1、納米(mi)技術研究與開發的(de)背景
前(qian)面(mian)已經談(tan)到(dao)，納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科(ke)(ke)學技術(shu)是(shi)介于微(wei)觀與(yu)宏(hong)觀之(zhi)間(jian)的(de)(de)介觀物理，關于納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科(ke)(ke)學技術(shu)的(de)(de)定義(yi)很多(duo)，具有代(dai)表性的(de)(de)說法(fa)有：如英國(guo)科(ke)(ke)學家(jia)阿爾(er)培(pei)特(te).佛朗克斯教授把納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)技術(shu)定義(yi)為"在(zai)0.1-100納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)尺(chi)度(du)(du)范圍起關鍵作(zuo)(zuo)用的(de)(de)科(ke)(ke)學技術(shu)領域(yu)。"美國(guo)"國(guo)家(jia)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)技術(shu)倡議"（NNI）即推薦采用科(ke)(ke)普作(zuo)(zuo)家(jia)伊凡.阿莫托(tuo)在(zai)一(yi)本小冊(ce)子中(zhong)的(de)(de)提法(fa)："納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科(ke)(ke)學和(he)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)技術(shu)一(yi)般是(shi)指，在(zai)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)尺(chi)度(du)(du)上，則從一(yi)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)到(dao)幾百納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)介觀范圍內，所從事的(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)范疇"。上述(shu)兩種(zhong)說法(fa)，總的(de)(de)意(yi)思是(shi)，把它(ta)限定在(zai)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)尺(chi)度(du)(du)范圍內的(de)(de)物質組成體(ti)系的(de)(de)運動(dong)規律(lv)和(he)研(yan)究開發工(gong)作(zuo)(zuo)。我國(guo)科(ke)(ke)學家(jia)，即主張把它(ta)的(de)(de)內涵再延伸擴張到(dao)由(you)它(ta)所引發出的(de)(de)可能的(de)(de)實際(ji)應用領域(yu)的(de)(de)研(yan)究開發工(gong)作(zuo)(zuo)。我國(guo)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科(ke)(ke)學家(jia)，國(guo)家(jia)重點基(ji)礎研(yan)究計劃（973計劃）納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)材(cai)料和(he)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)結構(gou)項目(mu)科(ke)(ke)學家(jia)，固體物理研究所張立德研究員作了總結性的定義："納米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之間的物質組成的體系的運動規律和相互作用，以及可能的實際應用中的技術問題的科學技術。"這個定義既反應了納米科學技術的內涵，又體現了科學技術發展規律的要求，也比較符合中國的實際情況。
1.1 從理(li)(li)論層面上(shang)(shang)看，納(na)米科技是(shi)(shi)(shi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)在實(shi)(shi)(shi)(shi)踐上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)必然(ran)延伸(shen)。我們知道用(yong)原子(zi)(zi)(zi)(zi)模(mo)型和量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)能級(ji)概念合理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)解(jie)釋金屬、半導(dao)體(ti)、絕緣體(ti)的(de)(de)(de)(de)電(dian)、光、熱、機械(xie)等(deng)性(xing)能，并(bing)進(jin)行廣泛的(de)(de)(de)(de)工業化(hua)開發(fa)(fa)，形成(cheng)新興的(de)(de)(de)(de)產業，同(tong)時改造各種傳統產業。其中突(tu)出的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)上(shang)(shang)個世(shi)紀四(si)十年代(dai)末發(fa)(fa)明的(de)(de)(de)(de)半導(dao)體(ti)，它(ta)的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)軌(gui)跡是(shi)(shi)(shi)半導(dao)體(ti)-集成(cheng)電(dian)路(lu)-大(da)(da)規模(mo)集成(cheng)電(dian)路(lu)-超大(da)(da)規模(mo)集成(cheng)電(dian)路(lu)，它(ta)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)就(jiu)(jiu)很大(da)(da)地推動(dong)了信息產業的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)。這是(shi)(shi)(shi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)在微(wei)米空間(jian)(jian)尺度上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)輝煌實(shi)(shi)(shi)(shi)踐和發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)。微(wei)米技術把量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)在微(wei)米空間(jian)(jian)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)，同(tong)微(wei)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)學(xue)(xue)、電(dian)磁學(xue)(xue)、光學(xue)(xue)、經典(dian)(dian)牛頓(dun)力學(xue)(xue)有機地結合起來，極大(da)(da)地推動(dong)了社會生產力的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)。量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)本質(zhi)特征(zheng)是(shi)(shi)(shi)微(wei)細粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)波粒(li)二像(xiang)性(xing)，而在微(wei)米技術上(shang)(shang)所用(yong)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)是(shi)(shi)(shi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)性(xing)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)流（大(da)(da)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)、宏觀的(de)(de)(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)流）。