國

中國在納米科學領域已成為全球重要貢獻者，部分基礎研究國際領先，但產業影響力仍然有限，納米科學和技術產業化間仍存在差距

在世界納米科技舞台上，中國處於什麼樣的位置？

《白皮書》顯示，目前，中國貢獻了全球超過三分之一的納米科研論文，幾乎是美國的2倍；中國納米專利申請量位列世界第一，過去20年中國納米專利申請量累計達209344件，佔全球總量的45%，是美國同期累計申請總量的2倍以上；中國納米領域的高被引論文持續增加，複合年均增長率達22%，是全球的3倍多。

「經過近30年發展，我國已崛起為納米科研大國。」中國科學院科技戰略諮詢研究院院長潘教峰稱。

根據《白皮書》，目前，中國科學院已是全球納米領域最主要的高影響力論文產出機構，在前1%高被引納米科研論文的產量上，已是位居其後競爭者的2倍以上。另有5家中國機構也位居高被引納米科研論文全球前20強，即清華大學、復旦大學、浙江大學、中國科學技術大學和北京大學。

「中國在納米科學領域已成為當今世界納米科學與技術進步重要的貢獻者，部分基礎研究居國際領先水平，納米科技應用研究與成果轉化的成效也已初具規模。」《白皮書》認為，這些成績的取得與中國在納米科技領域的持續投入密切相關，當下中國納米科技研究正在向原創性突破轉變，並更加關注納米科技的產業化應用。

值得注意的是，我國在國外申請的納米專利數量仍較少，僅佔過去20年累計專利申請總量的2.61%，而在美國，這一比例高達近50%。一些歐洲國家，如英國和法國，超過70%的納米專利都是非本國專利。同時，一些業內專家表示，中國納米技術的產業影響力仍舊有限，納米科學和納米技術產業化之間仍存在差距。

「展望未來，納米科技面臨諸多機遇和多方挑戰。我們需要實現對於納米尺度基礎研究的突破，需要加快填補基礎與應用之間的溝壑，更需要滿足更多來自於世界能源、環境與健康領域的重大需求。」白春禮表示。

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