科學家研制的納米發(fā)電機
■本報記者 彭科峰
21世紀初,，國內曾興起過一陣“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，納米科技是身邊“最熟悉的陌生人”,。
進入手機店選購智能手機,，蘋果、三星等大牌手機使用的大都是納米芯片,；走進醫(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,，其實從未遠離。它一直和其他技術相結合,，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,、生物醫(yī)藥、能源環(huán)境等領域,，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
對于公眾來說,，納米技術似乎遠不如3D打印技術那么“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,，僅僅停留在實驗室里。
事實真的如此嗎,？
實際上,，就在不久前，《中國科學報》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有限公司,，與印刷領域的納米科技來了次“面對面”的接觸。
“我們的核心技術是納米材料綠色制版技術,，這是一種非感光,、無污染、低成本的新型印刷制版技術,，”在中科納新工作的中科院化學所博士紀藝瓊自豪地介紹,，“如果進一步推廣，它必將引發(fā)整個印刷業(yè)顛覆性的變革,?！?
走進生產(chǎn)車間，幾臺看似不起眼的制版機躺在中間,，幾名工作人員正將一張鋁板放進機器內,，不多時，一張制好的版材就從機器尾端的出口“跑”了出來,。沒有刺鼻的化學藥水味,，沒有排污的管道，甚至沒有大的噪音,，報紙,、雜志的制版過程輕而易舉地在車間內完成了。
“噴墨是手段,，納米是我們的核心技術,，我們用納米的手段來實現(xiàn)親水親油區(qū)域的自由調控?！睋?jù)紀藝瓊介紹,，納米科技給印刷技術帶來新的突破，不但環(huán)保，還可以節(jié)約成本,，“用我們的印刷設備，可以節(jié)約30%左右的成本”,。據(jù)了解,，該項技術的產(chǎn)業(yè)化正在穩(wěn)步推進之中，目前山東等地的報社已經(jīng)開始利用中科納新的設備大規(guī)模印刷報紙,。
無處不在
納米衣服,、納米級芯片，納米顯示屏……納米科技已無處不在
除了納米印刷制版技術,，納米科技其實早已應用于人們的日常生活之中,。只不過，它如同春雨一般,，“隨風潛入夜,，潤物細無聲”，以至于公眾都忽視了它的存在,。
“拿納米鋼皂來說,，其實技術早就成熟了，在很多地方也買得到,?！眹壹{米科學技術指導協(xié)調委員會專家組秘書長、國家納米科學中心科技管理部副主任任紅軒向《中國科學報》記者介紹,，納米鋼皂最早在德國生產(chǎn)出來,，近年來國內也出現(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,，但由于價格高昂，并未進入超市銷售,，而主要在大商場販賣,。
“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向記者比畫了一下，“這里面的芯片都是利用納米技術制造出來的,，但一般人誰知道呢,？”
在芯片制造領域，納米科技的進步意義重大,。每一臺電腦,、智能手機的生產(chǎn)，都離不開芯片,。目前,，英特爾最先進的移動SoC（系統(tǒng)級芯片）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,，并表示將利用這項新工藝生產(chǎn)新一代智能手機和平板電腦芯片,。毫無疑問，這將帶來智能手機,、平板電腦性能的新飛躍,。
“前兩年紅火的納米衣服，在技術上也有了新的發(fā)展,?！睋?jù)任紅軒介紹，國家納米科學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支持,，他們生產(chǎn)”,。
在醫(yī)療領域，納米科技也早已應用多年,。但相對于治療,，目前納米科技主要是在疾病檢測領域發(fā)揮作用?？茖W家針對不同的病情,，設計出不同的試紙，“最簡單的應用就是檢查女性是否懷孕的試紙,，用的也是納米技術,。”任紅軒說,。
據(jù)悉,，2011年，國家納米科學中心和檢驗檢疫部門合作,，研發(fā)了用于快速檢測植物病毒的試劑盒,，目前這種試劑盒已經(jīng)被海關部門投入使用。