它(ta)與傳統的(de)(de)(de)(de)經典(dian)(dian)理(li)(li)論的(de)(de)(de)(de)工程應(ying)用(yong)相匹(pi)配，才形成(cheng)現在的(de)(de)(de)(de)半導(dao)體(ti)、計算(suan)機、軟件、網絡通(tong)信等(deng)信息產業。也就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)(shi)說，這樣龐大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)產業，僅(jin)僅(jin)應(ying)用(yong)了量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)波粒(li)二像(xiang)性(xing)的(de)(de)(de)(de)一半，即它(ta)的(de)(de)(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)性(xing)。另外的(de)(de)(de)(de)更奇妙的(de)(de)(de)(de)波動(dong)性(xing)還(huan)未加考慮(lv)。理(li)(li)論來源于(yu)實(shi)(shi)(shi)(shi)踐，更在于(yu)指導(dao)實(shi)(shi)(shi)(shi)踐，以證(zheng)明其正(zheng)(zheng)確性(xing)，并(bing)通(tong)過實(shi)(shi)(shi)(shi)踐考驗進(jin)一步修(xiu)正(zheng)(zheng)充實(shi)(shi)(shi)(shi)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)理(li)(li)論，量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)自身發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)，也必然(ran)如此(ci)。我國納(na)米材料學(xue)(xue)家(jia)，物理(li)(li)研究所的(de)(de)(de)(de)解(jie)思深研究員就(jiu)(jiu)說："納(na)米材料本身是(shi)(shi)(shi)將量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)效應(ying)工程化(hua)或技術化(hua)場合之一，可能會產生全新的物理、化學現象。"
1.2 從技(ji)術創新(xin)(xin)的發展趨勢來看(kan)，需要更(geng)精致(zhi)、環(huan)境友(you)好、更(geng)具(ju)有智能化(hua)的技(ji)術創新(xin)(xin)。
在牛(niu)頓力(li)學體(ti)系的(de)理論指導下，大大地(di)促進了(le)技(ji)術(shu)創(chuang)新(xin)活動，促成(cheng)了(le)十八世紀下半葉開(kai)始(shi)的(de)次工業革命，其創新發明的代表作就是瓦特發明的蒸汽機，這是人類器官的一次飛躍性延伸，它力大無比，顯得龐大粗壯，還有一定的自動控制能力，對當時的人來說，是非常不錯的玩意兒，但對現代人來說是一個傻大黑粗又愚笨的家伙。人們一直在不斷的追求輕、小、簡、廉，現在即更追求更快、更省、智能化、環境友好、可持續發展。
人(ren)類(lei)自(zi)古以(yi)來，創(chuang)新思路和(he)方法(fa)(fa)(fa)(fa)基本(ben)上(shang)都是(shi)由(you)(you)大(da)(da)到小(xiao)，由(you)(you)粗到精，從石器(qi)(qi)時(shi)代(dai)-青銅器(qi)(qi)時(shi)代(dai)-鐵器(qi)(qi)時(shi)代(dai)-大(da)(da)機(ji)(ji)器(qi)(qi)生產時(shi)代(dai)-現在(zai)(zai)，概莫能(neng)外。我(wo)們(men)祖先(xian)為了(le)(le)得到石器(qi)(qi)，需(xu)要(yao)一塊大(da)(da)石頭把它打小(xiao)，然后(hou)再磨礪(li)成可(ke)用的(de)(de)石器(qi)(qi)，這是(shi)由(you)(you)大(da)(da)到小(xiao)的(de)(de)過(guo)程。我(wo)們(men)現在(zai)(zai)用的(de)(de)機(ji)(ji)器(qi)(qi)制造(zao)也這樣，開礦山-冶(ye)煉-金(jin)屬材料-機(ji)(ji)器(qi)(qi)另部件-機(ji)(ji)器(qi)(qi)，也是(shi)由(you)(you)大(da)(da)到小(xiao)的(de)(de)過(guo)程。在(zai)(zai)這個過(guo)程中存在(zai)(zai)著(zhu)大(da)(da)量(liang)的(de)(de)人(ren)類(lei)勞動和(he)資源的(de)(de)浪費，造(zao)成了(le)(le)環境危機(ji)(ji)。單純由(you)(you)大(da)(da)到小(xiao)（top down）的(de)(de)創(chuang)新思維和(he)方法(fa)(fa)(fa)(fa)已經面臨挑戰，納米科學技術的(de)(de)研(yan)究方法(fa)(fa)(fa)(fa)（approaches），即提(ti)出了(le)(le)全新的(de)(de)創(chuang)新思維和(he)方法(fa)(fa)(fa)(fa)，這里有兩種方法(fa)(fa)(fa)(fa)：
是繼續沿著古已(yi)有之的(de)(de)"由大到小(xiao)"（top down）思路和方法干下去，不過(guo)這里的(de)(de)"小(xiao)"可不是原有意(yi)義(yi)上(shang)(shang)(shang)的(de)(de)毫(hao)米(mi)、微(wei)米(mi)的(de)(de)小(xiao)，而是在(zai)納米(mi)尺度(du)（0.1-100nm）上(shang)(shang)(shang)的(de)(de)小(xiao)，在(zai)這么(me)"小(xiao)"的(de)(de)地方出現的(de)(de)景(jing)觀同傳(chuan)統意(yi)義(yi)上(shang)(shang)(shang)的(de)(de)毫(hao)米(mi)、微(wei)米(mi)尺度(du)上(shang)(shang)(shang)的(de)(de)出現的(de)(de)景(jing)象根本不同，在(zai)這里真正(zheng)的(de)(de)發(fa)生了量(liang)子力(li)學(xue)上(shang)(shang)(shang)的(de)(de)波粒二像性。
現在用這(zhe)(zhe)種方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)（top down），可以在宏觀塊體材(cai)(cai)料（如半(ban)導體）上(shang)利用機械和蝕刻技術制造(zao)納米尺(chi)度結(jie)構。納米材(cai)(cai)料的(de)制備的(de)種種方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)，還是這(zhe)(zhe)一(yi)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)。估計二(er)十一(yi)世(shi)紀的(de)前半(ban)葉，甚(shen)至(zhi)更(geng)長時間(jian)，這(zhe)(zhe)種方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)還起到支(zhi)柱作用。但是它創造(zao)的(de)文(wen)明會是非常輝煌的(de)。
第二種方法(fa)，就是(shi)實(shi)現量子(zi)(zi)物理學界(jie)的(de)(de)(de)奇才費(fei)曼所(suo)預言的(de)(de)(de)那樣(yang)"物理學的(de)(de)(de)規(gui)律不排(pai)除一個(ge)(ge)原子(zi)(zi)一個(ge)(ge)原子(zi)(zi)地制造物品的(de)(de)(de)可(ke)能(neng)性"。即"由小到(dao)大"（bottom up）的(de)(de)(de)方法(fa)，人們按需(xu)要用一個(ge)(ge)個(ge)(ge)原子(zi)(zi)或一個(ge)(ge)個(ge)(ge)分子(zi)(zi)組裝創造出有機和無機物品。這方面的(de)(de)(de)創新(xin)工作已取得(de)一些成果，見諸報端的(de)(de)(de)不少，但離真正(zheng)的(de)(de)(de)實(shi)用還要走很長的(de)(de)(de)路。
1.3從(cong)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)通用(yong)(yong)(yong)程度來看(kan)，納(na)米科學技(ji)(ji)術(shu)既是高新技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)通用(yong)(yong)(yong)性技(ji)(ji)術(shu)，也是各傳統(tong)產業升級的(de)(de)通用(yong)(yong)(yong)性基(ji)礎(chu)性技(ji)(ji)術(shu)。
