世界主要國家納米技術(shù)、材料科學發(fā)展動向分析

□ 浙江省科技信息研究院

進入21 世紀后，為實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展，應對降低環(huán)境負荷、采用節(jié)能省資源工藝、推進資源再生利用、服務醫(yī)療保健事業(yè)、建設安全舒適老齡社會等各種巨大的社會需求和挑戰(zhàn)，科學技術(shù)的創(chuàng)新和進步肩負著艱巨的任務。

納米技術(shù)、材料科學作為一個綜合性戰(zhàn)略性的科學技術(shù)領(lǐng)域可以直面上述眾多的社會經(jīng)濟難題，出色地完成有關(guān)的使命。

今天，材料技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到進入納米領(lǐng)域的組織控制技術(shù)、波及亞納米尺度的高分辨能力電子顯微鏡、掃描型探針顯微鏡等的高精度計測、基于第一原理電子狀態(tài)計算的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的預測、基于模擬或仿造的以解析技術(shù)為支柱的共同的基礎(chǔ)科學技術(shù)。

納米科技涉及諸多學科領(lǐng)域，包括物理學、化學、生物學、醫(yī)學、材料科學、信息科學、能源科學、先進制造科學等，是高度交叉的綜合性學科，它也體現(xiàn)了前沿科學和高技術(shù)的融合。納米材料科學技術(shù)的進步，使得各種要素技術(shù)可以組合應用（包括與其它知識、技術(shù)的組合創(chuàng)造新的知識和功能、與不同領(lǐng)域融合產(chǎn)生新的技術(shù)領(lǐng)域），形成新的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)功能、開發(fā)新的應用材料。

納米技術(shù)和材料領(lǐng)域的特殊性，使得它們的研究開發(fā)迅速推進，技術(shù)潮流澎湃向前，展現(xiàn)了廣闊的應用前景。世界主要國家都十分重視納米技術(shù)、材料科學，紛紛制定國家計劃，積極進行投資，大力推進研究開發(fā)。

美國

美國是較早開始實施國家納米技術(shù)計劃的國家。

美國國家納米技術(shù)計劃始于2001 年，迄今已投資270億美元。2018年以后，雖然其預算有減少的趨勢，但對以納米技術(shù)簽名倡議為首的5 個項目構(gòu)成的計劃組成范圍已作了戰(zhàn)略性預算分配。

根據(jù)摩爾定律，一直在推進高性能化的半導體也已觸到微型化的界限，而在不依賴摩爾定律的情況下繼續(xù)追求新的半導體高性能化的“電子復興計劃”則開始起動。量子計算機研究開發(fā)迅速推進，追求量子技術(shù)整體發(fā)展的新的可能性的“國家量子計劃”也開始實施。這些都是美國政府政策支持的重點。

日本

日本是大大早于世界其它國家實施納米技術(shù)國家計劃的。

從1980 年起，日本科學技術(shù)廳和通商產(chǎn)業(yè)省就多重次推進納米技術(shù)研究開發(fā)。許多項目都在日本制定的第1期科學技術(shù)基本計劃（1996年）中就已起動。其后，在第2 期（2001-2005）、第3 期（2006-2010）和第4 期（2011-2015）科學技術(shù)基本計劃中也都制定安排了納米技術(shù)、材料科學領(lǐng)域的項目。

隨著日本第5 期科學技術(shù)基本計劃（2016-2020）的實施，納米技術(shù)被定位為“具有創(chuàng)造新價值、核心優(yōu)勢的基礎(chǔ)技術(shù)”之一。同時，基于建設超智能社會的思考，日本特別確定建設11 個系統(tǒng)，將“綜合型材料開發(fā)系統(tǒng)”列為其中之一。這些基礎(chǔ)技術(shù)包括“構(gòu)件材料·納米技術(shù)”“光·量子”。文部科學省決定實施“光·量子飛躍旗艦計劃”等7個研究開發(fā)計劃。2019年，日本決定實施“為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)社會的超微小傳感技術(shù)開發(fā)”等10個研究開發(fā)計劃。

據(jù)總務省統(tǒng)計局公布，2016 年日本國家科學技術(shù)研究費為18 兆4326 億日元，在特定目的使用的研究費中，“納米技術(shù)·材料”領(lǐng)域為1 兆425 億日元，同比增長4.1%。

