科學(xué)家研制的納米發(fā)電機(jī)
■本報(bào)記者 彭科峰
21世紀(jì)初,，國(guó)內(nèi)曾興起過一陣“納米熱”,，納米鋼皂,、納米衣服……此后，納米科技與人們的日常生活似乎越來越“脫節(jié)”,。但其實(shí),，納米科技是身邊“最熟悉的陌生人”,。
進(jìn)入手機(jī)店選購智能手機(jī),，蘋果,、三星等大牌手機(jī)使用的大都是納米芯片；走進(jìn)醫(yī)院檢查身體,，所使用的試紙和試劑很多都是納米產(chǎn)品；回到家中打開電視,，用碳納米管制作的顯示屏為你帶來高清晰的電視節(jié)目……納米，其實(shí)從未遠(yuǎn)離,。它一直和其他技術(shù)相結(jié)合，包裝在層層“外衣”下,，默默為人類提供便利。
展望未來,，納米科技也有望在信息技術(shù),、生物醫(yī)藥、能源環(huán)境等領(lǐng)域,，給人類帶來更多的福祉，甚至成為未來世界的改變者,。
綠色印刷
不產(chǎn)生廢水，不造成重金屬污染,，可帶來印刷業(yè)的革命
對(duì)于公眾來說，納米技術(shù)似乎遠(yuǎn)不如3D打印技術(shù)那么“看得見摸得著”,，也不如智慧城市那樣耳熟能詳。它似乎被束之高閣,，僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室里,。
事實(shí)真的如此嗎,？
實(shí)際上,，就在不久前,，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者隨著中科院北京綜合研究中心的工作人員,，到位于懷柔科教園區(qū)的中科納新印刷技術(shù)有限公司，與印刷領(lǐng)域的納米科技來了次“面對(duì)面”的接觸,。
“我們的核心技術(shù)是納米材料綠色制版技術(shù),，這是一種非感光,、無污染、低成本的新型印刷制版技術(shù),，”在中科納新工作的中科院化學(xué)所博士紀(jì)藝瓊自豪地介紹,，“如果進(jìn)一步推廣，它必將引發(fā)整個(gè)印刷業(yè)顛覆性的變革,?！?
走進(jìn)生產(chǎn)車間，幾臺(tái)看似不起眼的制版機(jī)躺在中間,，幾名工作人員正將一張鋁板放進(jìn)機(jī)器內(nèi)，不多時(shí),，一張制好的版材就從機(jī)器尾端的出口“跑”了出來。沒有刺鼻的化學(xué)藥水味,，沒有排污的管道,，甚至沒有大的噪音，報(bào)紙,、雜志的制版過程輕而易舉地在車間內(nèi)完成了,。
“噴墨是手段，納米是我們的核心技術(shù)，我們用納米的手段來實(shí)現(xiàn)親水親油區(qū)域的自由調(diào)控,。”據(jù)紀(jì)藝瓊介紹,，納米科技給印刷技術(shù)帶來新的突破，不但環(huán)保,，還可以節(jié)約成本,，“用我們的印刷設(shè)備,，可以節(jié)約30%左右的成本”,。據(jù)了解,，該項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化正在穩(wěn)步推進(jìn)之中，目前山東等地的報(bào)社已經(jīng)開始利用中科納新的設(shè)備大規(guī)模印刷報(bào)紙,。
無處不在
納米衣服、納米級(jí)芯片,，納米顯示屏……納米科技已無處不在
除了納米印刷制版技術(shù),，納米科技其實(shí)早已應(yīng)用于人們的日常生活之中。只不過,，它如同春雨一般,，“隨風(fēng)潛入夜，潤(rùn)物細(xì)無聲”,，以至于公眾都忽視了它的存在,。
“拿納米鋼皂來說，其實(shí)技術(shù)早就成熟了,，在很多地方也買得到,。”國(guó)家納米科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)專家組秘書長(zhǎng),、國(guó)家納米科學(xué)中心科技管理部副主任任紅軒向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者介紹,，納米鋼皂最早在德國(guó)生產(chǎn)出來，近年來國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)同類產(chǎn)品,。這種不銹鋼肥皂,，能有效去除魚腥味等多種異味，但由于價(jià)格高昂,，并未進(jìn)入超市銷售,，而主要在大商場(chǎng)販賣。
