世界主要国家纳米技术、材料科学发展动向分析

□ 浙江省科技信息研究院

进入21 世纪后，为实现社会可持续发展，应对降低环境负荷、采用节能省资源工艺、推进资源再生利用、服务医疗保健事业、建设安全舒适老龄社会等各种巨大的社会需求和挑战，科学技术的创新和进步肩负着艰巨的任务。

纳米技术、材料科学作为一个综合性战略性的科学技术领域可以直面上述众多的社会经济难题，出色地完成有关的使命。

今天，材料技术已经发展到进入纳米领域的组织控制技术、波及亚纳米尺度的高分辨能力电子显微镜、扫描型探针显微镜等的高精度计测、基于第一原理电子状态计算的物质结构和功能的预测、基于模拟或仿造的以解析技术为支柱的共同的基础科学技术。

纳米科技涉及诸多学科领域，包括物理学、化学、生物学、医学、材料科学、信息科学、能源科学、先进制造科学等，是高度交叉的综合性学科，它也体现了前沿科学和高技术的融合。纳米材料科学技术的进步，使得各种要素技术可以组合应用（包括与其它知识、技术的组合创造新的知识和功能、与不同领域融合产生新的技术领域），形成新的物质结构、发现新的物质功能、开发新的应用材料。

纳米技术和材料领域的特殊性，使得它们的研究开发迅速推进，技术潮流澎湃向前，展现了广阔的应用前景。世界主要国家都十分重视纳米技术、材料科学，纷纷制定国家计划，积极进行投资，大力推进研究开发。

美国

美国是较早开始实施国家纳米技术计划的国家。

美国国家纳米技术计划始于2001 年，迄今已投资270亿美元。2018年以后，虽然其预算有减少的趋势，但对以纳米技术签名倡议为首的5 个项目构成的计划组成范围已作了战略性预算分配。

根据摩尔定律，一直在推进高性能化的半导体也已触到微型化的界限，而在不依赖摩尔定律的情况下继续追求新的半导体高性能化的“电子复兴计划”则开始起动。量子计算机研究开发迅速推进，追求量子技术整体发展的新的可能性的“国家量子计划”也开始实施。这些都是美国政府政策支持的重点。

日本

日本是大大早于世界其它国家实施纳米技术国家计划的。

从1980 年起，日本科学技术厅和通商产业省就多重次推进纳米技术研究开发。许多项目都在日本制定的第1期科学技术基本计划（1996年）中就已起动。其后，在第2 期（2001-2005）、第3 期（2006-2010）和第4 期（2011-2015）科学技术基本计划中也都制定安排了纳米技术、材料科学领域的项目。

随着日本第5 期科学技术基本计划（2016-2020）的实施，纳米技术被定位为“具有创造新价值、核心优势的基础技术”之一。同时，基于建设超智能社会的思考，日本特别确定建设11 个系统，将“综合型材料开发系统”列为其中之一。这些基础技术包括“构件材料·纳米技术”“光·量子”。文部科学省决定实施“光·量子飞跃旗舰计划”等7个研究开发计划。2019年，日本决定实施“为实现物联网社会的超微小传感技术开发”等10个研究开发计划。

据总务省统计局公布，2016 年日本国家科学技术研究费为18 兆4326 亿日元，在特定目的使用的研究费中，“纳米技术·材料”领域为1 兆425 亿日元，同比增长4.1%。

欧盟

欧盟在时长7 年的“地平线2020 计划”(2014-2020)中确定了3 个优先发展领域：“卓越科研”“产业领先”“社会挑战”。在“卓越科研”领域，10 年总投资10 亿欧元，启动“石墨烯旗舰”“人类大脑项目”，从2018 年起实施“量子旗舰”计划。在“产业领先”领域，把在“使能产业技术领先”中作为“关键使能技术”的纳米技术和尖端材料技术置于重要地位。

在“地平线2020 计划”中，投资预算共748 亿欧元（107 亿欧元/年）。3 个优先发展领域的预算分配分别为：“卓越科研”244 亿欧元，“产业领先”170 亿欧元，“社会挑战”297亿欧元。

德国

德国联邦政府于2006 年发布了推进研究开发及创新的综合战略“高技术战略”。2010 年，该战略更新为“高技术战略2020”。2014 年秋，德国发布了第3 期战略“新高技术战略”。2018 年则发布了“高技术战略2025”，德国联邦政府投资150亿欧元。到2025年，产业界与州政府联合，要求研究开发投资对GDP 的比重为3.5%。

