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一、中国纳米材料的研发现状

　　中国政府对纳米材料及纳米技术的研究一直给予高度重视，国家和各地方通过“国家攻关计划”、“863计划”、“973计划”的实施，积极投入力量和资金，使中国纳米的研发水平获得很大发展，一大批技术含量高、极具成长性、拥有自主知识产权的科研成果相继问世，并引起了国际上的关注。

　　（1）地域分布

　　中国的纳米材料和纳米技术研究，已初步形成以各具特色的两大纳米研究开发中心——北方中心和南方中心为核心辐射四周的格局。

　　北方纳米研究开发中心以北京为中心，包括中科院纳米科技中心、中科院化学所、中科院物理所、中科院金属所、中科院化冶所、中科院感光所、中科院半导体所、北京建材科研院、北京钢铁研究总院、北京大学、清华大学、北京科技大学、北京化工大学、北京理工大学、天津大学、南开大学、吉林大学等单位。

　　南方纳米研究开发中心以上海为中心，包括上海交通大学、华东理工大学、复旦大学、华东师范大学、同济大学、中国科学技术大学、浙江大学、南京大学、山东大学，中科院固体物理所、中科院冶金所、中科院硅酸盐所、中科院原子核所、中科院上海技术物理所等单位。

　　除上述两大研发中心外，西北的西安、兰州，西南的成都及中南的武汉等，都在纳米材料及纳米技术的研究开发方面，有所建树。

　　中国纳米研发力量地域分布调查显示：中国纳米材料及纳米技术的研究开发力量，虽遍及全国大部分地区，但主要还是集中在华东和华北地区，这两个经济、科技比较发达地区占整个研发力量的80%（见图1）。进一步调研则发现：纳米研发力量虽然表面上相对集中，实际仍分散，比如以上海为中心的南方纳米研究开发中心，有相当一部分的研究力量又分散在合肥、南京等地。

图1 中国纳米研发力量分布

图2 中国纳米研发力量分布

　　（2）系统分布

　　中国从事纳米材料及纳米技术研究人员，主要集中在高等院校和中科院系统，这两部分科研力量占整个研发力量的90%以上；也有部分企业的科研人员从事纳米材料及纳米技术的研究开发，但力量十分薄弱，仅占总体5%，而且绝大部分集中在纳米材料的应用开发（主要是产品的表面改性方面）和纳米材料制备方面。（见图2）

　　（3）人员结构

　　中国现有纳米材料及纳米技术研究人员4500余人，年龄结构比较合理，形成了老中青三代比例协调的局面（见图3）。其中，老一代科学家约500位，中年科学家约1800位，青年科研工作者约2200位。而且这些科研人员所组成的学历背景也非常过硬，70%以上的科研人员拥有硕士以上学位，拥有博士、高级职称的约占30%，拥有硕士、中级职称的约占40%，其他为30%（见图4）。

图3 中国纳米研究力量

图4 中国纳米研究力量分布

二、重点单位及主要成果

　　（1）研究领域

图5 中国纳米研发力量分布

 

　　中国现有纳米材料及纳米技术的研究领域，主要集中在材料、化学、物理、信息、生命等学科。（见图5）

　　纳米材料的研究，主要以金属和无机物非金属纳米材料为主，占80%左右；另外高分子和化学合成材料，也是一个重要方面，不断地取得新的突破。

　　纳米结构材料主要集中在纳米晶、纳米粉、纳米薄膜、纳米粉体材料、纳米材料改性、纳米材料增韧增强、纳米结构和纳米特性研究等；纳米功能材料的重点是纳米信息材料、纳米环境材料、纳米传感材料以及在热、电、光、磁环境下材料特性的研究等。

　　以北京为中心的北方纳米研究开发中心，主要研究领域包括：纳米碳管、纳米磁性液体材料、纳米半导体、纳米隐身材料、高聚物纳米复合材料、纳米界面材料、纳米功能涂层、纳米材料的制备技术、纳米功能薄膜；而以上海为中心的南方纳米研究开发中心，则在纳米医学、纳米电子、纳米微机械、纳米生物、纳米材料、纳米材料制备与应用及产业化等领域，具有较强的优势和发展潜力。

　　进一步调研发现，我国纳米材料的研究开发力量，有一半以上集中在技术要求不太高的纳米材料领域，而在纳米电子、纳米生物医药方面则力量薄弱。这既为我国纳米材料产业的发展提供了雄厚的技术支持，但也将导致我国整体科技水平在未来的竞争中处于劣势。

　　（2）重大成果

　　中国纳米材料及纳米技术的主要科研成果，几乎全部在中科院和高等院校系统，而企业从事纳米材料及纳米技术的研究开发，则绝大部分集中在纳米材料的应用开发（主要是产品的表面改性方面）和纳米材料制备方面。这说明高等院校和中科院系统，依然是中国纳米材料及纳米技术的创新源泉。