“納米科技早就無孔不入了,?！痹谵k公室里，任紅軒拿起一部蘋果手機(jī)向記者比畫了一下,，“這里面的芯片都是利用納米技術(shù)制造出來的,，但一般人誰知道呢？”
在芯片制造領(lǐng)域,，納米科技的進(jìn)步意義重大,。每一臺(tái)電腦、智能手機(jī)的生產(chǎn),，都離不開芯片,。目前，英特爾最先進(jìn)的移動(dòng)SoC（系統(tǒng)級(jí)芯片）采用22納米工藝,，高通的高端SoC采用28納米工藝,。采用納米級(jí)較低的工藝生產(chǎn)芯片，可以提高芯片的性能和能耗效率,。
最新的消息是,，英特爾今年將公布14納米制造工藝,，并表示將利用這項(xiàng)新工藝生產(chǎn)新一代智能手機(jī)和平板電腦芯片。毫無疑問,，這將帶來智能手機(jī),、平板電腦性能的新飛躍。
“前兩年紅火的納米衣服,，在技術(shù)上也有了新的發(fā)展,。”據(jù)任紅軒介紹,，國(guó)家納米科學(xué)中心正在幫助一家企業(yè)研制一種耐高溫,、透氣的納米衣服，可用于在高溫下作業(yè)的特種行業(yè),，“我們提供材料和技術(shù)支持,，他們生產(chǎn)”。
在醫(yī)療領(lǐng)域,，納米科技也早已應(yīng)用多年,。但相對(duì)于治療，目前納米科技主要是在疾病檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮作用,?？茖W(xué)家針對(duì)不同的病情，設(shè)計(jì)出不同的試紙,，“最簡(jiǎn)單的應(yīng)用就是檢查女性是否懷孕的試紙,，用的也是納米技術(shù)?！比渭t軒說。
據(jù)悉,，2011年,，國(guó)家納米科學(xué)中心和檢驗(yàn)檢疫部門合作，研發(fā)了用于快速檢測(cè)植物病毒的試劑盒,，目前這種試劑盒已經(jīng)被海關(guān)部門投入使用,。
中科院生物物理所研究員閻錫蘊(yùn)也向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者介紹，納米科技在醫(yī)學(xué)成像,、農(nóng)藥檢測(cè)等領(lǐng)域用途很廣,。她曾利用納米模擬酶發(fā)展了腫瘤診斷新技術(shù)。該技術(shù)簡(jiǎn)便,、快捷,，突破了免疫組化法依賴于昂貴抗體的限制。
人們?nèi)粘Ｉ钪斜仨氂玫降碾姵?、手機(jī)顯示屏等,，也離不開納米技術(shù),。“碳納米管被用作導(dǎo)電材料,，已經(jīng)用于鋰離子電池中,，且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化；利用碳納米管場(chǎng)發(fā)射性質(zhì)制造的顯示屏,，在手機(jī)上的運(yùn)用效果非常好,，也已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化?！比渭t軒告訴記者,，每當(dāng)人們打開手機(jī)享受其帶來的便利時(shí)，就已經(jīng)在不自覺地享受著納米科技帶給人類的福祉,。
往何處去
治療腫瘤,，制造新材料，提高存儲(chǔ)器性能,，納米將改變生活
1991年,，碳納米管為人類發(fā)現(xiàn)，此后被廣泛用于超微導(dǎo)線,、超微開關(guān)以及納米級(jí)電子線路等研究中,；1999年，納米技術(shù)逐步走向市場(chǎng),，全年基于納米產(chǎn)品的營(yíng)業(yè)額達(dá)到500億美元……
如今,，納米技術(shù)與信息技術(shù)、生物技術(shù)共同構(gòu)成當(dāng)今世界高新技術(shù)三大支柱,。包括美國(guó),、日本、歐盟,、俄羅斯等在內(nèi)的50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有各自明確的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略,，并投入巨資，搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn),。美國(guó)甚至將納米計(jì)劃視為下一次工業(yè)革命的核心,。
“從我國(guó)對(duì)納米技術(shù)的支持力度來看，納米研究一直是熱點(diǎn),，從未冷卻,。”據(jù)任紅軒介紹,，近年來國(guó)家在這方面投入的經(jīng)費(fèi)基本上每年都在10億元以上,。此外，地方政府也有相應(yīng)的投入,。
