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一、纳米技术知识基础设施计划概述
1.纳米技术知识基础设施计划与纳米信息学2012年5月,即在材料基因组计划颁布11个月之后,美国“国家纳米计划(”NationalNanotechnologyInitiative,NNI)提出纳米技术知识基础设施计划,以确保美国在纳米领域可持续设计方面继续保持其国际领先地位。该计划旨在建立一个直接面向问题、面向需求的纳米技术知识基础设施,从而加快美国在纳米领域技术发现与技术创新的速度。从计划的内容与目标不难看出,此项计划与材料基因组计划有诸多相似相通的地方。提到纳米技术知识基础设施计划,必须要提及纳米信息学(nanoinformatics)这一重要的概念。纳米信息学指的是开发和实施有效的机制以帮助相关机构对纳米技术信息进行收集、验证、储存、分享、发掘、分析和应用,覆盖整个纳米领域,影响到研究、开发以及应用的方方面面。一个不断完善的纳米信息学基础设施将通过不断改善实验数据的再现性,以及通过促进工具和模型的开发和验证,而将数据转换成信息加以应用,从而确保国家纳米技术可持续性发展。因此,纳米信息学将为纳米材料和产品的合理设计,研究方向最优化和风险评估奠定坚实的基础。从这个角度来看,纳米技术知识基础设施计划和纳米信息学的发展同时也为材料基因组计划的实施提供了必要的补充与帮助。
2.纳米技术知识基础设施计划的基础与助推力(1)多元化的合作团队建立一个由科学家,工程师和技术人员组成的多样性的协作团队,对于美国纳米技术的研究、开发和应用至关重要,它们是美国纳米技术核心竞争力的中坚力量。该团队涉及纳米技术研究、开发乃至产业化的方方面面,包括多方面的研究力量,主要有:实验科学家、计算科学家和理论家,产业工程师,负责材料合成、测试、质量监控等的技术人员。(2)跨学科的协作网络建立一个灵活的可以开展多学科知识协作的网络,有效衔接基础实验研究、建立模型和应用开发,对于提高研发效率具有重要的作用。可靠的计算模型能够准确地预测和设计具有理想性能的纳米材料并进行风险评估和管理。此外,模型在开发新概念以及加深人们对纳米级材料的性能和行为的理解方面也起着重要作用。因此,当模型和实验结果在网络中能够被迅速分享时,基础研究与应用开发就可以更加有效迅速地连接起来,从而有的放矢提高研发效率。(3)可持续的计算工具箱一套能够促进实验分析和理解纳米材料的计算工具对于完成纳米技术知识基础设施计划而言至关重要。计算工具能够帮助人们发现在当前理论框架中不明显或难以表现出来的材料的性能与现象之间的关系。因此,经过验证、易于访问且得到良好维护的模拟软件将对纳米材料的性能和行为做出可靠的模拟,从而有效帮助纳米材料的设计与开发。(4)坚实的数据基础纳米技术知识基础设施计划迫切需要建立一个坚实的纳米技术数据和信息基础,将纳米材料设计、合成、性能、现象以及对生物和环境的影响等方面实验数据进行整合。开源数据与软件、开放获取的方式、通用的数据传送与存档格式、标准化的词表等都是建立这一基础的必要条件,对研究人员管理与储存实验数据具有重要的意义,同时也将极大地促进不同学科间研究人员的数据共享与彼此合作。
3.纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划相互促进、共同发展材料基因组计划是美国众多行业众多机构为加速本国先进材料的发现和巩固制造业的地位而共同做出的努力。纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划的合作涉及纳米技术知识基础设施计划的所有方面,特别是研究方法和数据方面的建设。通过相互间合作与交流,纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划将实现互利共赢。因此,这里所介绍的纳米技术知识基础设施计划将直接为材料基因组计划作出贡献。纳米技术知识基础设施计划试图通过模型、模拟工具和数据库的发展,以实现对纳米级尺度和亚微秒领域里各种现象的预测。相比来说,材料基因组计划的范围要宽得多,既包括纳米级别也包括宏观尺度的材料信息。纳米技术知识基础设施计划的实施对材料基因组计划来说,将是其重要和有利的补充。纳米技术知识基础设施计划取得的重要成果,如数据格式标准化,使实验科学家与理论家相结合以加速材料设计的方法等可适用于材料基因组计划的其他相关领域。同样,通过材料基因组计划开发出的与纳米材料相关的方法和标准等也可以在纳米技术知识基础设施计划的工作中进行探索,测试和评估。通过持续的交流与合作,在这2项计划指引下合作的各部门成果将推动整个时间与空间范围内材料的研究与开发,以进一步提高美国在材料与制造领域甚至更广泛领域的竞争能力。
二、启示与建议
材料基因组计划后,我国学术界迅速做出了反应。在中国科学院和工程院的推动下,计划的当年,近百名材料领域的科学家会聚北京香山,召开了“材料科学系统工程”会议,并提出建设集理论计算、数据库和测试三位一体的共用平台、实现重点材料示范突破以及成立多方协作的指导委员会等建议。在过去的2年多里,在中国工程院、中国科学院、科技部等机构以及上海市、北京市等地方政府的努力下,我国的材料基因组计划正在逐步落到实处,其研究理念也越来越多地被学术界所接受和采纳,不同学科背景的研究人员也逐渐投身此中。十几年前的“人类基因组计划”,我国尽管在后期也有少量参与,但是并没有能抓住那次重大科学计划的先机。因此,面临比“人类基因组计划”更为广泛的“材料基因组计划”,我国政府和相关机构能够迅速做出响应并踏实努力,确实有很大的进步且值得肯定。但在赶超的过程中,我们决不能简单照搬国外计划的内容与方案,而应深入消化吸收,并结合自身情况做出适合国情的选择与决定。
1.积极鼓励并大力发展原创的材料计算软件美国材料科学家已经通过不断改进计算方法,在计算预测模型上取得了不少成果,只是苦于一直没有合适的平台向制造业分享这些研究成果。材料基因组计划正是为他们提供了一个向材料科学家和制造商在内的整个材料科学界共享数据和计算工具的平台。当然在建立这个平台的过程中,随着交流与合作的加深,还将伴随计算工具与方法的不断改进与提高。而我国在材料计算软件上的开发几近空白,几乎没有自主知识产权的通用程序包。除了个别单打独斗的研究小组,我国材料计算大都依靠外国商用软件,在使用上有很大的局限性。因此,我国推动材料基因组计划的发展,首先亟需解决的是形成规模化的长期稳定的开发队伍,开发自主知识产权的各种模型、算法和大规模科学计算软件,摆脱国外软件的垄断和限制,为我国新材料产业的全面发展打下坚实的基础。
2.依托现有基础将数据库建设细化对材料的性能进行成功模拟和预测取决于2个基本要素,一是计算模拟方法和软件,另一个就是材料数据库。从材料领域的广度和深度,不难看到建立材料数据库将会是一项庞大的系统工程,需要政府、学术界、产业界通力合作,需要投入大量的人力物力和时间才能完成。高度规范化的系统数据库是决定这项计划成败的关键。美国政府也并没有从零开始建设,而是依托纳米技术知识基础设施计划的实施或者IBM和哈佛大学这样的机构自身的基础进行建设。我国可考虑依托“863”“、973”、国家科技支撑项目、国家自然科学基金等现有科技计划,对已完成项目的实验数据进行整理归纳,在统一的加工、标引与建设规范的指导下,逐步建设完成整个材料领域的数据库。2014年3月正式开通的“国家科技报告服务系统”,可系统查阅国家科技计划项目所产生的科技报告,涵盖国家科技投入产生的大量科技信息和数据。如果能够设计合理的字段与入口,也极有可能对材料领域的数据库的建设起到支撑与帮助作用。
关键词: 纳米 材料 应用
纳米发展小史
1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品,这是关于纳米科技最早的梦想。
1991年,美国科学家成功地合成了碳纳米管,并发现其质量仅为同体积钢的1/6,强度却是钢的10倍,因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年,纳米产品的年营业额达到500亿美元。
什么是纳米材料
纳米(nm)是长度单位,1纳米是10-9米(十亿分之一米),对宏观物质来说,纳米是一个很小的单位,不如,人的头发丝的直径一般为7000-8000nm,人体红细胞的直径一般为3000-5000nm,一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小,金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示,1埃相当于1个氢原子的直径,1纳米是10埃。
一般认为纳米材料应该包括两个基本条件:一是材料的特征尺寸在1-100nm之间,二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
1、纳米技术在防腐中的应用
由加拿大万达科技(无锡)有限公司与全国涂料工业信息中心联合举办的无毒高效防锈颜料及其在防腐蚀涂料中的应用研讨会近日在无锡召开。
中国工程院院士、装甲兵工程学院徐滨士教授,上海交通大学李国莱教授,中化建常州涂料化工研究院钱伯荣总工等业内知名人士分别在会上作了报告,与会者共同探讨了纳米技术在防锈颜料中及涂料中的应用、无毒高效防锈颜料在防腐蚀涂料中的应用以及新型防锈涂料和防锈试验方法发展等课题。
徐院士就当前纳米技术的发展情况作了简单介绍,他指出:纳米技术的研究对人类的发展、世界的进步起着至关重要的作用,谁掌握了纳米技术,谁就站在了世界的前列。我国纳米技术的研究因起步较早,现基本能与世界保持同步,在某些领域甚至超过世界同行业。
作为国内表面处理这一课题的领头人,徐院士重点谈了纳米技术对防锈颜料及涂料发展的促进作用。他说,此前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家,仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重,对人体的伤害很大,目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用;磷酸锌防锈颜料虽然无毒,但由于改性技术原因,性能并不理想,加上价格太贵,难以推广;而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin-williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒防锈颜料,有的性能不错,甚至已可与铬酸盐相比,但均因价格太高,国内尚未引进。我国防锈涂料业亟待一种无毒无害、性能优异而又价格低廉的防锈颜料来提升防锈涂料产品的整体水平,增强行业的国际竞争力。