　　这里摘取几例颇有影响的中国的纳米技术成果——

　　►大面积定向碳管阵列合成（1996年）

　　这种利用化学气相法高效制备技术合成的纯净碳纳米管，直径基本一致，管径20μm，长100μm，阵列面积3mm×3mm，预计在平板显示和场发射阴极等方面有着重要应用前景。（成果发表在1996年的美国《科学》上）

　　►苯热法制备纳米氮化镓微晶（1997年）

　　首创溶剂热合成技术，首次在300℃左右制成粒度达30nm的氮化镓微晶。（论文发表在1997年《科学》上）

　　►在硅衬底上生长碳纳米管阵列（1998年）。

　　这一研制成功，大大推进了碳纳米管在纳米器件方面的应用。 （1998年国际纳米会议上宣读）

　　►准一维纳米丝和纳米电缆的研制（1998年）

　　应用溶胶与碳还原法相结合的方法，以及纳米液滴外延等技术，首次合成了TaC纳米丝外包裹绝缘体SiO2，包裹石墨纳米电缆，以及纳米丝外包裹SiO2纳米电缆。（1998年国际纳米会议上宣读）

　　►用催化热解法制纳米金刚石粉（1998年）

　　美国《化学与工程新闻》杂志为此发表了题为“稻草变黄金—从四氯化碳（CCL4）制成金刚石”一文，予以高度评价。（论文发表在1998年《科学》上）

　　►首次发现“富铜相”（1999年3月）

　　中国燕山大学博士张湘义在纳米软磁材料中发现了一种被称为“富铜相”的结晶物质。经国际权威机构证实，这种结晶物质属世界上首次发现。

　　►“有机纳米功能材料”研究方面取得重大成果（2000年10月）

　　吉林大学化学系张万金教授和王策教授，成功地获得了长度为20纳米以内的电活性有机分子和直径平均为16-50纳米的纤维及孔径为1-2纳米的刚性环状分子。

　　（3）重点单位

　　中科院物理研究所

　　从事纳米材料及纳米科技研究的主要有真空物理开放实验室、表面物理国家重点实验室、磁学国家重点实验室及纳米材料和介观物理实验室。他们在解思深研究员的率领下，在碳纳米管阵列的合成方面取得了突破。1996年在国际上首次成功制备凝胶基体碳纳米管阵列，1998年合成了世界上最长的“超级纤维”碳纳米管，创造了一项“3毫米的世界之最”，这种超长碳纳米管比现有的碳纳米管长度提高1-2个数量级，2000年合成出世界上最细的碳纳米管。

　　中科院固体物理研究所

　　主要研究纳米结构体系的设计与合成，发展前沿制备技术，合成准一维纳米材料及各种低维阵列体系，异质纳米颗粒、介孔固体组装体系，纳米颗粒表面的人工裁剪，纳米复合材料和纳米陶瓷材料的微结构、热力学及界面的纳米化学，纳米材料规模化生产和应用研究等。

　　中科院沈阳金属研究所

　　从事纳米科技研究的主要有快速凝固非平衡合金国家重点实验室卢柯小组和材料仿生与先进碳材料研究室成会明小组。卢柯小组在世界上首次直接发现纳米金属奇特的超塑延展性能——纳米铜在室温下竟可延伸50多倍而“不折不挠”。成会明小组合成出高质量的单壁碳纳米管材料，使我国新型储氢材料研究一举跃上世界先进水平。

　　中科院化学研究所

　　主要从事纳米科技研究的纳米科技青年实验室、有机固体开放实验室和工程塑料国家重点实验室。白春礼院士领导的青年实验室自行研制成功了计算机控制的STM、我国第一台原子力显微镜（AFM）、激光原子力显微镜、低温扫描隧道微镜和弹道电子发射显微镜。朱本道研究员对富勒烯化学与物理进行了研究。江雷研究员成功研制出二元协同纳米界面材料。

　　中科院技术物理研究所

　　该所的红外物理国家重点实验室在纳米材料研究方面主要从事半导体纳米结构红外光电子研究、铁电体纳米结构研究以及纳米隐身技术的研究。在半导体纳米结构研究方面主要研究了量子阱、量子线、量子点的红外光电子学，研制了量子阱红外探测器；在铁电体纳米结构研究方面主要研究了铁电薄膜纳米层生长和铁电薄膜纳米结构室温下工作的红外探测器；在纳米隐身技术方面主要研究了红外和毫米波的隐身材料和测试系统。同时还研究了半导体铁电体等凝聚态物质纳米颗粒的光电性质。

　　中科院上海硅酸盐所

　　依托其在陶瓷材料研究上的优势，近期在陶瓷疲劳断口的超塑性研究方面也获得了创新成果；研制了纳米氧化锆粉体的制备和团聚问题，开发了高分散纳米氧化锆粉体的批量化制备技术。开展了陶瓷/陶瓷纳米复合材料、纳米金属颗粒/陶瓷基复合材料和有机高分子/陶瓷纳米复合材料的研究；用Sol-gel法制备出了纳米半导体微粒/氧化锆复合薄膜材料。

