1、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划
由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义，世界各国（地区）纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器，相继制定了发展战略和计划，以发表和推进本国纳米科技的发展。目前，世界上已有50多个国家制定了部级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划，但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。
（1）发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机，美国早在2000年就率先制定了部级的纳米技术计划（NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。之后，日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针，积极推进从基础性到实用性的研发，同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略，目前，已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施：增加研发投入，形成势头；加强研发基础设施；从质和量方面扩大人才资源；重视工业创新，将知识转化为产品和服务；考虑社会因素，趋利避险。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
（2）新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响，韩国、中国台湾等新兴工业化经济体，为了保持竞争优势，也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》，2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》，随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升前沿技术和基础技术的水平；到2010年10年计划结束时，韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平，进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始，相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》，这些计划以人才和核心设施建设为基础，以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标，意在引领台湾知识经济的发展，建立产业竞争优势。
（3）发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头，也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》，并先后建立了国家纳米科技发表协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图，确定中国在目前和中长期的研发任务，以便在国家层面上进行发表与协调，集中力量、发挥优势，争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术，南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略，可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度，加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
2、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮，现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家，都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金，而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称，在过去10年里，世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明，全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内，联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元，2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是，根据《21世纪纳米技术研究开发法》，在2005～2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元，而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究，近年来纳米科技投入迅速增长，从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元，而2004年还将增长20%。
在欧洲，根据第六个框架计划，欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元，有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计，欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国，甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右；另外，地方政府也将支出2.4亿～3.6亿美元。中国台湾计划从2002～2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元，而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言，欧盟25国为2.4欧元，美国为3.7欧元，日本为6.2欧元。按照计划，美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元，日本2004年增加到8欧元，因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是：欧盟为0.01%，美国为0.01%，日本为0.02%。
另外，据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称，很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元，占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元，占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元，占17%。由于投资的快速增长，纳米技术的创新时代必将到来。