中化建常州涂料化工研究院高级工程师沈海鹰代表常州涂料院,在题为《无毒高效防锈颜料在防腐蚀涂料中的应用》报告中,详细介绍了复合铁钛醇酸防锈漆及复合铁钛环氧防锈漆的生产工艺、生产或使用注意事项、防锈漆技术指标及其与铁红、红丹同类防锈漆主要性能的比较。
在红丹价格一路攀升的今天,这一信息无疑给各涂料生产厂商提供了巨大的参考价值,会场气氛十分热烈,与会者纷纷提出各种问题。万达科技(无锡)有限公司总工程师李家权先生就复合铁钛防锈颜料的防锈机理、生产工艺、载体粉的选择、产品各项性能指标及纳米材料的预处理方法等一一做了详细介绍。
目前产品已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测,同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析,结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势,是防锈涂料领域划时代产品,为此获得了中国专利技术博览会金奖.复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用,并已由解放军总装备部作为重点项目在全军部分装备上全面推广使用。
本次会议的成功召开,标志着我国防锈涂料产业新一轮的变革即将开始,它掀开了我国防锈涂料朝高品质、高技术含量、高效益及全环保型发展的崭新一页。其带来的经济效益、社会效益不可估量。这是新型防锈颜料向传统防锈颜料宣战的开始,也吹响了我国防锈涂料业向高端防锈涂料市场发起冲击的号角。
2、纳米材料在涂料中应用展前景预测
据估算,全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前,发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心,2001年年初把纳米技术列为国家战略目标,在纳米科技基础研究方面的投资,从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元,准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心,把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点,将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域,全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际,纳米科学技术的发展,对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说,21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高,所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级,产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面,将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品,以及对传统材料改性;将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。预期十五期间,各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团,将对国民经济产生重要影响;纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域,将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展,促使涂料更新换代,为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
我国每年房屋竣工面积约为18亿平方米,年增长速度大约为3%。18亿平方米的建筑若全部采用建筑涂料装饰则总共需建筑涂料近300万吨,约200~300亿元的市场。目前,我国建筑涂料年产量仅60多万吨,世界现在涂料年总产量为2500万吨,每人每年消耗4千克,为发达国家的1/10,中国人年均涂料消费只有1.5千克。因而,建筑涂料具有十分广阔的发展前景。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品,展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解,消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能,使室内空气更加清新。经测试,对各种霉菌的杀抑率达99%以上,有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料,实际上是高级的卫生型涂料,适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料,利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理,较低的表面张力,具有高强的附着力,漆膜硬度高且有韧性,优良的自洁功能,强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力,疏水性极佳,容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次,具有良好的保光保色性能,抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小,能深入墙体,与墙面的硅酸盐类物质配位反应,使其牢牢结合成一体,附着力强,不起皮,不剥落,抗老化。其纳米抗冻性功能涂料,除具备纳米型涂料各种优良性之外,可在-10℃到-25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10%以下的规定,使建筑行业施工缩短了工期,提高了功效,又创造出高质量,一举三得,所以备受建筑施工单位的欢迎。
1引言
纳米科技是指在纳米尺度(1到100纳米之间)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用(主要是量子特性),以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。纳米科技成果拥有科技成果的特征和纳米科技的特点。
2科技成果简介
2.1成果定义和特征
科技成果是指对某一科学技术研究为内容,通过试验研究、调查考察取得的具有一定实用价值或学术意义的结果,包括研究课题结束已取得的最后结果,研究课题虽未全部结束但已取得的可以独立应用或具有一定学术意义的阶段性成果。科技成果具有新颖性与先进性、实用性与重复性,有独立、完整的内容和存在形式,应通过一定形式予以确认等特征。
2.2科技成果转化描述
科技成果转化是指为了提高生产力水平,对科学研究与技术开发产生的具有实用价值的科技成果进行的后续试验、开发、应用、推广,直至形成新产品、新工艺、新材料,发展新产业的相关活动。从宏观上来看,科技成果转化是一个由科技供给系统、科技转化系统、科技需求系统和科技环境系统构成的大系统。在微观方面,科技成果转化一般包括实验室研究、中间试验、工业性实验、工厂化生产等诸多环节。
2.3科技成果转化三个发展阶段
科技成果产生阶段:该阶段主要从确定研究开发项目开始,到初步成果(产品)形成才基本完成。科技成果转移阶段:该阶段主要包括成果(产品)进入中试试验和工业化试验等。科技成果应用阶段;该阶段主要包括成果(产品)进入规模化生产,并进入市场等。
2.4科技成果转化基本要求
科技成果转化作为一项复杂的社会系统工程,需具备多方面条件,满足多方面要求,如科技成果自身的成熟程度、转化环境,以及相应的政策、社会服务与支持等都是重要的转化条件,是顺利转化的基本要求。以下分别作说明。
2.4.1技术成熟度
技术成熟度,即科技成果适应社会生产发展需要的实际水平,是科技成果转化的最根本的条件。技术成熟度特征:完全成熟的科技成果,应当是可以立即生产的;不够成熟的成果则还需再投入进行二次开发,才可能投入生产,所需要投入量越大,表示成果就越不成熟。技术不成熟原因:技术认识不同,科技投入不足,使科研条件和科研深度都较为缺乏;中试环节薄弱,中试的欠缺使得成果的先进性、适应性、配套性、可靠性达不到要求,难以实现工业化生产的需要。例如:长期以来,由于经费短缺,我国中试基地建立的数目较少。以上海为例,2005年从基础研究到中试再到产业化,投资比例为1:1.03:10.55,而较为合理的比例是1:10:100。中试的欠缺使我国科技成果的转化率低,已经成为制约我国经济持续发展的一个“瓶颈”。结论:科技成果要实现成果转化,首先要求科技成果技术成熟。因而需加大投资力度,加强中试试验研究力度,形成成熟的、可靠的科技成果,促进成果的推广。
2.4.2转化环境
转化环境主要包括转化的市场需求、政策和意识。第一,树立以市场为导向的意识。要从科研源头起与市场需求相结合,以形成产业化为根本目标,针对现有和潜在市场,开发具有市场前景的科技成果,促进科技成果的转化;要避免科学研究与市场脱节,造成成熟的技术也无法进行推广,致使大量的科技成果无法产业化。例如:美国仪器制造业对高科技成果的一项调查显示:11项首次发明的新仪器,思路100%来自用户;66项重大改进,85%来源自用户;85项小改小革,67%来自用户。结论:以市场为导向的研究,更容易促进科技成果的转化,科研人员必须始终坚持以市场需求为出发点和归宿。第二,科技发展政策。科学技术与政策的关系日益密切。科学技术的发展越来越依赖国家的支持,国家的科技投入和政策引导成为影响科技发展的重要因素。需着眼于促进经济建设、依靠科技进步机制的形成和企业技术创新主体地位的建立来制定配套政策,加强政府以科技需求为导向的行为,强化政策的激励引导作用。政策的制定要从科技成果转化大系统和全过程出发,在促进科技成果供给的政策、促进科技成果转化过程整体化的政策等方面,形成体系上的一体化,避免“头疼医头”、“捉襟见肘”,形成不合力。例如:美国是获诺贝尔自然科学奖最多的国家,一方面,美国较高的物质生活待遇吸引了高级人才;另一方面是美国适宜的科技政策和社会文化氛围,推动了科技的发展。在这个意义上说,比尔•盖茨出现在美国决不是偶然的。结论:要有激励的政策,更容易促进科技成果的转化。第三,科研成果转化意识。成果转化意识是一切成果转化活动赖以发起的内驱力,是贯穿于成果转化过程的内在动力;低科技成果转化率的一个重要原因在于科技成果转化意识的缺乏,如科技成果的价值意识、商品意识、社会科技开发意识不强。科技成果拥有者必须有强烈的转化意识,才能从主观上发挥其积极性,促进科技成果转化的进程。例如:不少科研单位和科研人员把科研成果的获得作为科研工作的最终目标,不能主动把科研成果作为商品推向社会;同时企业对购买科技成果表现冷淡,因而造成了大量的科技成果的搁置,导致科技成果转化率低。结论:科研人员具有强烈的成果转化意识,更容易促进科技成果的转化。
