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屏幕可折叠 仪器更精密…纳米技术带来更多可能
作者:豪客彩票 发布时间:2020-10-26 13:22

  图为在中国国际纳米技术产业博览会上展出的纳米智能机器人。新华社发(王建康 摄)

  图为安徽省合肥恒烁半导体有限公司研发的50纳米128M高速低功耗NOR Flash存储芯片。该芯片可应用于人工智能、汽车电子等行业,今年已实现量产。新华社发

  本周,第十一届中国国际纳米技术产业博览会将在苏州国际博览中心正式拉开帷幕。今年以来,国内与纳米技术相关的各类会议、比赛接连不断,展现出中国把握新一轮科技革命和产业变革机遇,推进纳米技术领域国际合作的积极姿态。

  提起“纳米”,多数人都不觉得陌生。作为21世纪的一大战略技术,近年来,纳米科技频频出现在人们的视野中,小到化妆品、家电,大到航天、交通运输与国防工业,都能看到纳米科技的身影。党的十八大以来,纳米科技被列入“国家有望实现跨越式发展的领域”之一。作为当今世界纳米科学与技术进步的重要贡献者,中国在纳米科技基础研究、应用研究与成果转化等方面不断取得原创性突破,越来越多的纳米黑科技产品面世,以微观尺度改变着我们的生活。

  有人举过这样一个例子:如果把一个直径为一纳米的小球放在一个乒乓球表面,从比例上看,就像把一个乒乓球放在了地球表面。当物质达到纳米尺度后,性能就会发生突变。纳米技术正是利用了纳米材料的这种特殊属性来制造具有特定功能的零部件和产品。

  石墨烯、纳米纤维素、纳米级气相二氧化硅……这些纳米新材料或有着高强韧性,或有着耐高温、循环可再生等优势。用这些新材料制成的设备、器件,可以实现一些过去无法实现的功能。

  近年来,纳米新材料不断问世,带来一些全新的产业,拿我国的石墨烯产业来说,目前已初步形成了以新能源、涂料、大健康、节能环保、化工新材料、电子信息为主的六大应用领域。

  同时,纳米技术也让一些传统产业焕发新的生机,许多添加了纳米材料的日常产品也因此性能升级,给人们的生活带来全新体验。

  在普通玻璃中加入一种纳米凝胶材料,就能让玻璃具有随温度和光线进行自我调整的智能功能。在今年中国国际智能产业博览会上,一款纳米智能玻璃惊艳亮相。在不同季节、不同天气、不同时段下,窗户上的玻璃能变幻出不同颜色,如果周围温度偏高,玻璃就会自动调整透光度,达到最佳遮阳隔热状态。

  用“相机”一拍,就能识别出水果的含糖量、新鲜度,空气的PM2.5含量、污染物浓度……这些功能来自清华大学电子工程系教授鲍捷发明的量子点光谱仪。光谱相当于是物质的“指纹”,借助相当于头发直径万分之一的量子点纳米材料,量子点光谱仪可识别物质的光谱,再通过数据库准确判断物质的种类、数量等。

  屏幕可以折叠的手机、笔记本,具有夜视功能的眼镜,可以随意变换颜色的纳米黑板……越来越多的纳米产品正在走入人们的生活中,在不同领域发挥作用。

  在医疗健康领域,纳米医学已经成为现代医疗的一个重要发展方向。去年2月,“用于肿瘤治疗的智能型DNA纳米机器人”成功入选2018年度中国科学十大进展。纳米技术在疾病诊断、治疗等方面应用日益广泛。

  在此次抗击新冠肺炎疫情的过程中,纳米材料也贡献了自己的力量。比如在疫情期间,上海大学材料学院科研团队研制开发出一款纳米银病毒灭活喷雾,可以让使用者得到一定的安全防护。

  左耳零医疗科技有限公司研制出国内首款抗病毒的纳米光触媒口罩。从外观看,这种口罩与市面上的一次性医用口罩似乎并无分别,但实际上,口罩的夹层中暗藏玄机,有一层具有专利的纳米涂层材料。通过纳米光触媒技术,含有纳米涂层的口罩可以主动将有毒的有机物、细菌、过敏原等彻底分解杀灭,降解成水和二氧化碳,实现对有毒有害物质的更高效过滤。

  纳米科技是多领域交叉学科,与新能源、人工智能、生物医药等产业具有高度融合性。上个月,国家发展改革委等四部门联合发布了《关于扩大战略性新兴产业投资 培育壮大新增长点增长极的指导意见》,其中就提到“加快拓展石墨烯、纳米材料等在光电子、航空装备、新能源、生物医药等领域的应用。”

