化学新材料论文范例6篇

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化学新材料论文

化学新材料论文范文1

建筑中级职称论文字数要求

每个刊物的字数都是不一样的,要是发省级刊物的话一般字数在2000字到3000字之间不等,一般多数在2500字左右

建筑中级职称论文

浅谈建筑行业新型材料在建设中的应用

随着科学技术的发展,学科的交叉及多元化产生了新的技术和工艺。这些前沿的技术、工艺越来越多的应用于建筑材料的研制开发,使得建筑材料的发展日新月异。如何在项目开发中进行合理应用,并使其转换为建筑企业新的生产力,进一步增加建筑施工的高技术含量,稳步提高工程质量,增加经济效益,是摆在施工企业面前的重要问题。本文既分析了建筑材料在项目开发中应用的现状,也考虑到了建筑新型材料在应用过程中应注意的事项,并结合多年从事建筑施工工作的经历,谈谈如果加快建筑新型材料在项目开发中应用的思路。

1.建筑新型材料在项目开发中的发展现状

随着建筑市场秩序的逐步规范,科学技术作为第一生产力的作用日益突出,一批具有核心竞争力、技术实力强的企业在市场竞争中迅速做大做强,一些先进的施工技术得到广泛应用,以光导纤维,太阳反射材料,新型高分子材料,纳米技术等为代表的新材料就此步入建材的领地,大大促进了建筑材料的更新换代。实践中,我国新型建筑材料主要包括以下几大方面:

1.1化学制品类新型建材

化学建材产品具有较好的防腐蚀性能、自重轻、施工方便、生产能耗低等特点,是由高聚物加工或用高聚物对传统材料改性所制成的建筑材料的统称。随着建筑业成为国民经济支柱产业之一以及住宅产业的快速发展,建筑用塑料管材发展迅猛。旧的建筑材料正在被逐步淘汰,现以大量了采用塑料窗、新型防水材料、塑料或塑料复合上下水管、塑料电线护管、无机和有机保温隔热材料等新型复合材料。

1.2新型高强度水泥

目前国内已进行普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等5类。不过,水泥新材料的应用主要还是集中在混凝土材料的高性能化和可持续发展的问题上。随着建筑结构物的增多,混凝土材料用量也相应增大,但混凝土原材料中用量最大的砂石骨料不是用之不尽、取之不竭的。利用废弃混凝土制作建筑材料,实现混凝土材料的循环利用是水泥混凝土工业走向可持续发展的根本要求。

1.3墙体新型材料

发展新型内外墙建筑涂料,以及新型承重或非承重墙体材料等新型建筑材料,对降低建筑造价起着十分关键的作用。墙体材料是住宅的主要材料,以往我国的建筑墙体主要是实心粘土砖。随着技术的进步,大量工程建设已经开始使用工业固体废弃物如矿渣、粉煤灰等工业废渣以及建筑垃圾等制造的建筑材料。另外,一些新型墙体材料如石膏与玻纤配制的石膏空心墙板等也逐步被应用到具体的建筑工程中。

1.4绿色建材

绿色建材指采用清洁生产技术,少用天然资源和能源,大量使用工业或城市固态废弃物,产无毒害、无污染、有利于人体健康的建筑材料。绿色环保已经成为当今社会的时代主题,作为其中的一部分,绿色建筑的建设需要大量的健康节能、可循环利用的绿色建材。实践中,绿色建材已经开始应用到个别工程中,相信未来不久,绿色建材将成为建筑材料中的主导。

1.5智能材料

智能材料一般是指以最佳条件响应外界环境的变化,且按这种变化显示自己功能的材料.它可以感到外界环境的变化,并针对这种变化作出瞬时主动响应,具有自诊断、自适应、自修复和寿命预报以及靠自身驱动完成特定功能的能力。有专家预测,到2015年,智能材料