3、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言，美国虽具有一定的优势，但现在尚无确定的赢家和输家。
（1）在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果，2000—2002年，共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引（SCI）》收录。纳米研究论文数量逐年增长，且增长幅度较大，2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，3年累计论文数超过10000篇，几乎占全部论文产出的30%。日本（12.76%）、德国（11.28%）、中国（10.64%）和法国（7.89%）位居其后，它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇，是纳米研究最活跃的国家，也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出，2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点，到2002年已经超过德国，位居世界第三位，与日本接近。
在上述5国之后，英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多，各国3年累计论文总数都超过了1000篇，且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外，如果欧盟各国作为一个整体，其论文量则超过36%，高于美国的29.46%。（2）在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计：美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国（1454项），其次是日本（368项）和德国（118项）。由于专利数据来源美国专利商标局，所以美国的专利数量非常多，所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多，所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大，在论文数最多的20个国家和地区中，专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明，很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力，但比较侧重于基础研究，而实用化能力较弱。
（3）就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用，目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断，而且，已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年，美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合，实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标；利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果，未来5～10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点，纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究，期望突破传统的极限，让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒，并按照一定规则排列这些颗粒，使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面，目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大，某些方面处于世界领先水平，但尚未脱离基础和应用研究阶段，距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上，日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1／10，两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路，是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地，如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机，解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过，这些研究大都处于探索阶段，成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
4、纳米技术产业化步伐加快
目前，纳米技术产业化尚处于初期阶段，但展示了巨大的商业前景。据统计：2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元，2010年将达到14400亿美元。为此，各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化，都在加紧采取措施，促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为，美国大公司自身的纳米技术基础研究不足，导致美国在该领域的开发应用缺乏动力，因此，尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项：一是进行纳米技术基础研究；二是与大企业合作，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
欧盟于2003年建立纳米技术工业平台，推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出：建立纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化学家能够协同作战，把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域，生产出更清洁、更安全、更持久和更“聪明”的产品，同时减少能源消耗和垃圾。欧盟希望通过建立纳米技术工业平台和增加纳米技术研究投资使其在纳米技术方面尽快赶上美国。
关键词：纳米技术；生物医学；应用；机遇；挑战
随着科技的进步，纳米技术在生物医药和科学技术等领域的应用较为广泛。尤其是生物医药领域，对于临床医学和基础医学的发展起到了积极的推动作用。虽然在不少科学家和医学研究家们对纳米技术进行了详细的研究，并将其运用于生物医学领域，取得了不错的成效。但是对于纳米技术的研究还不够深入，相较于发达国家而言，我国的纳米医学技术还处于发展的初级阶段。需要对纳米医学技术在今后发展中面临的机遇和挑战进行分析。