2.4.3宣传策略
科技成果的推广必须注重市场宣传和推广,一方面加大宣传力度,另一方面注重宣传适度。主要宣传策略如下:1.强化组织领导,健全科技宣传网络;2.明确目标责任,强化考核督查力度;3.整合科技资源,拓宽科技宣传渠道;4.加强媒体合作,搞好科技宣传;5.开展科技培训,促进成果推广;6.开展科技活动,丰富宣传形式;7.加强技术交流,建立信息平台;8.注重方式方法,宣传适度确保质量。
2.5科技成果应用现状分析
农业、工业、医药、军事、材料、电子、生物、航天等领域的科研成果,大量的成果怎么处理呢?这些都需要进行成果转化,这些新产品、新材料、新工艺,只有进行科技成果的转化才能有真正的作用,同时科技成果也有市场需求。突出表现出两个特点:一方面大量科研成果生成,一方面有巨大的市场需求。
2.5.1科技成果转化率低
我国每年有2万余项比较重大的科学技术研究成果和5千多项专利,但是其中最终转化为工业产品的成果不足5%,而欧美发达国家转化率则为45%以上。我国科学技术向生产转化的比例为10%~15%,也远低于发达国家的60%~80%。高新技术企业的产值在社会总产值的比例仅为2%,与欧美发达国家的25~30%相比,更是不可同日而语。结论:目前我国科技成果转化率低。2.5.2科技成果转化率低的原因我国科技成果转化率低的原因主要有:科技成果本身存在先天不足,成熟度低;科技成果系统配套不够;科技成果对企业缺乏吸纳和转化的动力与活力;科技成果转化缺乏资金支持,相应的风险投资基金匮乏;科技成果中介机构不健全,社会服务职能不完善;体制上产学研系统各自独立,科技与生产脱节;市场体制不成熟,法律保障不足。
3纳米科技成果及产业
3.1纳米科技成果及产业的特点
纳米技术属于高科技领域,因此与高科技成果有着共同的特征:高风险,高投入;高额的利润前景;巨大的市场需求。纳米科技为多学科交叉领域,其应用及产业化又具有许多独特的特征:多学科交叉特性;潜在的高额利润;潜在的市场需求。
3.2纳米科技成果市场分析
纳米技术有巨大的潜在市场,它与信息技术、生物技术共同成为二十一世纪社会发展的三大支柱,也是当今世界大国争夺的战略制高点。据权威的研究报告显示,2000年纳米技术对全世界GDP的贡献为4000亿美元,预测2010年纳米技术对美国GDP的贡献将达到10000亿美元,日本纳米技术的国内市场规划也将达到273000亿日元。纳米科技的健康发展,对二十一世纪的社会和经济发展、国家安全以及人们的生活和生产方式带来巨大的影响。结论:纳米技术及产业已成为世界各国抢占的巨大市场。
3.3纳米科技成果转化现状
在纳米科技产业化方面,除了纳米粉体材料在少数几个国家初步实现规模化生产外,纳米生物材料、纳米电子器件材料、纳米医疗材料等产品仍处于开发研制阶段,要形成一定市场规模还需一段时间。目前成果以基础研究为主,纳米技术应用成果处于初期阶段,产业化效果不理想,成果转化率低。如果将纳米产品的成熟程度按中试、批量生产和规模化生产划分,其分布明显呈剧烈递减态势。研究开发和规模化生产的距离较大,大约只有5%的实验室成果最终能转化为规模化生产。
3.4纳米科技成果转化率低原因
3.4.1投入的科研经费不足
成果转化未知因素多,造成研究工作周期长、所需经费多;对科研的投入未考虑中试等应用技术研究,影响科技成果的转化。
3.4.2缺乏风险意识和市场服务意识
纳米技术产业与其它高新技术一样都存在投资风险、政策性风险,市场风险和自由竞争风险等。同时,纳米技术还存在着潜在风险。另外,科研工作者市场服务意识淡薄,缺乏主动为企业服务的意识。
3.4.3科研缺乏布局和规划
缺乏制定战略发展规划以及科研与产业的合理布局,造成低水平重复和资源浪费;重视基础性研究,轻视应用性研究,造成科研成果缺乏市场,成果难以被企业吸纳和转化。
3.4.4纳米科技成果成熟度低
在研究中,研究人员常常只注重论文,纳米科技成果论文水平很高,但产业化并不理想;注重实验室开发,没有潜心于后续的应用开发和技术支持,造成成果成熟度不够,先天不足,难以转化;大部分企业属于生产型,缺乏持续创新和应用开发能力,只能接受非常成熟的技术。
3.4.5缺乏信息沟通缺乏信息沟通,导致产学研系统各自独立,科技与生产脱节。从事纳米科技研究的人员,分属不同的行业和部门,条块分割,由于缺乏相互交流,更缺乏与一线企业的交流与合作;由于信息不畅,造成成果难以满足需求,以及成果和需求重复现象严重;企业间应用成果壁垒森严,难以推广,导致不少低水平重复,重点不突出,阻碍了整体优势的发挥。
3.4.6纳米专业人才匮乏
纳米科技由多学科交叉,因此需要具有多学科知识的复合型人才;纳米科技的迅速发展,需要大量纳米科技领域及其相关领域的人才。而中国传统分门别类教育体制培养的“专业人才”,不能适应拥有多学科知识复合型纳米研发人才的需要。因此,为推动我国纳米材料产业的发展,需要培养一批复合型纳米科研人员及纳米经营管理人才。
3.4.7知识产权意识淡薄
中国纳米技术近几年有了突破性的发展,但知识产权意识在科学界尤其是开发应用领域仍然淡薄。专利数量有所增加,但是在总量上申请的专利还是很少。在我国,申请的专利大部分是纳米粉体材料制备方面的专利,而国外的专利很多是纳米应用专利。
3.4.8行业标准和技术规范缺乏
目前纳米科技应用研究很热,市场上出现了很多“纳米商品”,然而,很多的“纳米商品”还不是真正意义上的“纳米产品”。市场上缺乏行业标准和技术规范的约束,一些人热衷于炒作纳米概念,造成初级产品过剩,浪费了社会整体资源;一些生产微米材料的企业,在其产品性能用途完全没变的情况下,贴上纳米标签,摇身一变成了纳米材料企业,误导纳米概念;一些企业在投入少量资金注册了纳米材料公司或纳米材料应用公司后,就开始在经营业绩上做文章,蓄意编造是专门从事纳米科研、生产和应用的实力企业的假象,最终达到圈资、骗政策的目的。
4纳米科技推广应用思路
针对纳米科技成果转化率低及成果推广过程中所存在的问题,促进纳米科技的推广应用,应切实做好以下工作。
4.1根据市场需求,选好研究目标
针对我国纳米科技产业化处于初级阶段,纳米科技发展资金投入不足,纳米科技产业化效果不理想等现状,在有限的资金和设施条件下,纳米科技的发展一定要从科研源头上加以调控,科研项目选题要以市场需求为导向,以形成产业化为根本目标,强调创新意识和市场服务意识,发展具有竞争力的新技术和新产品,并推进传统产业的发展,从而促进纳米科技成果更快地得到推广和应用。
4.1.1科研项目选题时应遵循的原则
创新性原则:强调科技源头创新意识;产业化原则:以产业化为根本目标,能独立形成新产品、新技术;竞争力原则:注重可提升产品竞争力的技术及材料,注重与传统产业结合;市场化原则:以市场需求为导向,加强服务意识,注重市场推广。
4.1.1.1强调科技源头创新意识
自主创新已经成为科学技术发展的战略基点和调整产业结构、转变增长方式的中心环节。十一五发展规划指出:“科学技术发展,要坚持自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”。纳米科技属于高新技术领域,因而,必须强调创新意识,研究和开发具有源头创新性的新技术和新产品,形成自主知识产权的新技术和新产品,实现技术发展的跨越,实现企业资本、社会资本和知识资本的有效组合及转化增值。强调创新意识,发展纳米科技,必须以市场为导向,以产业化为根本目标,发展成熟的技术,努力提升其竞争力,吸引企业及其它投资公司的参与和投资。加强纳米科技源头创新,要以纳米电子学、纳米尺度的加工及组装技术、纳米生物和医学、纳米材料学等科学前沿的理论和方法学为重点,争取取得重大进展,获得具有自己特色的发现和发明创造,促进纳米科技的产业化。
4.1.1.2以产业化为根本目标,能独立形
成新产品、新技术选题时要以产业化为根本目标,研究方向要与产业相结合,要策划出一个行业的主体并且形成一个产业链条。开发市场前景广阔、能够独立成新产品的先进技术,吸引以纳米技术为关键生产技术的企业投资,推动纳米技术的产业化进程。围绕国家长远发展目标,将纳米技术与信息、环境、能源、生物医药及先进制造、海洋、空间等高新技术相结合,提高纳米技术在这些产业中的含量,建立以纳米技术为主旋律的一批纳米产业及产业链并形成产品、商品,为提高我国的绿色GDP做贡献。举例1:信息产业中的纳米技术以纳米阵列体系为基础的量子磁盘,1998年正式问世,存储量高达465Gb/in2,相当于现在磁盘10万个的存储量。1999年,美国惠普公司在实验室成功制造了100×100nm芯片。正像克林顿所说,利用现代的纳米技术制备的超高密度存储元器件,可以将美国国会所有的信息存储在只有方糖大小的体积内。2000年,IBM公司通过纳米技术把这种磁盘的存储量提高到1000Gb/in2,相当于100万个现在磁盘的存储量。利用纳米技术可以将动态随机存储器和电脑CPU缩小到70nm,晶体管的尺寸为100~200nm。结论:纳米技术在电子信息产业中的应用,将成为21世纪经济增长的一个主要发动机,其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。举例2:生物医药产业中的纳米技术采用纳米超顺磁载体制作的示踪剂使核磁共振检出的癌细胞尺寸大大降低,便于早期诊断、早期治疗;利用纳米技术输送生物大分子药物,可克服其吸收差、稳定性低的缺点,实现其天然、高效等特点,显示出良好的应用前景;根据药物分子的性质设计纳米颗粒表面及内部结构,从而达到人为地设计药物的靶向目标及其释放和作用方式,明显提高药效;利用纳米技术制备支架、骨骼等植入材料,具有很好的生物相容性,并可发挥治疗效果。结论:纳米材料技术将在生物医学、药学、人类健康等领域有重大的应用。预计到2015年,纳米技术在生物医药领域中的应用,全球市场将达到2000亿元。
