第一情报 ---材料工业

2002-2003年美国纳米科技发展综述

供稿人:ISTIS  供稿时间:2006-5-30   关键字:美国  纳米  
美国在1991年4月把纳米技术列入政府22项关键技术,1992年列入国家研究理事会确定的21世纪初的十大研究方向中的5个项目。美国国防部通过高级研究项目局每年预算拨款3500万美元,支持企业研究。2001年,美国“国家纳米行动计划”(NNI)正式实施。布什总统制定了新的战略目标:到 2010年,美国要在全国培养80万名真正懂纳米科技的人才,纳米科技创造的GDP 要达到1万亿美元,提供2007个就业机会。为此,美国在各个领域都进行了重新部署,成立了以企业家为主、科学家参与的以发展纳米技术实用化为宗旨的纳米技术行业协会。2003年3月,在美国政府支持下,因特尔,IBM、惠普和康柏四家公司正式宣布,在美国硅谷建立世界上第一条纳米芯片生产线。美国还将从2003年10月1日起实施一项新的国家计划——国家纳米技术计划,并把其作为美国政府当前科技研究与开发的第一优先计划。
 
在美国,还有许多大型跨国公司如道化学、杜邦、柯达、惠普、休斯电子、朗讯科技、摩托罗拉、德州仪器、施乐等,都建立了专门研究团体,据估计,它们的纳米技术研究总经费与美国政府资助额相当。
一、美国联邦政府在推动纳米科技发展中的重要作用
在纳米科技研发投入策略上,联邦政府和国会的高层官员们达成了共识:纳米技术研发的投入应以联邦政府为主,并且在相当长的时期内,联邦政府需要保持其投入的稳定性。正是基于这种认识,近几年联邦政府在纳米科技方面的投资连年增长,从2000年的2.7亿美元增加到2001年的4.64亿美元,年增幅达71.85%,2002年又增长30.4%,2004年的预算为8.47亿美元,在2003年7.74亿美元的基础上又增长了9.5%,这种连年高增幅在联邦科技研发预算中并不多见。
 
美国联邦政府还努力在纳米科技长期和高风险投资中发挥作用,将政府对纳米科技的投资重点放在刺激合作和支持基础科学方面,帮助建立未来十年所需的纳米技术基础设施和研究支持,培养为未来纳米产业发展所需的人才,鼓励跨学科的网络与合作,确保信息的传播,鼓励新兴公司开发纳米技术。
 
此外,2000年8月,美国国家科学技术委员会专门成立了“纳米科学、工程与技术分会(NSET)”,以加强对纳米科技研发活动的领导与协调,保证NNI计划的实施。美国众议院推出“纳米技术研究与发展2002法”,通过政府机关来协调各种纳米相关技术的研发。
 
1999-2004年美国联邦纳米技术研究与开发经费分部门明细表      单位:百万美元
部 门
1999年
2000年
2001年
2002年
2003年
2004年(预算)
国家科学基金会
85
97
150
199
221
247
国防部
70
70
123
180
243
222
能源部
58
58
88
91
133
197
国家航空航天局
5
5
22
46
33
31
商务部
16
8
33
38
69
62
国家健康研究所
21
32
40
41
65
70
司法部
 
 
1
1.4
1
1
环保署
 
 
5
5
6
5
农业部
 
 
2
1.5
1
10
国家安全
 
 
 
 
2
2
总计
255
270
464
602.9
774
847
 
二、近几年美国纳米科技发展目标和主要任务
2000至2003年,美国在以下5个方面进行了战略布局和重点投资:
长期、基础性的纳米科学和工程研究。这一发展主题旨在长期扶持从事基础性、创新性研究的单个研究人员和小型组织,并促进大学—产业界—联邦实验室和各机构间的合作伙伴关系,培育跨部门间的联合。
 
重大挑战。这一发展主题瞄准了纳米科技的应用开发。美国确定了十二项重大挑战,这些挑战将奠定美国纳米科技发展的基础,如:纳米级微电子产品的低成本制造方法;更有效的能源储存装置;运用于保健和生化恐怖威胁的生物传感器等。
 
优秀的中心和网络。优秀中心和网络的建立被认为是实施NNI计划的关键,在特定工具的开发利用以及促进合作伙伴关系方面将扮演重要角色,它们将有力促进纳米科技在不同学科间的融合。
 