将成为每个 建筑必备的建筑材料新军。

2.项目开发中 应用建筑新型材料的影响因素

建筑材料成本一般占工程造价的60%-70%(以土建工程计算),建筑材料储备占流动资金60%以上。可见,建筑材料在整个建筑工程项目中占有很大的比例,如果新材料能够得到广泛应用,无疑会大大降低企业成本。但建筑新材料的应用是一个系统的工程,总体看,我国建筑业仍处于增长方式粗放、效益较低的 发展阶段,一些企业缺乏主动采用新材料、新工艺、新技术的动力,众多工程仍在使用落后的工艺和技术。因此,要真正使新材料得到应用,必须考虑解决好相关的影响因素。(1)推广应用新技术必须有企业领导的重视和支持及上级主管部门的指导。有必要 组织一个强有力的组织体系,通过认真进行策划、编制详细的 计划措施,有计划地组织科技人员进行技术攻关和岗位培训,抓好各个环节,并按照预定的计划实施,推动新材料的应用。(2)建筑新材料能否得到广泛应用很大程度上是由施工企业经营效益决定的。今天的建筑工程施工必须具备一定的技术条件和技术装备,而这些技术条件和技术装备需要企业的技术力量和技术 工作组织 管理水平来支撑来实施,而这所有的一切都是由雄厚的企业 经济实力为基础的。如果一个施工企业连应用正常建筑材料的能力都没有,就更不谈不上应用新的材料了。(3)建筑施工的特殊性影响到了建筑新材料的发挥。一般来说,建筑施工的类型繁多,规模各不相同,施工作业是多项技术综合应用、工序搭接的过程,在这些生产过程中要应用大量的新型建筑材料,必须有严格的质量标准和有效的整体规划,进保证施工正常有次序地进行,以便达到预期的质量要求。

推广应用新技术,有利于企业提高工程质量,缩短施工工期,降低工程成本,增强 社会 信誉。只要上述几个问题能够得到良好的解决,新技术的应用就能够给企业带来了良好的社会信誉,为企业开拓市场奠定良好的基础。

3.建筑新材料在项目开发中的应用对策

新型建材的推广应用,必须符合各种建筑体系的质量需求。建筑材料的更新换代,必须与建筑体系的变革相适应。因此,新型建材的应用需要一个可供建筑专家与材料专家、建材供应商和建筑承包商共同研究、开发、推广、应用的展示场所,促进新型建材与建筑革新的同步发展。为了构筑这个平台,我们可以从以下几个方面入手。

(1)制定详细的建筑新材料应用计划在编制施工组织设计的同时,认真编制建筑新材料的应用计划和实施措施,使计划、措施、实施对策、优化办法等都能做到井然有序,这样既保证了建筑工程进度和工程质量,又能使新技术得到应用,同时降低了工程的整体成本。

(2)组织新技术培训新材料的应用是一个从陌生到熟悉的过程,为使新技术项目得到顺利的应用,建筑单位应由技术部牵头组织培训、学习规范,对有关人员进行书面交底,明确新技术的施工方法、质保措施、安全措施、质量标准和工程验收规范,为新技术的应用奠定良好的基础。

(3)保证新材料应用质量新技术应用的好坏直接体现在工程质量上。加强应用过程中的质量预控,是保证新材料应用后工程质量的关键。具体在开发项目中应建立质量保证体系,有针对性地确保新技术在工程应用中的成功。在具体施工中,将各施工工序、技术环节对操作人员详细交底,对遇到的实际问题组织有关人员进行技术攻关,保证新技术的顺利实施。

4.结语

广泛应用建筑新材料是建筑企业未来发展的一项重要举措。对建筑企业来说,通过在具体项目应用中应用新技术、新材料、新工艺,能够给自己积累丰富的 经验,从而更能促进企业技术水平的提高,为企业的未来发展带来了生机和活力。

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化学新材料论文范文2

英文名称:West China JOurnal of Pharmaceutical Sciences

主管单位:中华人民共和国教育部

主办单位:四川大学;四川省药学会

出版周期:双月刊

出版地址:四川省成都市

种:中文

本:大16开

国际刊号:1006-0103

国内刊号:51-1218/R

邮发代号:62-79

发行范围:国内外统一发行

创刊时间:1986

期刊收录:

CA 化学文摘(美)(2009)

Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊:

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊荣誉:

中科双效期刊

联系方式

期刊简介

《华西药学杂志》(双月刊)创刊于1986年,是由教育部主管,四川大学和四川省药学会联合主办的药学类综合性学术刊物。于1988年至今被中国科技情报研究中心作为科技论文期刊源期刊;1993年起被美国《化学文载》(CA)收录;被国内《中国药学文摘》、《医学文摘》和《中国生物学文摘》等摘录,被国内各种数据库收录。2001年入选中国期刊方阵双效期刊。2003年被评为《CAJ-CD规范》执行优秀期刊。2008 年再次被确定为药学类中文核心期刊。 多次被评为四川省优秀期刊。

化学新材料论文范文3

一、高分子材料与工程

高分子材料与工程专业培养具备高分子材料与工程等方面的知识,能在高分子材料的合成、改性、分析测试和加工成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。

本专业学生主要学习高聚物化学与物理的基本理论和高分子材料的组成、结构与性能知识及高分子成型加工技术知识。

学习课程

聚合物加工原理、聚合物成型工艺、聚合物流变学、高分子物理、高分子化学、物理化学、有机化学

毕业生具备的专业知识与能力

掌握高分子材料的合成、改性的方法;

掌握高分子材料的组成、结构和性能关系;

掌握聚合物加工流变学、成型加工工艺和成型模具设计的基本理论和基本技能;

具有对高分子材料进行改性及加工工艺研究、设计和分析测试,并开发新型高分子材料及产品的初步能力;

具有应用计算机的能力;

具有对高分子材料改性及加工过程进行技术经济分析和管理的初步能力。

就业方向

该专业毕业生可到石油化工、电子电器、建材、汽车、包装、航空航天、军工、轻纺及医药等系统的科研(设计)院所、企业从事塑料、橡胶、化纤、涂料、粘合剂、复合材料的合成、加工、应用、生产技术管理和市场开发等工作,以及为高新技术领域研究开发高性能材料、功能材料、生物医用材料、光电材料、精细高分子材料和其它特种高分子材料,也可到高等院校从事教学、科研工作。

高分子材料与工程专业的20所大学

二、复合材料与工程专业

复合材料与工程专业培养具有良好的思想素质,强烈的社会责任感,健康的体魄和健全的心理素质、德、智、体全面发展,掌握新型复合材料生产原理和生产工艺、能胜任无机材料、高分子材料、新型复合材料等生产企业基层管理工作和实际岗位操作,具有较高综合素质,“用得上、留得住”的应用型人才。

专业特色

该专业既重视学生数学、力学和材料科学的基础理论培养,又重视学生的工程能力训练,并对有关专业课实行教学内容的国际接轨。课程设置注重基础理论与工程的结合、自然科学知识教育与文化素质教育结合,理论与实践相结合。学校会设有工程设计制图课程设计、工程训练、下厂实习、毕业实习、毕业设计和毕业论文等实践环节。实验有高分子物理实验、高分子化学实验、复合材料制备与加工实验、材料性能测试实验等 。

就业方向

本专业学生毕业后可毕业生可以就业于与复合材料相关的汽车、建筑、电机、电子、航空航天、国防军工、信息通讯、轻工、化工等有关企业和公司,担任工程研究 人员、工程师和营销管理人员,从事设计、研发、分析、生产、测试、评价、营销、管理等工作;也可以在高等院校、研究设计院所从事科研教学工作。

开设院校

哈尔滨工业大学、西北工业大学、华东理工大学、南京工业大学、青岛大学、青岛科技大学、长江大学、中北大学、河北工程大学等

化学新材料论文范文4

【关键词】纳米材料教学方法教学改革

【中图分类号】TB383.1-4;G642【文献标识码】A【文章编号】2095-3089(2018)11-0241-01

前言

纳米材料与纳米技术是21世纪最令人瞩目的前沿科技研究热点之一,纳米科技的蓬勃发展对众多研究领域,乃至人类社会的生产生活产生了广泛而深远的影响,纳米材料的应用和产业化已经成为世界许多国家相继研究和开发的重点。《纳米材料》是高等院校一门重要的新设课程,具有前瞻性、创新性、专业性和实践性强的特点。《纳米材料》及其相关的课程也是许多高等学校材料学化学专业的本科生或研究生的专业基础课程,本课程的开展有助于让学生了解纳米材料与纳米科技的发展方向,提高学生的创新性思维能力,引导学生开展纳米科学前沿课题研究,培养潜在的科研人才,同时,对《纳米材料》的教学也提出了较高的要求,因此需要认真思考和研究。