4.1.1.3注重发展提升产品竞争力的新技术和新材料
传统行业的发展需要纳米科技来提升其技术和产品的竞争力。传统产业是国民经济的重要组成部分,这就决定了发展纳米产业应切入传统产业,努力提升对传统产业和产品的更新换代,提高竞争力,同时调整传统产业结构,实现经济增值。纳米科技的发展需重视与传统产业相结合。纳米技术在传统产业的应用具有投入少、见效快、市场前景广阔等特点,因此,将纳米科技与传统产业结合,可以有力促进纳米科技的推广应用。加强与传统产业合作,必须以市场需求为导向,发展具有市场潜力的产品和技术,通过纳米技术显著提高传统产品的竞争力。加强与传统产业合作,从一开始,就要积极吸纳企业的参与投入,发展能显著提高传统产业和产品的新技术和新材料。举例1:纺织行业中的纳米技术纳米催化剂在化纤原料涤纶聚酯合成中的应用,将使生产效率提高5倍以上,大大降低了生产周期和成本,这项技术在化纤行业的推广可带来数十亿元的收益;利用纳米技术对各类化纤进行改性,使之具有功能性,如吸水吸湿纤维、变色纤维、芳香纤维、磁性纤维、防辐射纤维、远红外纤维,还可采用复合纺丝法来生产功能化织物;纳米功能氧化物填充到纤维中可制得各种差别化、功能化纤维,为纤维的发展带来一场健康革命,其市场规模也超过二十亿元。结论:纳米技术的应用将对纺织行业的发展起到巨大的推动作用。举例2:建材行业中的纳米技术纳米技术在建材领域的应用:利用纳米材料的自洁功能可开发的抗菌防霉涂料、PPR供水管;利用纳米材料具有的导电功能可开发的导电涂料;利用纳米材料屏蔽紫外线的功能大大提高PVC塑钢门窗的抗老化变形性能;利用纳米材料可大大提高塑料管材的强度等。另外,纳米抗菌不锈钢塑料复合管、纳米抗菌PPR管是在管材内层塑料中添加纳米级抗菌材料,经共挤出而制成具有抗菌、卫生自洁功能的管材。仅以PVC塑钢门窗为例,近几年我国每年城乡工业和民用建筑的建造量平均约12亿平方米,需要门窗3亿平方米,年需塑钢门窗约3000万平方米,年需硬PVC异型材约30万吨。结论:纳米材料在建材中具有广阔的市场应用前景和巨大的经济、社会效应。
4.1.1.4以市场需求为导向,加强服务意识,注重市场推广
以市场成熟代替技术成熟是发展纳米技术的最佳方式。改变传统的“技术导向”为“市场导向”,始终坚持以市场需求为出发点和归宿,以市场需求为拉动机制,着重推动具有应用前景的新技术和新产品的开发,注重对传统产业的改造和提升,提升产品的竞争力,推动纳米科技的产业化。着重发展有重大影响的方向与领域,注重纳米技术与各个行业的交叉融合,使纳米技术和产品能服务于各个行业。注重纳米技术的市场推广,加强纳米科技与各个行业领域间的交叉融合,加强科研成果和企业及投资商之间的交流合作,建立信息交流平台,创建科研成果转化的渠道,为纳米科技发展提供有力服务和支持。
4.2注重技术集成,实现自主创新
“创新”是科技发展的生命力所在。对于纳米科技的发展,需加强新技术和新产品的原始性创新,提升产品和技术的竞争能力。同时在重视原始性创新的基础上,更应该注重具有重大应用价值的集成创新,通过对集成要素的优势整合,提升集成整体的竞争能力,实现更大的市场价值。
4.2.1技术集成创新有利于形成市场竞争力
长期以来,人们比较注重单项技术继发展,这是技术开发初级阶段的必然过程。但从科技与经济结合的内在要求来看,单项技术的研究开发,因为缺乏与其它相关技术的衔接,在当前很难形成有市场竞争力的产品或新兴产业,这就造成我国每年所取得的数万项科技成果最终束之高阁,削弱了我国科技创新的基础。
4.2.2技术集成创新将提高产业核心竞争力
核心竞争力的形成,不仅仅是一个创新过程,更是一个组织过程,使各种单项和分散的相关技术成果得到集成,其创新性以及由此确立的企业竞争优势和国家科技创新能力在价值上远远超过单项技术的突破。加强技术集成创新,是企业实现自主创新的新思考,也是企业获得竞争优势、适应知识经济发展的关键。
4.2.3纳米技术的集成主要内容
4.2.3.1纳米科技成果的集成
将分散的技术集中,形成一个可达目标功能的技术体系,即组合应用性技术成果,也称为技术捆绑或技术整合。纳米科技成果的集成应注意以下几点:注重主题的策划,选好技术与成果,实现目标显示度。(1)注重主题的策划以市场需求为导向,关注市场需求的多样化,强化产品的竞争意识;以纳米技术或产品为关键要素,解决需求中的重大问题,具有行业导向性与共性;拓展解决方案的丰富性,注重外部资源的易取性;强化研发时间的迅捷性,凸显研发质量的配比性。(2)选好技术与成果始终坚持把市场需求作为出发点和归宿点,选择具有市场前景的技术和成果,选择具有竞争优势的纳米材料或技术为关键技术要素,具有前景的技术与成果,注重其成熟度和可靠性。同时加大中试研究力度、中试研究领域和资金投入,注重集成要素中技术和成果的协调与融合,优势互补,使集成整体具有新的价值。(3)实现目标显示度注重目标功能的实现,不仅要实现各项集成要素的功能目标,还应实现集成系统的整体功能目标。集成要素和集成系统的功能定量指标应具有竞争性,以实现其产品的显示度,有利于产品的推广。
4.2.3.2注重技术集成创新
(1)从纳米科技发展到产业链上的集成协作在产业链的衔接上,由于纳米技术的跨学科性,急需将努力的方向由“单打独斗”转向“集成协作”。实验和技术上存在局限性,而研究的广泛和复杂,造成设施难以完备;技术的成熟度不够;研究成本高和周期长,造成产业化难度大。因此,仅依靠某一个工业部门或者研究机构,将无法加快推动纳米科技的应用和产业化的步伐。结论:要实现和促进纳米技术的产业化发展,需要采用合理的产业化与投融资模式,推动纳米技术产业链的全方位发展。这就是所谓的为了构筑我国纳米产业发展的大战略,也是目前国内众多研究机构、企业正在的探索大联合的适当途径。(2)纳米科技发展产业链上的集成协作方式第一,建立国家级研究开发平台,充分发挥国家级研究开发平台的作用,推动各研究部门之间的交流合作,实现软硬件资源共享,避免重复建设。第二,建立产业孵化基地。“科研-孵化-企业”一条龙式的产业化模式,有利于推动科研成果产业化,因此,在有条件的地方应建立纳米科技孵化基地。第三,加强产学研的合作。积极推进产学研一体化的进程,把研究、开发和应用过程的各个阶段建成一个系统,使之紧密衔接、相互交替,保证从科研到生产整个过程的连续性,从而使科研单位前期的研究、开发优势与企业工业化生产优势融为一体,促进科技成果的转化。(3)各领域科学研究人员间的协作从目前情况看,我国从事纳米科技的研究人员,分属不同的行业、部门,彼此之间信息沟通不畅,研究人员之间也缺乏必要的交流,致使研究力量大大分散,而且各地研究所重复研究、重复建设严重。纳米科技属于多学科交叉的前沿研究领域,要动员和组织信息、物理、化学、生物、医药、材料等学科的专家参与纳米科技的研究开发,抓好多学科在纳米科技方面的集成。结论:纳米科技的多学科交叉特性必然要求加强各领域科学人员之间的协作。
4.2.3.3纳米科技推广注重技术集成创新的应用案例分析
应用1:“以应用纳米技术打造新世纪康居商住楼”思路(1)为了贯彻《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》以及“十一五”规划中的要求,促进生态人居环境和绿色建筑的发展,提出集成整合最先进的纳米技术研究成果,积极推动健康、环保的生态建筑技术的应用与推广。为打造康居示范工程提供有力的技术支持和保障,致力于搭建三大公共技术平台,即居住环境健康性和安全性公共技术平台;建筑物与居家用品节能和环保性公共技术平台;资源综合利用公共技术平台。(2)应用纳米技术打造新世纪康居商住楼,可以体现在环保、健康、节能等方面的优势上。具体应用可以包括外墙涂料、内墙涂料、变色玻璃、地毯地板门、厨房、家用电器、卫生洁具、床上用品、窗帘、玩具及衣物等。(3)面向生态人居环境和绿色建筑的发展的需要、面向《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》以及“十一五”规划中的要求,新世纪康居楼的打造将对该行业及人们生活产生很大影响,将形成一个完整的产业链条,引导该行业的发展。以纳米材料或技术为关键技术要素,具有竞争优势;选择具有很好市场前景的纳米改性内外墙涂料、纳米改性纺织品、纳米改性陶瓷、应用纳米技术的太阳能电池等技术和产品,打造一个健康、环保、节能的居住环境,具有竞争优势。另外,选择的纳米改性内外墙涂料、纳米改性纺织品、纳米改性陶瓷等成果技术成熟度较好。应用2:“建立应用于汽车产业的纳米技术产品产业链”思路(1)纳米技术在汽车产业中的应用,可以包括纳米材料改性内饰件、纳米结构超强钢板、纳米结构铝材料、高耐腐纳米水性汽车涂料、纳米隔热涂料、纳米材料改性高性能轮胎、高强度胶黏剂、纳米汽车油、纳米汽车燃油添加剂、纳米传感器、汽车动力应用纳米新型太阳能电池、纳米汽车尾气催化净化材料等。(2)面向十一五规划的“建设环境友好型,资源节约型社会”,面向中国巨大的汽车产业市场,中国汽车产业发展在近几年速度迅猛,是世界上最大最有潜力的市场。选择具有很好市场前景的纳米改性内饰件、纳米改性涂料、纳米改性高性能金属材料、高强度胶黏剂、纳米汽车尾气催化净化材料、纳米汽车燃油添加剂及汽车动力应用纳米新型太阳能电池等技术和产品,具有竞争优势。纳米技术在汽车上的广泛应用,将降低汽车各部件磨损、降低汽车消耗、减少汽车使用成本,还能消除汽车尾气污染,改善排放。可以预见,纳米技术在汽车产业的应用将对该行业及人们生活产生很大影响,将形成一个完整的产业链条,引导该行业的发展。应用3:纳米科技与新兴行业、支撑行业及国家重大工程挂钩纳米科技与新兴行业、支撑行业及国家重大工程的挂钩可以吸引国家或地方政府等的财政拨款,同时可以吸引公司和企业的投资和参与。纳米科技在新兴行业、支撑行业及重大工程中等各领域中的渗透,将加快纳米科技的产业化;纳米科技在新兴行业、支撑行业及重大工程中的应用,将提升这些行业的技术含量,增加其竞争优势,推动其发展;同时对其产业结构的调整、经济增长方式的改变具有深远的影响。例如:纳米技术及应用国家工程研究中心以产学研结合的方式,组织上海城建集团、上海高校和科研院所利用纳米技术和其它技术集成解决道路隧道内的废气治理问题,这是纳米科技在城市市政工程中的重要应用,该项目已列入国家支撑计划。结论:通过集成技术、产学研合作等方式与新兴行业、支撑行业及国家重大工程挂钩,容易吸引投资,促进纳米技术与其它技术和产业的融合,从而促进纳米技术的发展。