1.3.1信息產業(ye)的發(fa)展方向
以信息技(ji)術(shu)(shu)(shu)（產業）為例，它的(de)(de)基(ji)礎是(shi)半導體集成(cheng)電路(lu)產業。這個產業的(de)(de)基(ji)礎技(ji)術(shu)(shu)(shu)是(shi)微米技(ji)術(shu)(shu)(shu)，它的(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)(shu)創新歷程(cheng)一直曾循(xun)著(zhu)摩爾(er)(er)定律。這個定律是(shi)1965年戈登(deng).摩爾(er)(er)（Gorden.Moore）提出來(lai)的(de)(de)，他(ta)指出集成(cheng)電路(lu)里晶體管(guan)數量每18個月翻一番。26年來(lai)，現實與摩爾(er)(er)定律非常(chang)一致(zhi)。這是(shi)在微米尺(chi)度上的(de)(de)定律，科學界(jie)普遍認為0.05微米（50mm）是(shi)現代半導體工藝(yi)的(de)(de)極限，Intel公司(si)的(de)(de)工藝是0.13um（130納米），估計將在10-15年內達到它的極限。要是繼續用微米技術，就很難再前進了，即使能夠逼近它的極限，但這就意味著要花近百億美元，甚至數百億美元，在經濟上是極其不劃算的。因此，半導體工藝要走出它的死胡同，非得另謀出路不可。如果借用量子力學上的"隧道效應"一詞作比喻，那么我們就得在臨近胡同底的時候，開始挖掘一條"隧道"出去，利用量子力學波動的隧道效應開辟新的天地。
這(zhe)個(ge)新天地就是(shi)(shi)納米技術。所幸(xing)的(de)(de)是(shi)(shi)，新途徑已經初露端倪。1998年(nian)，IBM公司與日本(ben)NEC公司合作，在實(shi)驗室里用(yong)一根半導(dao)體(ti)性的(de)(de)碳納米管(guan)制成了(le)(le)場效(xiao)應(ying)晶體(ti)管(guan)。該晶體(ti)管(guan)的(de)(de)襯(chen)底為硅(gui)，并作為柵(zha)(zha)極，源極和漏(lou)極是(shi)(shi)用(yong)金作的(de)(de)，研(yan)究(jiu)人員用(yong)原子力顯(xian)微鏡（AFM，Atomic Force Microscope）在三(san)個(ge)電極間放置了(le)(le)一根碳納米管(guan)就成了(le)(le)場效(xiao)應(ying)晶體(ti)管(guan)。這(zhe)只場效(xiao)應(ying)晶體(ti)管(guan)的(de)(de)性能不(bu)錯(cuo)，當柵(zha)(zha)電壓變動(dong)時，源極與漏(lou)極之間的(de)(de)電導(dao)變化10 萬(wan)倍，是(shi)(shi)一個(ge)說的(de)(de)過去的(de)(de)電子開(kai)關(guan)。在這(zhe)之后，其他研(yan)究(jiu)單位也紛(fen)紛(fen)制得在原理或結構(gou)上(shang)有所不(bu)同的(de)(de)晶體(ti)管(guan)。
最近又傳來好消息。今年（2001年）8月(yue)，IBM又宣(xuan)布使用(yong)碳(tan)納(na)(na)(na)(na)米(mi)管(guan)制成(cheng)(cheng)(cheng)了輸(shu)入(ru)為(wei)(wei)"0"時，輸(shu)出為(wei)(wei)"1"的(de)(de)(de)(de)"非門(men)器件(jian)"。他(ta)們(men)在研(yan)究過程中(zhong)，找到了兩項關鍵工藝原(yuan)型(xing)(xing)(xing)(xing)。我們(men)知道，非門(men)器件(jian)是由一(yi)(yi)(yi)個(ge)P-型(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)一(yi)(yi)(yi)個(ge)N-型(xing)(xing)(xing)(xing)晶體管(guan)拼成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)，但是碳(tan)納(na)(na)(na)(na)米(mi)管(guan)都(dou)是P-型(xing)(xing)(xing)(xing)半導體。IBM的(de)(de)(de)(de)研(yan)究人(ren)員(yuan)想了很多辦法，想制得(de)N-型(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)納(na)(na)(na)(na)米(mi)管(guan)，最后他(ta)們(men)發現，其實只要(yao)在真空中(zhong)將P-型(xing)(xing)(xing)(xing)碳(tan)納(na)(na)(na)(na)米(mi)管(guan)加熱(re)，就(jiu)能將其變為(wei)(wei)N-型(xing)(xing)(xing)(xing)。他(ta)們(men)進(jin)一(yi)(yi)(yi)步發現，如(ru)果只加熱(re)碳(tan)納(na)(na)(na)(na)米(mi)管(guan)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)端，這(zhe)一(yi)(yi)(yi)端就(jiu)變成(cheng)(cheng)(cheng)N-型(xing)(xing)(xing)(xing)，而未加熱(re)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)端仍(reng)為(wei)(wei)P-型(xing)(xing)(xing)(xing)。這(zhe)就(jiu)是說，找到了使一(yi)(yi)(yi)根碳(tan)納(na)(na)(na)(na)米(mi)管(guan)就(jiu)能構(gou)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)(yi)(yi)個(ge)非門(men)器件(jian)的(de)(de)(de)(de)關鍵工藝方(fang)法。有(you)了這(zhe)樣(yang)一(yi)(yi)(yi)根碳(tan)納(na)(na)(na)(na)米(mi)管(guan)，用(yong)原(yuan)子力(li)顯微(wei)鏡（AFM）將它放到事先(xian)做好的(de)(de)(de)(de)基底上(shang)，就(jiu)制成(cheng)(cheng)(cheng)了一(yi)(yi)(yi)個(ge)非門(men)器件(jian)。
解決了P-型(xing)變N-型(xing)問(wen)題以后(hou)，還存在(zai)(zai)一(yi)個問(wen)題：金(jin)屬性(xing)(xing)(xing)和半(ban)(ban)導(dao)體(ti)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)是混合(he)在(zai)(zai)一(yi)起的(de)(de)。如(ru)何(he)用簡單(dan)的(de)(de)方法將(jiang)(jiang)兩者分(fen)開(kai)，就成為(wei)用碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)工(gong)(gong)業化(hua)生產碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)器(qi)件必須解決的(de)(de)另(ling)(ling)一(yi)個難題。IBM公司(si)的(de)(de)研究人員(yuan)，將(jiang)(jiang)金(jin)屬性(xing)(xing)(xing)和半(ban)(ban)導(dao)體(ti)性(xing)(xing)(xing)二性(xing)(xing)(xing)混合(he)的(de)(de)碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)放在(zai)(zai)硅片(pian)上，再在(zai)(zai)碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)層上面印上金(jin)屬電(dian)極，并(bing)將(jiang)(jiang)硅片(pian)當作另(ling)(ling)一(yi)個電(dian)極。在(zai)(zai)兩極間加(jia)上電(dian)壓，使(shi)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)性(xing)(xing)(xing)碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)處(chu)于"關(guan)斷"狀(zhuang)態，金(jin)屬性(xing)(xing)(xing)碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)由于電(dian)流過大氧化(hua)燒(shao)毀，剩下的(de)(de)就是純(chun)凈的(de)(de)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)性(xing)(xing)(xing)碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)。這(zhe)有(you)可能成為(wei)大量制備半(ban)(ban)導(dao)體(ti)性(xing)(xing)(xing)碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)工(gong)(gong)藝原型(xing)。
