中国纳米技术发展进入世界第一梯队
11月22日，由《财经》杂志、财经网、《财经智库》联合主办的“《财经》年会2024：预测与战略”在北京举行。“一带一路”国际科学组织联盟首任主席，中国科学院原院长在会上表示，我们的宏观世界，大至天体运行，一般用牛顿力学可以描述；但到了微观世界，到原子及以下的层次，基本靠量子力学来解释。在宏观和微观之间有一段距离，这个距离就是1至100个纳米。纳米是一个尺度，1纳米等于10的-9次方米，在肉眼看不见的纳米尺度下，有一些新现象、新效应，需要新方法、新技术、新理论来研究。
在他看来，经过长期关注与支持，中国的纳米科技经历了从无到有，从弱到强，从跟跑到领跑的发展转变，总体水平已进入世界第一梯队，获得了丰硕成果。“但也要清醒认识到，虽然现在论文发表多，质量也比较高，但在纳米科技领域由跟踪、并行向领跑的过程中，领跑性的工作还不够多。新理论、新方法、新手段、新技术方面，从0到1的创新还不够多，迫切地需要为信息、能源、材料、航天、环保等领域的应用提供新的知识和技术。”
建议，第一，加强基础研究，弄清楚纳米科学中的基础理论问题，原创性提出新理论、新方法。纳米科学需要基础创新，在纳米尺度上发现物质的新结构、新功能、新方法、新技术，从功能产生的源头去认识、调控和改造物质世界。第二，加强学科间的交叉合作，互相促进融合发展。第三，重视纳米毒理学的研究，把它纳入到上游研究和决策当中，实现纳米科技的可持续发展。第四，加强人才教育培训，推动我们国家纳米科学技术人才更多走向国际舞台。第五，加强成果转化，助力未来新兴起的产业的高质量发展。
同时，他也强调，随技术的发展，慢慢的变多的纳米材料进入到生活中。从手机到化妆品，从家具到燃料，这一些产品中的纳米成分有可能进入到大气、河流和土壤。人类的生产生活中制造出很多污染物，也有纳米级别的。所以，我们应该加强纳米材料生物效应和纳米毒理学的研究，减少纳米科技可能带来的危害。
各位来宾，女士们，先生们，大家上午好。特别高兴参加今年的《财经》年会，和各界人士一道展望2024年全球和中国的经济、社会、科技发展的新趋势，一同探讨大变局时代中国与全球发展的新动力、新机遇和新挑战。
今年的诺贝尔化学奖授予了发现并合成半导体纳米晶体的三位科学家，应用半导体纳米晶体的量子点显示技术能明显提升电视显示屏的色域值，使色彩更为纯净鲜艳，表现更具张力。今年的诺贝尔生理学或医学奖授予了两位科学家，以表彰他们在核苷酸碱基修饰方面的突破性发现，从而开发出有效的mRNA疫苗。脂质体纳米载体是此项mRNA疫苗的核心技术之一。今年这两项诺贝尔奖都与纳米科技相关，纳米科技为传统的物质科学、生命科学和工程技术学科提供了新的科学研究范式，拓展了其理论边界，并丰富了学科内涵。
科技创新是经济社会持续健康发展的动力，国家格外的重视科学技术创新。我今天聚焦科学技术创新，就关于我国纳米科技的历史和发展形态趋势，跟大家做交流。
我们所说的纳米科技是在1到100纳米范围以内研究材料的结构、性质、应用等方面的科学技术。1959年著名的物理学家，诺贝尔奖获得者理查德费曼做了一篇演讲，提出既然世界万物都是由原子分子组成的，能不能从原子分子开始构造所需要的物质。现在认为这是纳米科技的最初的概念。
纳米技术（nano-technology）这个词最早是1974年由日本学者谷口纪男提出。他当时说的纳米技术并不具有现在纳米科技的含义，而是与微米相对应而提出的纳米加工精度技术，是一个较窄的概念。
在20世纪80年代中期，扫描隧道显微镜和原子力显微镜这些微观的表征技术和操纵技术出现，被形象地称为纳米科技的眼睛和手。所谓眼睛就是指用这个技术能直接观察到原子和分子，所谓手就应该用它来操纵单个原子和分子。这个发明得了诺贝尔奖，也为科学家在纳米尺度上研究新现象、提出新理论、构造新物质起到积极作用。