1.教学内容改革与优化

目前的教材多是围绕着纳米材料的基本概念和基本特性、表征方法、制备技术、纳米材料在各个领域中的应用情况以及功能纳米材料等内容编写,而其中的内容很多都已过时,比如在碳纳米材料这一部分内容时,十前年的主要内容是针对富勒烯和碳纳米管的讲解,而今天,该部分的内容可更多的偏向于目前研究较为热门的层状石墨烯材料。此外,材料表征方面的内容在本课程中占有相当大的篇幅,直接讲解纳米材料的表征特性使学生不能深入的理解,教学内容上有必要加入适当课时讲解较常用的表征手段的原理和分析方法,如X-射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,红外,拉曼等的分析手段。

2.教学手段改革

纳米材料涉及的课程范围较宽,有些章节较为抽象,学生首次接触常会遇到知识过于抽象不便于理解的问题,因此传统的教学模式已不再适应当前培养高素质人才的需要,针对这样的问题,应利用多媒体数字化资源如动画来辅助教学,利用当前各种模拟软件如3DSMAX或PHOTOSHOP将抽象的纳米材料的制备及生长过程进行直观展示模拟,激发学生的学习兴趣。此外,先进的仪器设备是科学研究的重要基础,本学院拥有高分辨透射电子显微镜、热场发射扫描电子显微镜、X射线单晶衍射仪、电化学工作站等设备,需借助这些良好的教学科研基础条件,引导学生参与科研活动,培养学生科研素养,为今后继续深造和走向工作岗位打下基础。

3.教学模式改革

在教学实践中,采取“分组教学”模式,即学生以10-15人为一小组,在既定大课题方向内,由学生自主查阅文献资料,选定具体研究题目,设计实验方案,并与导师探讨方案的可行性。学生在教师的指导下独立完成一种纳米材料的合成制备,对性能测试的结果进行分析,并完整独立撰写实验报告。这种方式将加强学生从理论上学习和理解并能拓展到实际的应用中。这种综合性、多样化的教学模式不仅能加强学生对理论课程的理解的重视,并能极大的调动学生的积极性和创造性,锻炼学生的独立思考能力、动手能力、创新能力、分析解决问题的能力及团队精神。

4.考核方式的改革

纳米材料课程的专业性和前瞻性都很强,常规的考核方式达不到反应学生学习能力和掌握程度的效果,相反地,概念性的知识点较多,一味的要求學生通过记忆背诵的方式来达到考试要求,一方面增加了学生的学习负担,另一方面学生也难以深刻理解所学知识点。卷面考试虽有必要,此外应加入撰写论文的考核方式。该种方式能够督促大三学生对上学期所学的文献检索课程的掌握利用,还能在查阅文献完成论文的同时,丰富与纳米材料课程相关的前沿知识,增强了学生论文写作的思路和方法,对大四的毕业论文的规范写作提前得到了锻炼,为今后的科研工作打下基础。

结语

纳米材料涉及范围广,发展日新月异,通过开展教学与实践及科研相结合的教学模式,提高学生们的学习兴趣,培养学生的独立思考能力、创新能力及团队精神。在以后的教学实践中将进一步加强改革创新,为学生的全面发展和综合素质的提高不懈努力。

参考文献: 

[1]白春礼.纳米科技及其发展前景[J].新材料产业,2001,4:8-11. 

[2]李群.纳米材料的制备与应用技术[M].北京:化学工业出版社,2010. 

[3]朱世东,徐自强,白真权等.纳米材料国内外研究进展Ⅱ——纳米材料的应用与制备方法[J].热处理技术与装备,2010(31). 