從這里，我們(men)可以看到納米(mi)技(ji)術(shu)在(zai)半導體(ti)產(chan)業，或者(zhe)說在(zai)信息技(ji)術(shu)（產(chan)業）的光(guang)輝前程(cheng)。
1.3.2納米(mi)技術(shu)是(shi)生物技術(shu)的基礎(chu)性(xing)技術(shu)之一
奇妙、最復雜的莫過于有機物生命體的生物世界了。從原子和分子的角度看，又是那么簡單，這些生靈不過是由碳、氫、氧、氮、鈣、磷、硅、硫、鐵、鈉，再加上一些微量元素所組成，而且它的生、老、病、死、遺傳、變異都是在溫和的自然條件下靜悄悄地進行的，用不著高溫、高壓、高真空……等等的苛刻條件。生物多樣性及其復雜性的來源，不是主要決定于組成它的原子和分子，而是決定于這些原子和分子在納米尺度上的結構，納米尺度上的生命運動規律。
舉一個簡單的(de)(de)例(li)子。我們常吃的(de)(de)藕(ou)，生長于池(chi)塘的(de)(de)淤泥中(zhong)，但它露在水(shui)(shui)面上亭亭玉(yu)立的(de)(de)蓮花(hua)荷葉(xie)(xie)(xie)卻出污(wu)泥而不染，美(mei)麗圣潔。荷葉(xie)(xie)(xie)的(de)(de)基(ji)本化學成(cheng)分是(shi)葉(xie)(xie)(xie)綠素(su)、纖維素(su)、淀(dian)粉等(deng)多糖類的(de)(de)碳水(shui)(shui)化合物(wu)，有豐富的(de)(de)羥基(ji)（-OH）、（-NH）等(deng)極性基(ji)團(tuan)，在自然環境(jing)中(zhong)很容易吸附水(shui)(shui)分或(huo)污(wu)漬。而荷葉(xie)(xie)(xie)葉(xie)(xie)(xie)面都具有疏水(shui)(shui)性，灑在葉(xie)(xie)(xie)面上的(de)(de)水(shui)(shui)會自動(dong)聚集(ji)成(cheng)水(shui)(shui)珠，水(shui)(shui)珠的(de)(de)滾(gun)動(dong)把落在葉(xie)(xie)(xie)面上的(de)(de)塵土污(wu)泥粘吸滾(gun)出葉(xie)(xie)(xie)面，使葉(xie)(xie)(xie)面始終保(bao)持(chi)干凈(jing)，這就是(shi)"荷葉自潔效應"。為什么會有這種"荷葉效應"，用傳統的化學分子極性理論來解釋，不僅解釋不通，恰恰是相反。從機械學的光潔度（粗糙度）角度來解釋也不行，因為它的表面光潔度根本達不到機械學意義上的光潔度（粗糙度），用手觸摸就可以感到它的粗糙程度。經過兩位德國科學家的長期觀察研究，即上世紀九十年代初終于揭開了荷葉葉面的奧妙。原來在荷葉葉面上存在著非常復雜的多重納米和微米級的超微結構。（讀者有興趣，可參見附錄）。在超高分辨率顯微鏡下可以清晰看到，在荷葉葉面上布滿著一個挨一個隆起的"小山包"，它上面長滿絨毛，在"山包"頂又長出一個饅頭狀的"碉堡"凸頂。因此，在"山包"間的凹陷部份充滿著空氣，這樣就在緊貼葉面上形成一層極薄，只有納米級厚的空氣層。這就使得在尺寸上遠大于這種結構的灰塵、雨水等降落在葉面上后，隔著一層極薄的空氣，只能同葉面上"山包"的凸頂形成幾個點接觸。雨點在自身的表面張力作用下形成球狀，水球在滾動中吸附灰塵，并滾出葉面，這就是"荷葉效應"能自潔葉面的奧妙所在。
研(yan)究表(biao)明，這種具有自(zi)潔效(xiao)應的表(biao)面(mian)超微(wei)納米結(jie)構形(xing)貌，不僅存在(zai)于荷葉中(zhong)，也普遍存在(zai)于其它植物中(zhong)。某些動物的皮(pi)毛中(zhong)也存在(zai)這種結(jie)構。
其實植物(wu)葉(xie)面(mian)的(de)(de)這種復雜的(de)(de)超微納米結構(gou)，不僅有利于自潔，還有利于防止對(dui)大量漂(piao)浮在大氣中(zhong)的(de)(de)各種有害的(de)(de)細菌(jun)和真(zhen)菌(jun)對(dui)植物(wu)的(de)(de)侵(qin)害。另外，更重要的(de)(de)是，為了提高(gao)葉(xie)面(mian)吸收陽光的(de)(de)效率，進而提高(gao)葉(xie)面(mian)葉(xie)綠體的(de)(de)光合作用(yong)。
這種自然界的(de)(de)造化(hua)，是(shi)生物界經過億年的(de)(de)適應性和變(bian)異性的(de)(de)自然選擇、遺傳進化(hua)而來的(de)(de)。我們的(de)(de)科學家(jia)從事納米科學技術的(de)(de)研究的(de)(de)靈感(gan)，很大(da)的(de)(de)成份上來源于對這種自然造化(hua)的(de)(de)感(gan)應和啟發。
生(sheng)(sheng)物學(xue)(xue)有其(qi)自(zi)身的(de)(de)(de)宏觀規(gui)律(lv)，生(sheng)(sheng)物技(ji)(ji)術(shu)需要對(dui)這(zhe)些規(gui)律(lv)的(de)(de)(de)深層次的(de)(de)(de)研究，現在(zai)(zai)已(yi)經深入到細胞質、DNA、基(ji)(ji)因片段(duan)、蛋白(bai)質，這(zhe)些構成生(sheng)(sheng)命體的(de)(de)(de)基(ji)(ji)本單(dan)(dan)元層次。這(zhe)些基(ji)(ji)本單(dan)(dan)元的(de)(de)(de)尺度(du)大多在(zai)(zai)微米(mi)(mi)級或以下，其(qi)中(zhong)基(ji)(ji)因片段(duan)、蛋白(bai)質即(ji)在(zai)(zai)納(na)(na)米(mi)(mi)級。對(dui)這(zhe)么小的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)命體基(ji)(ji)本單(dan)(dan)元的(de)(de)(de)觀察(cha)、研究、裁減、拼接、轉移(yi)，就需要納(na)(na)米(mi)(mi)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)(de)參(can)與。納(na)(na)米(mi)(mi)科技(ji)(ji)同生(sheng)(sheng)物技(ji)(ji)術(shu)、醫藥學(xue)(xue)的(de)(de)(de)交叉互相(xiang)滲透，已(yi)形(xing)成納(na)(na)米(mi)(mi)生(sheng)(sheng)物學(xue)(xue)（Nanobiology）,納(na)(na)米(mi)(mi)醫藥學(xue)(xue)（Nanopharmics）。這(zhe)已(yi)經成為(wei)納(na)(na)米(mi)(mi)科學(xue)(xue)技(ji)(ji)術(shu)工(gong)程應用的(de)(de)(de)熱點(dian)領域。專家們普(pu)遍看(kan)好這(zhe)兩個領域，認為(wei)納(na)(na)米(mi)(mi)技(ji)(ji)術(shu)很(hen)可(ke)能在(zai)(zai)這(zhe)里先挖出"金(jin)礦"來。
1.3.3納米技術和納米材料是傳(chuan)統(tong)產業升級(ji)換代的得(de)力助手
對傳統產業來(lai)說，企(qi)業要在劇烈(lie)的(de)市場競(jing)爭中立于(yu)(yu)不(bu)敗之地，無非是(shi)采取兩種方法(fa)：首先，對于(yu)(yu)老(lao)產品就要不(bu)斷(duan)提高其性能價格比，占據有利的(de)競(jing)爭優勢，獲得盡量多的(de)；第(di)二是(shi)不(bu)斷(duan)創新(xin)，以新(xin)技術開發出新(xin)產品，市場潮流，開辟出按技術推動型的新市場。納米技術和納米材料及其應用正具有上述兩方面的稟賦優勢。
