纳米产业与浙江的发展对策（提纲）

二　纳米产业与浙江的发展对策（提纲）

（一）国际上掀起纳米科技热的原因分析

自1991年起，美国把纳米技术列入“政府关键技术”。德国1993年提出了今后10年重点发展的9个关键领域，其中4个领域涉及纳米技术。日本从1995年开始实施为期10年的纳米科技研究计划。最近，欧洲联盟的一项研究报告指出，纳米产业不久将成为仅次于芯片制造的世界第二大制造业。

我国对纳米技术也十分重视，2001年7月2日至5日在北京举行了“国际纳米技术高层论坛与技术应用研讨会”。7月2日，江泽民主席接见了部分与会代表。这充分说明我国党和国家领导人高度重视和关注纳米科技的发展。

为什么世界各国如此重视和关心纳米科技的发展呢？我们认为主要原因有如下几个方面。

1．纳米技术是信息技术和生命科学进一步发展的共同基础

众所周知，信息技术发展的基础是微电子技术，而大规模集成电路是微电子技术的核心。衡量微电子技术水平的主要标志是芯片的集成度，即一定尺寸的芯片上能集成多少个晶体管，而这种集成度受制于微电子器件的极限线宽。现在有了纳米技术，可以使线宽从亚微米级进入纳米级。

在生命科学方面，纳米技术也将发挥极为重要的作用。利用纳米技术可制造超微细的机器人，这种机器人小到可以自如地进入人的血管，像清道夫一样去除管壁上的污垢。通过纳米微粒的磁性导航，可以把药物与磁性纳米粒子用微胶囊包裹后，像导弹一样通过外磁场作用，把药物送到特定的病灶部位，而不伤害正常细胞。

2．用纳米技术武装传统产业，将推动传统产业的高新技术化

传统产业的发展离不开材料。材料一旦发生变化，必然要求其他各要素的配合，从而导致整个系统的变革。在纺织工业中，将纳米氧化硅、纳米氧化锌等分散到合成纤维中，经抽丝后，可制得能满足国防和民用的抗紫外线辐射的功能纤维。在机械工业中，采用纳米技术对关键零部件进行金属表面处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。在陶瓷工业中，随着纳米技术的广泛应用，可以克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的韧性和易加工性，从而使陶瓷具有高硬度、高韧性和易加工等优点。由于纳米技术有望使许多传统产品改性，因此将大幅度提高产品的附加值。

3．随着纳米技术的应用，将会产生一大批新兴产业

这些产业包括新材料产业、新能源产业、微型机器人制造业等。除纳米材料将成为一个特大产业外，在能源方面，纳米技术将会对能源功效、能量存储以及能量生产有显著影响，从而将形成一个规模巨大的新能源产业。纳米技术有望使太阳能的光伏转化率和燃料电池效率大大提高；纳米碳管将作为极佳的储氢材料；悬浮于流体的纳米晶将大幅度提高传热的效率；等等。

4．纳米技术将是“驱动军事作战领域革命”的关键技术

用纳米技术可制造各种微型武器。应用纳米隐形材料飞机的问世，大大提高了作战能力。1991年海湾战争中，美国执行任务的飞机达1271架次，它使伊军大部分重要军事目标被毁，而美国F－117战机无一受损，说明隐形技术的重要性。含纳米材料的纤维做成衣服可以吸收人体散发的红外线，从而使红外制导的武器找不到目标，这对前线士兵的生命安全意义重大。把纳米技术运用在火箭和卫星上，不仅使卫星的重量大大减小，而且大大节省发射费用。

5．纳米技术将是知识创新和技术创新的源泉

人类对物质的认识是在宏观层次和微观层次这两个层次上展开的。所谓宏观，是指被研究对象的尺寸很大；所谓微观，是指原子、分子以及原子内部的原子核和电子，在这个层次上，上限一般定义为原子和分子，但下限是无穷尽的。而纳米技术是在纳米尺寸范围（10－9—10－7米），即1—100纳米内认识和改造自然，它研究的领域是人类过去很少涉及的非宏观、非微观的中间领域，从而开辟了认识物质世界的新层次。