4.3树立诚信市场理念
4.3.1纳米科技要健康跨越发展必须树立诚信意识
诚信的本质首先是经济规律,其次才表现为伦理性质。诚信不足,败事有余。市场经济就是信用经济,信用是现代市场经济的基石,没有诚信,就没有秩序,市场经济和社会道德就会陷入混乱之中。目前纳米科技应用研究很热,市场上出现了鱼目混珠的现象,虚假的“纳米商品”,纳米概念的炒作,严重扰乱了纳米市场的秩序,误导人们对纳米的认识,损害了纳米科技的形象,严重阻碍了纳米科技的产业化发展。结论:纳米科技要健康跨越发展必须树立诚信意识,诚信的市场经济理念。
4.3.2如何树立诚信意识
加强诚信意识培养;健全市场竞争机制,让诚信成为人们自觉遵奉的客观经济规律;强化监督,建立相互补充、相互制约的诚信监督体系;加快建立信用体系,规范信息传递和披露机制,发展资信评估行业;强化法制建设,为诚信规范提供坚实的法制保障。
4.4制定适合纳米政策纳米科技的应用推广,需要制定适
合纳米科技发展的政策,保障纳米科技的可持续发展。
4.4.1制定发展规划,实施专项行动
第一,坚持“有所为,有所不为”的方针,制定纳米科技的发展战略,制定我国纳米科技发展的近期、中长期规划,对纳米技术的基础研究进行整体规划,制定国家纳米科技产业的发展规划,集中力量,重点突破。第二,根据市场要求,依托现有产业的优势和基础,确定重点发展的产业及产品,引导产业结构调整。第三,按照市场需求,集中优势力量研究、开发具有自主知识产权、市场潜力大、技术可行的项目和对未来有重大影响的关键领域,突出特色。
4.4.2建立创新体系,强化专利保护意识
组建全新机制的实体性创新平台,建立以企业为主、产学研结合的纳米科技创新体系。强调纳米科技的原始创新,注重技术创新、管理创新、制度创新的有机结合,在原始创新基础上,同时注重集成创新,强化专利保护意识,提高知识产权保护在企业发展中的重要作用。另外,建立和健全纳米技术成果产权保护制度,优先资助拥有自主知识产权的专利成果的产业化。
4.4.3重视人才培养,加强技术交流
制定人才优惠政策,鼓励人才流动竞争,努力创造人尽其才、才尽其用的良好环境。建立培养和吸引纳米科技人才的政策,培养高质量的纳米技术人才和领军人物,引进国外具有真才实学的优秀人才。加强国内外科研单位及企业之间关于纳米技术的信息交流,建设开放式的国家纳米技术信息交流平台,加强国际交流和合作,扩大国际影响。
4.4.4加快基地建设,吸引多元投资
鼓励科研单位、高等院校与生产企业共建纳米技术创新基地、开放式研究开发中心等,改善基础设施条件,对共性关键技术进行联合攻关,建立以企业为主体,产学研结合的纳米技术创新体系,加速纳米技术的研究开发与产业化步伐。重视以政府政策资金为导向,建立多元投资融资体系,吸引风险投资及民间投资,使其大规模地介入纳米技术产业并与科技界融合。同时,鼓励纳米科技型企业在资本市场上融资,加速纳米成果的转化和产业推进。4.4.5完善行业标准,规范技术市场重视标准意识,根据纳米技术产品的性质、用途,参照国际标准,制定我国纳米技术行业的产品标准,建立权威性的国家纳米产品质量检测中心,使纳米产品的生产和销售有章可循。尽快制定出台相关的政策法规,规范纳米市场,避免纳米技术及应用研究重复建设和过度竞争。
4.4.6加强科普宣传,倡导科学道德
重视纳米技术的普及工作,加强对纳米科技的科普教育,使大众对纳米科技有正确的科学认识,避免过分炒作和误导。重视纳米科技相关学科的建设工作,保障我国纳米科技的可持续发展。
5纳米科技成果介绍
纳米技术及应用国家工程研究中心积极整合社会资源,积极推动纳米技术成果的转化。
5.1应用在环境领域的纳米材料和技术
成果1:用于汽车尾气催化净化处理的介孔基催化材料成果简介:孔道内担载贵金属Pt/Rh/Pd的氧化锆基(氧化锆/氧化铈)复合纳米介孔催化剂。该催化剂采用具有自主知识产权的涂覆工艺,成功负载于金属载体表面,经检测,排放性能及催化剂老化性能达到并优于欧IV标准(GB18352.3)。技术特点与优势:特殊的介孔结构,高比表面积;贵金属用量低,热稳定性好;优良催化活性和稳定性;抗老化性好。产业化前景:2007年我国汽车产量达到900万辆,并逐年递增。同时,我国将面临新车必须全部加装净化器的局面,该项目具有极其广阔的市场前景,其经济、社会和环境效益十分巨大。成果2:光催化净化室内空气应用技术光催化室内净化技术现状:不能有效地去除室内空气中;危害性很大的细微颗粒物;催化剂活性组分易流失;微孔容易被颗粒物堵塞,致使催化剂失活。技术创新:将高流速高效率静电除尘与光催化净化室内空气两相单元技术有机的结合。技术内容:包括性能好低成本的金属泡沫网状载体的制备技术、光催化净化活性组份在金属泡沫载体上负载技术、净化室内空气污染物一体化新技术、金属泡沫网状物负载光催化材料、室内光催化净化器。产业化前景:目前我国城镇装修过的房屋中80%存在甲醛超标问题。净化室内装修污染的市场规模达100亿元,并正以每年30%的速度增长,据预测2008年将达到200亿元的市场规模。5.2应用在能源领域的纳米材料和技术成果3:镍氢(MH/Ni)动力电池与镍锌动力电池技术内容:镍氢动力电池技术;锌镍动力电池技术;在电极中添加纳米添加剂;提高电池的循环寿命;提高电池的安全性。应用范围:电动工具、割草机械、玩具模型、电动自行车、电动摩托车等。技术成果:《动力镍氢电池用纳米材料测试技术》项目被上海市高新技术成果转化服务中心项目认定办公室认定为上海市高新技术成果转化项目。这意味着该中心又一项纳米科技成果将走向市场。产业化前景:随着WTO的加入,对动力电池的需求逐年增加。目前国内市场对镍氢动力电池的年需求量在数千万节以上,也将在上千亿的一次电池市场中占据一席之地。
5.3应用在生物医药领域的纳米材料和技术成果
4:超临界粉碎技术成果简介:超临界粉碎技术,采用超临界流体,通过改变压力快速改变溶液的饱和度,使溶质瞬时成核、获粒度均匀、超微细纳米级、无污染高纯度产品。通过此药物微细化技术,实现中药的微纳米化,促进药物的溶解性,提高药物的生物利用度。成果内容:水飞蓟素微纳米颗粒,超临界流体增强溶液分散技术(SEDS),粒径尺寸介于50~300nm,纳米化后的药物在水中溶解速率得到显著改善。谷甾醇纳米颗粒,气溶胶溶液萃取系统(ASES)技术,粒径介于50~300nm,ASES处理后样品结晶度降低;化学结构没有明显改变。产业化前景:超临界微纳米加工产品:如纳米水飞蓟素、植物甾醇可应用于相关药物或油类产品,按1%的附加值计算,相关药物或油品的产值达100亿,该产品产值可达1亿元。成果5:用于腹腔淋巴靶向治疗的纳米给药系统成果简介:以安全无毒的聚脂类生物降解聚合物为纳米粒的骨架材料,用改良的乳化-液中干燥法制备载药纳米粒(NP)。腹腔化疗方式治疗卵巢癌,克服了紫杉醇游离药物渗透性差、易过敏等缺点,并能实现产业化。技术特点和优势:解决了材料的安全性,采用经FDA批准载体材料;制备工艺可实现产业化,粒径及其分布可控制、重现性好,包裹率高,生产工艺条件不苛刻。产业化前景:全球卵巢癌每年新增病人19.2万,死亡人数为11.4万,其死亡率占妇科恶性肿瘤之首。建成应用示范点,年创产值可达1000万元。成果6:基于纳米生物探针的微流控阵列蛋白质芯片成果简介:该芯片是一种纳米生物技术与微生物芯片技术的集成产物。通过纳米生物自组装技术将靶蛋白配体组装在纳米粒子界面上,构成纳米生物探针,可以特异性地与各种生物样品(血清、细胞培养液等)中的靶蛋白结合,并最终被捕获在微流控阵列的特定检测区域,通过纳米粒子所发出的光学信号实现对多种靶蛋白的高特异高灵敏的同步多元分析。技术特点和优势:高灵敏、高分辨和低噪音;可以实现多种生物分子的同步检测;具有在分析模式和使用便捷性上的多种优势。产业化前景:主要应用领域有蛋白质的结构功能研究、医学诊断和医疗、新药开发、生物工业、低样品消耗和快速的芯片反应器系统,以及特定用途的专家系统。
5.4应用在电子信息领域的纳米材
料和技术成果7:CMP后清洗剂成果简介:采用表面活性剂的分子设计技术,利用表面活性剂的协同效应,研制了一系列高性能CMP后清洗剂。技术特点和优势:由表面活性剂、高性能功能性清洗助剂组成的水基清洗剂。适合抛光后高精度表面的超精密清洗。清洗效率高、对工件腐蚀小、残留少等。技术现状:用于硬盘清洗的清洗剂已得到世界最大硬盘基片生产商“深科技”的认可,指标达到国际先进水平。硅片清洗剂已在国内企业得到初步应用。产业化前景:可广泛用于计算机硬盘、硅片、玻璃基片等表面的超精密清洗。系一次性使用,因而电子行业的清洗剂具有巨大的市场。CMP后清洗剂利润丰厚,以每年销售1千吨计,利润在1000万元以上。成果8:高性能纳米粒子抛光液成果简介:化学机械抛光技术(CMP)是迄今几乎唯一可以达到全局平面化的超精加工技术,纳米粒子抛光液是CMP技术的关键要素。通过解决纳米粒子改性分散技术、纳米粒子抛光液的配伍与精制技术、原子级抛光工艺技术等关键技术,成功制备出一系列含有纳米磨粒的纳米粒子抛光液。纳米粒子抛光液由纳米粒子研磨剂、功能性助剂、溶剂组成。技术特点和优势:在计算机硬盘基片的抛光中可以达到表面粗糙度(Ra)小于0.5;数字光盘母盘玻璃基片抛光中表面粗糙度达到4.68;均达到国际先进水平。产业化前景:纳米抛光液市场广阔,用于高精加工的纳米抛光液为消耗品,系一次性使用,不可循环使用以免影响抛光质量,因而抛光液市场容量较大。
这份荣誉是对高树森董事长几十年来情系纳米耐火材料,专注于技术创新,通过自主创新与自主知识把一家民营企业不断地做强做大,为高温工业耐火材料的科研开发及产业化做出不懈努力的充分肯定。付出总有回报!据了解,高树森董事长还是教授级高工,山西省耐火材料工程技术研究中心主任兼首席专家,中国节能协会玻璃窑炉专业委员会副主任委员。因多项重大科研创新,他曾多次被冶金部、山西省政府、太原市政府授予劳动模范、先进科技工作者等荣誉称号。
高树森告诉《中国科技财富》:推动创新是国家发展和民族崛起的客观要求。纳米材料是21世纪最富有活力,对各个领域将产生深远影响的高新技术,也将对我国经济的发展提供新的机遇。随着纳米材料和纳米技术进入更多的传统产业和传统产品中,纳米科技将带来更大的经济和社会效益,对人类社会进步产生深远的影响。纳米经济是战略性新兴产业,是新科技和新型产业的深度融合,代表未来发展的方向,紧紧抓住新科技革命带来的战略机遇,使纳米产业尽快成为国民经济的先导与支柱产业,为加快经济发展模式转变提供强有力支撑具有积极意义。
创建耐材行业领军企业
