一、纳米是什么
    --
怎样认识纳米科技--
    
三、五年前,除了为数不多的科技工作者和极少数企业之外,纳米,纳米科学技术和纳米材料这些名词还鲜为人知,然而,时至今日,通过各种媒体的多方介绍,特别是股市的热炒,纳米、纳米科技、纳米材料已逐渐为寻常百姓茶余饭后的谈资。
在媒体对纳米、纳米科技、纳米材料表现出非凡热情的背后,是世界各国,特别是发达国家掀起的纳米科学技术和纳米材料的研究开发热潮。面对骤起的世界性的纳米热潮,我们应该怎么认识和把握,是必须认真对待的。首先,我们应当对纳米是什么,有一个比较全面的总体的了解。
    1.
纳米是新的物质观
    1.1
纳米是对物质世界的新认识层次
    
纳米同KmmCm一样,是长度计量单位,它是英文"Nanometer"的中译名"纳诺米特"的简称,英文中的前缀"Nano"是十亿分之一的意思,因此,一纳米就是十亿分之一米(10-9m),记作nm。这是望文生义的直接简单解释。但是,用这个尺度去观察、研究和改造我们周围一切现实的物质世界,就远不是那么的简单了。因为我们人类赖以生存繁演的现实物质世界是太庞大、太复杂了。试想,我们用新的尺度纳米(nm),去重新审视、观察、研究如此庞大的现实的物质世界该是何等的复杂。随着研究的深入,我们相信它必将会产生一系列的新观念、新思维、新科学、新技术、新方法、新工具、新产品和新服务造福于我们人类自身。
在这里有必要简要的回顾一下人类对物质认识研究--物质观的演进历史。

   物质是什么组成的,是一个古老而又不衰的科学命题。人类对物质世界的认识,一直从微观和宏观两个层次进行孜孜不倦地探索研究,创造出现代物质文明和精神文明,随着科学和技术的发展和理论的不断创新,特别是上个世纪三十年代以后,人们越来越感到仅用传统微观和宏观两个尺寸去研究物质世界,显然力不从心,缺少精致性和准确性。自从上世纪初科学界提出量子力学和相对论以后,人类对物质世界的观察、研究和科学实践,从微观和宏观两个方面的研究都获得了巨大的进展。

    1.1.1从微观到妙观
    
微观层次研究已经很深入,已进入原子核内部,发现了百种以上的基本粒子,随着研究的深入,它研究的手段和装置也越来越庞大,所花的资金也越来越多,好像离老百姓日常起居生活所需的物质世界也越来越远。其实不然,虽然它所从事研究的物质世界的时空尺度极小,最小时间以10-15秒计,尺度空间以10-10m以下计,真是渺小极了,奇妙极了,这个世界离通常所说的微观世界相去甚远。所以在20世纪60年代关于原子模型的大讨论时,我国著名科学家,受人尊敬的钱学森博士在一次谈话中,提出了"妙观"的概念,这个提法比较准确的反映了人类对物质世界现今最深层次的探索研究。人类从微观层次到妙观层次对物质世界的大规模研究是从第二次世界大战开始的,它的探索研究极大地推动了科学技术的发展,对人类的生活产生了极大的影响。在这大规模研究探索过程中产生的一系列理论、方法、手段、工具以及发现的一系列新现象,大大的加快了人类物质文明的历史进程。由于妙观层次的探究,产生了粒子加速器,对撞机、电子显微镜、原子弹、氢弹,原子能发电、高能辐射技术的广泛应用,激光的发明等等这些直接关系人类生存和生活的事物,妙观层次探索研究,除产生上述已为人们熟知的事物及影响外,还会继续发挥它的深远影响。

    1.1.2从宏观到宇观
    
自从爱因斯坦提出相对论以后,特别是哈勃的宇宙大爆炸理论提出以后,人类对宏观的探索研究也已经走的更加遥远了,已延伸到宇宙深空。它所用的时空尺度,更是涵盖了人类目前所使用的一切时空单位,长度单位是"光年""亿光年",小的即妙观层次的时空单位,它都在应用;"""""真空""烟灭""可见物质""暗物质""反物质""反世界"这些玄而又玄的名词是它用来描述宇宙世界的常用词语。所以用传统的所谓"宏观"已经难以包容它了。因此,科学家在讨论物质观时提出了"宇观"的概念。用"宇观"研究物质世界非常深奥,而且同"妙观"领域的研究有相互交融回归的趋势,对一般老百姓来说,即玄又空,离现实生活的物质世界太遥远了。"宇观"研究所用的研究工具、设备及装置也非常庞大,所用的技术也是最先进的,费用高昂,一架哈勃天体望远镜耗资10亿美元。虽然"宇观"所探索的结果,提出并需验证的理论,离我们的生活很远,但科学家为它的探索所创造的技术手段、设备、产品和服务正在惠及人类的现实生活。