一、纳米技术在生物医药领域的应用
（一）纳米生物学
纳米生物学是以纳米作为尺度，其研究内容主要包括：其一，细胞器结构、细胞器功能。比如细胞核和线粒体内部结构和功能分析。其二，交换细胞信息，包括生物体的物质、细胞能量信息等。其三，针对生物反应问题，对其反应机理问题进行研究和分析。比如有关于生物复制和生物调控的机理分析。其四，发展分子工程。包括纳米生物分子机器人和信息处理系统等。将纳米显微术引入生物医药领域，可以为生物学家研究进行研究提供技术支撑。比如ScanningProbeMicro-scopes,简称SPMs，中文简称扫描探针显微镜，这是一种新型的纳米生物技术，标志着显微技术和纳米技术的发展。除此之外，扫描显微镜(STM)的内部结构较小、不复杂，因此操作流程较为简单，生物学家可以借助扫描显微镜展开原子级分辨探究，从而提高生物细胞观测能力和分辨能力。仔细观察原子级的内部结构对于进一步探索和研究生物原子微观知识具有推动作用。在自然条件下，利用扫描显微镜可以对生物的蛋白质、多糖等分子展开直接观察。借助STM弹道电子发射电镜可以对单个原子进行操作，这是一种典型的人工改变单个生物结构和分子结构的行为方式。这种方式可以实现治疗疾病这一超前设想。
（二）生物医学工程
将纳米技术引入生物医药领域，可以帮助传统医生解决复杂的难题。比如纳米机器人和生物传感器。纳米机器人简称分子机器人，是酶和纳米齿轮的结合体，将其引入生物科学领域，能够充当微型医生一角，为医生解决以前的疑难杂症问题。这种纳米机器人不仅可以直接注入血液，还可以成为一种传输身体健康与否的工具。一方面，血液在传输过程中能够判断分子机器人的健康状况，机器人能够获得能量，达到疏通血管血栓的目的。另一方面，医生通过外界信号编制好的程序能够探知和杀死人身体中的癌细胞，从而全面系统地监视身体构造和疾病情况。这种先进医学工程能够为现代医学的发展打下坚实的基础。除此之外，利用纳米技术还可以进行器官的修复工作，比如对修复的器官进行整容手术或者基因配置，从而将错误或者不符合的基因去除，引入正确的染色体装置，进而保障机体的健康运作。
（三）纳米治疗技术
将纳米技术引入生物医药领域是一场全新的革命运动，能够在日后的临床治疗方面起到一定的积极作用。比如德国柏林“沙里特”临床医院，早先就有过利用纳米技术治疗癌症的成功案例。研究人员将氧化钠纳米微粒注入鼠类的肿瘤里，然后将他们放置在磁场中。由于受磁场的影响，患有肿瘤的鼠类的温度会随着纳米微粒升温而增加。实践表明，纳米微粒在可变磁场中的温度能够上升到46℃。这样的高温足够将癌细胞杀死。肿瘤附近的机体组织是健康的，没有受损坏，因此纳米微粒不会烧毁这些健康组织，健康组织的温度也不会受到伤害，这就需要研究人员将目光转移到人体试验中，实现消除人体癌症的目的。
二、纳米技术在生物医学领域中应用的展望
随着社会经济的不断发展以及科学技术的不断进步，纳米技术和生物医学之间的联系不断加强，两者的有机结合不仅能够改善生物医学技术的不足，还可以促进生物医学的进一步发展，为更多的临床实验奠定基础。
（一）生物检测诊断材料的应用
不可否认，将纳米材料与生物诊断技术进行有效融合，能够提高医学检测技术水平。实践证明。两者之间的配合还需要结合生物医学工程和先进医疗器材，医学工程是促进纳米技术与生物医学互相融合的基础，对生物医学工程进行深入研究和分析，能在一定程度上催生新医疗器材的出现。如此一来，机械设备的使用用途和功能将会得到不断扩大，这在很大程度上取决于纳米材料的功能。由此可见，将纳米材料合理运用于生物医疗诊断中，势必会进一步催生一大批更为先进的医疗诊断器材。
（二）纳米技术植入人体器官
利用先进的纳米材料可以制成性能优良的人造器官和人工血液等。将这些器官和血液植入人体，能够帮助人类远离疾病，免遭疾病的伤害。比如将传感器和基因技术进行有机结合，能够将微利器官（比如听觉和视觉上遭到损害的机体）直接植入体内，从而帮助他们恢复视觉和听觉，从而达到正常人的状态。
三、纳米医药技术在发展中面临的机遇和挑战
就机遇而言，我国是首位将纳米晶体合成碳纳米管的国家，这个碳纳米管的长度属于世界最长，其性能良好。在医药学研究方面，我国科学家们利用纳米技术研制出了一批具有抗菌效果的医疗器材和设备，并为现代医疗技术的发展提供了先进的理论和技术支撑。在纳米药物载体的研究方面，我国已有有关于“动物体内”应用的报道。这已标志着我国纳米医疗技术进入了世界领先地位。就挑战而言，与发达国家相比，我国的纳米技术还不够成熟，还需要进一步加强对纳米材料、纳米传感器等方面的研究，以此作为进一步推动我国生物医药科技进步的基础。
四、结语
纳米医药技术对于进一步推动我国临床医学和基础医学的发展具有积极的影响。因此国家相关部门以及科研成员应该以积极主动的态度投入到生物医药纳米技术领域，进一步推动我国生物医药科技的进步。
参考文献：
[1]董大敏.纳米技术与社会发展意义的辩证思考[J].商业经济,2011,23:27-28+32.
[2]中国微米纳米技术学会纳米科学技术分会纳米生物与医药技术专业委员会2010学术年会[J].生物骨科材料与临床研究,2010,05:31.
关键词：纳米技术;纳米材料;食品安全
纳米技术是20世纪末兴起并迅速发展的一项高科技技术,随着研究的深入和科学的发展,纳米技术已经日趋成熟并广泛的应用于各种领域,近年来纳米技术在医药上的许多研究成果正逐步地应用于食品行业,在此技术上开发、生产了许多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品,纳米材料在食品安全上也发挥着越来越重要的作用。
纳米是一种几何尺寸的度量单位,l纳米为百万分之一毫米,即十亿分之一米的长度。以纳米为基础的纳米技术在20世纪90年代初起得到迅速发展并先后兴起了一系列的像纳米材料学、纳米电子学、纳米化学、纳米生物学、纳米生物技术和纳米药物学,纳米技术就是一种多学科的交叉技术,最终实现利用纳米机构所具有的功能制造出有特殊功能的产品和材料。因此,利用纳米技术制造出来的材料就具有微观性和一些普通材料所不具有的功能。
随着纳米技术的发展,纳米食品生产也取得了很大的成就。目前,纳米食品产品超过300种,一些带有纳米级别添加剂的食品和维生素已经实现商业化。据预测纳米食品市场在2010年将达到204亿美元,因此纳米技术在食品上的研究有着很大的发展潜力。纳米技术在食品上的研究和应用主要包括纳米食品加工、纳米包装材料和纳米检测技术等方面。
所谓纳米食品是指在生产、加工或包装过程中采用了纳米技术手段或工具的食品。纳米食品不仅仅是指利用了纳米技术的食品,更大程度上指里哟个纳米技术对食品进行了改造从而改变食品性能的食品。尤其是利用纳米技术改造过结构的食品在营养方面会有一个很大的提高,在这方面应用最广泛主要有钙、硒等矿物质制剂、维生素制剂、添加营养素的钙奶与豆奶、纳米茶等。
然而纳米食品也存在一些问题,首先由于对于纳米食品的加工主要是球磨法这就使得在纳米食品生产的过程中容易产生粉料污染,同时现有的纳米技术也会产生成材料的功能性无法预测,纳米结构的稳定性不高等问题。纳米食品还存在另外问题那就关于纳米食品的安全检测并没有个一个同一的标准。目前,国际上尚未形成统一的针对纳米食品的生物安全性评价标准,大多数是短期评价方法,短期的模型很难对纳米食品的生物效应有彻底的认识。而部分纳米食品存存在一些有害成分,并且经过纳米化后,这些物质更加很容易进入细胞甚至细胞核内,因此副作用也就越大,而这些由于安全检测的标准不统一可能在检测的时候检测不出来,因此纳米食品的安全标准有待进一步统一。虽然纳米食品存在一系列的问题但是纳米技术在食品包装和保险技术中却得到了很好的应用。