這(zhe)種(zhong)稟賦優(you)勢是(shi)來(lai)源(yuan)于(yu)納米材料的小(xiao)尺(chi)寸效(xiao)(xiao)應(ying)、表(biao)面效(xiao)(xiao)應(ying)、量子尺(chi)寸效(xiao)(xiao)應(ying)。在(zai)工(gong)程技(ji)(ji)(ji)術(shu)上(shang)采取各(ge)種(zhong)技(ji)(ji)(ji)術(shu)措施手段，充分發揮這(zhe)些效(xiao)(xiao)應(ying)在(zai)宏觀對象上(shang)予以(yi)體(ti)現，就可(ke)以(yi)在(zai)源(yuan)頭(tou)上(shang)把(ba)握傳(chuan)(chuan)統(tong)產(chan)業各(ge)種(zhong)產(chan)品(pin)和(he)工(gong)藝技(ji)(ji)(ji)術(shu)的創新(xin)升級。從而提高傳(chuan)(chuan)統(tong)產(chan)業或產(chan)品(pin)的性能價格(ge)比，或以(yi)全新(xin)的技(ji)(ji)(ji)術(shu)開發出(chu)全新(xin)的產(chan)品(pin)，實(shi)現技(ji)(ji)(ji)術(shu)推(tui)動市場(chang)。迄今為止，大量事實(shi)已表(biao)明，納米技(ji)(ji)(ji)術(shu)在(zai)這(zhe)兩個方(fang)面都有很好的實(shi)際(ji)表(biao)現和(he)巨大的潛力。這(zhe)里不(bu)再一(yi)一(yi)列舉例證，詳(xiang)情后(hou)述(shu)。
2.國內外(wai)納(na)米技(ji)術(shu)和納(na)米材料開發及應用概況(kuang)

NNI是(shi)一(yi)項內(nei)容極(ji)其(qi)豐(feng)富而龐(pang)大(da)的計劃，主要有以下幾個特點：
· 研發項(xiang)目內容涉及(ji)范圍廣(guang)·
納米材(cai)料及制(zhi)備、納米電子學、醫學與衛生(sheng)、環(huan)境與能(neng)源、化學與制(zhi)藥(yao)業、生(sheng)物技(ji)術與農業、計算機(ji)與信息(xi)技(ji)術、國家(jia)安全等。
· 建立全(quan)國性的協調工(gong)作體制·


2.2.2.1納米材料研究
· 在(zai)納米碳管研究制備方面·
自1991年(nian)日本(ben)科(ke)學家飯(fan)島發現(xian)碳(tan)(tan)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)以來，它的(de)(de)(de)研究和制(zhi)備(bei)就(jiu)成(cheng)為(wei)(wei)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科(ke)學家的(de)(de)(de)研究熱(re)點問題。這是(shi)因為(wei)(wei)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)碳(tan)(tan)管(guan)(guan)有(you)(you)其結構和奇特(te)的(de)(de)(de)物理(li)、化學特(te)性，有(you)(you)著非常廣泛的(de)(de)(de)應用(yong)前景(jing)，它自然成(cheng)為(wei)(wei)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科(ke)學家關注(zhu)的(de)(de)(de)焦(jiao)點。碳(tan)(tan)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)是(shi)由石墨中(zhong)的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)原(yuan)子(zi)卷曲(qu)而成(cheng)的(de)(de)(de)管(guan)(guan)狀材料，管(guan)(guan)的(de)(de)(de)直經一般為(wei)(wei)幾納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)到(dao)幾十納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)，目前最小值已達(da)到(dao)0.33nm。由于碳(tan)(tan)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)直徑只有(you)(you)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)級，而其軸向長(chang)度(du)(du)為(wei)(wei)微米(mi)(mi)(mi)級，所以長(chang)徑比(bi)在(zai)103以上(shang)。因此在(zai)碳(tan)(tan)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)制(zhi)備(bei)過程中(zhong)一直存在(zai)著碳(tan)(tan)管(guan)(guan)混亂取向，互相糾纏成(cheng)束等問題，中(zhong)科(ke)院物理(li)所解(jie)思深教授科(ke)研小組，1996年(nian)在(zai)國(guo)際上(shang)首(shou)先發明了控制(zhi)多層碳(tan)(tan)管(guan)(guan)直徑和取向的(de)(de)(de)模板生長(chang)方法，制(zhi)備(bei)出離散分(fen)布(bu)、高密度(du)(du)和高強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)定向碳(tan)(tan)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)，順利地解(jie)決了上(shang)述難題。1998年(nian)合成(cheng)了長(chang)的(de)(de)(de)納(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)碳(tan)(tan)管(guan)(guan)，其長(chang)度(du)(du)達(da)到(dao)3mm，高出當時長(chang)度(du)(du)的(de)(de)(de)百倍。細的納米碳管在2000年先后被我國科學家制造出來。先是物理所的同一小組合成出直徑為0.5nm的碳管，接著香港科技大學物理系利用沸石作模板制備了最細單壁碳納米管（0.4nm）的陣列，緊接著中科院物理研究員彭練矛（同時也在北京大學任職）在單壁碳納米管的電子顯微鏡研究中，發現在電子束的轟擊下，能夠生長出直徑為0.33nm的碳納米管。
清華大學利用碳納米管作模板成功的(de)制(zhi)備(bei)出直徑為3~40mm長度達微米級的(de)發光的(de)氮化(hua)鎵納米棒(bang)，在國際上(shang)把氮化(hua)鎵制(zhi)備(bei)成一維(wei)的(de)納米晶(jing)體，并提出碳納米管限制反應的概念。中科院固體物理所成功研究制出納米電纜，有可能應用于納米電子器件的連接。
中科(ke)院金屬研究所(suo)采用(yong)等離子電弧蒸(zheng)發法成功地(di)制備出高質(zhi)量的(de)單壁碳納米管，并用(yong)其儲存氫，質(zhi)量儲氫容量達到4%的(de)高水平。
· 在納米金屬，納米無機材料方(fang)面·
中科院金(jin)屬研(yan)究所的研(yan)究小組，發現納米金(jin)屬的"奇(qi)異(yi)"性能(neng)--超(chao)塑(su)延展(zhan)性，納米銅在(zai)常溫下可(ke)延伸50多倍而"不折(zhe)不撓"，為世界(jie)所矚目，被(bei)譽為"本領(ling)域（指納米技(ji)術）的一(yi)次突破，它向人們展示了無空隙納米材料是如何變形的"。
中國科技(ji)大學的(de)科學家用(yong)較低溫(wen)度條件的(de)溶劑熱合成技(ji)術，發明了用(yong)苯(ben)熱法制備納米氮化鎵(jia)微晶的(de)工藝，在300℃左右制成粒徑只有30nm的氮化鎵微晶。該小組還采用非水熱合成制備金剛石粉體，開辟了一條十分有經濟價值的技術路線。
· 在納米有機材料(liao)及高(gao)分子納米復(fu)合材料(liao)方面(mian)·
化(hua)(hua)學(xue)所在高聚物插層復合(he)，分(fen)子(zi)電子(zi)學(xue)、富(fu)勒烯(xi)(xi)化(hua)(hua)學(xue)及物理，二(er)元協(xie)同納(na)米(mi)界面材料(liao)等方面取得了領(ling)世人矚目的(de)業(ye)績，開發(fa)(fa)出具有(you)自主知識產(chan)權(quan)的(de)技術，有(you)些已開始進入產(chan)業(ye)化(hua)(hua)開發(fa)(fa)階段。如(ru)蒙脫土納(na)米(mi)插層復合(he)技術的(de)轉移，實(shi)現了納(na)米(mi)聚烯(xi)(xi)烴、聚酰胺、聚酯等工(gong)程塑(su)料(liao)和橡膠的(de)產(chan)業(ye)化(hua)(hua)，正推動(dong)傳統聚合(he)物產(chan)品的(de)升級換代，使我國(guo)(guo)在納(na)米(mi)聚合(he)物領(ling)域在國(guo)(guo)際(ji)上保持地位。國(guo)(guo)家"973" 納(na)米(mi)領(ling)域科學(xue)家張立德研究員為(wei)此發(fa)(fa)表評論說："納(na)米(mi)塑(su)料(liao)將是(shi)我國(guo)(guo)希望實現產業化的納米技術之一。"