化学新材料论文范文5

【关键词】综合设计性实验;产学研合作教育;教学方法;教学方式

高等学校具有人才培养、科学研究和社会服务三大功能,要使高校能够为国家的改革和发展源源不断地提供高素质创新创业人才,更好地为国民经济建设服务,高等学校就必须走出“象牙塔”,打破传统的人才培养模式,探索产学研合作办学的道路。产学研合作教育模式是一种以培养学生优良素质、提升学生综合能力和增强学生就业竞争力作为重点,在教育过程中充分利用学校、企业及科研单位等多种不同教育环境和教育资源以及在人才培养方面的各自优势,把传统的以课堂传授知识为主的学校教育与直接获取实际经验、实践能力为主的生产活动、科研实践有机结合的人才培养体系[1]。产学研合作教育有利于学生创新思维的启迪,在传统的应试教育模式中,学生一般只知机械地接受老师所传授的知识,不愿主动去思考探索,在学习过程中缺少主动性,没有创新性的思维和意识[2]。产学研合作教育是把课堂教学与实践能力直接结合起来,在理论和实际结合的过程中启发学生的创新思维[3]。因此,开展创新性的教学实验就显得非常重要。本人根据自己近年来的教学科研实践,对如何开展产学研合作的大学综合化学实验谈谈自己的几点看法。

1 大学综合化学设计实验开展的必要性

综合设计性实验是我院(环境科学学院)应用化学专业的专业实践必修课之一,是学生完成有机化学、无机化学、分析化学、物理化学等基础课的学习后,理论与实际结合较强的一门专业实践课程,开设该课程的主要目的是使学生加深对本专业所学理论知识的理解,并与实际生产紧密结合,从而使学生成为适应社会需求的应用型人才。综合化学设计性实验的确定及开展需要结合目前企业急需而又长期没有解决的技术难题。可由教师、学生和工厂技术人员组成课题组,从实验方案的论证、实验课题的确定到论文总结、组织鉴定等过程尽可能让学生参与到每一个环节。这些过程的任何一个环节都涉及多学科知识的综合应用,是理论与实践结合的具体体现。这种产学研合作的教育模式,在厂校合作中形成了教学、科研、生产的整体,既解决了工厂的难题,为企业创造了财富,又使教师在实践中能长期保持教学与科研的活力,使学生工程实践能力的得到锻炼。为了能够切实锻炼学生的综合设计能力,实现应用型人才的培养,可以从以下二个方面对传统的教学模式进行改进。

2 大学综合化学设计实验教学内容的改革

在教学内容上,本实验需要与教师的科研项目和相关企业的生产实际问题结合。解决一些前沿型的问题。锻炼他们设计实验及独立思考的能力。例如:在卷烟主流烟气有害气体组分中,CO的含量最大且毒性强,因此降低和消除卷烟烟气中的CO含量对于提高卷烟吸食的安全性至关重要,而且有利于我国卷烟行业的长远发展,特别是对于那些有出口任务的卷烟企业而言,有十分重大的现实意义。虽然,目前工业上对卷烟主流烟气中CO的消除研究已取得了一定的进展,但所报道的上述材料本身均存在一定缺陷,难以满足工业化要求。因此,在工业上,设计和研发一种对CO具有较强吸附能力的新材料具有重要的科学意义和应用价值。金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由金属离子或者含有金属离子的簇(也称为二级构筑单元(SBUs)与多齿有机配体通过配位键形成一维、二维或三维周期性网络结构的晶态材料。由于这些材料具有高度有序的多孔性,高的比表面积以及可调的孔径尺寸和功能化孔道表面,使其在多种领域内存在广泛的应用前景,可作为催化剂、催化载体、气体储存和分离材料等。这类材料对绝大多少的本科生来说是一类没有接触到过的物质, 他们需要自己去了解和探索。而在我们的教师科研项目中,会涉及到这类结构新颖可控的MOFs材料。我们可以将这类新材料与企业需要实际解决的问题相结合,在本科教化学设计实验教学中开展此类实验,既能够开阔学生的眼界,又可以激发他们探索新世界的兴趣。从而有效提高教学质量和效率。此外,科研文献中报道的一些与生命体相关的最新材料也可以尝试开展。例如某些发光材料可以与生物体结合,生物体内成像,即我们可以清楚地看到生物体的组织结构,从而达到研究生物体的目的。将这些最新的内容补充到课堂教学中,可以让学生觉得很有意思,让他们认识到化学不只是有毒、有害、危险性大的物质。化学与我们生活、生命息息相关。