6．纳米技术产业具有诱人的市场前景

据不完全统计，目前，已初具商品规模生产的纳米材料有：金刚石、磁性材料、金属、陶瓷、复合材料、半导体材料和生物医用材料等，年营业额已经达到750亿美元以上。据报道，美国市场从1996—2001年，年平均增长率达到30%左右。据德国科学技术部对2010年纳米技术的市场所作的预测，估计能达到14400亿美元，所以各国政府和众多企业都试图在这样一个诱人的市场中占有较大的份额。

（二）纳米科技和纳米经济的地位

在这次新科技革命中，形成了以信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、航天技术和海洋开发技术等为主的新科技群。在这个新科技群中，信息技术占据主导和核心地位。在信息技术基础上形成的信息经济，成为知识经济中最重要的组成部分。然而信息经济也有生命周期，有专家认为，美国从开始到完成大约持续75—80年，预期到21世纪20年代晚期结束。接着人们将迎来下一个经济时代，即生物经济时代。生物经济在完成它的形成阶段后将于21世纪20年代进入成长阶段。

既然信息技术和生物技术是当前最重要的技术，信息经济和生物经济是知识经济中最重要的部分，为什么现在又突出地强调纳米技术和纳米经济呢？这是因为，在不久的将来，可能就是在一二十年内，它的地位将会出现突变，届时信息技术、生物技术和纳米技术将并列成为最重要的三大技术；纳米技术将成为信息技术和生物技术进一步发展的共同基础；纳米科技还将为信息科学、生命科学、分子生物学、材料科学和生态科学等诸多学科的发展提供一个全新的技术界面。近年来纳米科技的狂飙突进和纳米技术在经济领域中的不断渗透，已经预示了这场革命正在酝酿，不久将会爆发。

（三）纳米材料和纳米科技的关系

纳米材料和纳米科技既有着密切联系，但又是有区别的，不能完全混为一谈。什么叫纳米科技？纳米科技是研究1—100纳米内原子、分子和其他类型物质的运动和变化的学问。在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工，称为纳米技术。也就是说，纳米科技是指在纳米尺寸范畴内，认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质。我国著名纳米科技专家、国家重点基础研究项目“纳米技术和纳米结构”首席科学家介思涤曾在《纳米技术与纳米材料》一书的序言中指出：“纳米科学技术是在纳米尺度内，通过对物质反应、传输和转变的控制来实现创造新的材料、器件和充分利用它们的特殊的性能，并且探索在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律。”这就是说，纳米材料的生产和应用是纳米科技的重要组成部分，但不是纳米科技的全部内容。所以，要全面把握纳米科技的内涵，它不仅包含生产和应用纳米材料，而且要组装各种新的器件。但前者又是和后者密不可分的。最近制备出的单电子晶体管，其使用的材料均为几十纳米的二氧化钛和纳米硅。

纳米科技涉及的领域十分广泛，但最基本的有三个，即纳米材料科学和技术；纳米电子学、光电子学及磁学；纳米医学和生物学。

纳米材料可划分为：一是纳米微粒，就是指尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粒；二是纳米固体（包括薄膜），又称纳米结构材料，它是由尺寸为1—100纳米的微粒凝聚而成的块体、薄膜、多层膜。

纳米科技的发展促成了各种性能优越的纳米材料的不断诞生。如纳米铜强度比普通铜提高5倍，纳米陶瓷摔不碎、耐高温；又如纳米器件技术和纳米复合改性技术的应用，可以生产出一系列纳米功能材料和新型复合材料。

纳米材料一方面为纳米科技的发展提供新材料这一物质基础，另一方面又在高新技术改造传统产业中发挥重要的作用，为许多传统产业的技术更新和产品换代提供了新的机遇。如纳米材料掺入到金属、陶瓷、塑料、橡胶、合成纤维、涂料中，可以分别起到增硬、增韧、增强、耐磨、抗紫外、抗菌、提高使用温度、改善流变性能等多重作用，从而提高这些材料的品位，增强市场竞争力。用纳米材料可以制造出超一流的顺磁材料、永磁材料和巨磁材料。纳米材料在催化剂、能源材料、光学材料、薄膜传感器等的制备中，在生物和医学、军事工业和日常生活品等领域中都有十分广泛的应用。