研究基础设施。这一发展主题的目标是建立一套能使新发明和新发现被产业界快速商业化的灵活、实用的基础设施。投资重点主要在于度量衡、检测仪器、建模和仿真以及用户设施等方面。将建立拥有新的测试设备的研究中心,并保证各研究机构都可以利用这些测试设备。
 
道德、法律、社会影响及劳动力教育和培训。这一发展主题主要在于培养纳米技术所需的新一代跨学科技术人才。同时对纳米技术在法律、道德、社会、经济和劳动力准备等方面对社会所产生的影响加以研究。
美国联邦政府在纳米科技五个重要战略布局中的经费投入        单位:百万美元
年份
基础研究
重大挑战
优秀的中心和网络
研究基础设施
道德、法律和社会影响及劳动力
总计
2000
87
71
47
50
15
270
2001
144
149
78
76
17
464
2002
201
180
96
97
30
604
2003
232
204
119
120
35
710
 
三、美国纳米科技研究与开发重点
在基础研究方面,目前美国正在进行的研究重点领域包括:纳米生物系统、纳米结构与量子控制、纳米元器件与系统结构、纳米过程与环境、多现象模型与模拟。
 
在应用研究和产品开发方面,美国正在进行的研究重点领域包括:纳米结构材料的设计、纳米电子、光电子与磁性材料、用于保健、治疗和诊断的纳米技术和装置、纳米过程与环境改良、高效能源转化与储存、微型航天飞机与太空探测、用于监测传染性疾病和生物威胁的生物传感器装置、纳米技术与经济、安全的交通、纳米技术与国家安全。
四、美国未来纳米科技的发展动向
1、制定更加具体的行动计划
这些计划包括加速从概念到应用的机制,相应的机制有引导计划、为工程应用注入新的资金、激励大学与产业界及地区孵化器合作等。
 
2、对纳米科技给予长期连续的资助
 纳米科技将带来持续的和不断增强的影响,在纳米科技短期和长期资助方面需要建立一种恰当的平衡。一些能立刻应用的短期研究可获得公众的支持。但是,现在这一平衡应该更多地向长期资助方面倾斜。因为尽管对一些特别新的设想进行长期资助会有风险,可是只要这些资助中有一小部分取得成功,就会取得重大突破,这些突破足以补偿其它一些失败的投资。
 
3、加强纳米技术和生物学的交叉研究
纳米生物学和生物医学正显示越来越重要的作用。细胞作用的过程本身就是纳米现象,开发纳米级上操纵物质的技术,就是要构建与细胞相类似的具有复杂功能的纳米装置和系统。
 
4、发明纳米研究所需的新型仪器
开发能够定量研究纳米级现象的工具,这种工具可以使研究人员虚拟地检测物质的特性和合成路径,设计更有效的、更廉价的实验,引导不同学科的研究人员使用相类似的计算方法。
 
5、进一步加强跨学科的研究
由于跨学科研究是解决纳米科技复杂问题所必经的途径,因此可以预期跨学科团体将不断增加。为促进跨部门的合作研究,总统专项基金将严格用于有意义的跨部门合作,以密切合作和有效调节资源。
 
6、加速纳米成果产业化
各国不断加强纳米科技方面的国际合作,美国也将继续努力成为国际合作伙伴,不仅要在纳米科技发展中保持国际领先地位,而且要在商业化进程方面也保持同样的地位。
 
美国各州为促进本州经济发展和就业,愿意为自己的州立大学匹配相应的资助资金。加州已答应4年拨款1亿美元资助加州纳米系统学院;德克萨斯州纳米技术计划已发展为一个相关产业和学术界、政府组成的联盟,其目标是形成一个象硅谷那样有竞争力的产业群。
 
美国国家科研项目管理部门希望通过建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心,使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。联邦政府与加利福尼亚州政府斥巨资在洛杉矶地区建立一个“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。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技术的方方面面,包括纳米通信、纳米机械和纳米电路等,其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。参与该中心研究工作的成员包括:加州大学洛杉矶分校、圣巴巴拉分校、里弗赛德分校和洛斯阿拉莫斯国家实验室以及波音、杜邦、摩托罗拉等10家大企业。
 
美国联邦政府与加州政府将按照2∶1的比例对这个中心拨款,加州政府为其提供1亿美元研究经费,该中心前3年的研究经费为2000万美元。中心获得巨额研究经费之后,不仅能够建造世界一流的纳米科研设备,还将吸引世界各地的纳米科技人才来此从事研究工

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