3 大学综合化学设计实验教学方式的改革

实验方案设计是综合性设计实验不可替代的教学环节,其目的是为了培养学生的专业知识、专业技能以及提高解决实际问题的能力。它要求学生具备一定的综合知识,通过查阅国内外资料,总结归纳文献,筛选出最优化的设计路线方案,核算最优原料成本,绘制最简流程图,解决实际问题。通过实验方案设计的锻炼,加深学生对理论课程的理解,巩固和提高学生的知识运用能力,增强学生分析和解决实际问题的能力,能够对学生所从事专业的知识结构和理论联系实际的能力产生重要的影响。摆脱过去常用的教师只是简单讲述实验过程的模式。可以利用一些辅助手段进行教学,譬如可以利用学校的网络数据库资源来提供最新科研成果的链接,以便学生随时浏览和下载。目前,我们学校图书馆的电子资源比较丰富,很多高水平的最新文献均可以下载。对于一些理论知识较浅的科研成果,鼓励学生进行口头报告并相互讲述与评价。通过这种方式既能够加深学生对该领域的全面理解,又能够增强他们对新问题的求知欲望。查阅文献并归纳总结后,与指导老师一起探讨实验方案的设计,突出学生在实验设计方案中的主体性。这样可以真正调动学生的学习兴趣,让他们参与到整个实验的过程中来。因此,将科研工作融入到教学内容中,是一个很好的方法,关键在于如何把握这个度。此外,鼓励一些对科研有兴趣的学生尽早加入科研实验室,与指导老师多交流,将理论课程学习与科研工作相结合,对学生的高标准要求,同时多鼓励,能够激发他们的创造力。

4 大学综合化学设计实验课程安排

该课程作为一门应用化学专业高年级专业实验必修课,一般都安排在第6-7学期,是常规实验课程的一个延伸。该课程通过具体的实验操作训练,来强化和提高学生的实验技能,以及增强对科学前言的了解。同时,通过该课程的学习,学生动手能力、研究素质、分析问题和解决问题能力得到提高,为学生的毕业论文、就业和深造打基础。然而,就目前而言,有的高校还没有开设相应的实验课,有的高校尽管开了实验课,但实验教学内容以传统的验证性、综合性实验为主。实验项目及实验条件、药品、仪器都是教材规定的,而且有些实验工艺陈旧落后,常常是让学生依照讲义,按部就班地进行,不利于提高学生科研主观能动性和创造力,作为高年级专业实验训练,还存在一定的不足。

5 结束语

结合我校建设地方性应用型本科高校的办学宗旨以及环境科学学院专业建设特色,面向应用化学专业开展综合设计实验,不仅与当前精细化学品行业的发展趋势一致,同时也加深了学生对精细有机合成理论知识的掌握和运用,在人才培养、科学研究、服务经济发展方面具有重要的实际价值和理论意义。

【参考文献】

[1]刁丽琳,朱桂龙,许治.国外产学研合作研究述评、展望与启示[J].外国经济与管理,2011(33):48-57.

[2]林伟连.产学研合作共同体:内涵特征与构建路径[J].高等工程教育研究,2013(4):47-51.

[3]刘继红,金雯.高校在产学研合作中的角色定位与战略选择――基于演化博弈的视角[J].黑龙江高教研究,2016(8):18-20.

[4]刘树恒,刘长霞,周立梅.沧州师范专科学校学报[J].设计创新型综合化学实验教学的尝试,2009(2):110-111.

化学新材料论文范文6

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,以指导和推进本国纳米科技的发展。目前,世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。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年就率先制定了国家级的纳米技术计划(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指导协调委员会、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指导与协调,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。