到了1990年，第一届国际纳米科学技术会议和第五届国际扫描隧道显微学会议在美国召开，当时我也参加了。同年《纳米技术》和《纳米生物学》两个国际性期刊相继问世，同时那一年IBM研究中心的科学家展示了镍表面用氙原子排列的IBM字样，表明人类第一次能够操纵单个原子进行排布。这些事件标志着纳米科技作为崭新的科学技术得到了科技界及社会的广泛关注。美国在1999年决定把纳米科学技术研究列为21世纪前10年的关键领域之一，并且在2001、2004、2007、2011、2014、2017、2021年先后七次发布了国家纳米技术计划，对美国的纳米科学技术发展的策略做出部署。经过30多年的发展，纳米科技汇聚了现代多学科领域在纳米尺度的挑战性问题，是变革性技术的重要源头。
从2000年到2019年，全球在材料科学、化学、化学工程、物理与天文学四个基础学科中，与纳米科学相关的科学成果占比超过10%。在国际研究的960个研究热点中，与纳米科学工程相关的占了89%，纳米研究对全球科研产出的贡献也不断增长。
20年间，全球学术产出中有4.2%与纳米相关，这些文献贡献了全球6.4%的引用。全球一共有54000多篇前1%的高被引文献，纳米科技占了11%。根据统计，2009年到2018年全球共有超13.22万个项目与纳米相关，约占全球所有项目的3.6%，年度复合增长率3%，与纳米相关的项目资助总金额达到423亿美元。
纳米科技正在成为各领域的重要支撑，包括人工智能、新能源、新材料、健康医学、高端仪器、先进制造及国防工程等重要领域。比如现在电脑里用到的磁盘，用的是巨磁阻效应。纳米催化剂把二氧化碳捕获再循环利用，形成一个大的生态碳循环。复合纳米陶瓷技术被用在战车上，增强装甲的强度和韧性，用纳米制成的吸波材料和纳米涂料拥有内部多孔结构，使飞机隐形，在军事应用方面纳米技术发挥了重要作用。
就中国纳米科技的发展历史及成就看，中国格外的重视纳米科学技术工作，而且较早布局，国家领导人多次为纳米科技发展作出重要批示，使我国纳米科技在较短时间内走到了世界前列。
1987年，中国科学院化学研究所成立纳米科学技术研究实验室STM实验室，并于1988年研制成功中国第一台扫描隧道显微镜（STM），随后研制成功原子力显微镜（AFM）、激光检测（Laser-AFM）、低温STM等，为中国纳米科技发展提供了重要的技术方法。在这一时期，中国科学院的很多研究所，国内的部分高校都相继成立了专门从事纳米科学技术研究的实验室或研究中心，比如科学院物理所的北京真空物理实验室更名为纳米物理与器件实验室，北京大学成立了纳米科学与技术研究中心等。
在1990年，国家自然基金委员会和中国科学院联合支持召开了全国第一届扫描隧道显微学学术会议，这是纳米科技领域最早的全国性会议，为早期从事纳米科学研究的科研人员提供了一个技术交流平台，在国内外同行中也产生了良好影响。随后国内的纳米领域会议慢慢的变多，频次也慢慢变得高。
2001年，时任国务院总理、国家科教领导小组组长的等国务院常务会议的组成人员听取了纳米科技及其发展前途的报告。同一年，科学技术部、国家发展计划委员会、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委员会联合发布了《国家纳米科技发展纲要（20012010）》（下称《纲要》），同年国家制定了《国家纳米科技发展指南框架》（下称《框架》）。《纲要》、《框架》的发布对今后十年我国纳米科技的工作作出指导，并部署了“十五”期间纳米科技的重点工作。《纲要》还提出了若干政策和举措。也是同一年，国家成立了国家纳米科学技术指导协调委员会。这个委员会对我国纳米研究和发展起到了重要指导、协调和推动作用。
2003年，中国科学院和教育部共同成立了国家纳米科学中心，中心实行理事会领导下的主任负责制。理事会成员单位由教育部有关司局、北京市有关部门、国家纳米科学中心、清华大学、北京大学等组成，我担任第一任主任。经过二十年的发展，国家纳米科学中心科研工作取得了一系列重要进展，科技竞争力也显著提高。
到2005年，国家标准委员会正式发文批准，成立全国纳米技术标准化委员会，秘书处设在国家纳米科学中心。自成立以来，纳米标准委员会立足我国纳米科技的产业优势，深入企业组织标准化的提升与行动，打造基础科研到全产业链的标准化桥梁。
到今年年初，已经发布且归口纳米标委会的国家标准140项；列入标准计划并正在制定的有52项。同时，中国科学家牵头发布了国际标准9项；列入标准计划并正在制定国际标准的有27项，为我国纳米技术标准化工作和全球化推广做出了重要贡献。