首先,在已有的包装材料中加入一定的纳米微粒可以增加包装材料的抗菌性从而产生杀菌功能。目前一些冰箱的生产技术中已经应用了这种技术生产出了一些抗菌性的冰箱。
其次,由于纳米材料的特殊性质,加入一定的纳米微粒还可以改变现有的包装材料的性能,从而进一步保证食品的安全。目前,部分学者已经成功的将纳米技术应用玉改进玻璃和陶瓷容器的性能,增加了其韧性。同时,由于纳米微粒对紫外线有吸收能力,因此在塑料包装材料中加入一些纳米微粒还可以防止塑料包装的老化,增加使用寿命。从而为食品生产提供了性能更加优越的包装容器。
第三,由于纳米材料的力磁电热的性质,使得纳米材料有着优越的敏感性。一些学者已经在研究将纳米材料的敏感性应用到防伪包装上面并取得了一定的成就。新的防伪包装的产生,无疑能够进一步加强普通食品和纳米食品的安全。
第四,经过研究发现纳米技术和纳米材料的一些性能能够很好的解决食品的保鲜问题。
这番话是对纳米时代和纳米科技的最早预言。
纳米，作为今天人们谈论最多的科学新名词之一，其实在自然界就能找到有趣的例子。莲花“出淤泥而不染”，其原因就是因为它的表面是一种“纳米”结构。
“莲花表面纳米尺度的细致结构，使得尺寸远大于这种结构的灰尘、雨水，与叶面的实际接触面积非常小，雨点在自身表面张力作用下形成球状，在滚动中吸附灰尘并滚出叶面，这就是莲花能自洁叶面的奥妙所在。”中国科学院院士、中国科技大学校长侯建国解释道。
纳米科技当前正处于快速成长期。从1997年到2005年，各国政府对纳米技术研究和开发的投入飙升了10倍左右，同期工业投入在2005年更是超过了政府投入。我国的纳米技术研究近年来已取得进步，例如大面积定向碳管阵列、准一维纳米丝和纳米电缆、超延展性纳米金属铜等先进纳米材料的制备，以纳米材料应用为主的纳米技术产业正在兴起。
“纳米时代”离我们还有多远?
我们还处在“微米时代”
“狭义上的纳米是一种长度测量单位，即十亿分之一米。”侯建国接受《望东方周刊》采访时说，而广义上，纳米代表了物质材料或其结构单元在纳米尺度下，也即约1个原子到100个分子大小的范围内，表现出来的不同于宏观体材料的特殊性质和相关应用。
在这个尺度下，包括量子效应、低维带来的尺寸效应等特殊物理机制，开始对物质和材料的特性起决定作用。
最近20多年，随着各种材料制造工艺和分析手段的进步，人们对于纳米世界的认识和探索获得了突破，特别是以扫描隧道显微镜为代表的高分辨率局域探针技术已经可以观测甚至改变原子的位置排列、分子的化学成键等重要信息(例如用金属原子建筑成纳米围栏并观察到被约束在其中的量子波纹)。费曼当年的设想正在一步步被实现。
模拟莲花自清洁特性的机理，人类已经制作出了“纳米自洁领带”以及各类纺织材料，这些材料具有防水、防油、杀菌、防辐射、防霉等特殊效果。
“‘鸟巢’顶棚所用的特殊纳米防护涂层可经受700摄氏度高温。”侯建国告诉记者，这样能避免烟花燃放时对顶棚膜可能的损坏。
虽然纳米技术已经初步走入中国人的日常生活，但侯建国认为，我国乃至世界的科技产业主体目前还是处于“微米时代”，还需要更加深入和大量的研究工作以发展和完善纳米科技。
纳米革命
“纳米技术给普通人的感觉似乎只是无限微缩的部件，”侯建国说，“但实质上，纳米是一种新的思考方式，它的革命性在于其综合学科性，即在很大程度上依赖于物理、化学、数学、生命科学和机械学上的成就进步以及这些学科之间的互动。”
相应地，以纳米科技的研究成果为依托，在未来几十年内将持续产生新技术和推动新产业。
纳米科技在未来的医疗科学中将发挥前所未有的作用。几十年后，人体内纳米级的医疗机械组件将问世，仅有1微米左右大小的“纳米机器人”由多个纳米级尺度的功能组件构成。“他们被医生操控在人体内运动，采集人体图像及其他重要数据，以确诊使用传统医疗技术无法诊断的疾病。”侯建国说，纳米机器人甚至还可以对患病部位进行直接治疗而不必开刀，例如传送医药给肿瘤细胞、清除血管间油脂以疏通管壁等。
环保可再生新能源也是纳米科学的研究热点。当前利用纳米半导体材料如TiO2、ZnO、SO2等作为太阳能电池光电极的研究已经成为热点，其中纳米TiO2材料由于具有光稳定、无毒性等优点，尤其受到关注；也可利用一些特殊分子或纳米结构在光照下的变化，直接把光能转化为机械运动或者化学能而利用。“实验上已经实现了光能驱动的由四个C60分子构成的纳米小车，”侯建国说，在未来微型机械器件的使用中，这种转化方式将非常有用。
英国科幻大师克拉克曾设想过连接地球和地球同步太空站之间的“太空电梯”或者说“太空升降机”，而碳纳米管无疑是制造这种“太空电梯”的最合适材料。“这是因为碳纳米管是由碳原子网形成的空心圆柱，比一般的碳纤维更坚固，其强度比普通钢材料大了两个数量级，密度更低、柔韧性更好，”侯建国告诉记者，利用纳米技术，还可以制备出高性能的传感材料，譬如，利用一些纳米材料列一些特殊气体的吸收能力，可以制造出能够测试环境大气和人呼吸气体中的有毒气体的浓度的感应器，从而实现对危急病人的呼吸或工厂有毒气体泄露的快速检测。
把电脑卷起装进口袋
尽管纳米科技将会是生产力的又一次革命，但它本身也存在潜在危险，特别是对于环境和人体健康方面。“纳米微粒有能力进入人类身体而到达一般化学物质所不能到达的位置，而且其表面积与体积比很高，反应活性很强，可能导致直接病变。”侯建国解释道。
国内曾发现涂层材料软聚丙烯酸酯含有的纳米颗粒侵入浙江一家塑料厂的多名女工的肺部细胞，使她们患上类似尘肺病加肺结核症状的疾病。“我国应该把部分研究资源投向研究和防止新型纳米技术可能带来的危害。”侯建国说，尽可能规避风险，才能最大程度地发挥纳米技术的优势。
比如，当前计算机基于传统晶体硅材料的集成电路元件微型化的发展已经越来越受到高芯片耗电量、高发热以及纳米尺度下量子现象干扰等问题的制约，研究和开发基于单个分子或其他纳米结构的功能纳米器件是一个很好的解决办法。
“中国科学技术大学的研究者们通过‘分子手术’技术，即利用扫描隧道显微镜探针对单个三聚氰胺单分子进行化学键的‘裁剪’，改造成既有整流效应又有机械开关效应的双功能集成新型人造分子，”侯建国说，这些分子电子学上的成就能够为未来电子计算机的研制提供新的材料和思路。
关键词：纳米技术材料生物能源环境
人类对自然界的认识长期以来一直沿着宏观宇宙的大尺度和基本粒子的微观尺度两个方向发展。从20世纪中期开始，人们逐渐发现，介于宏观和微观之间的尺度——介观尺度也具有重要意义，它是一个人类远未深入了解的尺度范围，纳米科技就是处于这一介观世界中“纳米尺度”上的科学技术。
纳米科技是指在纳米尺度（1～100nm）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米科技的最终目标是根据原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性，制造出具有特定功能的产品。
一、纳米材料的应用
从材料的角度看，纳米技术是通过综合控制材料到纳米尺度，引起材料性能发生显著改变，从而用于制备特定功能的产品。纳米材料的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体相比有显著的不同。
纳米材料大致可分为纳米粉体、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块体等四类。
