编号：CYYJ00093

篇名：英、法、德纳米技术最新发展态势

作者： 潘坚 裴晓亮

关键词： 纳米技术

原文： 一、英国 英国的第一个纳米中心于1980年建于Warwick大学。现在英国已有1000家公司、30所大学和7个研究机构在积极开展纳米技术应用方面的研究工作。研究工作包括：医学、仪器仪表测量、环境、处理控制、制造技术、军事、海军、汽车、航空航天、安全与保密、信息技术、通信、日常用品和机器人等。 1、英国的“国家纳米计划（NION）” 英国在世界上最早制定出了“国家纳米计划”，该计划由英国国家物理实验室(NPL)与贸易工业部(DTI)于1986年发起，目的在于促进英国的纳米技术。NION由两个部门组成，一个是“纳米技术论坛”，协调工业界、政府和学院在纳米技术开发方面的进展；另一个是“纳米技术战略委员会(NSC)”，主要负责向政府提供有关纳米技术的咨询建议。在英国，“纳米技术论坛”通过定期组织会议、直接邮件、时事新闻和国际互联网等，成为纳米技术信息传播的主要渠道。 2、LINK纳米计划 1988年DTI开始执行一项“LINK纳米计划(LNP)”。LNP的第一阶段计划为期四年，经费为600万英磅，提供给一些能够从私人企业得到相应资助的大学和公共研究机构。1989年，科学和工程研究委员会(SERC)加入LNP计划，提供经费150万英磅。1990年国防研究局也向LNP的一个研究项目提供了26万英磅。1991年完成对LNP计划的中期评审，DTI追加了470万英磅，将计划延长到1994年6月，随后又追加了50万英磅将计划延长到1995年3月。SERC支持LNP计划中的一个分计划“纳米技术管理计划”，自1994开始，该研究委员会重新改组之后，这部分工作转到“工程和物理科学研究委员会材料计划(EPSRC)”，SERC/EPSRC最后用于“管理计划”的经费为470万英磅。 到1996年10月为止，LINK计划已涉及到1100个公司（其中，中小公司350个），和130个研究机构。正在执行的和已完成的800项计划总额达到4亿英磅。政府每年用于LINK计划的经费为3300万英磅，工业界还提供了同等数额的经费。LINK计划涉及的领域有：电子、通信和IT，食品和农业、生物科学和医学、材料和化学、能源与工程等。所有的LINK项目都必须最少涉及一个公司和一个基础研究机构。基础研究机构可以是大学或其它研究中心，如研究咨询协会、政府研究机构、医院和独立研究组织等。 根据2001年年底的最新统计，在英国参加LINK计划的单位已超过了2000个，许多大公司和中小公司以及英国的所有大学都参与过至少一项LINK计划。如Queensgate Instruments公司（一家中小公司）与Warwick大学合作开发纳米技术，研制出一种新型电容，与加拿大CAL公司签订了100万英磅的合同，为国际空间站的加拿大机器人臂提供传感器。据研究，到2010年，纳米技术将成为仅次于芯片制造的世界第二大产业，拥有数百亿英镑的市场份额。为此，2001年7月，英国财政大臣戈登·布朗宣布，英国政府计划在2002年至2004年间增加10亿英镑的科研投资，用于改善大学等研究机构的条件，提高科研人员工资，增加研究生补贴等。 英国贸工部在新发表的科技与创新白皮书中，已将纳米技术列为21世纪科技发展的重点，加速该领域的发展。白皮书提出一系列旨在吸引人才、鼓励创新、促进科研成果产业化的科研投资新计划。白皮书提出的主要措施包括： l 每年拨款400万英镑，用于增加50名一流科学家的工资，使他们的年薪最多达到10万英镑，以扭转英国科研人才在优厚待遇吸引下流向美国的趋势。这项投资计划将由贸工部、英国皇家学会和沃尔夫森基金会共同承担； l 追加1500万英镑资金，帮助建设科技与企业中心，为高等院校毕业生提供商业技能培训； l 每年投资5000万英镑用于设立地区创新基金，帮助地区机构支持与科技相关的工程和商业计划，促进地区内科研人员、企业家和金融投资家之间的合作； l 设立“小企业研究行动计划”，支持高科技小企业的创立和发展； l 向基因组、电子技术、纳米技术、量子计算机和生物工程等领域投资2.5亿英镑，加强英国在基础科研方面的优势；采取一系列措施促进大学与企业界、工业界的紧密合作，其中包括设立1.4亿英镑的高等教育创新基金。 