太原高科耐火材料有限公司于1989年由高树森董事长基于创新耐火材料,服务产业经济的梦想而发起创立。在成立之初,这只是一家简易的小型耐火材料厂,经过几年的艰苦奋斗,企业取得了初步的发展。1992年经山西省高新技术委员会认定、国家太原高新技术开发区管委会批准,成立了太原高科耐火材料有限公司(简称太原高科)。
公司建立了耐火材料生产厂和专业的耐火材料技术研究中心,成为耐火材料行业中唯一的国家级高新技术企业,并承担山西省高端重点行业用耐火材料的技术研究与开发工作,先后研究开发出多种耐火材料高新技术产品,并及时将研究成果转化为生产力,大大促进了企业的发展,为技术研究和自主创新提供了雄厚的资金支持,形成了生产与科研相互促进的良好局面。同时,在眼界开阔的高董事长的带领下,公司注重与国内有关院校及相关专业的专家的联系与交流,早早的构建了以企业为主体的产学研机制,这些都对企业的快速发展提供了有力的支撑。
随着公司的不断发展,原有的生产能力远不能满足市场的需求,2005年公司在阳曲县投资8000余万元,建设了总占地面为150多亩的现代化工厂和企业技术研发中心,该项目被列为山西省“1311”重点工程、高科技产业化项目及山西重点引进关键科技开发项目。
新工厂于2006年竣工投入生产,特种高效不定形耐火材料年产能5.5万吨。新建的企业技术研究中心具有较先进完善的试验检验条件和设备仪器,还拥有一批经验丰富素质高的研发技术人员,具备研究开发自主创新和生产高新技术耐火材料的能力。该企业技术中心分别于2007年被山西省科技厅批准成为耐火材料行业工程技术研究中心,2009年被山西省认定为企业技术中心担负着耐火材料行业关键技术的研发和创新工作,并在自主创新方面取得多项重大创新成果。
成功绝非偶然!这首先归功于高树森董事长对这份事业的执着与热爱,其次自公司创办以来,他始终坚持科学发展观,把握行业发展的前沿方向。更为重要的是敢于在科研上大量投入,自主研发新项目,将研究成果广泛应用于生产实践,在科技创新与产业兴国上走出了一条符合企业自身特点的康庄大道。
中国缔造的纳米耐材“高”度
在高树森董事长的带领下,太原高科通过不断科技创新,申请知识产权,推动成果产业化,缔造了我国民营企业纳米科技发展的新高度。
高树森作为公司的董事长,时刻不忘技术研究,公司的众多科技创新都是在他亲自参于下获得成功,公司在纳米技术上的每一份突破都浸染着他辛勤的汗水。
太原高科研制成功磷酸盐结合的Al2O3―C质耐火材料浇注料在太钢1200m3大型高炉炉缸部位使用获得成功。这是国内外高炉史上一大创举,也为新型不定型耐火材料进入高温炼铁领域奠定了基础。这项新技术通过了部级技术鉴定,专家给予充分肯定,无论是新材质含碳耐火浇注料或是在大型高炉炉缸部位使用成功,都是重大的自主创新和发明创造,具有重大的技术意义与经济意义。
高树森在国内率先提出“大型玻璃炉强化密封保温”理论及结构,并自主研发了SiO2陶瓷―磷酸盐复合结合硅质不定形耐火浇注料。其主要特点是对耐高温性能和抗热震性得到显著提高,在炼铁高风温热风炉、玻璃熔窑、炼焦炉中都取得了成功的使用经验。1992年该项技术在炼铁高风温热风炉中应用获江苏省和南京市科技成果奖;在玻璃熔窑中应用经山西省科委进行技术鉴定,鉴定认为:玻璃密封与强化保温技术是项系统工程,涉及行业和技术领域广泛,为国内首创,国际领先水平。
公司生产的不定型耐火材料在大型钢铁联合企业各种高温炉窑中进行推广应用,先后在炼铁高炉、热风炉、炼钢电炉、轧钢加热炉、均热炉、退火炉、烧结机点火器、钢包内衬整体浇注、钢液RH真空处理吸咀等热工设备中都得到成功的使用,效果突出,为不定型耐火材料在冶金联合企业中推广应用和发展作出了卓越贡献,该项目在全国科学大会上获得科学技术进步奖。
在硅酸铝系耐火材料中,莫来石是高温下唯一稳定的矿物,还具有热膨胀系数低、抗热震性好、高温体积稳定、耐玻璃侵蚀、污染玻璃倾向性小等优异性能。为充分显现其在高温状态下的稳定性,太原高科研发成功了莫来石制品、莫来石刚玉制品、刚玉莫来石制品等一系列高科技产品,并在冶金建材等高温工业得到广泛应用,取得了突出使用效果,得到客户的高度评价,并获得省、市科学技术进步二等奖。
亚微米陶瓷结合Al2O3―尖晶石浇注料及其在钢包整体浇注中的应用项目是在实施山西“1311”结构调产高科技产业化中重点产品项目。高董事长研发的新型Al2O3―尖晶石浇注料完全解决了钢水精炼对钢包衬的材质、质量、安全性等要求,这项自主研发项目在太钢等大型钢厂得到成功应用。这种新材料还可实施连续套修补新工艺,平均累计使用寿命1000次以上,并且更节能、环保、减排,为功能化的新型绿色耐火材料带来了巨大的发展空间,并荣获太原市十大自主创新产品奖,成为太原高科专有技术,拥有独立知识产权。
大量的创新事迹使太原高科真正走上了“中国创造”之路,公司体现的社会效益与经济效益十分明显。哪怕是在金融危机冲击下,中国钢铁材料领域显得发展有些举步为艰的情况下,公司生产、产值、利润都未受到严重影响,并得到了一定的发展,公司的潜在产值利润发展空间都显得十分广阔。高树森董事长坦言:这说明了太原高科依靠科技创新走上了科学发展的良性轨道,也侧面说明了以企业为主体的创新机制对科研成果迅速转化为生产力具有重要推动作用。
目前,太原高科已通过了ISO9001―2000国际质量体系认证和ISO14001:2004环境管理体系认证,被山西省科委确定为“山西省科技先导型企业”、太原市科技局授予“太原市科技创新示范单位”、太原高新区授予“十佳技术创新项目企业”及“质量管理先进企业”、山西省认定为企业技术中心。最近,中国耐火材料行业协会授予太原高科耐火材料有限公司、山西省耐火材料工程技术研究中心“行业纳米材料产业化示范基地” 的称号。实践证明,坚持科学发展观,坚持走自主研发和自主创新的道路是太原高科发展的根本。
剪不断的纳米情结
自上世纪80年代末纳米科技诞生以来,高树森对于纳米科技一直有一种难以割舍的情节,为了这项事业,他生命不息,奋斗不止。作为一个企业家,他是指路明灯,为太原高科指明了一条崛起壮大的道路。作为一个科学家,他执着奋进,善于把握科学发展的前沿方向,为我国纳米耐火材料的发展做出了重大贡献。
如今已年过古稀的高树森仍忙于工作一线,为我国纳米技术的开发应用,推动绿色低碳的可持续经济发展而全面奔波。他告诉记者,这一切都是为了二十一世纪新一代耐火材料的开发,为钢铁、有色金属、建材、石化、环保、电子、国防等行业的大力发展提供必要的技术支持与基础原料。
为了这份情结,他统筹公司全局,带领技术中心研究人员对纳米技术、纳米材料及其在耐火材料领域中的应用开展了长期的、多方面的探索与尝试,并在此基础上还进行了专题研究和自主创新工作。这些工作是艰苦而富有开拓性,需要强烈的事业心、责任感和奉献精神;但为了这份利国利民的事业,高树森以“天降大任于斯人”的情怀坚持并享受着纳米耐火材料带给他的这片新天地,并结出了累累硕果。他的科研结果表明,采用纳米技术制备的纳米陶瓷粉体材料所具有的功能特性,在纳米耐火材料领域的应用都得到了充分的显示并予以确认。采用纳米技术和纳米材料制成的纳米耐火材料产品,在钢铁工业新技术(如炼钢二次精炼)中使用,也显示出令人振奋的使用效果。
近年来,高树森董事长对纳米技术和纳米材料进行了深入研究创新,自2008年至2009年底一年多时间内,他以发明人的身份共申报了五项纳米耐火材料国家专利项目,前4项发明专利均已公布,并经有关部门严格筛选后评定,被列为年度国家重点发明专利项目,并纳入国家发明专利实施转化项目中。前两项发明专利获第九届香港国际发明博览会金奖,又获第十二届中国北京国际科技产业博览会杰出贡献奖。有同行专家评价,这在国际上也是非常重要的创新,具备国际领先水平。这5项专利分别是:
纳米复合氧化物陶瓷结合铝-尖晶石耐火浇注料及其制备方法(公布号:101397212A)
纳米Al2O3薄膜包裹的碳-铝尖晶石耐火浇注料及其制备方法(公布号:101417884A)
纳米Al2O3、MgO复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料及其制备方法(公布号:101544505A)
纳米Al2O3、MgO薄膜包裹的碳-尖晶石镁质耐火浇注料及其制备方法(公布号:101555153A)
纳米Al2O3、SiC薄膜包裹碳的Al2O3-MA-SiC-C质耐火浇注料及其制备方法(申请号:200910223490.0)
纳米耐火材料系列发明专利的公布,是纳米技术和纳米材料在耐火材料领域中成功应用的重要标志,也是纳米技术和纳米材料与传统产业中自主研发、自主创新的重要发展方向,对钢铁等高温工业的发展和高新技术的应用,作出了重要贡献。同时,发展纳米科技是转变经济发展方式,实现可持续发展的关键。
该系列纳米耐火材料研究项目充分利用山西省资源优势生产特种高效耐火材料,为山西省耐火材料资源的利用和行业发展提供了新思路。该项目的实施对改变山西当地的资源原料输出型方式,对山西省利用资源优势,用高新技术带动改造传统产业,带动资源产业发展具有重要的意义。开发的新型纳米耐火浇注料及其整体浇注技术,大幅度提高浇注的整体炉衬的使用寿命,节省资源,且节能环保,生产成本相对较低,经济适应性强,无粉尘,无排放有害气体,特别是无纳米粉体的污染,是真正的绿色耐火材料,具有显著的经济效益和社会效益,已达到国际先进水平。该系列项目的大力推广也将为我国丰富的耐火矿产资源在现代耐火材料应用提供广阔的发展前景,将资源变为产品,推动市场效益,可带动资源产业的更快发展。
太原高科纳米耐火材料的研究,大大地推动了我国纳米技术、纳米材料的进步,为耐火材料的发展开辟了一片新天地,也为开发更长寿、更节能、无污染、功能化的新型绿色耐火材料带来了巨大的发展空间。为进一步深入开展纳米技术在耐火材料领域中的应用研究,使纳米在耐火材料领域中得到更广泛的应用,创造更多的纳米耐火材料专利项目,满足钢铁等高温工业发展需求,为钢铁等高温工业新技术的实施与发展提供了最佳服务。
为加快经济发展模式转变提供支撑
转变经济发展方式是事关经济发展质量和效益、事关我国经济的国际竞争力和抵御风险能力、事关经济可持续发展和经济社会协调发展的战略问题,也是经济领域的又一场深刻变革,更是决定中国现代化命运的重大转折。
高树森董事长认为:在纳米材料领域进行深入研究,对于我国经济转型、经济的平稳快速发展,特别是对于提升传统产业来说意义重大。纳米材料只有真正用于工业生产才能彰显价值,推动产业升级改造。纳米材料的产业化目前面临着如下瓶颈:一是降低纳米材料的制备成本;二是发展大规模生产纳米材料的分散技术问题;三是发展纳米材料应用技术问题,以制取分散性好、组织结构均匀并能形成纳米结构基质的新型高效纳米耐火浇注料。