纳米粉体材料可用于高密度磁记录材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学仪器抛光材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、各种药物制剂或药物载体等。纳米纤维可用于新型激光或发光二极管材料、高强度纤维（如碳纳米管）等。纳米薄膜可用于气体催化材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体的主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。
二、纳米生物技术的应用
纳米生物技术是纳米生物学的应用，即用先进的物理学、纳米科技手段研究生物学基本问题，特别是在单分子水平上研究生物大分子的结构、功能和相互作用；应用物理学定量的、大规模信息处理的思路和方法革新研究方法，开拓崭新的研究领域。如生物芯片、DNA计算机和生物信息学等等。纳米颗粒能用作医学诊断和治疗的工具，纳米生物技术的方法也用于发展具有多功能特性的新材料和新器件，如纳米生物传感器等。
三、纳米与能源
随着纳米技术的发展，高效率、低成本的太阳能发电将成为现实。
太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应。除了发展环保的可充电电池外，超级电容器作为一种新型的储能器件，具有无可替代的优越性。它储存电荷的能力强，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。纳米材料应用于超级电容电极的研究，已经引起了越来越多的关注。以碳纳米管为例，它具有大的比表面积、导电性好、化学性能稳定，被认为是理想的超级电容电极材料。
四、纳米技术在环境问题中的应用
随着纳米材料和纳米技术的日益发展，纳米环保技术也迅速发展，不仅拓展了人类利用资源和保护环境的能力，而且为彻底改善环境和从源头上控制新的污染创造了条件。
纳米材料因具有超大的比表面积及表面原子活性高等特点，对各种有毒有害气体具有很高的吸附效率，通过表面修饰及掺杂等工艺，还可以获得对某些微量物质的特别高的选择吸附功能，可广泛用于空气净化和尾气排放无害化、水净化与污水排放无害化、电磁及噪声污染的有效控制、节能与资源的有效利用等领域。
利用纳米技术还可以制备非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01%，因而在燃煤中可加入纳米级助燃催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防止有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车燃烧催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。而各种纳米光催化氧化材料，可以利用光能降解有机物，抗菌除臭，在净化环境、保护健康方面起着越来越重要的作用。
关键词：纳米技术;纳米材料
前言
自从1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支开始，纳米技术便一步一步进入人们的生活。纳米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之间的物质组成的体系运动规律和相互作用，以及实际应用中的技术问题的科学技术。从材料的结构层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。纳米技术不是一门单一的新型学科或者技术，它广泛应用于各类学科中，其中在机械工程中的应用对于机械工程学科的技术变革起到了不可估量的作用。纳米技术运用到机械方面尤其是产生了微型机械技术已经成为21世纪研究的核心技术，很多国家在纳米技术上开始了越来越多的研究。
1.关于纳米技术
所谓的纳米技术就是指用单一的分子、原则制造物质的一种科学技术，纳米科学技术已经成为了将很多现代的先进科学技术作为了基础科学技术，并且成为了现代科学和现代技术进行组合的重要产物之一，现代科学主要包括分子生物学、介观物理、量子力学和混沌物理，现代技术主要包括核分析技术、扫描隧道显微镜技术，微电子技术以及计算机技术，纳米技术一定会引发起一系列的全新的科学技术，比如纳米机械学、纳米材科学以及纳电子学等等。
2.微型纳米轴承
在没有纳米技术之前，轴承的体积都很大，因此会有较大的摩擦力，一般都是依靠油减少摩擦力，但减少并不意味着可以避免摩擦力。运用纳米技术开发的微型纳米轴承几乎没有摩擦力，美国科学家研制的这种微型轴承具有两个明显的特点，首先是非常小，该轴承的直径仅有一根头发的万分之一，而运用在机电系统中的其直径更是只有1nm。仅有微型机械的千分之一。其次，几乎没有摩擦力，这种纳米微型轴承的摩擦力比起以往研制的微型轴承，纳米微型轴承的摩擦力都不到其最小值的千分之一。
3.纳米材料运用
合肥大学研制成功了纳米新型陶瓷刀具，这标志着利用纳米材料制作新型金属陶瓷刀具的问世。这项研究史载金属弹词中加入了纳米氧化钛从而细化品粒。因为对于品粒的细化可以增加材料的硬度和甚至断裂任性。同时，这种纳米技术的应用也大大优化了其力学性能，纳米材料加入到传统的金属陶瓷中对其力学性能来说是个很大的提供，刀具的寿命也提高到2倍以上。
4.纳米耐磨复合涂层的应用
由于纳米材料的颗粒之间往往都存在着库仑力、范德华力，有些颗粒甚还与化学键结合，这也就导致了陶瓷的颗粒极其容易团聚，并且颗粒之间越小其进行的团聚就越紧，也就使其应有的性能很难得到充分的发挥，这个问题也就能够通过施加机械能和化学作用这两种力式来进行解决，但是，硬团聚的颗粒之间紧密结合，仅仅通过化学作用是远远不够的，必须要对其辅助很大的机械力，这些机械力主要包括剪切力和撞击力。
5.纳米技术马达
纳米技术马达的最新一代是由一家美国公司生产的，ManoMuscle公司生产这款纳米技术马达首先亮世于中国的深圳，从体积方面测量，新一款的纳米技术马达仅有传统电磁马达体积的二十分之一。其功率能够负载大约四千克的重量，使用寿命更是达到了100万次，性能如此良好，但其长度却不到一根火柴杆的长度。该马达通过采用纳米技术制造的智能材料，将传统的铜、铁、磁等材料替代，因此，新一代的马达相比于传统马达具有许多优点。重量更轻，几乎没有噪音，而制造成本也更低。目前这种微型马达在机械中的运用并不是很广泛，主要运用于汽车的电动车窗方面。
6.纳米磁性液体用于旋转轴的动态密封
通常静态的密封都是采用橡胶、塑料或金属等材料制成的“O”形环作为密封元件。旋转条件下的动态密封一直是未能解决的问题，无法在高速、高真空条件下进行动态密封。纳米技术的出现促进了磁性液体密封技术的产生。南京大学已试制成水基、烷基、二脂基、硅油等多种类型的磁性液体。在电子计算机的硬盘转处已普遍采用磁性液体的防尘密封，除此之外磁性液体还可于制造新型剂，巧妙利用磁场原理改善效果。纳米技术在机械工程中的应用举不胜举，通过以上这些新型技术的产生，我们不难看出纳米技术对于机械工程的发展有着深远影响。同时，相对于传统机械工程来说，也正是因为纳米技术有很多优势才能取得这样显著的成果。
6.1纳米磁性液体在旋转轴中应用的尺寸效应
在纳米技术领域，其显著成果之一就是在旋转轴中，对传统的尺寸单位进行了缩小，以前的计量单位级为毫米，而今则是纳米级，而1纳米仅相当于1毫米的百万分之一，如果运用在机械工程之中，那么机械的体积会因为纳米技术的应用而极大的降低，在此基础上就有了微型机械为代表的新型机械的诞生和生产。实际上，这种微型化并不仅仅是单纯意义上的尺度上发生了重大变化，而更多的是指可以成批进行制作生产微传感器、集合微结构、微驱动器、微电路等处置装置于一体的微型机电系统。