3、英国大学的纳米研究独具特色 英国有30多所大学参与了纳米科技的研究工作。 牛津大学材料系目前研究的纳米技术项目有40多个，主要有超薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和量子点线等。牛津大学不仅科研基础雄厚，在仪器制造上也有很强的实力。大学内的许多仪器，都是他们自己研制的，有些处于世界领先水平。近年来，为实现纳米技术的产业化，牛津大学在加强基础研究的同时，还十分重视科研成果的转化工作。2001年6月，他们新建了一个以材料科学为主的科学园。在科学园内，科研人员与企业界密切合作，一方面对大学的科研成果进行开发，另一方面根据企业和市场需要研发新的项目。目前，这里的研究涉及生物医学、包装、电信、发电、航空航天、汽车、计算机等许多领域，其中有些项目很有发展潜力。如材料系成立的一家公司，现在正从事纳粒子发光剂的商品化研究，这种纳粒子发光剂主要用于平面显示系统，它比传统发光剂性能先进，有很好的应用前景。 为推动纳米技术的发展，英国政府决定增加1800万英镑的研究经费。这笔资金将分配给两个新组建的纳米技术合作研究组织。这两个组织一个主要从事生物纳米技术研究，由牛津大学牵头，参与的有格拉斯哥大学、约克大学和国家医学研究所；另一个主要从事纳米技术研究，由剑桥大学牵头，成员包括伦敦学院大学和布里斯托尔大学。参与此项合作研究的包括来自材料学、化学、物理学、生物化学、分子生物学、应用数学和工程技术等多个领域的专家学者。为合作研究提供资助的是英国工程与物理学研究理事会、生物技术与生物科学研究理事会、医学研究理事会和英国国防部。 英国格拉斯哥大学电子与电气工程系主要研究领域为光电子学、干性光刻、生物电子学、分子电子学、纳米电子学先进计算学以及系统和控制。SPEED (苏格兰动力电子学电气装置) 试验室建在此系内，主研方向是电机和驱动器的高级CAD软件，并备有专用的硬件控制设备和测试设备。英国格拉斯哥大学纳米研究中心位于苏格兰。专业方向为纳米电子和纳米制造，使用的技术有电子束刻蚀、干刻蚀、分子束外延、电子显微镜、半导体装置和线路的数学建模，以及一系列的故障诊断和检查程序。 英国利兹大学纳米装置建模中心协调大学内的纳米技术设备建模工作。目前，它由应用数学研究系、电子与电气工程系、物理与天文学系、自组装分子系统中心(SOMS)等系的支持。 纽卡斯尔大学的纳米技术和技术研究中心(CNSAT)是一个跨学科的研究中心，连接有自然科学、工程、生命科学、医学研究和使用微纳技术的临床医学。当前的研究重点是微系统部件和纳米电子、微电子装置的制造、纳米结构的制造、智能技术用的薄膜、用于生产和特性测量的仪器仪表，以及结构和高性能材料。 诺丁汉大学机械和制造工程部聚合物工程中心的主要目标是开发建立在传统聚合物处理设备基础上的高性能材料。这些材料含有各种纳米成分，具有空前的机械性能、阻燃性能和强度。除了开发新的材料之外，该中心还在开展聚合物处理研究、流变能力研究、增强纤维复合材料、阻燃材料和废物循环利用。 开展纳米科技研究的大学还有：曼彻斯特大学、普次茅斯大学、端丁大学、设菲尔德大学、斯特拉思克莱德区大学、苏赛克斯大学、威尔士Aberystwyth大学、约克大学、Daresbury实验室、Heriot Watt大学、皇家科学、技术和医学学院、蓝开斯特大学、卢瑟福 Appleton实验室、女王大学、伦敦综合大学、Bath大学、伯明翰大学、布里斯托尔大学、Cranfield大学、敦提大学、De Montfort大学、达拉谟大学、爱丁堡大学，等等。 二、法国 法国目前尚未发布独立的纳米科技国家计划，但在相关计划中也包含有纳米技术方面的研究。如法国“国家微科学技术计划”于1993~2000年实施，年资助1200万美元，受资助的项目有130项，约100家公司、25所大学及研究所目前涉足微系统领域和纳米科技领域。 1、老牌纳米技术研究机构 法国国家科学研究中心(CNRS)：研究内容包括分子束和分子簇沉积、蚀刻、电化学、软化学和生物合成、分子电子学、大间隙半导体和纳米磁学、催化剂、纳米滤光器、治疗难题、农业化学，甚至包括可塑性混凝土用水泥等。