在“高技术战略2025”中，新追加的研究项目关系纳米技术、材料科学领域的有3 项，分别应对塑料问题的以再生利用为前提的材料开发；电池制造工艺技术开发；自动行走用的高可靠性、高性能传感器、电子学开发。

另一方面，德国将纳米技术与材料一起定为横向关键技术之一，制定了“纳米技术行动计划2020”（2016-2020），研究资金配置于各个专项计划，部门参与推进。联邦教育及研究部布局广范围课题助力纳米材料创新活动，课题有“生物经济用的纳米技术”等13项。

进而，联邦政府于2018 年发布了基本计划“量子技术-从基础研究到市场”(2018-2022 年，最长到2028年)，到2021年，预定在量子技术领域的研究开发投资约6.5亿欧元。

英国

英国由于脱欧将影响到包括纳米技术、材料科学领域在内的科学技术整体的工作。英国决定从2017年起建立产业战略挑战基金，而且，2016 年商务·能源·产业战略部继续进行研究基础设施的投资，到2021年决定投资58亿英镑。

英国的纳米技术、材料科学技术战略的基础是于2010 年发起的英国纳米技术战略。该战略一方面反映国民、产业界、学界的需求，另一方面大力支援作为新兴技术、使能技术的纳米技术的发展，促进其利用。2014 年，在关于科学技术创新战略中，英国将纳米技术和尖端材料设定为领导世界的8项重要技术之一。

在材料领域，英国商业·创新·技术部于2009 年制定了“英国复合材料战略”，进行面向飞机、汽车的耐用性好、轻质、高性能的复合材料开发。

在量子技术方面，英国也高度重视，于2014 年起实施英国量子技术计划。

法国

法国于2009 年汇集推出“国家研究创新战略”，与此相关，同年为推进纳米技术的创新，制定实施“纳米创新”计划。为加速纳米技术产业化，法国设立了纳米技术综合中心，2009 年分配预算7000 万欧元。2013年7 月，制定高等教育研究法，在研究开发领域制定了名为“（研究·技术转移·创新的战略议程）法国—欧洲2020”的基本战略。其中提出纳米电子学、纳米材料、微纳米流体工程为优先领域。而在欧盟地平线2020计划中，先进材料也是优先的领域和项目。

随着一系列改革的推进，2015年3月，法国公布了现行战略“国家研究战略 法国—欧洲2020”。这个研究战略特别确定了10 个社会课题作为重点研究方向，其中包括与纳米技术、材料科学领域相关联的课题，例如稀有矿物资源依存度减少、能源和化学领域使用的化石系碳化合物替代品、新材料的设计、传感器等。

韩国

韩国于2018 年2 月公布“第4 期科学技术基本计划”，同年7 月发布“面向国家技术创新系统高级化的国家R＆D 创新”，显示把国家R＆D 的重点从过去的技术取得、重视经济性转到面向人与社会的方针。而在早先发布的“面向革新增长的以人为中心的第4 次产业革命应对计划”（2017 年11 月）中，有多个与纳米技术、材料科学相关的未来型新产业。

韩国的纳米技术政策，以过去的《纳米技术开发促进法》（2003 年）为根据，实施“第4 期纳米技术综合发展计划”（2016-2025 年）。要求其时的技术水平达到美国的100%或92%，在这个过程中培育12000 名高级纳米人才，纳米产业全球领先，纳米技术产品的市场份额达到12%，建立1000家与纳米技术关联的风险企业。纳米技术公共研究开发投资，2013年以后与2012年以前相比成倍增长，年增长金额超过5亿美元。

2017 年3 月，韩国又发布了“2017 年度纳米技术发展实施计划”。

2018年，韩国政府以合同的形式与相关的10个部门制作发表了《第3 次国家纳米技术地图》(2018-2027)，就韩国未来社会“便利而快乐地生活”“与地球一起生活”“健康而安全地生活”的三大目标，选定了“用纳米技术实现目标的30 项未来技术”，为此又确定了70 项核心技术，推进便携式人工智能、便携式无线通信、无人机、超快速充电电池等的开发。