2.2.2.2納米器件研究
在量子(zi)電(dian)子(zi)器件(jian)(jian)的(de)研究(jiu)方面(mian)，我國科學家研究(jiu)了(le)室(shi)溫條(tiao)件(jian)(jian)下單電(dian)子(zi)隧道(dao)效應，單原(yuan)子(zi)單電(dian)子(zi)隧道(dao)結，超高(gao)真空STM室(shi)溫庫侖(lun)阻塞效應和(he)高(gao)性能光(guang)電(dian)探測(ce)器以及原(yuan)子(zi)夾(jia)層型(xing)量子(zi)器件(jian)(jian)。
清華(hua)大學已研(yan)制(zhi)出(chu)100nm級的(de)MOS器(qi)件，還研(yan)制(zhi)出(chu)一系列硅(gui)微集成(cheng)傳感器(qi)、硅(gui)微麥(mai)克風、硅(gui)微馬(ma)達、集成(cheng)微型泵(beng)等器(qi)件，以及基(ji)于微米/納米三維(wei)加工的(de)新技(ji)術與新方(fang)法的(de)微系統(tong)。
中科院半導體所研(yan)制(zhi)了量子(zi)阱紅(hong)外(wai)探測(ce)器(qi)(qi)和(he)半導體量子(zi)點(dian)激光(guang)器(qi)(qi)，物理所已經研(yan)制(zhi)出可(ke)在室溫下工作的單電(dian)子(zi)原型器(qi)(qi)件(jian)。西安交通大學制(zhi)作了碳(tan)納米管場(chang)致發射顯示器(qi)(qi)樣機，已連續工作了3800小時(shi)。
在(zai)有機(ji)超高密(mi)度(du)信息(xi)(xi)存儲(chu)器(qi)的(de)(de)(de)基(ji)礎研究(jiu)(jiu)方面(mian)，中科院北京真空物(wu)理實(shi)(shi)驗室(shi)、化學所(suo)和北京大(da)(da)學等單(dan)位的(de)(de)(de)學者，在(zai)有機(ji)單(dan)體薄(bo)膜NBPDA上作出(chu)點(dian)陣，1997年，點(dian)徑(jing)為(wei)(wei)1.3nm，1998年，點(dian)徑(jing)為(wei)(wei)0.7nm，2000年，又(you)達0.6nm，信息(xi)(xi)點(dian)直徑(jing)比國外報導的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)結果(guo)小了近(jin)一個數量級(ji)，是現已(yi)實(shi)(shi)用化的(de)(de)(de)光盤信息(xi)(xi)存儲(chu)密(mi)度(du)的(de)(de)(de)近(jin)百萬倍。北京大(da)(da)學采用雙(shuang)組份復合材(cai)料（TEA/TCNQ）作為(wei)(wei)超高密(mi)度(du)信息(xi)(xi)存儲(chu)器(qi)件材(cai)料，得到信息(xi)(xi)點(dian)為(wei)(wei)8nm的(de)(de)(de)大(da)(da)面(mian)積信息(xi)(xi)點(dian)陣（3um×3um）的(de)(de)(de)優異(yi)成(cheng)(cheng)就(jiu)。復旦大(da)(da)學成(cheng)(cheng)功制備了高速高密(mi)度(du)存儲(chu)器(qi)用雙(shuang)穩態薄(bo)膜。并已(yi)經初步選(xuan)擇合成(cheng)(cheng)出(chu)幾種具有自(zi)主知(zhi)識產權的(de)(de)(de)有機(ji)單(dan)分子材(cai)料，可(ke)望作為(wei)(wei)有機(ji)納米集成(cheng)(cheng)電路的(de)(de)(de)基(ji)礎材(cai)料。
從我國納(na)米器件(jian)研(yan)究(jiu)(jiu)的(de)(de)情況來(lai)，主要集中(zhong)(zhong)在研(yan)究(jiu)(jiu)基礎較好，設(she)備(bei)設(she)施(shi)相對齊全的(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)院所(suo)和(he)高(gao)校；如中(zhong)(zhong)科院有關研(yan)究(jiu)(jiu)所(suo)，北大、清華、復旦、南京大學等。由于投資不足，在硬件(jian)設(she)施(shi)設(she)備(bei)條件(jian)技術(shu)層(ceng)次(ci)不高(gao)的(de)(de)情況下，能取得這些成績，殊屬不易。這些研(yan)究(jiu)(jiu)工作（Approaches）是"由大到小"（Top down）的(de)(de)工作，因此，總體上來(lai)說我國在納(na)米結構體系上的(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)同國外還(huan)有較大的(de)(de)差距，特別在"由小到大"（bottom up）的(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)工作有待實(shi)質性的(de)(de)起動。
2.2.2.3納米結構的檢測與表(biao)征
90年代開始，中(zhong)科(ke)院北京真空物理室(shi)和(he)化學所運用STM進(jin)(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)納(na)米(mi)級及(ji)原子(zi)級的(de)表(biao)面(mian)(mian)加工，在(zai)晶體表(biao)面(mian)(mian)先后刻寫出"CAS"、"中(zhong)國"和(he)中(zhong)國地圖(tu)等文字和(he)圖(tu)案。中(zhong)科(ke)院化學所先后研(yan)制(zhi)STM、AFM、BEEM、LT-STM、UHV-STM、SNOM等專用于納(na)米(mi)區域范圍(wei)表(biao)面(mian)(mian)的(de)儀(yi)器設(she)備(bei)，并且有自己的(de)知識產權。他們還開發了(le)(le)表(biao)面(mian)(mian)納(na)米(mi)加工技(ji)術(shu)，為我(wo)國納(na)米(mi)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)起到了(le)(le)先導(dao)者(zhe)和(he)促進(jin)(jin)者(zhe)的(de)作用，最近他們在(zai)單(dan)分(fen)子(zi)科(ke)學技(ji)術(shu)以及(ji)有機分(fen)子(zi)有序組裝方面(mian)(mian)有了(le)(le)很(hen)好的(de)進(jin)(jin)展，并開始對分(fen)子(zi)器件進(jin)(jin)行(xing)(xing)探索性研(yan)究(jiu)。中(zhong)國科(ke)技(ji)大學進(jin)(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)硅表(biao)面(mian)(mian)富勒烯C60單(dan)分(fen)子(zi)狀態檢(jian)測，為分(fen)子(zi)器件的(de)研(yan)究(jiu)制(zhi)備(bei)提供了(le)(le)一些基本數據。
北(bei)京大學自(zi)行(xing)研(yan)制(zhi)VHU-SEM-STM-EELS聯用系(xi)(xi)統和LT-SNOM系(xi)(xi)統。建(jian)立了完整的近場光學顯微系(xi)(xi)統--近場光譜(pu)與常規光學聯用系(xi)(xi)統，并(bing)以此系(xi)(xi)統研(yan)究(jiu)了癌細胞的結構形貌。
總(zong)之，在(zai)納(na)(na)米(mi)(mi)結構(gou)的(de)(de)檢測與表面的(de)(de)基礎性(xing)研究開(kai)拓方面取得了可(ke)喜(xi)的(de)(de)成績，但同先(xian)進國(guo)(guo)家比總(zong)體(ti)上還有相當大的(de)(de)差距。由于(yu)(yu)投資(zi)少(shao)，硬件(jian)設備(bei)要求高，這方面的(de)(de)研究還只(zhi)能(neng)集(ji)中在(zai)少(shao)數幾個(ge)研究院(yuan)所和大學。由于(yu)(yu)我國(guo)(guo)受制(zhi)于(yu)(yu)研究工(gong)作條件(jian)的(de)(de)不足(zu)，研究力量比較薄(bo)弱(ruo)，在(zai)納(na)(na)米(mi)(mi)結構(gou)，特別是納(na)(na)米(mi)(mi)器件(jian)方面的(de)(de)研究工(gong)作，只(zhi)能(neng)算是剛起步。國(guo)(guo)家正在(zai)考(kao)慮建立(li)公用技(ji)術平(ping)臺，建立(li)相應的(de)(de)資(zi)源共享體(ti)制(zhi)，組(zu)織力量進行多學科攻關(guan)，突破納(na)(na)米(mi)(mi)結構(gou)加工(gong)和納(na)(na)米(mi)(mi)器件(jian)的(de)(de)關(guan)鍵技(ji)術。