6.2纳米磁性液体在旋转轴中应用的摩擦性能
纳米技术最为显著的一个特征就是其摩擦性能，在机械工程中，特别是结构和尺寸比较大的机械，由于摩擦力的影响，各种轴承对会因摩擦出现损伤，对机械的磨损非常严重。而纳米材料，则几乎处在一种无摩擦的状态，非常好的克服了摩擦的问题。
6.3纳米磁性液体在旋转轴中应用的材料以及多元化
纳米技术的应用使原材料能够以一种更加微小的形态出现，而且性能强大。其首先不仅改良了传统的材料，同时通过采用纳米科技，更多更新的新材料也不断涌现。磁性液体密封技术证明了磁性液体能够能够被磁场控制的特性，另外在材料的应用过程中，通过向其添加一定的微量元素，还能够使材料获得更好的效果。
7.结语
纳米材料在机械工程中改变甚至颠覆了传统模式的运转，显示了其强大的科技含量，但是在其运用中，我们仍有很多方面亟待解决：如何准确表征纳米材料的各种精细结构;怎样从结构上分析、解释纳米材料的新特性;能否利用某种标准来预测微区尺寸减少到多大时，材料表现出特殊的性能等等。对于这些问题，我们仍需深入研究，以便纳米技术更好地服务于机械工程领域。
参考文献：
今年上半年，雁栖经济开发区以调整优化产业结构、扩大经济总量为重点，以保增长、促发展为目标，紧紧把握与中科院和中关村资源对接的良好机遇，加大科技产业招商力度，推进重点项目建设进程，努力实现产业结构调整优化，区域核心竞争力得到大幅提升。
科技产业迅速发展
记者从雁栖经济开发区管委会了解到，今年上半年开发区经济总体运行形势平稳，107家规模以上工业企业累计实现产值90亿元，同比增长0.5%；销售收入108.6亿元，同比增长5.6%；利润总额8.3亿元，同比增长2.1%；税金7.6亿元，同比增长4.7%。
上半年开发区科技企业实现产值37.8亿元，占开发区总量的42%，大约占怀柔全区高新技术企业产值的86%。相比2011年，开发区科技企业经济总量所占比重提高了约5个百分点。在建和即将开工建设的14个科技产业化项目总投资为25亿元，建成投产后预计年产值将达到50亿元，年缴税将达到4.5亿元。
与此同时，开发区加大招商引资力度，侧重科技优势资源的引进。上半年，共引进亚马逊云计算项目、纳米科技产业园6个项目及理化所2个产业化项目等9个实体项目，项目总投资15.3亿元，占地200亩，建成投产后预计可实现产值20亿元，税收3亿元。此外，开发区还引进了53家孵化型企业，这53家企业当年预计纳税将超过5000万元。
重点工程有序推进
据介绍，北京在纳米科技领域集中了中科院国家纳米中心、清华大学、钢铁研究总院等34家部级科研机构，占全国纳米领域1/3的科技资源，每年承担近一半的国家项目，数与申请专利数占国内总数的近一半。
近年来，北京市不断加大对纳米科技的研发投入，北京市科委先后支持科技项目近50项，累计投入科技经费超过亿元，纳米材料绿色制版技术等处于国内外领先水平、纳米晶非晶合金等产业已经初具规模。
今年5月，北京首家纳米产业园在雁栖经济开发区挂牌成立，实现了纳米科技产业从研发到产业化的深度转变，而该项目也成为雁栖经济开发区大力推动的折子工程之一。
记者了解到，目前，北京纳米科技产业园内的三个重点项目进展顺利。碧水源公司的水处理膜项目、中科纳新公司的绿色制版项目、有研粉末公司的预合金粉项目等一批我市重大纳米科技成果都在有序推进。
碧水源的反渗透膜新技术目前已经试验成功，明年将投入生产。反渗透膜主要应用于海水淡化，碧水源将反渗透技术和纳米技术结合起来，分布在反渗透功能层上的纳米粒子构建了特殊的水通道，这种水通道允许水分子通过，同时排除各种杂质如盐、重金属、细菌及病毒，这些纳米粒子还具有抗污染的特性。纳米科技的成功应用使碧水源公司在膜行业中异军突起。
中科纳新公司目前包括纳米墨水生产线、纳米版材生产线和制版设备生产线在内的纳米材料绿色打印印刷技术产业化基地已经完成建设，目前正在进行设备调试、试生产阶段，预计9月份正式投入使用。中科纳新今年规划生产200台绿色制版机，同时今后每年都会绑定销售纳米版材、纳米墨水等耗材，从而实现持续累积销售的商业模式。
有研粉末公司专门从事有色金属粉末生产，各种有色金属粉末年生产能力总计超过10000吨，已成为国内规模最大的金属粉末生产厂家。该公司一直在从事纳米材料的研究和应用，主要成果包括纳米复合粉末、汽车燃料动力电池的纳米电级材料、航空高温表面的纳米喷涂材料，以及铜粉和氧化铝的纳米改进等。
除了纳米科技产业园之外，一批中科院重点项目建设也正在雁栖开发区内稳步推进。中科院网络中心超级云计算中心项目、中航综合技术研究所项目已经全部封顶，中科院电子学所项目即将竣工入驻，而中科院空间中心项目的施工图纸也已经全部完成。这些折子工程和重点工程将成为未来雁栖建设生态科技创新城最强有力的支撑。
与此同时，雁栖开发区大力推动签约项目开工建设，培育经济增长点。上半年，开发区共有14个在建项目，其中产业化项目11个，科研项目3个。这14个项目总投资24.3亿元，建成达产后预计可实现产值35亿元，税收2.5亿元。
建设生态科技创新城
“大力推进科技成果就地转化，打造科技创业孵化器，引导和支持科技型创业企业成长，打造科技创业中心和科技企业总部基地，建设生态科技创新城”已成为未来五至十年内雁栖开发区建设发展的总目标。在今后一段时间内，雁栖开发区将培育超5亿元的科技企业20家、超10亿元的科技企业10家、超100亿元的科技企业1家，科技上市企业15家，实现科技企业经济总量超300亿。
雁栖开发区相关负责人表示：“抓住现有科技资源，深入挖掘中科院和其他科研单位潜在的、关联的资源，以大项目落地、开工、投产带动经济总量快速提升，是雁栖发展的关键所在。”
记者了解到，下一步雁栖开发区将重点对中科院科技成果进行梳理，深入发掘有前景的科研成果在开发区就地转化。同时加大与有研总院合作力度，争取早日引进有研稀土新材料股份有限公司，促成有研粉末公司和康普锡威公司合并，推动这2家公司上市。此外，开发区正在积极促成合成油等重点企业将总部、结算中心迁入，并计划大力发展楼宇经济，加大对孵化型企业和区内注册区外经营企业的引进力度，以期实现在占用更少资源的基础上提升经济总量。
1纳米及纳米材料
纳米是物理上的长度单位，用nm表示。1m等于10亿nm。l纳米相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。长度单位主要有；光年、千米、米、分米、厘米、毫米、丝米、忽米、微米、纳米、埃。所以纳米是长度单位中非常小的单位。用肉眼是看不到这么小的长度，所以必须利用显微镜才能观察到。纳米是一个长度单位，本身并没有物理内涵。当物质颗粒大小达，到纳米尺度以后，大约是在lnm~100nm这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既不同于原来的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。第一个真正认识判定它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约20nm~30nm大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
2纳米材料的种类