　　北京大学

　　1997年成立了“北京大学纳米科学与技术研究中心”，下设五个实验室，涉及纳米材料的有顾镇南教授组用电弧法制备单壁碳纳米管（SWCNT）并制成短SWCNT的胶体。1999年上半年，电子学系薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁碳纳米管竖立在金属表面上，并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。2000年8月薛增泉教授在实验室合成的面积较大分子有序排列的静态薄膜，可使信息存储能力提高100倍，为该中心高密度信息存储研究走向产业化铺平了道路。

　　清华大学

　　在纳米材料的方面，主要有用纳米粉或纳米增强微米粉制成各种机械强度高韧性好的结构陶瓷件，用纳米结构陶瓷粉和生物陶瓷粉复合，制成人工陶瓷关节等各种人工骨，用纳米TiO2粉的光催化效应，处理含Cr6+等重金属离子的污水及含高分子有机物废气，将TiO2等半导体材料纳米颗粒膜应用于处理污染空气和污水的研究。范守善课题组在国际上首次利用碳纳米管限制反应形成了其它材料一维纳米尺度结构，并于1997年制备出氮化镓一维纳米晶体。

　　复旦大学

　　复旦大学自1989年起就开始研究分子电子学，后来又发展到纳米电子学和塑料电子学的领域。在研究20纳米线宽的非硅集成电路方面，塑料基板、存贮器和有机纳米导线的材料已解决，且均有国家发明专利。已制成可用于高清晰度电视（HDTV）录象机的蓝光DVD纳米存贮材料，最近得到美国发明专利和日本发明专利。还发现多种可用于分子计算机逻辑门的单有机材料，开关前后电导率变化可达100万，并就有关领先技术申报了国家专利。在纳米材料研究开发方面有纳米粉末为基的陶瓷复合材料的制备与加工、纳米粉末填充的隐形、耐磨、耐气候等特种涂料以及无机与聚合物结合的功能型复合材料的开发等。2000年成立了“复旦大学纳米技术发展中心”，华中一教授为中心主任。

　　华东理工大学

　　研究纳米科技单位的主要有教育部超细材料制备与应用重点实验室（技术化学物理研究所）、国家超细粉末工程研究中心、生物材料研究所及工业光催化研究所。从事的研究领域涉及纳米材料合成与组装、分散与处理、高表面材料及功能纳米材料等，其中功能纳米材料包括纳米生物与医药、纳米无机/高分子复合材料及纳米催化材料、纳米粉末材料等。建立了目前国内唯一的一套15KW常压微波等离子体纳米颗粒制备装置。设计出超细颗粒材料和纳米颗粒材料燃烧合成反应器，以及纳米颗粒材料反应器。对各种有机物和不同链长聚合物在纳米材料表面的包裹进行研究，以国家“九五”重点攻关项目“化纤钛白产品工业制备技术开发”为目标，解决了化纤钛白干燥后产生的粗粒子和水分散性问题。

　　华东师范大学

　　早在1990年由物理、化学、生物、电子技术和计算机等系联合组建了“纳米材料研究协调组”，现已发展为“华东师范大学纳米功能材料与器件应用研究中心”。十多年来，在承担国家攀登计划有关纳米微晶材料以及磁阻抗效应研究的基础上，研制成磁敏、集成化的纳米磁敏传感器，并用于汽车测速、点火和工业自动化等方面，已列入99年国家重点新产品。另外，采用CVD法，在较低温度（550℃）已批量制备出纳米碳基复合膜，并制成点阵式场发射阴极，发射阈为600－700伏，在高真空条件下，观察到发光性能稳定，重复性好，现已与上海有关工厂合作，进行平面显示器产业化工作。

　　上海交通大学

　　主要在纳米电子学、纳米复合材料、纳米生物、医学开展研究工作。成功研制了平面化、可逻辑集成的单电子晶体管，达到国际先进水平；并成功地开发了纳米电子学器件及集成系统特性模拟软件。其次，成功地研制了多种聚合物基纳米复合材料，建立和发展了多种纳米复合功能材料制备新技术。结合国家当前现代化目标，进行中药纳米化、纳米药物输运技术和纳米生物诊断试剂等研究。此外，还研制成功超硬薄膜材料，硬度达40－50 Gpa，还具有很高的韧性。在传统钢材的纳米化及相关的改性和升级方面取得实质性进展。

　　南京大学

　　1998年南京大学成立了纳米科技研究中心，已建立了多个实验室。进行的创新工作有磁性颗粒膜的微观结构与磁光、磁电阻效应，多层膜的层间耦合与磁性效应、硅基发光材料、微波等离子体工艺制备纳米材料及其在多相催化中的作用等。

　　四川大学

　　四川大学对纳米人工骨进行了研究，将纳米类骨磷灰石晶体与聚酰胺高分子形成复合体，并使纳米晶体含量调节到与人骨所含的纳米比例相同，是一种全新的置换材料将取代现有冰冷的金属和脆弱的塑料等材质。