    1.1.3微观物质同宏观物质联系的重新认识--介观
    
从微观到"妙观"的探索,对一般老百姓来说,太微妙。从宏观
"宇观"的研究,也太空玄。但它们探索研究过程中一系列技术成果已经大大的推动了人类物质文明的进程。同时也为人类进一步认识从原子、分子层次的微观物质世界同一切具体的宏观物质(体)世界的本质联系的深入探索研究提供必要的理论、方法和技术手段。

    应该说,正是由于科学家们对微观物质世界和宏观物质世界在"妙观""宇观"两个方面的深层次的探索研究所积累的知识、方法和物质技术手段,促使一些科学家回归到对现实的物质世界进行进一步的深入观察研究。起初他们所观察的空间尺度,从亚微米级(即100~1000nm)开始,随着深入观察研究,发现在0.1~100nm空间内的物质世界存在许多奇异的物理性质。我们知道构成一切现实宏观物质的基本单元是原子和分子。因此原子和分子是现实宏观物质的微观起点。在0.1~100nm这样的空间内,存在的原子和分子为数不多,却存在着一块近年来才吸引一大批科学家极大兴趣和探研的"处女地",在这个研究领地,即不同于原子和分子这样的微观起点,又不同于现实宏观物质领域,它正好介于微观和宏观之间,科学家们把它称之为"介观物理""介观"。介观物理历经四十多年的发展,已有长足进展,特别是近十几年来的高速发展,已形成了新兴的科学技术,即纳米科技(Nano-ST)。这是人类对现实物质世界认识的深层次的回归和把握。这也是人们对"妙观""宇观"的深究和远探以后的现实回应。实现回归的"介观"将会引导人们采用技术手段师法自然,像天然植物那样,把存在于自然界的空气、水、无机物质自组装成人类生活所需要的各种各样的物品,如粮食、纤维、各种微型机器人、计算机等等。被认为爱因斯坦之后最杰出的量子物理学家理查德·费曼,在1959年的美国物理学年会上发表《底部有很大空间》的演讲,这被公认为是纳米科学技术思想的来源。他在这篇演讲中所做的惊世预言"至少依我来看,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性"。将会变成现实。

    2.纳米是社会实践体系
    
纳米,不仅仅在于它把人类对现实物质世界的认识推进到介观物
理层次,在认识论上提高到更新水平。更重要的是,它比历史上任何新发现都要快的速度,仅仅十几年的时间特别是这二三年内就转化为广泛的社会实践,有相当一部份已经转化为社会现实的生产力。

    2.1 掀起广泛深入的科学实践活动
    1981
IBM公司苏黎世研究所的两位科学家,宾尼格和洛勒发明了扫描隧道显微镜(STM)。这是一种基于量子隧道效应原理的新型高分率显微镜,它能以原子级的空间尺度来观察宏观块体物质表面上的原子和分子的几何布和状态分布,确定物体局部区域的光、电、磁、热和机械特性,人们还可以用它来实时测量物体表面的三维空间形貌,还可以用它来在物体表面上刻划纳米级的微细线条,以及搬运一个个原子和分子。这就为实现人们长期追求的直接观察和操纵一个个原子和分子的愿望,提供了有力的工具。它的发明非同小可,为人类进入纳米世界创造了基础性的技术条件。为此,这项发明获了1986年度的诺贝尔物理学奖。
它的发明大大地推动了纳米空间尺度的科学实践活动,加快了纳米科学技术的形成。纳米尺度空间的奇异现象,引起各领域科学家的广泛兴趣。各领域的科学家、工程技术专家结合本领域的特点,纷纷进行对本领域的纳米尺度的深入观察和试验研究,极大的推进了纳米科学和技术的发展。现在,纳米科学技术已经形成为高度交叉的综合性科学技术,包括物理学、化学、材料科学、生物学、医学和电子学等。它不仅包含以观察、分析和研究为主线的基础学科,同时还包括同人类生产、生活息息相关的传统产业的纳米科学应用的纳米工程与加工学为主要内容的纳米技术科学。因此,纳米科学与技术是一个融科学前沿和高技术于一体的完整的科学技术实践体系。