纳米材料分为纳米颗粒和纳米固体，纳米颗粒（颗粒的尺寸，一般指直径不超过10nm最大不超过100nm）也称超微粒。纳米固体也称为纳米结构材料，由纳米颗粒凝聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维等统称为纳米固体。
3纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法很多，一般有物理的、化学的、机械的方法等等。最常见的方法是在惰性气体环境中采用凝聚技术制备纳米材料。制作过程就是将金属原材料置于一个电加热的蒸发皿中，然后将蒸发皿放在充满惰性气体的密闭容器内加热蒸发。在蒸发皿的上部放置一个冷凝系统使得受热蒸发的金属原子（或原子簇）在冷凝器外壁沉积下来，蒸发、冷凝过程结束后，抽出惰性气体，在真空状态下，取下冷凝器上的金属微细颗粒。压制成块，便得到这种金属的纳米固体材料。纳米材料制备技术迫切需要解决的问题是如何提高制备的速度和率，降低成本，尽快使纳米材料的科学技术转化为生产力。
4纳米材料的奇异特性
在纳米量级内，物质颗粒的尺度已经很接近原子的大小。材料的纯度越来越高，缺陷却越来越少。因而，纳米结构材料与普通结构材料相比，在力学、磁学、光学、声学、电学、热学等方面都有很大差异。第一，强度和硬度都有很大提高。例如，由纳米的铁晶体颗粒压制而成的铁纳米结构材料与普通钢铁材料相比，强度提高12倍，硬度提高超过100倍；第二，熔点降低。例如金的熔点为1064℃，加工成10nm左右的粉末的熔点降到940℃，加工至2nm左右时，熔点降到327℃；第三，表面活性增强，具有很强的催化作用。因纳米材料是由众多尺度很小的纳米颗粒所制成。表面积显著增大，表面能也相应增加，同时随着颗粒尺度的藏小，颗粒表面的原子数占颗粒的总原子数的比例迅速增大。因此，纳米颗粒的表面活性大大增强，因而使材料具有很强的催化作用，例如：在火箭燃料中添加少量的镍纳米颗粒。可以成倍提高燃料的燃烧效率；第四，纳米颗粒对光有极强的吸收能力。例如，金属纳米颗粒对光的反射率很低，一般低于1%，所有的金属在纳米颗粒状态下都呈现为黑色。纳米颗粒尺寸越小，材料颜色越黑。第五，材料的磁学性能和电学性能与常规材料却有很大差别。很多在常规下导电的物质，当制成纳米材料时就不导电了，而不导电的物质在制成纳米材料后却能够导电。
5纳米材料的神奇妙用
第一，纳米陶瓷发动机。一般材料制成的发动机所能承受的温度比较低，燃料因此不能充分燃烧，不仅效率低，造成能源的浪费，而且会污染环境。陶瓷材料所能经受的温度比金属高得多，因此纳米陶瓷发动机具有耐高温、效率高、燃料能充分燃烧、减少大气污染等优点；
第二，纳米传感器。可用纳米材料制成光传感器、可燃气体泄漏报警器、湿度传感器等等；
第三，可制成纳米微机械零件与微电子器件，从而使未来的计算机、卫星、电视、机器人等的体积变得越来越小；
第四，纳米催化剂。铜的纳米颗粒是冶金和石油化工中的优良催化剂，在制造高分子聚合物化学工业的反应中，铜的纳米颗粒催化剂有极高的活性和选择性；
第五，纳米光学材料。纳米材料具有普通光学材料不具备的光学特征。因而在现代的光学通讯中有着许多重要的应用。用纳米材料制成的光纤材料可能降低传输光信号的损耗；
第六，纳米机械―细菌大小的机器人。用纳米技术可以制成比细菌还小的机器人。这种机器人中的发动机，依靠人体细胞中一种叫做磷酸腺苷的物质分子所驱动，这种物质能够给细胞提供能量。可以用这种机器人来治疗心脑疾病；
第七，碳纳米管的妙用。所谓碳纳米管是指一种栅网组成的胶带状的石墨薄片，厚度只有一个碳原子大小，大约在百万分之一毫米到百万分之十毫米之间。它具有极高的强度和柔软性以及极强的导电能力。主要用来制成人工肌肉、航天器的燃料储罐等等。
参考文献
21世纪是知识经济科技新时代，高新技术是又“高”又“新”，其科学原理似乎非常深奥，而信息技术、生物技术更是日新月异，不断给人惊奇。其实，高新技术离我们并不遥远，已经深入渗透到社会生活的各个领域，正从形式到观念上改变着我们日常生活的衣食住行、生老病死等方方面面。
纳米，如今大家已不陌生，在家电、医药、美容等广告中，经常见到应用“纳米材料”防腐、防霉、保鲜、抗污染、高渗透、高效、高强等诸多美誉。但是，很多人对这具有“神功奇效”的纳米材料、纳米技术，还是有点说不清楚、讲不明白。
纳米本意是一长度单位，表示十亿分之一米（10-9米），相当于三四个原子的宽度，用“nm”来表示。一根直径0.1毫米的头发，用纳米来量度就是10万纳米（l000000nm）。这样的尺寸度量单位，显然在我们的日常生活中是难以应用的，没有什么实用意义。如果你要买2米衣料，对售货员说扯20亿纳米……人家一定认为你“有病”。但是，在化学、物理学和材料科学上，纳米意义重大。研究决定物质性能的物质结构时，在原子、分子范畴，就用得上纳米。因为，大部分的原子、分子只有几纳米到几百纳米大小。
当我们把物质越磨越细后，物质开始表现出一些新的性能。如一般的铝粉是烧不起来的，而超细的铝粉，可以成为“固体燃料”；咖啡磨细到一定程度后，可以完全“溶于水”而不再有渣。从科学上讲，这些新的性能与原来的性能是有联系的，只是原来没有充分显示出来。铝本来就是容易氧化的物质，但形成的三氧化二铝薄膜会保护铝不再氧化，所以氧化反应不会连续而很剧烈。但超细铝粉表面积大，同时反应就会形成高温积聚，高温又破坏了氧化层使反应连续下去，形成剧烈的放热氧化反应。剧烈的氧化反应就是燃烧，可以用来熔化金属进行焊接，也可以用作火箭的固体燃料。而咖啡磨细后，可以在水中悬浮不沉下去，就没有“渣”了。国外的“速溶咖啡”用中国云南、海南的咖啡豆做原料，靠着“磨细”的技术大大赚钱。而我们为什么磨不细呢？原来靠机械物理方法磨到一定细度后，很难再细下去了，这当中涉及很多物理、化学原因。
长期以来，把物质分离成超细颗粒的努力，一直没有重大突破。直到20世纪80年代，科学家利用气相沉淀等物理、化学方法，终于制取成功为数不多的l～l00nm大小的“纳米级”颗粒材料。就是这为数不多的纳米材料。使我们真正开始着研究“分子尺寸”的物质，并掀起了席卷天下的“纳米热潮”。研究发现，纳米材料的性能大大不同于原来的物质，如本来化学性“稳定”的，变成非常“活泼”；本来“绝缘”不导电的，变成“导体”或“半导体”；本来强度不大、硬度不高，变得坚韧无比，硬度甚至超过金刚钻；纳米“金属”材料居然可以燃烧、爆炸……同样的材料变为“纳米材料”后，似乎有了新的物理、化学性能，这确实令人大吃一惊。
但是，纳米材料的制取并非想象中那么容易。一般的机械粉碎、研磨根本得不到“纳米级”超细微颗粒，必须通过有针对性的、特殊的高技术物理、化学设施，才能制取“纳米材料”。目前，纳米材料还没有成熟的规模生产手段，不同材料的纳米级超微粒的制取仍是一道难题。目前的纳米材料制造成本相当高，用“一克千金”形容并不夸张。而要进一步推动纳米科学和纳米技术的研发深化，必须有充足的纳米材料做基础。所以，世界各国都把“高效制取纳米材料”作为纳米科技研发的重要先导基础项目。
纳米材料在陶瓷材料、生物工程、微电子技术、化工、医药等方面的研究开发，最近已有了可喜的进展。不同的纳米材料，确实有许多意想不到的“神奇”性能。
一、研究专题和期限
专题一纳米功能材料开发与应用
（一）研究目标与内容：
研究目标：
围绕能源、环境、健康及产业科技进步等主题，以工业化规模生产为目标，重点研究开发纳米功能材料及其应用的新产品、新工艺。
研究内容：
1、高储能密度超级电容器生产及应用示范
重点开发多孔电极材料纳米结构及导电性调控、复合改性和电极成型加工等关键技术及专用设备，生产高储能密度超级电容器，并在新能源汽车上实现应用示范。其中，纳米结构碳材料比电容量≥300F/g，公交车用无机混合型超级电容器能量密度≥8wh/kg。