當(dāng)前及未來納米科技的熱點(diǎn)在哪里,？任紅軒認(rèn)為,，主要還是集中在以石墨烯為代表的納米材料、生物醫(yī)藥,、信息技術(shù),、能源環(huán)境這幾方面。
“石墨烯是由單層碳原子組成的二維晶體,，可能是制備功耗更小,、速率更高的新一代納米電子元件的重要基礎(chǔ)性材料。它的發(fā)現(xiàn)是納米科技的發(fā)展史上,，距離現(xiàn)在最近的一個(gè)里程碑事件,。”任紅軒表示,。
在生物醫(yī)藥方面,，盡管納米科技用于新藥研發(fā)成功的案例不多，但這并非納米本身的原因,，而是因?yàn)槭澜缟蠈?duì)藥品的研發(fā),、上市有著嚴(yán)格的審定程序。
實(shí)際上,，科學(xué)家們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出很多種新藥,，在臨床數(shù)據(jù)的表現(xiàn)都很好，但因?yàn)閷徟脑?，正式上市尚需時(shí)日,。
任紅軒舉例說，經(jīng)過10多年的努力,，一種名為“富勒烯包釓”的藥物被研發(fā)出來,，可用于治療各種腫瘤。它的原理是可在腫瘤組織外圍形成一個(gè)包圍圈,，阻斷腫瘤組織與外界的物質(zhì)交換,，從而實(shí)現(xiàn)抑制其生長(zhǎng)的目的。目前,，研究人員通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，它在治療乳腺癌,、胰腺癌方面療效顯著,，已經(jīng)申請(qǐng)了三個(gè)國(guó)際專利和20多個(gè)附屬專利，并通過了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的階段,，未來如果能夠走入市場(chǎng),，可能會(huì)改變目前現(xiàn)有的腫瘤治療方式。
在信息技術(shù)方面,，納米科技對(duì)提高每平方英寸存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度,、提高中央處理器的計(jì)算速度有著至關(guān)重要的作用,。目前，中科院上海微系統(tǒng)所在納米相變存儲(chǔ)器的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)上已經(jīng)取得重大突破,?！皶r(shí)下流行的可穿戴智能設(shè)備，其芯片,、材料將來都離不開納米技術(shù),。納米技術(shù)的進(jìn)步將推進(jìn)這些智能設(shè)備的發(fā)展?！比渭t軒說,。
談到中國(guó)納米科技未來的發(fā)展，任紅軒認(rèn)為,，和國(guó)外的主要區(qū)別是,，我國(guó)企業(yè)在納米科技創(chuàng)新方面所承擔(dān)的角色不同。國(guó)內(nèi)發(fā)展納米科技的主體是科研院所和高校,，大型企業(yè)參與較少,，導(dǎo)致很多技術(shù)“沉淀”在機(jī)構(gòu)與院校。
“科技創(chuàng)新本來就應(yīng)該以企業(yè)為主體,，如果沒有企業(yè)參與,，國(guó)家的投入再多，都沒有用,?！彼J(rèn)為，未來國(guó)家應(yīng)該在制度上做好頂層設(shè)計(jì),，讓一些大型央企拿出一定比例的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行科技創(chuàng)新,。
此外，納米技術(shù)也亟須建立標(biāo)準(zhǔn)以及認(rèn)證,、認(rèn)可制度?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)在納米試紙、納米太陽鏡等部分成形的產(chǎn)品生產(chǎn)方面有相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，但談不上國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，更多的產(chǎn)品則缺乏標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)有些混亂,。任紅軒認(rèn)為,，有關(guān)方面應(yīng)該在產(chǎn)業(yè)規(guī)范方面作出更多努力。