中科院生物物理所研究員閻錫蘊也向《中國科學報》記者介紹,，納米科技在醫(yī)學成像,、農(nóng)藥檢測等領域用途很廣。她曾利用納米模擬酶發(fā)展了腫瘤診斷新技術。該技術簡便,、快捷,，突破了免疫組化法依賴于昂貴抗體的限制。
人們日常生活中必須用到的電池,、手機顯示屏等,，也離不開納米技術?！疤技{米管被用作導電材料，已經(jīng)用于鋰離子電池中,，且實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,；利用碳納米管場發(fā)射性質制造的顯示屏，在手機上的運用效果非常好,，也已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,。”任紅軒告訴記者,，每當人們打開手機享受其帶來的便利時,，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線、超微開關以及納米級電子線路等研究中,；1999年,，納米技術逐步走向市場，全年基于納米產(chǎn)品的營業(yè)額達到500億美元……
如今,，納米技術與信息技術,、生物技術共同構成當今世界高新技術三大支柱。包括美國,、日本,、歐盟、俄羅斯等在內的50多個國家和地區(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。美國甚至將納米計劃視為下一次工業(yè)革命的核心,。
“從我國對納米技術的支持力度來看,，納米研究一直是熱點，從未冷卻?！睋?jù)任紅軒介紹,，近年來國家在這方面投入的經(jīng)費基本上每年都在10億元以上。此外,，地方政府也有相應的投入,。
當前及未來納米科技的熱點在哪里？任紅軒認為,，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,、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)在最近的一個里程碑事件,?！比渭t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，而是因為世界上對藥品的研發(fā),、上市有著嚴格的審定程序,。
實際上，科學家們已經(jīng)在實驗室研發(fā)出很多種新藥,，在臨床數(shù)據(jù)的表現(xiàn)都很好,，但因為審批的原因，正式上市尚需時日,。
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包圍圈，阻斷腫瘤組織與外界的物質交換,，從而實現(xiàn)抑制其生長的目的,。目前，研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn),，它在治療乳腺癌,、胰腺癌方面療效顯著,，已經(jīng)申請了三個國際專利和20多個附屬專利，并通過了動物實驗的階段,，未來如果能夠走入市場,，可能會改變目前現(xiàn)有的腫瘤治療方式。
在信息技術方面,，納米科技對提高每平方英寸存儲器的存儲密度,、提高中央處理器的計算速度有著至關重要的作用。目前,，中科院上海微系統(tǒng)所在納米相變存儲器的產(chǎn)業(yè)化關鍵技術上已經(jīng)取得重大突破,。“時下流行的可穿戴智能設備,，其芯片,、材料將來都離不開納米技術。納米技術的進步將推進這些智能設備的發(fā)展,?！比渭t軒說,。
談到中國納米科技未來的發(fā)展,，任紅軒認為，和國外的主要區(qū)別是,，我國企業(yè)在納米科技創(chuàng)新方面所承擔的角色不同,。國內發(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,，導致很多技術“沉淀”在機構與院校,。
“科技創(chuàng)新本來就應該以企業(yè)為主體，如果沒有企業(yè)參與,，國家的投入再多,，都沒有用?！彼J為,，未來國家應該在制度上做好頂層設計，讓一些大型央企拿出一定比例的經(jīng)費進行科技創(chuàng)新,。
此外,，納米技術也亟須建立標準以及認證、認可制度?，F(xiàn)在國內在納米試紙,、納米太陽鏡等部分成形的產(chǎn)品生產(chǎn)方面有相關企業(yè)標準，但談不上國家標準,，更多的產(chǎn)品則缺乏標準,，行業(yè)有些混亂,。任紅軒認為，有關方面應該在產(chǎn)業(yè)規(guī)范方面作出更多努力,。