    2.2 各国政府纷纷纳入战略规划
    
人类历史上的任何科学发现,都没有像纳米科学技术那样受到各国政府的如此重视,并如此快的做出反应,做出战略安排。美国、英国、法国、德国、中国、日本、欧盟、俄罗斯等主要国家几呼同时提出了国家级的纳米科技的战略规划。这在历史上是绝无仅有的。说明,纳米学科的科学实验及其向产业化转移,对推动国民生产和社会发展,保障国家安全和造福人民的重要性,各国之间已成共识,并付之以行动。当然, 各国的情况不同规划有异,各有侧重。

    我国除已有国家级的《中国国家纳米技术发展纲要》以外,各级政府积级参与规划,目前已有十余个省(市)制订了省级纳米规划。如京、津、沪、东北三省,江、浙、皖、粤、湘、鄂、陕、晋、等省市均有相应的规划安排。

    2.3 纳米技术的产业化实践
    
纳米科学技术的发展离不开科学家们的基础研究,有赖于科学家们的工程化开发的试验研究,也离不开政府的创导扶持,但目的是为了使纳米科技转化为社会现实生产力,最终转化为纳米技术的产业化实践。
可喜的是,这两年我国的纳米技术的产业化实践正在蓬勃健康的发展。其主要特点是,与以往的刮风,大不相同,发展是健康的,表现在四个方面。
    2.3.1
资本参与
    
资本是任何科学技术产业化的催生婆。纳米科学技术同历史上其它科技新发现不同,它出现不久,就强烈地吸引了社会资本的积极关注。改革开放以来,我国经济取得了令世人瞩目的成就,积累了巨大的民间资本。资本的天性是积极寻求投资机会,以保其增值的可能性。早在二十世纪九十年代中期,中国科学院系统的有关研究所,在纳米技术上取得了一些可喜的成果,立即引起我国经济发达地区民间资本的注意。1997年浙江省舟山市的一家不大的企业就同中国科学院固体物理研究所合作开发纳米氧化硅粉体材料。我市一家企业积极同中国科学院冶金研究所商洽合作开发纳米氧化硅、碳化硅陶瓷粉体材料,后来因故中止。到1999年,关于纳米科技的消息不断见诸于报端、纳米技术犹如一夜春风吹遍神州大地,极大的激发了资本的冲动。"纳米"一时成为资本市场上的投资热点话题,"纳米"成为同.com一样成为股市炒作对象,当然,靠人为的炒作,是炒作不出一个纳米产业来的。但是,有一点可以肯定,纳米技术引起资本市场的关注,能引发它的炒作的本身,就是一个好兆头。纳米科技的市场前景吸引了我国上市公司的注意。目前已有武汉塑料、苏威孚、小鸭电器、爱建股份、亿安科技、美菱、海尔……等,50家左右上市公司直接或间接介入该领域。这是一个好事,这意味着,我国的纳米科技将会融入广阔的资本海洋。水可以载舟也可以覆舟,就看我国的纳米技术是否过硬,是否经得起市场的洗礼。

    2.3.2 企业积极
    
这几年,我国以纳米材料及其应用为目标的企业,雨后春笋般的涌现。1995~1997年,我国从事纳米材料生产开发的企业约有20多家,1997~1999年,增加到70多家,到20007月又增加到100多家,截止到20015月底猛增到320多家,其中以"纳米"字样注册的企业近60家,社会投入资金约30亿元。已有50家上市公司涉足纳米科技领域,这将为纳米技术的发展筹集更多的社会资本开辟更广阔的渠道。
    
我国纳米企业在地域分布上,已基本形成以北京和天津为中心的京津地区,以上海为中心的长江三角洲地区和以广深为中心的珠江三角洲地区的三大纳米材料和纳米技术产业带,这三个地区的纳米企业数占全国80/100左右。

    2.3.3良好的舆论环境
    
纳米科技、信息技术和生物技术是二十一世纪的三大战略性的科技,当然引起舆论界的密切关注。
    1998
年以前,除少数从事纳米科技研究及科技管理者外,对绝大多数群众来说,还是一无所知的。到1999年下半年以后,特别是2000年以后,才为广大群众所知晓,并在我国很快形成"纳米热"。这是与报章、杂志、电视广播、互联网等媒体的广泛报导宣传分不开的。值得欣慰的是,这些报导宣传不是一味的迎合受众的心理需求,而是实事求是,既有普及性宣传,又有深层的专题报导;既宣传纳米科技的美好前景,又指出当前存在的主要问题和障碍;既报导纳米产品的新成果,也揭露包治百病的"纳米水"之类的伪纳米、伪科学的害群之马;既有防止恶炒纳米的提醒和忠告,也有为保障纳米产业健康发展的建言献策等等。以上是一般媒体所传播的信息。在互联网上,关于纳米的信息即更是精彩纷呈,纳米网站、网页非常丰富。其内容更是涉及纳米科技的方方面面,既有有关纳米科技的发展动态趋势又有丰富的内容数据库;上网者既可以作为求知者的身份索取所需的纳米信息,也可以作为纳米科技参与者的平等身份参加有关纳米问题的讨论,可以质疑,可以解惑,可以提出求助。
所有这些,为纳米技术产业化的发展提供透明、快捷、社会化和全球化的舆论环境和信息环境。这是人类历史上任何新发现、新发明,在其成长过程中,企求而又从未遇到过的良好的舆论和信息环境。