据估计，该中心将其预算的2%（约4000万美元）用于纳米科技计划，资助60个实验室的500名研究人员。与该中心合作研究和生产纳米材料的公司有汤普森、圣戈班、罗纳-普朗公司、液气公司和北部电子微电子研究所。 波尔多化学与凝聚态材料研究所：主要项目有： l 无机-有机混合、生物混合、微粒、纳米颗粒和纳米复合材料、插入、嫁接、封装、溶胶-凝胶、厚膜和薄膜、核-壳粒子、电镀铬系统、太阳能电池、锂电池、生物材料； l 纳米材料应用于电化学和光电化学领域； l 单磷酸盐核苷和在分层金属氢氧化物中的DNA的交互式纳米混合； l 用无机硫化物纳米粉覆层DNA； l 化学链性质、电化学和带有不同大小颗粒的尖晶石氧化物LiMn2O4的电化学特性之间的关系，以及电化学嫁接概念。 材料设计和结构研究中心（CEMES）：隶属于法国国家科学研究中心。该研究所有19个专业成员、35名CNRS科学家和45名技术员以及行政管理人员。CEMES参加了欧洲的PHANTOM计划，组成了分子电子组(2名专业成员和9名CNRS科学家)。 2、新成立的微米纳米技术发明中心（Minatec） 为使法国在欧洲保持其在纳米电子学研究领域的领先地位，法国决定在格勒诺布尔市兴建一个微米纳米技术发明中心。它是由法原子能委员会-格勒诺布尔市电子技术与仪器实验室、格林诺贝尔国家综合技术研究所发起成立的一个机构，目的是要成为欧洲微纳米研发的主要支柱。该机构成立于2000年3月，最初名称为微纳米技术革新中心。目前，它已进入实际运行阶段并已取得初步的科研成果。 （1）主要目标 Minatec不仅对法国而且对欧洲来讲也是一项十分重要的计划。Minatec的总部设在格林诺贝尔，但在世界各地还有科学、技术和工业基地，并正在联络法国及世界各国的纳米科技研究机构，组建全球的战略合作网络。该中心拟实现的主要目标是： 重新组织同一地点的工业界、研究部门和应用部门以及人材培养、人员培训，后勤支持等方面的工作； 加强多学科、纳米技术、软件、生物和应用方面的研究； 促进与法国、欧洲、美国及至亚洲国家研究机构的合作与结盟； 向工业界提供建议及技术转让的各种方式：如合同制研发、公用实验室等 建立适合于微纳米科技新要求的初期培训和继续教育的机制。为此Minatec根据工业部门的需要，建立了理论和实际应用培训组，提供最先进的技术培训。向大公司提供能够为多个机构服务的专业研究人员和设备(设计工具、净室和测试设备等)。 （2）建设计划 该中心的基础设施建筑面积将达到6万平方米，于2001年开始，计划2004年完工。2001年到2005年间，将安装技术设施、召集人员、制定能够工业化的研究项目计划，于2005全部建成，计划投资为10亿法郎。 （3）取得初步成果 Minatec成立只有一年，但已取得初步成果，主要有以下几个方面： l 制定了两年建立新实验室的计划，研究项目为纳米磁学、微光电子学、微流体学、微光子学。 l 促进了战略结盟。Nexus公司已决定将其网络总部从柏林迁移到法国格林诺贝尔Minatec中心内。 l 促进了CEA-Léti和CSEM（瑞士电子和微技术中心-位于Neuchâtel）的战略联合，共同开展微纳米研究。双方于2001年6月3日签署协议，取长补短，共同开展微电子和纳米技术方面的研究以及制造和商务活动，以满足工业界的需求。这两个研究中心相距不远，联合后，可以集中近千名研究人员，投资总额将达到2亿欧元。 l 促进与Rhône-Alpes地区的基础研究合作。CNRS/UJF和CEA-格林诺贝尔实验室的基础研究集中在纳米技术和纳米物理。其中部分研究项目得到法国政府和Rhône-Alpes地区政府的地区发展计划的资助。 3、微纳米技术研究网（RMNT） 微纳米技术研究网是法国国家教育科研与技术部于1999年建立的一个网络平台，目的是在政府认为优先的研究领域内，为研究机构与工业界牵线搭桥，将最新的技术迅速地转让给工业界。为此，RMNT所有的实验室都向工业界开放。 RMNT集中于微、纳米科学和技术开发信息，涉及到多个领域，如：电子、机械、光学、生物、化学等。该网主要的目标是： l 制定面向工业界的合作计划并跟踪计划的执行； l 满足经济需要，促进合作和实验室成果向工业界的转让； l 促进新兴企业的建立与成长； l 为科技共同体的活动做出贡献。 