（四）对纳米技术产业化态势的基本判断

在人类历史上，当一种具有划时代意义的科技成果即将突破的前夜，通常总有一些奋战在前沿的科技专家能够作出极富有远见的预测，紧接着一些大企业家和大政治家会立即作出反应并迅速转化为决策。例如20世纪70年代超大规模集成电路的突破导致计算机的一场革命，政治家们比较快地作出了反应。联合国总务委员会把1982年命名为“信息技术年”。1983年，美国两党议员组成的特别工作小组作出预测：未来的20年中信息产业将发展为世界上的第一大产业。

进入20世纪80年代，由几项重大科技突破导致纳米科学技术这一新兴学科的问世。纳米科技的突破首先要归功于1981年扫描隧道显微镜的研制成功。1986年，宾尼等人又发明了原子力显微镜。这种新型的表面分辨仪器是靠针尖与样品表面微弱的原子间作用力的变化来观察表面结构的。它不仅可以观察导体和半导体的表面形貌，而且可以观察非导体的表面形貌，弥补了STM只能直接观察导体和半导体的不足。这样，以量子隧道效应等原理为基础，现在又有了直接操纵原子和分子的技术手段，预示着人们可以实现由来已久的两个梦想：一是直接看到原子，二是按人们的意志去安排原子和分子。

纳米科技的重大突破，引起了各国的高度重视，许多国家都根据本国情况作出部署。在这种背景下，我们应结合实际情况，对纳米技术产业化态势作出基本的判断。纵观纳米科技的发展历程，目前虽已涌现出一大批重要的成果，但是，总的来说，这些研究还是处在实验室阶段，离产业化尚有相当距离。一些纳米学者预测，估计至少一二十年后，许多成果才能实现产业化。

然而在纳米材料领域，情况却大不相同。无论是纳米材料的生产或应用，许多技术都已具备产业化的条件。在国外，像纳米氧化硅、纳米碳酸钙等生产技术已比较成熟，其产品的类型比较多，质量比较高，价格比较低。在这些产品的应用中，也已积累了比较丰富的经验。在国内，纳米氧化硅、氧化钛、氮化硅、碳化硅、氧化锌、氧化铝、碳酸钙以及若干金属粉体等均已投入生产，应用领域涉及塑料、涂料、磁性材料、陶瓷、橡胶、合成纤维等多个领域。由此可见，纳米材料生产和应用领域的许多技术已经具备了产业化的条件。

综上所述，对纳米技术的产业化要作具体分析，既不能一概肯定，也不能一概否定。我们应当充分认识纳米科技在许多研究领域尚处在实验室阶段，离开应用尚有相当距离；但另一方面，在纳米材料领域，则已经具备产业化的条件。如果不作具体分析，在不具备产业化的领域提出过高要求，就会超越发展阶段而陷入盲目性；而在已经具备产业化的领域，如不能迅速作出反应，那就会丧失机遇，最终会因发展滞后而陷于被动的局面。

（五）纳米材料产业化中的共性技术

在纳米材料制备中，共性技术应包括以下三个方面。

第一，纳米微粒的粒径与粒径分布的控制技术。在绝大多数场合，纳米微粒的粒径大小、不同粒径微粒的分布对纳米材料品质的优劣起着决定性的作用。因此，控制纳米微粒的粒径与粒径分布，也就成了制备纳米材料首先要加以解决的共性技术问题。

第二，纳米材料形貌的控制技术。在不同的制备条件下，制备出的纳米材料，其形貌可以是完全不同的。例如，纳米碳酸钙微粒可以是立方体微晶，可以是片状的，也可以是球形的或纺锤形的。又如纳米碳管，不同制备条件得到的纳米碳管可以是单层的，可以是多层的，也可以是混合的，纳米碳管的长短也因制备条件而异。控制纳米材料的形貌，对纳米材料的作用机理会起十分重要的作用。

第三，纳米微粒的防团聚与表面改性技术。它着重研究纳米微粒分散剂对纳米微粒品质的影响。在许多纳米材料制备中，加入一定量的分散剂，使之被吸附于纳米微粒表面，可达到表面改性和防止团聚的目的。通过表面改性，可使纳米微粒表面呈现亲水或亲油的特性。但分散剂的加入影响了纳米微粒的纯度，对微粒的使用价值产生的影响可能是正面的，也可能是负面的。因而在制备与生产过程中就要开发出能满足用户需要的分散剂。