太原高科在高树森的带领下,多年来坚持科学发展观,坚持自主创新,在纳米科技和纳米材料研发创新、纳米耐火材料产业化、纳米耐火材料在钢铁新技术中应用,都取得了卓有成效的成绩。高树森表示:在今后的工作中仍将加倍努力,预计在1-2年中,研发创新多项纳米耐火材料发明专利成果,以使我国在国际纳米科技、纳米耐火材料领域的竞争中占有一席之地。
重视并积极进行纳米耐火材料的探索与应用已成为全球共识,为了推动我国纳米科技的发展与产业化,高树森提出了如下建议:
1、太原高科对纳米科技和纳米耐火材料的研究开发和自主创新作出了长期的艰苦努力,取得多项发明专利成果,并且已进行了纳米耐火材料规模化生产。最近,经中国耐火材料行业协会认定,授予太原高科耐火材料有限公司、山西省耐火材料工程技术研究中心“行业纳米耐火材料产业化示范基地”的称号,现向发改委、科技部等有关单位申请批准成立“国家级纳米耐火材料产业化示范基地”,以促进纳米耐火材料产业化发展。
2、太原高科建立了以企业为主体的技术中心,对企业发展起到了重要作用。太原高科技术中心于2005年被太原市科技局批准为耐火行业技术研究中心,2007年被山西省科技厅批准成为耐火材料行业工程技术研究中心、2009年被山西省认定为企业技术中心。多年来,技术中心担负着耐火材料行业关键技术的研发和创新工作,并在自主创新方面取得了多项重大创新成果。现向科技部等有关单位申请批准成立“国家级纳米耐火材料研究中心”,以发展纳米技术和纳米耐火材料,增强国际竞争力。
清洁煤产业属于热点重归,是“老树发新枝”。早在1997年,《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展规划》就得到国务院的批准;2005年,国务院《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》指出,推进洁净煤技术产业化发展;2006年,煤的高效洁净利用技术作为先进能源技术进入《我国应掌握自主知识产权的关键技术和产品目录》。2009年,我国政府在哥本哈根气候会议上宣布,到2020年单位GDP二氧化碳强度减少40%~45%,这一目标仅依靠可再生能源根本无法实现,使清洁煤被进一步突出出来。目前,国家能源局上报国务院审批的《新兴能源振兴规划》对清洁煤的未来发展也做出了部署规划。
继计算机、互联网、移动通信网之后,物联网异军突起,掀起了第三次信息化浪潮。据估计,物联网技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。我国在物联网领域已具备一定产业基础,攻克了大量关键技术,取得了国际标准制定的重要话语权。2009年,得益于国家层面、地方层面等各方力量的共同推动,电信运营商、传感器企业、系统集成商、应用软件开发商、高校、科研机构等参与方迅速聚合,一条涉及前端传感、中间信息传递、后端信息处理和应用的物联网产业链已经初步形成,巨大的产业链意味着巨大的价值。据了解,“十二五”期间,我国物联网将锁定智能电网、智能交通、智能物流和智能家居等十大领域,进行重点投资。
目前,云计算在我国可谓是风生水起,在各地掀起一股热潮。上海市经信委了《上海推进云计算产业发展行动方案(2010-2012年)》,提出经过三年的努力实现上海在云计算领域“十百千”的发展目标;北京市经信委员也《北京“祥云工程”行动计划》,提出在2015年形成500亿元产业规模,同时带动云计算产业链形成2000亿元产值;深圳市则提出,到2015年培育10家左右在国内有影响的年营业收入超亿元的云计算企业,带动信息服务业新增营业收入超过1000亿元。
种子是粮食安全的关键。由于转基因种子在全球主要国家已得到普遍应用,生物育种的发展势头不可逆转,成为确保国家食物安全和提高农业国际竞争力的重要途径。在生物育种领域,我国在发展中国家处于领先地位,但与美国等发达国家相比还有较大差距。目前,跨国公司已控制了中国市场70%的种子来源,对中国的种质资源和种子产业安全构成了威胁。这一状况已引起国家的高度重视,在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中,“转基因生物新品种培育”被列为16个重大专项之一;2010年中央农村工作会议首次将种业提至战略举措的地位;据了解,在最新的《生物产业发展“十二五”规划》中,生物育种也被列在最重要的位置。
智能电网是电网发展的大趋势,在21世纪初由欧美日等发达国家引领兴起,为全世界电力工业在安全可靠、优质高效、绿色环保等方面开辟了新的发展空间。近年来,我国的电力工业快速发展,跨区跨省电网建设快速推进,也对智能电网建设提出了新的要求。2009年5月,国家电网公司正式了“建设坚强智能电网”的研究报告,首次向社会公布了“智能电网”的发展计划。根据国家电网公司2010年的公司“1号文件”,今后10年坚强智能电网的建设规划,将分三个阶段进行:2009~2010年为规划试点阶段;2011~2015年为全面建设阶段;2016~2020年为引领提升阶段。据了解,智能电网作为重要内容,已被纳入国家“十二五”能源规划。
航空制造尤其是大飞机制造作为装备制造业的制高点,是我国高端装备制造扶持的重中之重。未来我国大飞机的市场空间非常广阔:预计2020年前,大型军用运输机的需求将超过500架份,销售收入有望超千亿元;大型客机C919的销售至少为1000架份,销售收入将超过2500亿元。随着《低空空域管理改革指导意见》的出台,2015年通用航空有望实现全国范围内的放开,预计飞机需求市场容量将达到1500亿元。我国“大飞机项目”自2007年起正式启动,也是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中的16个重大专项之一。
“十一五”期间,我国逐步发展成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。从引进时速200公里高速列车技术,到自主开发时速350公里、380公里“和谐号”动车组;从京津城际铁路、武广高铁到京沪高铁的建设,我国引领世界进入“高铁时代”。据了解,“十一五”全国铁路新线投产1.47万公里,基本建设投资完成1.98万亿元;“十二五”在这两方面均将超过“十一五”,其中50%新建线是高铁,由此将带动整个产业链蓬勃发展。
2014年诺贝尔奖将于10月6日起陆续公布,或将引爆新一轮科技主题潮。根据诺贝尔奖委员会官方网站的消息,2014 年诺贝尔奖将于瑞典当地时间10 月6 日中午11:30 开始陆续颁布。
打头阵的是诺贝尔生理/医学奖(10月6日),其后物理学奖(10月7日)、化学奖(10月8日)、和平奖(10月10日)、经济学奖(10月13日)、文学奖(时间待定)等将陆续公布。
作为全球最具权威性和影响力的科技奖项,诺贝尔奖的公布会对涉及生物医药、新材料行业以及信息技术等高科技领域的发展指向产生重大影响。
而反映在资本市场上,近年来,诺贝尔奖项的每次颁布都吸引着资本市场对于诺贝尔奖主题的投资热情。如2010年的石墨烯主题,2012年的干细胞研究、量子光学、钛白粉等领域,2013年的细胞运输及上帝粒子等领域。
本篇报告不是预测2014年的诺贝尔奖获得者,我们没有这个能力。我们能做的是结合已有的诺贝尔奖各风向标的指引(沃尔夫奖、汤森路透“引文桂冠奖”以及拉斯克医学奖等各领域权威指标),对2014 年的诺贝尔奖热点主题做一猜想,虽然有难度,但比预测获奖者的难度要小不少。
我们认为,2014 年诺贝尔奖物理、化学、生物或医学等几个科技奖将集中于以下10个热点领域:
物理奖
(1)铁基超导
2013 年铁基超导体作为诺贝尔物理学奖的候选项目,同年汤森路透的“引文桂冠奖”也发给了该项目。
(2)量子信息
汤森路透2009、2012年的“引文桂冠奖”和2013年沃尔夫物理奖均授予量子信息研究领域。此外,关于量子缠结以及贝尔不等式的检验的研究也有可能获奖,因为此前2010年的沃尔夫奖和2011年汤森路透的“引文桂冠奖”均授予了相关方面的研究学者。
(3)拓扑绝缘体
2010 年欧洲物理奖,2012年凝聚态物理最高奖奥利弗・巴克利奖,2012年狄拉克奖均颁发给了量子反常霍尔效应。同时,诺贝尔物理学奖得主杨振宁认为其是诺贝尔奖级的成绩。
化学奖
(1)DNA 纳米技术
2005年和2007年化学领域最高奖威尔齐化学奖和普利斯特里奖颁给了纳米化学研究领域,2012年沃尔夫奖将化学奖授予了DNA纳米技术领域。同时,DNA纳米技术是2013年汤森路透“引文桂冠奖”公布的研究成果,具有很强的学术影响力。
(2)金属配合物
破坏DNA复制的金属配合物有可能是2014年诺贝尔化学奖涉及的领域。该领域是2010年汤森路透“引文桂冠奖”获奖领域,其研究者Stephen J. Lippard 也获得2014年化学最高奖项之一的普利斯特里奖。
(3)染料敏化太阳能电池
瑞士教授Michael Gratzel在2009 年被汤森路透授予“引文桂冠奖”。2010年,Michael Gratzel因该项成果获得了芬兰千禧技术奖头奖。
生理或医学奖
(1)细胞自噬
细胞自噬是2013年汤森路透“引文桂冠奖”所涉及的领域,同时汤森路透机构在预测2013年诺贝尔化学奖时对细胞自噬研究寄予了很大的希望。
(2)蛋白质折叠
2013年KazutoshiMori 和Peter Walter 因发现非折叠蛋白反应获得拉斯克基础医学奖。其他科学家如Franz-Ulrich Hartl和Arthur Horwich 因为发现蛋白折叠相关的一个细胞机器而获得2011年的拉斯克奖。此外,2014年Peter Walter实验室就未折叠蛋白反应在国际顶级自然科学杂志“Science”上发表文章,影响力进一步扩大。
(3)DNA 甲基化与基因表达
Howard Cedar和Aharon Razin主要研究DNA甲基化对基因表达的作用,获得2011年盖尔德纳国际奖,盖尔德纳国际奖被誉为诺贝尔奖的预备奖。2013年汤森路透“引文桂冠奖”将其再次列入其中。
(4)控制基因表达的核糖核酸分子领域研究
研究者Victor Ambros和Gary Ruvkun获得了2008年拉斯克基础医学奖和2014年沃尔夫奖。两项奖项和诺贝尔奖都有很强的关联作用,而且在国际上也有很高的认可度。
寻找诺贝尔奖的
“风向标”
诺贝尔奖“前哨”――沃尔夫奖
沃尔夫奖可称为诺贝尔奖的“前哨”。沃尔夫奖是国际最高学术大奖之一,始创于1976 年,每年颁布一次,分别奖励在农业、化学、数学、医学和物理领域,或者艺术领域中的建筑、音乐、绘画、雕塑四大项目之一中取得突出成绩的人士。据统计,沃尔夫奖在科学领域的三分之一获奖者都获得了诺贝尔奖,被称为诺贝尔奖的“前哨”。