为此，网络平台要首先确定技术关键和社会需求，经专家分析后，对交付给公共研究机构的合作计划进行登记注册以争取资助，并促进合作与交流。网络由方向委员会管理，由工业界研究部门代表组成。方向委员会选择计划并申请公共资助。方向委员会由17个成员组成，由工业界、科学界和相关大学代表组成。委员会每年最少要召开三次会议。 委员会成员由下述机构的代表组成：ALCATEL-光电子部、GEMPLUS、STM微电子公司、原子能评估委员会、PICOGIGA、RECIF、ANGENIEUX等公司的代表和G. Roussy 研究所/ 肿瘤免疫实验室(巴黎)、北方电子和微电子研究所(里尔)、基础电子研究所 (奥塞)、震动物理和计量实验室 (贝藏松)、材料和结构研究实验中心（CEMES） (图鲁兹)、系统分析与结构实验室(图鲁兹)、原子能委员会（CEA）-电子技术和仪器仪表实验室（LETI）等实验室的代表组成。 委员会下设执行局，通过执行局保证网络的运营，它由常驻代表和覆盖全国各地的地区性机构组成。执行局是网络的切入点，它协助方向委员会制定计划并为计划提供后勤支持。执行局总代表由CEA/LETI的人担任，共选出13名成员。其总部设在格林诺贝尔，另外又在法国各地设有8个下属机构，基本覆盖法国全境，安排在：北部、东部、东北部、西部、巴黎大区、南部、东南部、西南部。各地企业和实验室可以与所在地的机构直接联系。执行局每年最少召开一次会议。 三、德国 德国在1993年就提出了今后10年重点发展的9个关键技术领域，其中4个领域涉及到纳米技术。德国教育与研究部（BMBF）认识到了纳米技术作为未来技术的重要性，为此给予大力支持，目前已获得显著的成果并得到了相当程度的应用。据估计，1997年BMBF用约5000万美元的年预算支持纳米技术研究计划，从1998年开始BMBF在德国兴建了五个具有竞争力的纳米技术中心，研究课题范围很广，涉及从分子结构到超精密生产各个方面。 1、2001年公布的新计划 2001年6月26日，德国联邦研究部决定拨款1亿马克（1美元约合2.3德国马克）用于开发纳米生物新技术的研究项目。德国联邦研究部议会国务秘书卡滕胡森强调指出，德国要在纳米这一具有广阔前途的新技术领域占居世界领先地位。第一批21个项目的参与资金为4000万马克，参与第一轮研究开发的有马普研究协会、弗劳恩霍夫研究协会、图宾根大学和MAGFORCE股份公司等21家机构。此项拨款的主要目的是进行一项跨学科的课题研究，它涉及物理学、生物学、化学、材料学和工程学等多门学科。一方面要加强纳米技术基础研究，另一方面要努力将新技术直接应用到实际生活中去。卡滕胡森指出，德国工业界和高等院校将积极参与这一为期6年的研究项目。 2、主要研究机构 德国的大学、研究所和工业界在开展纳米科学与纳米技术研究中一直保持着密切的合作和信息交流。德国现有六个卓越纳米技术中心（网络）组成一个纳米技术领域内的网络平台，该网络连接了五个不同的跨学科研究领域。这一平台为纳米技术不同学科之间的专业技能转让与交流提供了便利，并为未来任务、方案和目标提供各类信息。每一个中心有3～4名成员，负责推动网络工作、向公众传播纳米技术知识、为教育提供咨询。 Forschungszentrum Karlsruhe GmbH纳米技术研究所是德国最大的纳米技术研究机构，是由德国教育技术部资助的，成立于1998年秋季。该研究所的主要目的是为工业界提供服务，如鉴别和研究与工业生产、工艺有关的纳米技术。该研究所得到卡尔斯鲁厄大学和法国斯特拉斯堡大学的协助，于1999年初开始实验工作，集中研究催化作用纳米束、纳米结晶材料等。 德累斯顿固态和材料研究所成立于1992年，由撒克逊州和德意志联邦共和国政府资助。现有研究人员400名，主要研究方向是面向应用的基础研究。该研究所是德累斯顿材料研究协会的成员，并与德累斯顿技术大学联合。研究范围包括金属、非金属功能材料和薄膜的基础研究与相关应用研究，结构特性研究和故障机制以及优化生产工艺等。 