2.2.3納米材料的產業化
我(wo)國納米材料產(chan)業化(hua)開發方(fang)面總體上處(chu)行列(lie)，有不少產(chan)品的量產(chan)能力(li)居地位。
· 納米氧化(hua)物方面·
納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鋅、納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鈦、納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅、納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鋯、納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎂、納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鈷、納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎳、納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鉻、納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)錳、納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鐵等。
· 納(na)米金屬和合金方面·
有銀、鈀、銅(tong)、鐵、鈷(gu)、鎳(nie)、鈦、鋁、銀-銅(tong)合金、銀-錫合金、銅(tong)-鈦合金、鎳(nie)-鐵合金、鎳(nie)-鈷(gu)合金等。
· 納米(mi)碳化物·
有碳(tan)(tan)化鎢、碳(tan)(tan)化硅、碳(tan)(tan)化鈦、碳(tan)(tan)化鉻、碳(tan)(tan)化鈮、碳(tan)(tan)化硼等。
·納米氮(dan)化(hua)物·
有氮(dan)化(hua)(hua)硅、氮(dan)化(hua)(hua)鋁、氮(dan)化(hua)(hua)鈦、氮(dan)化(hua)(hua)硼等。
2.2.3.2納米材(cai)料的工業化(hua)規模生產(chan)
我國(guo)納米(mi)材料的工業化規模生產(chan)，這兩年有突飛猛(meng)進的發(fa)展勢頭，走在前列。擁有自主知(zhi)識產(chan)權(quan)、令世人矚目。
· 納(na)米(mi)碳管工業化生(sheng)產(chan)線·
清華大學化工(gong)系魏飛(fei)教(jiao)授的(de)(de)課(ke)題組，采用(yong)納(na)米聚(ju)團(tuan)床反應器，能(neng)大量制(zhi)備(bei)多壁碳(tan)納(na)米管(guan)的(de)(de)新(xin)技術(shu)，與(yu)南(nan)風化工(gong)集(ji)團(tuan)股份有限公司合作，成(cheng)功的(de)(de)實現了15公斤/小(xiao)時的(de)(de)高產量紀錄，這是目前(qian)國際上多壁碳(tan)納(na)米管(guan)產業化制(zhi)備(bei)能(neng)力的(de)(de)紀錄。如每年連續生產運行8000小時計，該生產設備的生產能力已達到120噸/年。據悉，該技術可在較低溫度下實現純度在80%以上，多種型貌碳納米管可控制，成本低。碳管外徑在4~60納米，內徑在2~20納米，管壁的石墨層可以實現傾斜和平行排列的不同構形的碳管。其技術特點是連續化、能耗低、放大效應小，適合產業化推廣。
· 鈦基(ji)納米粉體材料·
哈(ha)爾濱鑫科納米科技發(fa)展有限公(gong)司的(de)(de)納米工(gong)程技術(shu)專家(jia)，研(yan)究(jiu)開發(fa)出采用(yong)磨球與普通鈦(tai)粉高速懸(xuan)浮旋轉研(yan)磨機械工(gong)藝路(lu)線。建(jian)成工(gong)業化鈦(tai)基納米材(cai)料生產線。并自行研(yan)制出配套的(de)(de)分散劑(ji)和保護(hu)劑(ji)，成功的(de)(de)解決了(le)團聚問題(ti)，使(shi)產品能在(zai)常溫下長期保存(cun)，擁有自主知識(shi)產權。納米技術(shu)專家(jia)認為，其(qi)產業化程度之高，在(zai)國內居(ju)水平。該生產線還能生產銅、鐵、鎳等金屬納米粉體材料。
納米鈦粉可(ke)(ke)作耐(nai)磨(mo)、耐(nai)腐蝕、耐(nai)沸水(shui)特種涂料(liao)的(de)添加劑(ji)。已在大慶油田、勝(sheng)利油田和(he)熱(re)水(shui)內膽生產(chan)企(qi)業等方面及得(de)到成功的(de)推廣應用(yong)(yong)(yong)。添加鈦納米材(cai)料(liao)的(de)涂料(liao)，還具有神奇(qi)的(de)自我修復(fu)能力(li)，可(ke)(ke)用(yong)(yong)(yong)做金(jin)屬(shu)和(he)非金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)通(tong)用(yong)(yong)(yong)的(de)修補(bu)劑(ji)。同時它還具有"荷葉效應"的(de)自潔能力(li)。如吉林通(tong)化葡萄酒廠(chang)熱(re)水(shui)罐(guan)內壁用(yong)(yong)(yong)其處理后，5年未發生結垢現(xian)象(xiang)。由于(yu)(yu)鈦是(shi)對(dui)人體植物(wu)神經(jing)味覺(jue)沒(mei)有任何影響的(de)金(jin)屬(shu)，因(yin)此(ci)其涂料(liao)可(ke)(ke)廣泛應用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)食品工業流程設(she)備(bei)中(zhong)。
最近(jin)，該公(gong)司(si)又成(cheng)功實現用廢鈦(tai)材(cai)料(liao)(liao)直接轉化成(cheng)納(na)(na)米(mi)材(cai)料(liao)(liao)，在(zai)性能不降(jiang)的(de)條件下進一步降(jiang)低了生產(chan)成(cheng)本，將使高級航天材(cai)料(liao)(liao)越來越廣泛地步入民品(pin)領域。鈦(tai)基納(na)(na)米(mi)材(cai)料(liao)(liao)產(chan)業化項目已列入國家"十五"規劃中的(de)納(na)(na)米(mi)技(ji)術和納(na)(na)米(mi)材(cai)料(liao)(liao)發展綱要。
· 納米碳酸鈣(gai)·
碳(tan)(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)是(shi)化工(gong)行業廣(guang)泛使用的大宗無機化工(gong)原料。我國(guo)碳(tan)(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)年生產(chan)(chan)(chan)能力(li)約(yue)280萬噸，年實際生產(chan)(chan)(chan)量約(yue)220萬噸左右，基本上是(shi)普通輕質(zhi)碳(tan)(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)和活性碳(tan)(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)。納(na)米(mi)碳(tan)(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)、納(na)米(mi)級活性碳(tan)(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)等高檔次碳(tan)(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)一直依賴(lai)進口，碳(tan)(tan)酸(suan)(suan)鈣(gai)行業內(nei)的產(chan)(chan)(chan)品結構(gou)極不合理。
這幾年來，隨著納米技(ji)術的(de)迅速發展，我國納米碳酸(suan)鈣生(sheng)產技(ji)術很快形(xing)成擁有自主知識(shi)產權的(de)技(ji)術生(sheng)產體系，有望根本(ben)改度我國碳酸(suan)鈣行業技(ji)術落(luo)后(hou)的(de)面(mian)貌。