2、轻质高强汽车专用纳米复合聚丙烯塑料规模化生产及应用技术
重点突破纳米功能填料批量化生产及高效分散等核心技术，在材料纳米复合和组分结构优化等多技术集成及生产装备设计选型基础上，开发满足现代汽车要求、具有轻质高强、低气味、高抗冲、抗刮擦等优异性能的汽车仪表板等内饰件专用纳米复合聚丙烯塑料，形成万吨级塑料产品及配套纳米功能填料规模化生产能力，实现产品在国产汽车上应用。其中，塑料弯曲模量≥1600MPa；多轴冲击性能（-30°C）：呈韧性断裂。
3、高感性纳米复合功能纤维的规模化生产及其应用
重点突破纳米复合功能树脂制备、功能纤维成型、纤维聚集体后整理及织物结构设计等一系列关键技术，开发满足高品质针织系列产品要求、具有舒适性和高感性的纳米抗菌功能纤维及聚集体，形成千吨级纳米复合功能纤维生产能力并在品牌针织内衣、运动系列服饰中得到集成应用。其中，功能纤维线密度：0.8-1.5dtex,纤维聚集体抑菌率>99%,透湿率>150g/m2.h。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成。
专题二纳米科技前沿技术研究
（一）研究目标与内容：
研究目标：
结合国家发展战略和经济社会发展的需求，聚焦生物医药和电子器件等领域，研究掌握揭示物质特性的纳米科学理论与表征方法。
研究内容：
1、纳米结构材料及应用
重点研究应用于环境保护与治理、高效节能与新能源、装备制造等领域的材料体系的成分、组织和功能一体化设计，以及具有生物相容性、表面修饰以及微观结构的人体组织修复与替代的纳米结构材料及应用技术。
2、疾病诊断与治疗纳米技术
重点研究基于纳米载体靶向示踪或特异性肿瘤标志物检测技术的心脑血管和癌症等重大疾病早期诊断试剂与系统，以及用于提高药物生物利用度和细胞或基因治疗的纳米技术。
3、纳米加工与器件
重点研究面向器件的纳米加工组装技术、实现利用量子尺寸等特殊效应的纳米电子和纳米光电子器件与集成，以及对目标分子具有多通道和高选择响应特性的食品和环境安全传感器技术。
4、纳米测量技术及装备
重点研究纳米结构和性能测量的新技术、新原理、新方法与纳米体系表征的基本理论问题，开发具有纳米尺度分辨率的分析测量装备。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成。
二、申请方式
1、本指南公开。凡符合课题制要求、有意承担研究任务的在*注册的法人、自然人均可以从“*科技”网站（上进入“在线受理科研计划项目可行性方案”，并下载相关表格《*市科学技术委员会科研计划项目课题可行性方案（*版）》，按照要求认真填写[注意：在可行性方案的“趋势判断和需求分析”中要求增加“纳米尺度效应机理说明”的内容]。
2、申报单位应具备较强技术实力和基础，具备实施项目研究必备条件及匹配资金；鼓励产学研联合申请（专题一所有课题必须以企业为主体、具有产业化实施条件、产学研联合申请），多家单位联合申请时，应在申请材料中明确各自承担的工作和职责，并附上合作协议或合同。
3、课题责任人年龄不限，鼓励通过课题培养优秀的中青年学术骨干。课题责任人和主要科研人员，同期参与承担国家和地方科研项目数不得超过三项。
4、已申报今年市科委其它类别项目者应主动予以申明，未申明者按重复申报不予受理。
5、每一课题的申请人可以提出不超过2名的建议回避自己课题评审的同行专家名单（名单需随课题可行性方案一并提交）。
6、本课题申请起始日期为*年5月30日，截止日期为*年6月20日。课题申报时需提交书面可行性方案（同时提供查新关键词，有关证明、背景材料和参考文献的复印件，在可行性方案封面右上角请注明相应类别）一式4份，并通过“*科技”网站在线递交电子文本1份。书面可行性方案集中受理时间为*年6月16日至20日，每个工作日9:30——17:00。所有书面文件请采用A4纸双面印刷，普通纸质材料作为封面，不采用胶圈、文件夹等带有突出棱边的装订方式。
7、网上填报备注：
（1）登陆“*科技”网，进入网上办事专栏；
（2）点击《科研计划项目课题可行性方案》受理并进入申报页面：
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纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
二、纳米技术在防腐中的应用
纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。
纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。
我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。
三、纳米材料在涂料中应用展前景预测据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。
四、结语
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
[论文关键词]纳米材料应用
[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。
参考文献：
[1]桥本和仁等［J］.现代化工.1996(8):25～28.
“纳米科技的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。”西安纳米科技学会秘书长张纯槐在接受记者采访时表示，现在包括美国、日本、德国等发达国家的政府和企业对纳米科技的研发进行大量的投入，目的是为了抢占这一21世纪科技战略制高点。
与此同时，由纳米技术而衍生的纳米产业化进程也发展迅速。据预测，到2014年，纳米技术产业将达到2.6万亿美元，占整个制造业产值的15%。
“近代社会以蒸汽机技术、电器化技术为主导技术的产业革命我们都错过了，微电子技术的高潮我们也没有赶上。现在纳米技术使大家几乎都处在同一起跑线上，以5000米长跑来形容，少数发达国家最多也才跑了500米，现在我们落后得不是很多，有的还不大落后，这个时候，如果没有正确的认识，没有正确的发展观，是要误大事的，是要对历史负责任的。”中国科学院固体物理研究所研究员、著名纳米专家张立德表示。
因此从战略的高度看待我国纳米科技的发展就是一件十分重要的事情。当前，我国必须制定纳米科技的长远发展战略和规划，从而赶上欧美一些发达国家的脚步。
在另外一个方面，科技也是一把双刃剑。未来我国纳米科技的发展和应用必须要在规范的轨道下进行，如果其发展和应用没有规范，就会出现一些负面效应，其应用甚至会走上邪路。
中国科学院固体物理研究所功能材料研究副主任杨昭荣研究员表示，由于纳米尺度的物质极其微小，其可以通过人体毛孔进入人体血液之中，因此纺织品、化妆品等物品中随意使用，也会给人体带来潜在的健康威胁。遗憾的是，目前还没有针对纳米材料使用的安全防范。这让其在人体医学等与人的身体密切相关行业的应用上留下了安全方面的缺陷。
北京化工大学材料科学与工程学院教授苑会林表示，目前我国纳米行业之所以乱象横生，“伪纳米泛滥”，主要也是没有相关规范，也没有人管。这些年，由于“伪纳米”盛行，很多人打着纳米科技的幌子四处招摇撞骗，也给这个行业造成了很大的负面影响。
中科院院长白春礼认为，“已经出现的纳米技术或纳米产品是真是伪，不是由产品上贴着的纳米标签说了算，也不是由工商部门说了算，甚至也不是由专家说了算，而应根据纳米技术标准来评判是非。”