歐盟

歐盟在時長7 年的“地平線2020 計劃”(2014-2020)中確定了3 個優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域：“卓越科研”“產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先”“社會挑戰(zhàn)”。在“卓越科研”領(lǐng)域，10 年總投資10 億歐元，啟動“石墨烯旗艦”“人類大腦項目”，從2018 年起實施“量子旗艦”計劃。在“產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先”領(lǐng)域，把在“使能產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)先”中作為“關(guān)鍵使能技術(shù)”的納米技術(shù)和尖端材料技術(shù)置于重要地位。

在“地平線2020 計劃”中，投資預算共748 億歐元（107 億歐元/年）。3 個優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域的預算分配分別為：“卓越科研”244 億歐元，“產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先”170 億歐元，“社會挑戰(zhàn)”297億歐元。

德國

德國聯(lián)邦政府于2006 年發(fā)布了推進研究開發(fā)及創(chuàng)新的綜合戰(zhàn)略“高技術(shù)戰(zhàn)略”。2010 年，該戰(zhàn)略更新為“高技術(shù)戰(zhàn)略2020”。2014 年秋，德國發(fā)布了第3 期戰(zhàn)略“新高技術(shù)戰(zhàn)略”。2018 年則發(fā)布了“高技術(shù)戰(zhàn)略2025”，德國聯(lián)邦政府投資150億歐元。到2025年，產(chǎn)業(yè)界與州政府聯(lián)合，要求研究開發(fā)投資對GDP 的比重為3.5%。

在“高技術(shù)戰(zhàn)略2025”中，新追加的研究項目關(guān)系納米技術(shù)、材料科學領(lǐng)域的有3 項，分別應對塑料問題的以再生利用為前提的材料開發(fā)；電池制造工藝技術(shù)開發(fā)；自動行走用的高可靠性、高性能傳感器、電子學開發(fā)。

另一方面，德國將納米技術(shù)與材料一起定為橫向關(guān)鍵技術(shù)之一，制定了“納米技術(shù)行動計劃2020”（2016-2020），研究資金配置于各個專項計劃，部門參與推進。聯(lián)邦教育及研究部布局廣范圍課題助力納米材料創(chuàng)新活動，課題有“生物經(jīng)濟用的納米技術(shù)”等13項。

進而，聯(lián)邦政府于2018 年發(fā)布了基本計劃“量子技術(shù)-從基礎(chǔ)研究到市場”(2018-2022 年，最長到2028年)，到2021年，預定在量子技術(shù)領(lǐng)域的研究開發(fā)投資約6.5億歐元。

英國

英國由于脫歐將影響到包括納米技術(shù)、材料科學領(lǐng)域在內(nèi)的科學技術(shù)整體的工作。英國決定從2017年起建立產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略挑戰(zhàn)基金，而且，2016 年商務·能源·產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部繼續(xù)進行研究基礎(chǔ)設施的投資，到2021年決定投資58億英鎊。

英國的納米技術(shù)、材料科學技術(shù)戰(zhàn)略的基礎(chǔ)是于2010 年發(fā)起的英國納米技術(shù)戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略一方面反映國民、產(chǎn)業(yè)界、學界的需求，另一方面大力支援作為新興技術(shù)、使能技術(shù)的納米技術(shù)的發(fā)展，促進其利用。2014 年，在關(guān)于科學技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略中，英國將納米技術(shù)和尖端材料設定為領(lǐng)導世界的8項重要技術(shù)之一。

在材料領(lǐng)域，英國商業(yè)·創(chuàng)新·技術(shù)部于2009 年制定了“英國復合材料戰(zhàn)略”，進行面向飛機、汽車的耐用性好、輕質(zhì)、高性能的復合材料開發(fā)。

在量子技術(shù)方面，英國也高度重視，于2014 年起實施英國量子技術(shù)計劃。

法國

法國于2009 年匯集推出“國家研究創(chuàng)新戰(zhàn)略”，與此相關(guān)，同年為推進納米技術(shù)的創(chuàng)新，制定實施“納米創(chuàng)新”計劃。為加速納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，法國設立了納米技術(shù)綜合中心，2009 年分配預算7000 萬歐元。2013年7 月，制定高等教育研究法，在研究開發(fā)領(lǐng)域制定了名為“（研究·技術(shù)轉(zhuǎn)移·創(chuàng)新的戰(zhàn)略議程）法國—歐洲2020”的基本戰(zhàn)略。其中提出納米電子學、納米材料、微納米流體工程為優(yōu)先領(lǐng)域。而在歐盟地平線2020計劃中，先進材料也是優(yōu)先的領(lǐng)域和項目。