2006年，科技部启动实施了蛋白质研究、量子调控研究、纳米研究、发育与生殖研究四个国家重大科学计划。在国家“十一五”到“十三五”期间，纳米重大科学研究计划经费总额达到了94亿元，“十四五”期间计划投入23亿元。
2009年，中国科学院学部与国家自然科学基金委员会联合启动“20112020年中国学科发展的策略研究”，其中纳米科学发展的策略研究报告指明了全球纳米科技的发展的新趋势，逐渐向基础研究、应用研究及产业化并举转变，向多学科交叉和融合发展，向集成化和国际化发展趋势转变。2020年，中国科学院和国家自然科学基金委员会继续联合启动了“中国学科及前沿领域发展的研究（20212035）”，这中间还包括了中国纳米科学2035发展战略。
2013年，中国科学院启动了纳米先导专项，投入约10亿元人民币。五年期间，通过该专项与70多家企业组织合作，在长续航动力锂电池、纳米绿色印刷、纳米催化、健康诊疗及饮用水处理等产业领域形成了一系列纳米核心技术创新，吸引和带动社会资本投入超过50亿元，取得了显著的经济社会效益。
2022年经国务院学位委员会第37次会议审议通过，将纳米科学与工程列入交叉学科门类下新的一级学科，这是纳米科技领域人才培养的一个重要里程碑。
经过长期关注与支持，我国的纳米科技经历了从无到有，从弱到强，从跟跑到领跑的发展转变，总体水平已进入世界第一梯队，获得了丰硕成果。《中国纳米科技发展白皮书》指出，经过这些年的投入与产出，我国已崛起为纳米科研强国，纳米科学与技术取得了引人注目的发展速度，无论是科研产出的总量还是影响力，我国都是当今世界纳米科技领域的重要贡献者。
2020年度国家自然科学奖一等奖授予了中国科学院大连化学物理所研究员包信和团队完成的“纳米限域催化”项目和复旦大学化学系赵东元教授团队完成的“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”项目，两个项目都与纳米科技相关，是我国纳米科技加快速度进行发展的一个体现。
在研究机构方面，2019年，全球纳米科学研究产出的前20名机构中我国占11席，纳米领域产学研合作方面，世界前20名机构中我国占有6席。我国在纳米催化、纳米安全等领域已走在世界前列，纳米科技的专利申请和授权都位居世界前列。自2008年以来，发表的国际纳米科技论文总量居世界第一。过去20年，申请的纳米专利总量占全球总量的45%。2000年至2020年，纳米科技共获得国家自然科学奖146项，占比20%，其中一等奖4项。
在工程应用方面，我国纳米产业正快速地发展，形成了苏州工业园区、广州纳米谷等代表性的纳米产业集聚区。比如，2021年，苏州纳米产业年产值已达到1255亿元，年增长率达到24%，累计引进孵化纳米技术及相关应用企业946家，上市企业总计14家，产值超过亿元的企业有128家，为经济社会持续健康发展做出重要贡献。
“十四五”期间，我国纳米科技发展的指导思想是“三突出三重视”。突出前瞻性、战略性大方向，超前布局，突出重大前沿技术探讨研究；突出关键新材料、新原理、新技术探讨研究；突出采用核心纳米技术集中解决重大挑战和瓶颈技术问题。重视由纳米单一技术向全链条技术综合创新研究；重视纳米科技转化，推进基础研究-应用研究-技术转移的交叉融合创新研究；重视基础研究和应用前沿的衔接。
今年8月，国家纳米科学中心与《科学》杂志联合发布了10个纳米科技的基本问题，包括：结合量子物理和宏观物理的纳米理论，用于可靠地预测材料纳米尺度行为；纳米毒理学；纳米基础生物学；纳米生物医学；纳米表征；纳米催化剂；原子精密制造；纳米光子学；纳米电子学；纳米科技的可持续发展。这样一些问题为全球纳米科技工作人员提供了参考。
第一，加强基础研究，弄清楚纳米科学中的基础理论问题，原创性提出新理论、新方法。我们的宏观世界，比如大至天体运行，一般用牛顿力学描述；但到了微观世界，到原子及以下的层次，基本靠量子力学来解释。在宏观和微观之间有一段距离，这个距离就是1100个纳米。在这个范围有一些新现象、新效应，需要新方法、新技术、新理论来研究。