    2.4 受惠于人文关怀的纳米科技
    
上个世纪,科学发现和发明为人类创造了前所未有的物质文明,同时也给地球村带来了人口、资源、环境三大问题,给人类自己提出了对科学发展的重新审视。发现人类太迷恋于改造自然的能力,忘掉了一百多年以前我们的先师马克思、恩格斯曾提示过的"自然界对人类惩罚"的忠告。当上个世纪初诺贝尔化学奖授予六六六农药的发明者不久,人们发现六六六不仅毒杀农作物的害虫,同时也殃及大量益虫和高等动物。由于它的长期使用,使害虫产生抗药性,使用的剂量越来越大,形成抗药性与加大剂量的恶性循环,直到最后根本不顶用。更可怕的是,由于六六六的化学结构稳定,很难在自然界降解,在自然界形成大量的积累,通过生物链的传递,严重地危及人类自身。同样,获得诺贝尔化学奖的青霉素的发明,导致形成了巨大的抗菌素产业,它的全球化的大规模滥用,也已经严重地危及人类自身的安全。生物武器、原子弹、氢弹这些大规模杀伤性武器的大量生产和储存对人类生存的危害,这些历史事实,提供人们对科学发现和发明的理性思考,使一些科学家、人文学者和有识之士及政要们进行广泛深入的反思 ,倾注以热忱的人文关怀。上个世纪六十年出现,现在正成为世界性的"绿色和平"运动,就是这种反思和人文关怀的例证。
    
人类的二十一世纪,将是比过去的二十世纪更加理性的世纪,将对人类自身的任何重大发明创造倾注以更及时更全面的审视和人文关怀。人们在关注这些重大发现、发明和创造,为解决人类所面临的人口、资源、环境三大基本问题做出贡献的同时,也会以审慎的态度对待这些重大发明和创造可能造成的负面影响,防止它的滥用危及人类自身的安全,防止由于它的滥用颠覆人类的基本道德和伦理关系。

    在世纪之交,本世纪初,我们有幸看到人类理性审视及人文关怀的力量正在发挥作用。当有的科学家提出搞"克隆人"设想时,就遭到舆论的普遍反对,现在已经有不少国家制订了不允许"克隆人"的相关法案。我国政府也明确提出不允许"克隆人"的试验。

    纳米技术、信息技术和生物技术是人类二十一世纪的三大基本战略技术。作为信息技术和生物技术的共同基础的纳米科学技术,当然受到广泛的人文关怀。例如,美国在2000年提出的"国家纳米技术创议"NNI)中,就把纳米技术发展过程可能涉及的"伦理、法律和社会影响及教育培训"等方面的问题,列为重点支持的研究方面。这表明,美国政府对纳米技术发展的进程中予以人文关怀的理性态度,并在计划安排立项和经费上予以支持。其实,在英、德、法、欧各国的纳米技术战略计划中都有相应的体现。我国也有相应的打算,而且一些科学家、哲学家、法律工作者、人文学者、舆论界等有识之士,已经行动起来,纷纷发表意见,从各自的角度来审视纳米技术。例如,中国社会科学院哲学所薛华研究员,就纳米技术的哲学问题发表谈话认为 ,对于纳米技术,公众有"科技知情权""我们每个人有权利、有义务去了解科技发展的新动态,从而能够估量它们对于我们人类有什么利害。"华南理工大学高聚物结构与改性研究室主任、博士生导师龚克成,提出了"纳米科技的反环保倾向"的警告。这是纳米科学技术事业之幸,也是至健康发展的人文关照和保障。

2011年07月05日

纳米技术与我们的机会

一、纳米是什么--怎样认识纳米科技--三、五年前,除了为数不多的科技工作者和极少数企业之外,纳米,纳米科学技术和纳米材料这些名词还鲜为人知,然而,时至今日,通过各种媒体的多方介绍,特别是股市的热炒

发布时间:

本网站由阿里云提供云计算及安全服务