3、主要研究领域与规模 德国的学术界、企业界十分重视那些具有市场化前景的研究领域，已形成独具特色的研究技术群与研究团体，目前重点集中在6个领域进行研究开发：超薄层（Ultrathin layers）、横向纳米结构（Lateral nanostructures）、超精细表面加工（Ultraprecise surface manufacturing）、纳米结构分析（Analysis of nanostructures）、纳米材料和分子建构（Nanomaterials and molecular architectures）、纳米光电子器件（Nano-optoelectronics）。 超薄层：超薄层具有很高的市场潜力，特别是在电子器件、部件、传感器、植入、人造皮肤以及腐蚀防护等方面。许多产品的实用价值都取决于超薄层功能特性，它可以导致开发出新一代的产品。通过建造和连接不同的纳米级超薄层，组合复杂的机械、光学、电子或化学特性可以生成三维的具有定向功能特性和高集成密度的物体。这种技术可以应用于有机和无机衬底材料上也可以应用于生物分子结构衬底上，可用于制作转换开关、传感器、处理器、作动器隔膜、催化剂或抑制剂以及无数的其它应用。由28家公司、10家大学院校、15个研究中心组成了超薄层虚拟开发中心，共同攻关。 横向纳米结构：纳米结构技术领域的另一个重要目标是把原子和分子单元通过自我组织方式组合成更大的系统，这也就是常说的自下而上的生产方式。主要难题是自我组织时，有机、无机界面间和物质表面分子系统的化学、物理耦合方式。结构的革新和在原子量级的操作将会产生全新一代的智能便携式电子器件、卫星通信以及复杂数据传输设备等。开展这方面工作的有1家由50个研究组组成的协会、16家公司、若干经济和风险投资家，而且得到了德国4个部的支持。 超精细表面加工：在光学和精密工程加工领域，工业界应具备下述工艺能力：表面制造工艺、修复研磨或涂层缺陷的工艺，以及开发小于100纳米的光刻设备和超高精度工艺的联机监控等。表面越平，其光学性能也就越好。需要精确成型和平滑表面的产品有光学器件、晶片、读写头等，这是一个价值数十亿美元的大市场。目前有22家研发机构、19家工业公司组成了一个“能力网络”，致力于该领域的研究与市场开发，迄今已取得显著成果，目前已获得35项专利、120项经贸合作，营业额达到30亿马克。 纳米（结构）分析：在纳米技术应用中，为了量化产品的质量，必须要对纳米结构进行垂向和横向的测量和分析，这是非常重要的一个领域。在纳米分析中可以采用带有场辐射和隧道效应的以电子、离子、中子、中性粒子和光子束为基础，以及应用声、电、热、磁、光原理的测量技术。在不同化学成分和结构成分的材料界面处，可能会出现散射、分离、腐蚀、再结晶、形成合金、相位转换、催化反应等现象。对纳米级的构造单元进行质量控制和标准化，纳米测量和分析是至关重要的因素，因此，纳米（结构）分析领域也成为一类重要行业。为了建立一个有能力的权威性分析网，德国最有成效的研究集团、知名机构、大型工业企业制造者和用户组成这一纳米分析网络。 纳米材料和分子建构：在德国，工业界和大学实验室已开展了数十年的材料应用研究和材料理化性能方面的理论研究，一些大公司和许多小公司都是材料的生产者和用户。他们的研究工作还集中于材料结构基础研究和材料原子和分子束组成的研究，进一步的研究、开发包括理论上的分子设计、分子材料生产、性能确定的方法以及大分子材料产品的制造。在材料和结构发展的同时，对材料表面和粒子的分析也在不断取得进展，以便能够控制材料特性及材料的重复性生产。目前，新材料已开始大量销售（如BASF公司和Merck公司利用纳米颗粒原理生产出新型色素），在电子、化妆、医药、光学或肥料工业界，新材料拥有广大的市场。许多材料研究所正在加紧研究纳米材料性能，如果能够解决纳米材料的分析、测量与性能控制技术，小型企业也有可能提供这些材料。为了开展培训、研究、开发、生产和推销各类纳米材料，有40个研究组、41家中小企业、12家大型企业组成了一个大的纳米材料能力中心。 纳米光电子器件：未来的光电子器件将更多地利用量子效应。在通信电子、环境监测或日常消费品如：VCD、激光电视或显示器等，都将越来越多地使用纳米光电技术。有17所研究中心和8家公司正集中力量开发和研究这方面的器件，并通过快速的成果转让，参与、培植这一市场。