隨著一系列改革的推進，2015年3月，法國公布了現(xiàn)行戰(zhàn)略“國家研究戰(zhàn)略 法國—歐洲2020”。這個研究戰(zhàn)略特別確定了10 個社會課題作為重點研究方向，其中包括與納米技術(shù)、材料科學領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)的課題，例如稀有礦物資源依存度減少、能源和化學領(lǐng)域使用的化石系碳化合物替代品、新材料的設計、傳感器等。

韓國

韓國于2018 年2 月公布“第4 期科學技術(shù)基本計劃”，同年7 月發(fā)布“面向國家技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)高級化的國家R＆D 創(chuàng)新”，顯示把國家R＆D 的重點從過去的技術(shù)取得、重視經(jīng)濟性轉(zhuǎn)到面向人與社會的方針。而在早先發(fā)布的“面向革新增長的以人為中心的第4 次產(chǎn)業(yè)革命應對計劃”（2017 年11 月）中，有多個與納米技術(shù)、材料科學相關(guān)的未來型新產(chǎn)業(yè)。

韓國的納米技術(shù)政策，以過去的《納米技術(shù)開發(fā)促進法》（2003 年）為根據(jù)，實施“第4 期納米技術(shù)綜合發(fā)展計劃”（2016-2025 年）。要求其時的技術(shù)水平達到美國的100%或92%，在這個過程中培育12000 名高級納米人才，納米產(chǎn)業(yè)全球領(lǐng)先，納米技術(shù)產(chǎn)品的市場份額達到12%，建立1000家與納米技術(shù)關(guān)聯(lián)的風險企業(yè)。納米技術(shù)公共研究開發(fā)投資，2013年以后與2012年以前相比成倍增長，年增長金額超過5億美元。

2017 年3 月，韓國又發(fā)布了“2017 年度納米技術(shù)發(fā)展實施計劃”。

2018年，韓國政府以合同的形式與相關(guān)的10個部門制作發(fā)表了《第3 次國家納米技術(shù)地圖》(2018-2027)，就韓國未來社會“便利而快樂地生活”“與地球一起生活”“健康而安全地生活”的三大目標，選定了“用納米技術(shù)實現(xiàn)目標的30 項未來技術(shù)”，為此又確定了70 項核心技術(shù)，推進便攜式人工智能、便攜式無線通信、無人機、超快速充電電池等的開發(fā)。

俄羅斯

俄羅斯將“納米系統(tǒng)和材料產(chǎn)業(yè)”選定為國家預算重點分配的8 個優(yōu)先科學技術(shù)領(lǐng)域之一。根據(jù)2007年國家認可的“納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”，明確提出了重視納米技術(shù)的方向。據(jù)此，俄羅斯建立了100%由國家出資的針對納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的投資公司“RUSNANO”。到2015 年，俄羅斯國內(nèi)納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模為9000億盧布，其中RUSNANO投資的企業(yè)的銷售額達3000 億盧布。2016 年該公司投資企業(yè)的銷售額為3690 億盧布。預計到2020 年，該公司將投資1500億盧布，俄羅斯納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達1 兆3000 億盧布，其中該公司投資企業(yè)的銷售額為6000 億盧布。

新加坡

新加坡貿(mào)易與工業(yè)部制定了2020 年起始的5 年計劃“研究、創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)計劃2020”，計劃投資190 億新加坡元。今后5 年間，新加坡政府將生物醫(yī)學、雙向數(shù)字媒體和物理科學與工程3 個方面作為新的重點研究領(lǐng)域。在物理科學與工程中，包括先進材料·制造業(yè)、先進系統(tǒng)·工程。在實施科技產(chǎn)業(yè)化政策、積極進行投資的基礎(chǔ)上，新加坡正在構(gòu)筑由新加坡科技研究局經(jīng)辦的納米印記鑄造和以大學為中心的國際性的納米研究開發(fā)據(jù)點。現(xiàn)在新加坡國立大學設置的主要中心有新加坡國立大學納米科學和納米技術(shù)計劃、先進2D 材料中心、量子技術(shù)中心、新加坡同步加速器光源、離子束應用中心、新加坡太陽能研究院。