量化考量权威――汤森路透“引文桂冠奖”
自2002年起,共有21位“引文桂冠奖”得主获得诺贝尔奖。每年,汤森路透均会根据诺贝尔奖的物理、化学、生理或医学以及经济分类,使用定量数据来分析最具影响力的研究人员。研究人员发表的研究成果的被引总频次,被引总频次越多,则可表明其研究成果的影响力越大。这些高影响力的研究人员被授予汤森路透“引文桂冠得主”(Citation Laureates) 称号,预示着这些研究人员在不久的未来很可能获得诺贝尔奖。
医学领域风向标――拉斯克医学奖
试验研究
(1)基于matlab的原液着色间位芳纶力学性能与拉伸工艺的关系研究 陈蕾 王彦 于俊荣 诸静 刘兆峰 胡祖明
(4)聚丙烯腈纤维孔隙结构对预氧化的影响 陆叶涛 吕永根 巩娜娟 赵卫哲 潘鼎
(10)国产碳纤维表面性能研究 李国明 刘钟铃 易明 史有好
(14)溶液喷射法制备聚丙烯腈基纳米碳纤维的研究 杨小灿 庄旭品 史少俊 程博闻 康卫民
(20)氧化石墨烯对丙烯腈聚合及溶液流变性能的影响 巩娜娟 吕永根 杨常玲 陆叶涛
(25)一种中温固化绿色固化剂树脂预浸料研究 乌云其其格 益小苏 刘燕峰 刘小青 朱锦
(31)定型剂对复合材料性能影响的研究 乌云其其格 胡仁伟 何丹 郭楠
(38)3232a/s4010-800玻璃粗纱预浸带的等同性评定 杨岩
专题综述
(43)主要功能纤维的新进展(1) 罗益锋
(52)对位芳纶在复合材料领域应用的研究 王双成 李春霞 邵正丽 许德胜
(57)波音787客机的复合材料国际化制造 周雷敏 孙沛
(62)agate计划与美国通用航空复合材料 李珂
工程应用
(65)碳纤维复合材料在应急路面装备上应用研究 张世平 李健
信息资讯
(69)德国lamilux公司开发出运输结构使用的玻璃纤维及碳纤维面板 无
(69)twaron纺织工艺是碳纳米管纤维取得突破的关键 无
(69)美国佛罗里达州立大学高性能材料学院生产超高强纳米纸 无
(70)碳化硅聚氨酯涂料 无
(70)世界上超极细(150nm)和y型截面的纳米纤维期待在产业用途方面应用 无
(71)来自托尼·罗伯特的碳纤维报告 无
(71)韩国在使用复合材料方面进一步到位 无
(71)hexcel公司荣获波音公司供应产品银奖 无
(71)江苏省淮安碳纤维复合材料项目开始建设 无
(71)帝人公司在“国际纳米技术综合展·技术会议”上参展 无
(72)单向纤维增强热塑性树脂预浸料 无
(72)重庆国际复合材料有限公司推出s级高强高模量ht玻璃纤维 无
(72)佳能集团推出高速加工的汽车用复合材料 无
(73)陶氏化学公司土耳其dowaksa公司同俄罗斯rusnano公司及hcc公司已签定共同合作在俄罗斯生产碳纤维中间体与复合材料的备忘录 无
(73)hexplym79预浸料用作风力发电机叶片 无
专利文摘
(74)高强高模聚乙烯纤维牵伸热箱 无
关键词 物联网技术;消防信息化;实际应用
中图分类号 TU998 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)082-0180-02
随着社会经济技术的发展和进步,利用先进的现代化技术来实现生产、生活各领域的智能信息自动化已成为顺应现代化发展需要的趋势和方向,由此,在目前的科学技术基础上发展起来的新型技术层出不穷,其中物联网作为新兴的技术和产业,在社会经济和现代化城市建设发展中发挥了至关重要的作用。
1 物联网的由来和发展方向
物联网可初步理解为物物相联的互联网,其定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上,将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信的一种网络概念。
最早的物联网概念是在二十世纪末期提出来的,中国科学院1999年组成的传感网技术研究团队在微型传感器、传感终端设备、网络通信技术、芯片开发以及无线智能传感器等领域取得重大进展,研发水平居世界前列。2005年突尼斯举行的国际信息社会峰会WSIS对物联网的概念下了定义,随后物联网概念得到普及。2009年,物联网得以大力发展,国际商业机械制造公司公布了“智慧的地球”策略,将智能化理念带入基础建设执行中,拓宽了物联网的发展空间。
随着近些年来的发展和进步,物联网实现了信息技术的智能化,并在生活生产的各个领域均以得到广泛应用,智能家居、智能医疗、智能城市、智能消防、智能交通、智能物流、智能环保、智能农业、智能司法、智能文博以及M2M平台等相继出现,这些都为物联网提供了发展方向。
2 物联网技术的发展现状
国际电联报告将用以感知的传感网络技术、用以识别的RFID技术、用以思考的智能技术以及微缩事物的纳米技术提为物联网的四个关键性应用技术。
1)传感网技术。传感网络是在诸多空间上分布的自动装置使用传感器对不同空间地域的物理和环境状况进行监控,无线传感网络技术通过对传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算机技术以及现代网络等的综合,实现了采集、传输并处理分布式信息的一体化,利用微型传感器对个空间环境及监测对象进行实时感知和监测。
2)RFID技术。RFID可在无人工干预的各种恶劣环境中利用射频信号识别目标对象来获取数据信息,RFID由耦合元件及芯片组成的电子标签、能对标签信息进行读写操作的阅读器以及用以传递标签机阅读器之间的射频信号的天线三部分组成。
3)智能技术。智能技术是利用相关技术和手段将只能系统植入物体以实现物体的物体智能化,进而与人或其他物体进行沟通交流。
4)纳米技术。纳米技术是综合利用现代科学和现代技术将单个原子或分子制成有优良性质且可投入应用的微型纳米材料。
目前,全球范围内物联网的产业实践主要集中在三大方向:一是“智慧尘埃”,主张实现各类传感器设备的互联互通,形成智能化功能的网络;二是基于RFID技术的物流网,主张通过物品物件的标识,强化物流及物流信息的管理,同时通过信息整合,形成智能信息挖掘;三是被称作数据“泛在聚合”意义上的物联网,认为互联网造就了庞大的数据海洋,应通过对其中每个数据进行属性的精确标识,全面实现数据的资源化,这既是互联网深入发展的必然要求,也是物联网的使命所在。
3 物联网技术在消防领域的具体应用
《武警消防部队“十二五”信息化建设项目总体规划》提出,消防部队的广泛业务涉及面及庞杂多样的装备器材,需要对物联网的规划作出统筹设计,实现对物、事、人的高效一体化管理。利用物联网技术构建智能消防安全信息平台,可以实现消防监督、灭火救援、部队管理的动态化、智能化、网格化管理。
3.1 物联网技术在城市消防安全中的应用
物联网技术在防火工作中的具体应用主要表现在三个方面:
1)消防水源的动态管理。传统的工作方式是定期派出专人对城市消防水源进行实地巡检,然后将检查情况录入相关数据库。这种方式效率低下,不能动态地、及时地获取消防水源信息。借助物联网技术,我们可以给每一个消防栓制作电子标签,设置触发传感器,将位置、水压、管网等关键信息实时通过3G网络传送至消防信息中心,为灭火救援行动提供实时动态的水源信息。
2)建筑设施的消防智能化管理。目前大部分建筑的均安装了内部消防设施,检查这些设施的好坏,通常是通过消防检查来定期对其检测,这些行为都受制于检查人的精力、专业素质、能力高低,往往出现失控漏管的现象。通过物联网技术,实现建筑消防设施与消防信息中心的联网,可以实时掌握建筑消防设施工作状况,监控消防安全通道的是否占用等。通过这项技术,可以极大地减轻消防监督人员的工作强度和压力。
3)重点单位、危险源的实时管理。我们可以在重点单位的重点部位、危险源安装传感器装置,实时采集易引发火灾的大气、水、浓度、压力等环境信息,采集的信息传送至消防信息中心,由专门的信息系统立刻对采集的环境数据进行分析,一旦发现异常情况立即通过短信、语音实时报警。这样可以第一时间对致灾因素进行处理,将事故消灭在萌芽状态。
University,USA
Kunihiko Kaneko,University of Tokyo,
Japan
Alexander S.Mikhailov,Fritz Haver
Institute,Germany
Networks of Interacting
Machines:Production
Organization in Complex
Industrial Systems and
Biological Cells
2005,267PP.
Hardback,USD:75
ISBN:9789812564986
D.安布鲁斯特,K.坎内科,A.S.米克里洛夫 编辑
本书是世界科技出版社出版的“世界科技复杂系统讲座笔记” 的第3卷。它专门讨论了复杂生成系统的相似性和不同之处,无论该系统是自然的(例如生物细胞) 还是人造的(例如经济系统和工业生产),必须通过模拟及基本模型来理解一个给定的供应网络对一具体事件的反应,以及它对参数改变及控制作用的瞬时响应,因为大多数的生成系统是高度随机而且是事件驱动的。此外这些动态响应受到了经济的限制,导致了具有较高生产力及利润率的系统的发展。另一方面,最近的研究提出了一个生物细胞视为一座工厂的观点,在那里,一台机器的产品为其他机器所使用,用来制造它们自己的产品或者调节它们的功能。生物生成网络的一个特殊的性质是在很大程度上它们的活动是自组织和持续的,尽管存在着很大的温度起伏。 在微技术和纳米技术中的进展可能很快带来制造纳米机器人和设计自再生人工细胞的可能,导致工业制造的革命。但是首先应该研究纳米器件整体有目的运行原理和人造细胞的种群。显然它们也应该具有和生物组织很强的类似性。工业生产与生物生成共同的课题包括演变与优化、同步与自组织、不顾高度随机性的鲁棒运行和分层动态特性。
本书共有10章。1.交互式机器的连续介质模型;2.供应与生成网络:从长尾效应到商业周期;3.半导体制造业中的供应需求网络管理;4.控制建模制造系统的确认研究;5.生成过程的自适应网络;6.细胞的泛统计与递归生成;7.交互式分子机器的内单元式网络;8.细胞是喧闹的;9.智能黏液模型:一个细胞形状和信息的自组织系统;10.网络内部的通讯与结构。
本书介绍了同名的国际专题研讨会上所做的报告。这次研讨会是由KlausTschira基金会资助和组织的,2003年12月在柏林举行。作者是来自欧洲、日本和美国的一群科学家、企业家,他们提供了对有关生成组织原理现代观点的综述。可供从事复杂系统研究的研究人员及研究生阅读。
胡光华,高级软件工程师
(原中国科学院物理学研究所)