這里特(te)別值得介紹的(de)是廣東廣平(ping)化(hua)(hua)工(gong)實業有限公司同北京(jing)化(hua)(hua)工(gong)大學聯合(he)開發的(de)超重力法納米(mi)碳酸鈣工(gong)業化(hua)(hua)生產(chan)線(xian)。該生產(chan)線(xian)年產(chan)3000噸(dun)納米(mi)碳酸鈣，產(chan)品一次平(ping)均粒徑(jing)為(wei)15~30nm，比表面積62~77m2/g范圍可調的(de)多種晶形的(de)納米(mi)碳酸鈣，其(qi)質量指標處(chu)于(yu)水平。
該(gai)生產線(xian)的(de)技術是由北京化工大學研(yan)究開發(fa)的(de)，是國(guo)(guo)家"863"計劃項(xiang)目--納米粉體超(chao)重(zhong)力(li)法(fa)工業(ye)性制備(bei)新技術的(de)研(yan)發(fa)成(cheng)果。該(gai)技術基于分子混合與(yu)反(fan)應結晶(jing)理(li)論，研(yan)究開發(fa)了超(chao)重(zhong)力(li)法(fa)合成(cheng)納米粉體材料的(de)方法(fa)和(he)相應的(de)裝備(bei)，屬國(guo)(guo)際。擁有自主知識(shi)產權，已獲得國(guo)(guo)家發(fa)明。它的開發成功，立刻引起了美國道康寧、陶氏化學、德國巴斯夫、拜耳等國際大公司的關注，紛紛前來洽談合作事宜，使我國從納米粉體材料技術進口國轉變為技術出口國。
該生產(chan)線已(yi)經(jing)通過生產(chan)驗(yan)證考核。證明(ming)其核心設備超(chao)重(zhong)力(li)碳化反(fan)應器生產(chan)能力(li)達到3500噸/年，超(chao)過了設計能力(li)。最(zui)近傳來(lai)消息，國家計劃發展委(wei)員會(hui)擬在山(shan)西省籌建(jian)30000噸/年生產(chan)能力(li)的超(chao)重(zhong)力(li)法納米碳酸鈣生產(chan)線。
超重力法納米碳(tan)酸鈣技術的(de)大規模工業化(hua)生產，是(shi)目(mu)前我(wo)國納米材料(liao)工業化(hua)的(de)。
上(shang)海(hai)華(hua)明高技(ji)術(shu)（集團）有(you)限(xian)公(gong)司（國家(jia)超細粉體(ti)工程(cheng)中心(xin)）開發的納(na)米(mi)碳酸鈣(gai)生(sheng)產(chan)(chan)技(ji)術(shu)也頗(po)引人注(zhu)目。該(gai)中心(xin)已與(yu)山西蘭化科(ke)技(ji)創(chuang)業(ye)股份(fen)有(you)限(xian)公(gong)司合(he)作(zuo)，成(cheng)立山西蘭花華(hua)明納(na)米(mi)材料有(you)限(xian)公(gong)司，在山西省晉城市建設納(na)米(mi)級超細活性碳酸鈣(gai)生(sheng)產(chan)(chan)線(xian)(xian)，生(sheng)產(chan)(chan)能(neng)力為15000噸/年(nian)(nian)，并(bing)已于2001年(nian)(nian)10月建成(cheng)投產(chan)(chan)（一期）。二(er)期工程(cheng)再建一條15000噸/年(nian)(nian)生(sheng)產(chan)(chan)線(xian)(xian)，計劃(hua)于2002年(nian)(nian)建成(cheng)投產(chan)(chan)。其技(ji)術(shu)路線(xian)(xian)是(shi)在原有(you)傳統(tong)沉淀法基礎(chu)上(shang)，注(zhu)入創(chuang)新的晶型(xing)納(na)米(mi)化控(kong)制技(ji)術(shu)，是(shi)傳統(tong)沉淀碳酸鈣(gai)生(sheng)產(chan)(chan)技(ji)術(shu)的二(er)次革命。
具有近六十(shi)年輕質碳(tan)酸(suan)(suan)鈣生(sheng)產(chan)(chan)歷史的湖(hu)州(zhou)菱湖(hu)化(hua)學廠（現菱化(hua)集團(tuan)），自(zi)行開發出納米級橡塑專用碳(tan)酸(suan)(suan)鈣，也已具備2000噸(dun)級生(sheng)產(chan)(chan)能力，視市場(chang)需(xu)求情況，可(ke)隨時(shi)擴(kuo)產(chan)(chan)到5000噸(dun)。
湖(hu)州湖(hu)化(hua)公司，也已(yi)建(jian)成年產(chan)5000噸的納(na)米碳酸鈣生產(chan)線。
湖州市浙港合(he)資浙江金豐納米材料(liao)有限公司年產(chan)(chan)5000噸(dun)的沉(chen)淀法高純晶型納米碳酸(suan)鈣已于2001年7月建成投產(chan)(chan)，并擬于2002年再建二期(qi)20000噸(dun)/年生產(chan)(chan)線，屆時年產(chan)(chan)能力(li)將達25000噸(dun)/年。
· 納米氧化(hua)硅工業化(hua)生產線·
浙江省舟山明日納米材(cai)料有(you)限(xian)公司同(tong)中科(ke)院固體物理所(suo)合(he)作，于1997年(nian)(nian)建成(cheng)年(nian)(nian)產(chan)(chan)(chan)百噸級的(de)納米硅基(ji)(ji)氧化物（SiO2-x）工(gong)業化生(sheng)產(chan)(chan)(chan)線(xian)。納米硅基(ji)(ji)氧化物是納米材(cai)料的(de)重要一員(yuan)，具(ju)有(you)廣泛的(de)用(yong)途(tu)。該(gai)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)線(xian)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)出(chu)的(de)產(chan)(chan)(chan)品質量非常好。其顆粒直(zhi)徑(jing)小（為5--15nm），具(ju)有(you)很(hen)高的(de)比表面積（達640--720m2/g）。
· 納(na)米硅基陶瓷(ci)粉(fen)體·
齊齊哈爾超微粉制(zhi)造(zao)公(gong)司利用(yong)中科院金屬(shu)研究所(suo)發明(ming)的(de)激光制(zhi)備納米(mi)粉體(ti)的(de)技術，并(bing)在(zai)此基礎上加(jia)以改進，用(yong)兩年時間完成了產業化生(sheng)產開發，建成年產2噸的(de)高(gao)性能硅(gui)基納米(mi)陶(tao)瓷粉體(ti)生(sheng)產線。這是目前產能的(de)生(sheng)產裝置(zhi)，令美國(guo)同行刮目相看。美國(guo)有(you)關(guan)公(gong)司生(sheng)產能力也(ye)不過是日產1 公(gong)斤(jin)左右。
該廠生(sheng)產的Si，碳(tan)化硅（SiC），氮化硅（Si3N4）和混合粉的含(han)氧量得(de)到(dao)嚴格控(kong)制，粒徑都在38nm以下，是目(mu)前(qian)好的。
·納米(mi)材料--納米(mi)專用涂料·
佳隆（煙臺）實業有限公(gong)司電子(zi)材料(liao)廠(chang)(chang)，原是(shi)一家納米(mi)材料(liao)制備企業，也是(shi)從事復合納米(mi)粉(fen)體研制企業，因此具有納米(mi)材料(liao)應用開(kai)發(fa)的(de)(de)經(jing)驗(yan)。該廠(chang)(chang)同中科院物理所、科大(da)、南大(da)等(deng)單位(wei)合作，瞄準納米(mi)材料(liao)在電子(zi)行業的(de)(de)應用，以電子(zi)漿料(liao)為突破(po)口，開(kai)發(fa)出彩(cai)電顯像(xiang)管、計算機顯示(shi)器等(deng)顯示(shi)終端專用的(de)(de)三防(fang)(fang)（防(fang)(fang)靜(jing)電、防(fang)(fang)眩、防(fang)(fang)輻射）涂料(liao)，我國的空白，打破了美國、日本等少數國家的壟斷。最近，他們進一步開發出具有節能、環保涂膜玻璃用涂層材料，經這種材料涂敷的玻璃，具有反射紅外線、防紫外線、不結霧等多種功能，市場前景非常好。為此，佳隆（煙臺）實業有限公司于2001年初，對該電子材料廠擴建改造。并被列為國家高技術產業化新材料專項示范工程項目--功能玻璃用納米涂層材料。佳隆（煙臺）實業有限公司為此投資9226萬元予以組織實施。
該項目的組織實施，標志(zhi)著國內從單(dan)一納米(mi)粉體制(zhi)備找(zhao)(zhao)到某種關(guan)鍵應(ying)(ying)用領(ling)域并(bing)形成最(zui)終(zhong)產(chan)品化、產(chan)業化上(shang)的突破。這對當前我(wo)國納米(mi)材料(liao)應(ying)(ying)用技術跟不(bu)上(shang)，應(ying)(ying)用推廣困難，納米(mi)材料(liao)生產(chan)企業效(xiao)益上(shang)不(bu)去，有的難以為繼的尷尬局面，如何(he)找(zhao)(zhao)到一條出路，無疑是一個很好的范例。