俄罗斯

俄罗斯将“纳米系统和材料产业”选定为国家预算重点分配的8 个优先科学技术领域之一。根据2007年国家认可的“纳米产业发展战略”，明确提出了重视纳米技术的方向。据此，俄罗斯建立了100%由国家出资的针对纳米技术产业化的投资公司“RUSNANO”。到2015 年，俄罗斯国内纳米技术产业的市场规模为9000亿卢布，其中RUSNANO投资的企业的销售额达3000 亿卢布。2016 年该公司投资企业的销售额为3690 亿卢布。预计到2020 年，该公司将投资1500亿卢布，俄罗斯纳米技术产业规模将达1 兆3000 亿卢布，其中该公司投资企业的销售额为6000 亿卢布。

新加坡

新加坡贸易与工业部制定了2020 年起始的5 年计划“研究、创新与创业计划2020”，计划投资190 亿新加坡元。今后5 年间，新加坡政府将生物医学、双向数字媒体和物理科学与工程3 个方面作为新的重点研究领域。在物理科学与工程中，包括先进材料·制造业、先进系统·工程。在实施科技产业化政策、积极进行投资的基础上，新加坡正在构筑由新加坡科技研究局经办的纳米印记铸造和以大学为中心的国际性的纳米研究开发据点。现在新加坡国立大学设置的主要中心有新加坡国立大学纳米科学和纳米技术计划、先进2D 材料中心、量子技术中心、新加坡同步加速器光源、离子束应用中心、新加坡太阳能研究院。

印度

印度在科学技术部之下，设置科学技术司、生物技术司、科学产业研究司。科学技术司DST 于2001 年10 月实施纳米科学技术计划。2007 年5 月，开始其后的计划——国家纳米科学和纳米技术使命。在该计划使命中，包括基础研究的促进、纳米技术基础设施的整备、纳米领域产业应用的开拓、该领域研究员职位授予的人才培育和国际合作研究的促进等内容。各项使命均实行补助金的公募。通过支援纳米技术人才培养项目，在全国多个研究所构筑纳米科学技术研究所的基础，成功地构筑了该领域的生态系统。

2020年3月，印度决定扩大纳米使命规模，旨在为继续支持该领域的基础研究开发，支援更多的关联技术项目创造环境条件。科学技术司和其他司局密切协作，支援孵化器和新兴企业，与产业界也积极地进行合作，共同出资，支持与纳米科学技术相关的项目。

2018年起，科学技术司和德国DFG 一起实施材料科学·材料工程合作项目，积极地推进国际合作研究。

中国

国家中长期科学和技术发展规划纲要是构成下一代高技术及新兴产业发展的重要基础，提出了综合体现高技术创新能力的8 个尖端技术领域，其中之一是新材料技术。具体来讲，它以纳米技术研究为基础，在研究纳米材料和纳米元件的同时，开发超导材料、智能材料、能源材料，以及具有优良性能的特殊功能性材料和新一代光通信材料。“纳米技术研究”则被列入基础研究领域4个重大科学研究课题之一。

“十三五”规划纲要在科技方面对纳米技术、材料科学领域的课题也作了布局。例如“新材料技术”“新材料的设计与制造工程的研究”“重点新材料”“量子通信·量子计算机”“智能制造·机器人”“航空发动机·燃气轮机”等都被列入其中。

在“十三五”规划纲要中，以制造业高端化为目标的“中国制造2025”和互联网技术与制造业融合推进的“互联网+”等被放在重大国家战略的位置。2015 年发布的“中国制造2025”提出了10个重点领域，“新材料”则是其中之一。

2016 年出台的“国家重点研究开发计划”在2018 年第一期和第二期中设立了9 个课题，总经费23 亿元，其中之一是“纳米技术”课题。

现在，中国已构筑多个国家级纳米科技点，例如国家纳米科学中心（北京）、国家纳米技术与工程研究院（天津）、纳米技术及应用国家工程研究中心（上海）、国家纳米技术国际创新园（苏州），它们都承担着国家纳米科学技术产业化的任务。

这些工作都大大地推动了中国纳米科学技术的迅速发展。北京现已成为中国纳米技术整体战略的智力中心，而上海、苏州已成为技术开发和创业的中心。苏州从1994年起，与新加坡合作起动苏州工业园区建设，使它成为以纳米技术和生物技术为中心的高技术城市。

国家纳米科学中心联合国际国内学术界业界积极开展纳米科技研发、学术交流活动，包括举行国际会议、创办刊物、编写白皮书、发表论文、申请专利等。据ChinaNano2017 纳米科学技术国际会议报道，通过论文和专利的数据分析，中国的纳米科学研究及纳米技术研究开发已成为世界强国。