在纳米材料的应用领域，共性技术包括以下几个方面。

第一，纳米微粒在不同介质中的表面修饰与均匀分散技术。纳米微粒在涂料、塑料、陶瓷、油品（包括燃料油、润滑油、密封用油等）中的应用，都要有一个保证在介质中均匀分散与防止二次团聚的技术。所以要着重解决纳米微粒与介质的相容性问题。对于不同的介质，要用不同的表面修饰剂以增加纳米微粒与介质的相容性。

第二，纳米材料的增强、增韧与耐磨损技术。纳米微粒掺入到塑料、橡胶、玻璃、陶瓷及金属中，都具有增强、增韧、增加耐磨损的效果。要研究纳米微粒的平均粒径、粒径分布、微粒物质本性、表面修饰剂与助分散剂、加入方式等对增强、增韧与耐磨损效果的关系。

第三，纳米微粒的抗菌技术。许多金属或金属氧化物或其盐类都有较好的抗菌作用。如纳米银粒、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等分别加入到塑料、合成纤维、陶瓷、玻璃中可起抗菌作用。要进一步研究抗菌机理，增强抗菌效果。

第四，纳米微粒的抗紫外光技术。纳米微粒对紫外光有散射作用。因此纳米微粒在防晒霜，在塑料抗老化，在合成纤维、涂料、荧光灯等抗紫外辐射中得到广泛的应用。要研究不同平均粒径、不同粒径分布、不同形貌的纳米微粒在抗紫外光作用中的异同，使纳米微粒的抗紫外作用能实现高效与经济的双重目标。

（六）我省纳米材料应用及产业发展的若干对策建议

1．统一认识，把加快纳米材料应用及产业发展摆到发展高新技术产业的重要位置

目前纳米科技的一些成果虽然离产业化尚有一段距离，但纳米材料领域的许多成果已具备产业化发展的条件。从纳米材料的应用领域看，可广泛应用于医药、化工、电子、建材、航空航天等领域及各种材料的改性，其产品的市场空间十分巨大。对我省来说，加快纳米材料应用及产业发展，一方面能促进传统产业的改造和产业结构的升级，对塑料加工、磁性材料、建筑材料、涂料（油漆）、纺织等传统产业的发展具有重要意义；另一方面，发展纳米材料产业也是大力发展高新技术产业的重要内容和基础，在这一个领域中许多共性技术和关键技术的突破，将会促进我省产业技术的不断提升。因此，必须进一步加大宣传力度，充分认识和重视纳米材料应用及产业发展对我省经济和科技发展的现实意义。

2．尽快确定纳米材料应用及产业发展的指导思想和产业发展的重点方向

通过对我省纳米材料生产与应用实际情况的分析，我们认为纳米材料应用及产业发展的指导思想应考虑如下几个方面：①坚持从应用抓起的产业发展路线，建立起生产与应用互动的机制；②必须以市场为导向，企业应成为产业发展的主体；③政府与企业合作，进行共性技术的研究和开发；④培育一批“巨人”企业，并通过兼并来提高纳米材料产业的整体竞争力。

根据我省纳米材料应用及产业发展现有的基础和条件，要有重点地选择一些应用领域作为产业发展的重点方向。这些领域的选择主要考虑：①在一些传统支柱产业中有应用前景的项目，以利于传统产业的升级改造；②能发挥我省资源优势且应用前景广阔的领域；③研究开发能力较强且已有一定进展的项目。据此，建议把纳米材料在塑料、合成纤维、磁性材料、涂料（油漆）中的应用，纳米金属粉体的应用及天然蒙脱石的开发与应用，作为我省纳米材料应用及产业发展的重点方向。

确定产业发展的重点方向后，可以在纳米材料生产与应用，纳米材料产、学、研联合体建设等方面选择若干重点项目或单位进行重点扶持，通过重点单位的典型示范，来带动产业的发展。