印度

印度在科學技術(shù)部之下，設置科學技術(shù)司、生物技術(shù)司、科學產(chǎn)業(yè)研究司。科學技術(shù)司DST 于2001 年10 月實施納米科學技術(shù)計劃。2007 年5 月，開始其后的計劃——國家納米科學和納米技術(shù)使命。在該計劃使命中，包括基礎(chǔ)研究的促進、納米技術(shù)基礎(chǔ)設施的整備、納米領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)應用的開拓、該領(lǐng)域研究員職位授予的人才培育和國際合作研究的促進等內(nèi)容。各項使命均實行補助金的公募。通過支援納米技術(shù)人才培養(yǎng)項目，在全國多個研究所構(gòu)筑納米科學技術(shù)研究所的基礎(chǔ)，成功地構(gòu)筑了該領(lǐng)域的生態(tài)系統(tǒng)。

2020年3月，印度決定擴大納米使命規(guī)模，旨在為繼續(xù)支持該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究開發(fā)，支援更多的關(guān)聯(lián)技術(shù)項目創(chuàng)造環(huán)境條件。科學技術(shù)司和其他司局密切協(xié)作，支援孵化器和新興企業(yè)，與產(chǎn)業(yè)界也積極地進行合作，共同出資，支持與納米科學技術(shù)相關(guān)的項目。

2018年起，科學技術(shù)司和德國DFG 一起實施材料科學·材料工程合作項目，積極地推進國際合作研究。

中國

國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要是構(gòu)成下一代高技術(shù)及新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，提出了綜合體現(xiàn)高技術(shù)創(chuàng)新能力的8 個尖端技術(shù)領(lǐng)域，其中之一是新材料技術(shù)。具體來講，它以納米技術(shù)研究為基礎(chǔ)，在研究納米材料和納米元件的同時，開發(fā)超導材料、智能材料、能源材料，以及具有優(yōu)良性能的特殊功能性材料和新一代光通信材料。“納米技術(shù)研究”則被列入基礎(chǔ)研究領(lǐng)域4個重大科學研究課題之一。

“十三五”規(guī)劃綱要在科技方面對納米技術(shù)、材料科學領(lǐng)域的課題也作了布局。例如“新材料技術(shù)”“新材料的設計與制造工程的研究”“重點新材料”“量子通信·量子計算機”“智能制造·機器人”“航空發(fā)動機·燃氣輪機”等都被列入其中。

在“十三五”規(guī)劃綱要中，以制造業(yè)高端化為目標的“中國制造2025”和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與制造業(yè)融合推進的“互聯(lián)網(wǎng)+”等被放在重大國家戰(zhàn)略的位置。2015 年發(fā)布的“中國制造2025”提出了10個重點領(lǐng)域，“新材料”則是其中之一。

2016 年出臺的“國家重點研究開發(fā)計劃”在2018 年第一期和第二期中設立了9 個課題，總經(jīng)費23 億元，其中之一是“納米技術(shù)”課題。

現(xiàn)在，中國已構(gòu)筑多個國家級納米科技點，例如國家納米科學中心（北京）、國家納米技術(shù)與工程研究院（天津）、納米技術(shù)及應用國家工程研究中心（上海）、國家納米技術(shù)國際創(chuàng)新園（蘇州），它們都承擔著國家納米科學技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的任務。

這些工作都大大地推動了中國納米科學技術(shù)的迅速發(fā)展。北京現(xiàn)已成為中國納米技術(shù)整體戰(zhàn)略的智力中心，而上海、蘇州已成為技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)業(yè)的中心。蘇州從1994年起，與新加坡合作起動蘇州工業(yè)園區(qū)建設，使它成為以納米技術(shù)和生物技術(shù)為中心的高技術(shù)城市。

國家納米科學中心聯(lián)合國際國內(nèi)學術(shù)界業(yè)界積極開展納米科技研發(fā)、學術(shù)交流活動，包括舉行國際會議、創(chuàng)辦刊物、編寫白皮書、發(fā)表論文、申請專利等。據(jù)ChinaNano2017 納米科學技術(shù)國際會議報道，通過論文和專利的數(shù)據(jù)分析，中國的納米科學研究及納米技術(shù)研究開發(fā)已成為世界強國。