  近年来,新一代信息技术、人工智能等新兴产业发展火热。纳米技术与这些新兴技术相结合,进一步推动了彼此的发展。在人工智能领域,多种智能终端、智能穿戴、智能家居等柔性触控设备都可以运用到纳米技术。在移动通信领域,移动互联网设备功能器件性能的提升也需要纳米技术的支持,比如制造芯片的纳米刻蚀等核心技术。在10月11日召开的第三届中国数字峰会上,中兴对外展示了包括了系统和芯片等在内的完全国产化的技术成果。目前,中兴已经在5G无线基站的核心主控芯片上采用了自主研发的7纳米技术,实现了7纳米芯片的商用化,这是中国在核心技术领域迈出的积极一步。

  纳米技术在新兴技术领域的突破与进展不仅是未来社会经济发展的需求,更是国家战略安全的需求。在此背景之下,相关纳米技术成果也在不断涌现。

  不久前,国内研发出一种轻质高强韧纳米纤维素仿生结构材料。这种材料的密度仅为钢的六分之一,却具有传统合金材料和工程塑料难以兼具的强韧性。有关专家表示,将这种材料运用于航空航天、精密仪器结构件等领域,对于经济建设和国防建设都有很大意义。

  今年9月底,第六届全国“纳米之星”创新创业大赛总决赛成功举办。相较于以往的赛事,本届大赛有两大亮点,一是涉及信息技术的项目数量明显提升。总决赛29个参赛项目中,近半数的项目内容都与新一代信息技术相关。二是针对“卡脖子”技术展开的研发及产品明显增多,涌现出一批覆盖高性能磁芯、有机半导体、高性能复合材料、高能量密度储电材料及器件等核心技术领域的项目。

  据大赛主办单位的相关负责人介绍,此次大赛获未来企业组一等奖的是“全息衍射波导显示器件”项目。这种显示器件是用于AR技术的核心显示器件,目前全球尚未有成熟的生产线及工艺予以参考。

  项目团队基于近17年在光学设计、纳米光学器件尖端纳米加工方面的技术积累,开发出了适用于衍射显示器件的光学EDA软件,掌握了关键核心材料的制备技术,形成了从光学软件开发、器件设计、基础核心材料研发到器件工艺开发等完整的自主研发成果。

  谈及在纳米技术领域的研究历程,项目团队的成员表示:“纳米科技具有基础性、通用性、前沿性和交叉性,也是信息产业和生物技术的基石,大国之间竞争最激烈的技术领域。我们在整个技术研发过程中感觉到,兴趣、坚持和专注是核心技术研发成功的保证,要足够的耐力、耐心甘坐冷板凳,不能够急功近利,才能够取得技术上的突破。”

  有关资料显示,我国纳米科技的布局较早,上世纪90年代中期之后,纳米材料应用产业就已开始兴起。目前,我国在纳米领域的部分基础研究已跃居国际领先水平。在专利申请量方面,也位于世界前列。这些都与中国在纳米科技领域的持续投入密切相关。

  然而,和西方发达国家相比,我国纳米科技基础研究成果转化率却处于低水平。数据显示,我国纳米科技相关领域产值2018年仅达到3000亿元人民币规模,工匠型技术队伍也相对不足。

  对此,中国科学院院士、国家纳米科学中心主任赵宇亮院士表示,怎样把众多的基础研究成果变成我们国家的生产力,这是摆在我们面前的一个挑战。

  近年来,国内积极推动纳米产业发展布局、探索纳米科技成果转化模式,对纳米科技成果转化、产业化给予政策支持,在苏州、北京等城市形成纳米产业集群。

  作为我国第一个把纳米技术应用产业作为区域战略性新兴产业的区域,苏州工业园区目前已成为全球八大纳米产业集聚区之一,世界首个集材料生长、器件加工、测试分析为一体的纳米领域大科学装置正是在这里诞生的。

  在相关政策的支持下,广东、陕西等省份的不少城市也开始促进纳米产业布局,吸引人才落户,打造了一批新的纳米产业园区。

  以广州为例,去年12月,广州市高新区专门出台了《促进纳米产业发展办法》。内容涵盖了研发平台奖励、融资扶持奖励、重大项目奖励、技术研发与产业化等多个方面,旨在吸引更多的纳米企业来此落户发展。同一时间,广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院也正式启用,以吸引来自全国的纳米科技研究成果在此产业化,形成创新链上中下游的同步协调发展机制。目前,已经有21个产业项目在广州黄埔区、广州高新区推进。

  此外,广州高新区正在重点建设纳米产业集聚区。通过引进中科院和高校顶尖团队,培育、孵化一批高科技创新企业,引领推动当地建成我国纳米科技从基础研究到应用技术研发再到产业转移转化的全链条创新体系,形成纳米科技产业集聚区和辐射效应圈,进一步推动纳米研究成果应用转化。(王雅慧)

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