3．大力加强纳米材料共性技术的研究开发和应用

纳米材料是21世纪新技术革命的关键材料之一。对纳米材料共性技术的研究开发，关系到经济竞争力的提高。

我省对纳米材料制备与应用的共性技术的研究开发，亦应采取有所为、有所不为的方针，抓住重点，开发好其中最为关键的共性技术。在前面提到的种种纳米材料的共性技术中，以生产纳米材料的粒径控制技术与应用纳米材料中的表面修饰和防团聚技术最为关键，它们是应用最为广泛、公共性最强的共性技术。这两方面技术，前一项是所有制备生产企业都会碰到并必须加以解决的，后一项则是应用纳米微粒企业要加以解决的普遍问题。这两项共性技术，目前正在进行纳米材料制备与应用的高校、研究院所、企业，都在不同程度上进行了一些工作，但由于各自利益的关系而缺乏沟通，使得对这些共性技术的研究往往处于水平相近的重复状态，缺乏应有的系统性与深度。

4．尽早制定纳米材料的技术标准

到目前为止，根据我们对中国标准服务网，以及国内纳米材料研究权威机构如中科院等单位的相关网站的检索，尚未有纳米材料生产和应用方面的国家标准。国内一些企业则已经建立了某些产品的企业标准，或对某些产品提出了建议标准。

5．尽快建立纳米材料的权威检测机构

有了标准之后，要判断纳米材料是否真正实现分散和均匀，还必须具有测试手段。建立比较完整的测试系统，掌握先进的测试技术，应是纳米材料应用及产业发展中的一项重点工作。

纳米材料的检测是一项基础技术。它关系到我省纳米材料生产、应用及产业的健康、稳定发展。根据我们调查，我省目前急需的检测仪器主要有：①电镜，包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜；②X光衍射仪，包括大角X射线衍射仪、小角X射线散射仪及附属设备；③共聚显微拉曼光谱仪；④变温隧道显微镜；⑤物理特性测试仪。当然，仪器的购置，只要经费许可，短期内比较容易办到；而对专业检测人员则必须经过专门的培训，不仅要求技术人员能熟练操作各种主要检测仪器，而且要求技术人员有较扎实的纳米技术和纳米材料方面的专业知识。此外，还必须经政府有关部门授权，建立权威性的测试机构。在服务范围上，检测机构应面向全省乃至全国广大企业、大专院校及研究院所。

6．对我省发展聚合物／蒙脱石纳米复合材料产业进行专题研究

纳米复合材料已成为21世纪材料革命的重要方面。天然蒙脱石矿物是最具发展潜力的纳米复合材料；而膨润土的主要成分是蒙脱石。浙江膨润土资源保有储量为8000多万吨，是我国膨润土高档产品——有机膨润土的主要产地之一。对我省来说，发展聚合物蒙脱石纳米复合材料产业有许多独特优势。为了加快这个产业的发展，当务之急是做好专题研究，以确定开发的主要方向与目标。

（在2001年浙江省经贸委召开的纳米材料研讨会上的讲话提纲）

【附记】

在1998—2001年期间，我们相继承担了发展我省纳米产业的两个软课题研究。这个讲话提纲是在这两个课题的基础上形成的。第一个课题是《发展我省纳米材料产业的对策研究》，第二个课题是《浙江省纳米材料应用及产业发展对策研究》。始于1998年的第一个课题，是由省政府经济建设咨询委员会和省科委委托的。省咨询委高度重视这个课题，吴敏达主任亲自领导并参加调研。1999年课题组提交了研究报告，省政府咨询委将此报告呈送省政府。柴松岳省长和两位副省长均作出了批示。柴省长在批示中赞同浙江省发展纳米产业应从纳米产业应用领域抓起的建议，同时在批示中要求省经贸委牵头，提出具体实施意见。于是由省科委和省经贸委再次立题，委托我们进一步开展纳米材料应用及产业发展的研究。

在课题研究的基础上，省经贸委还召开了4次座谈会，参加会议的有全省纳米材料生产、应用的企业和科研单位以及省经济建设咨询委、省府办公厅、省科技厅、省信息产业厅、省教育厅等10多个厅局的代表。在听取了各方面的意见后，省经贸委经6次修改，提出了加快纳米材料应用及产业发展的实施意见（送审稿）。在这个送审稿的基础上，省政府出台了《浙江省人民政府关于加快纳米材料生产、应用及产业发展的若干意见》（浙政发〔2001〕36号）。这个文件发至省、市、县级机关及省内有关企业，极大地推动了我省纳米材料产业的发展。

总之，这两个相互衔接的软课题研究，为浙江省人民政府最后形成决策发挥了重要作用。