经过这些年在纳米科技方面的投入和发展，我国已崛起为纳米科学大国。但也需要清醒认识到，虽然现在论文发表多，质量也比较高，但纳米科技领域由跟踪、并行向领跑的过程中，领跑的工作还不够。我们应该新理论、新方法、新手段、新技术为信息、能源、材料、航天、环保等领域的发展提供新的知识和技术。
另一方面，纳米科学需要基础创新，从功能产生的源头去认识、调控和改造物质世界。纳米技术需要技术变革，不仅让人类的生产工具、生活工具、娱乐工具变得更小，而且变得更智能，甚至产生颠覆性的功能，创造变革性的超新技术、超新效率和超新效益。
第二，加强学科间的合作，推动不同学科一体化发展。AI和大数据的融合正在推动科学范式的变革，在这样的背景下打破传统学科之间的界限，建立真正跨学科的研究方法，让不同学科背景的科学家，比如数学、物理、化学、材料、生物、医学，进行真正意义上的跨领域交流与合作变得特别的重要。以AI和生物学科的交叉学科为例，全球大约有270家公司致力于AI驱动的药物发现，还将AI用于抗体设计等更复杂的项目。
第三、重视纳米毒理学的研究，把它纳入到上游研究和决策当中，实现纳米科技的可持续发展。有必要注意一下的是，纳米材料对人类健康环境有潜在风险，我们大家可以捡起塑料瓶，让工厂不排污水，这些看得见摸得着，管理起来也非常容易。但是到了纳米尺度，看不见摸不着，对很多污染物的防污手段就不起作用，所以确保纳米技术的安全使用很关键。
随着技术的发展，慢慢的变多的纳米材料进入到人类社会。根据2015年的报道，商业化的纳米材料已超过1800种，还有纳米药，美国已批了好几种。现如今这一个数字肯定增长了很多。2021年全球纳米材料市场价值78亿美元，相关机构分析，这一数值在2030年将翻三倍左右。从手机到化妆品，从家具到燃料，这一些产品当中的纳米成分有可能脱落进入到大气、河流和土壤。
此外，人类的生产生活中制造出很多污染物，也有纳米级别的。所以，我们应该加强纳米材料生物效应和纳米毒理学的研究，减少纳米科技可能带来的危害。在美国国家毒理学研究有专门的纳米技术项目，重点是评估和开展纳米材料有关的毒理学研究。在中国国家纳米科学中心建立了纳米材料生物效应和纳米安全国家重点实验室，致力于研究纳米材料对生物系统的潜在影响，并确保其安全应用。
第四，加强人才教育培训，推动我们国家纳米科学技术人才更多走向国际舞台。在人才教育培训方面，不仅要把国外优秀的纳米人才引进来，要培养我们顶尖的纳米人才，并且走向国际。需要加大对高等教育机构的支持力度，引导中科院和高校加强纳米科技相关的学科建设，提高纳米科技专业的师资水平和教学质量。建立纳米科学技术人才的培养基地，提供实践机会和试验设备，培养实验能力和创新精神。还应加强纳米科学技术人才的国际交流与合作，引进国际先进的纳米人才教育培训模式和理念，提高我国纳米人才的国际竞争力。三年疫情下，国际学术交流受到特别大的影响，纳米科技国际交流合作面临一些挑战。我们培在这方面要更加努力。
第五，加强成果转化，助力未来新兴起的产业的高水平质量的发展。未来新兴起的产业的自立自强依赖纳米科学技术的进步，从2021年10月美国纳米计划发布的战略规划当中能够正常的看到，美国在未来五年规划中逐渐重视纳米技术成果转化与社会经济效益的实现。
反观我国纳米市场化的现实状况，显而易见承担纳米科研项目的大部分是科研院所和大学，科研力量不能都游离于市场之外，要求我们把技术转化为产品。企业对纳米科技的关注也要逐步加强。有时候我们开学术会议来的都是大学和研究机构的人，企业的人的很少，有的企业只是来展示产品。在美国开学术会议，很多都是企业过来，听到你有什么新技术，马上跟你谈合作，在基础研究阶段就申请专利进行保护。我国企业对科技方面的最新进展关注不够。我呼吁企业同行能够更多关注科学技术创新，更多参与国际和国内学术会议，了解科技方面的最新进展。所以在后续发展中要增强联系，扩大政府与社会资本的合作，培训和支撑纳米技术的创业人员和企业。
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