各國納米科技／材料發展戰略計劃和重點研究領域
當前世界上已有30多個國家從事納米科技的研究開發活動，各國對納米科技的投資增長加快，已從1997年的4．32億美元增加至2002年的21．74億美元， 2002年世界各國（地區）政府投資納米科技領域的經費比1997年增加了503％（見表1）。從表1可以看出，2000年以來，各國（地區）政府投入納米科技的研究開發經費增長速度加快。美國、日本和西歐是納米科技投資的大國（地區），其他國家和地區對納米科技投資總額還不及美國和日本單個國家的投資多。
美國自2000年2月提出“國家納米技術計劃”（NNI），納米科技研究開發經費從2001財年的4．22億美元增至2004財年的8．49億美元（見表2）。2000 年NNI實施計劃確定了5個重點發展的戰略領域（見表3），近幾年來這5個戰略研究領域所包含的研究內容有調整。2003財年重大挑戰項目涉及的重點研究領域：
1） “設計”組裝更強、更輕、更硬並具有自修復和安全性的納米材料：10倍於當前工業、運輸和建築用鋼材強度的碳和陶瓷結構材料；強度3倍於目前遇100攝氏度高溫就融化的汽車工業用材料的聚合物材料、多功能智能材料；
2）納米電子學、納米光電子學和納米磁學：提高計算機運行速度並使芯片的存儲效率提高百萬倍；使電子的存儲量增加到數千太比特?將單位表面積的存儲量提高1千倍；增加數百倍的帶寬改變通信方式；
3）在衛生保健方面，通過診斷和治療器件減少衛生保健的昂貴費用並增強其有效性；利用基因的快速排序和細胞內傳感器進行診斷和治療；探測早期癌細胞並傳遞藥物；研究能使人工器官的排斥率降低50％、探測早期疾病的生物傳感器；研制最大限度減少人體組織損害的小型醫療器件；
4）在納米尺度加工和環境保護方面，清除水中小於300納米和空氣中小於50納米的汙染微粒，以促進環境和水的清潔；
5）提高能源轉換和存儲效率，使太陽能電池的能效提高1倍；
6）研制探索太陽系外層空間的低功率（lowpower）微型空間飛行器；
7）研究納米生物器件，以減輕人類因治療產生的痛苦：快速有效的生物化學探測器；保護健康、修復受損組織的納米電子／機械／化學器件；
8）在經濟與安全運輸方面，引入新型材料、電子學、能源和環境等方面的概念；
9）在國家安全方面，密切註視納米電子學、多功能材料和納米生物器件的重大挑戰。
2003財年能源部新增3個有關納米材料特性方面的基礎研究項目：
●在納米材料的合成和處理方面，基本了解涉及材料變形和斷裂的納米加工，利用定模技術有序排列納米粒子以合成納米材料。利用統壹尺寸和形狀的納米材料來合成更大尺寸的納米材料；
●在凝聚態物理方面的納米材料研究，重點了解怎樣使宏觀分子平衡構造並自組織成為更大的納米結構材料；
●從事了解納米材料的特性在轉化和控制催化變化的過程中所扮演的角色等方面的基礎研究。
2004財年NNI支持的5個重點發展戰略領域仍然與2003年相同（見表3）。重點強調支持在原子和分子水平上操縱物質的長期研究，充分發揮創造力以構造如分子和人體細胞大小的先進新器件，從而進壹步改進應用於信息技術的電子器件；研究開發應用於制造、國防、運輸、空間和環境等方面的高性能低維護材料（lower－maintenance materials）；加速納米技術在生物技術、衛生保健和農業等方面的應用。研究開發重點領域：生物－化學－輻射－爆炸探測和保護?CBRE 方面的納米技術創新解決方法；納米制造研究；納米生物系統；納米標準儀器開發；教育和培訓適應未來產業發展需要的新壹代工人；擴大參與納米技術革命的產業陣容。
日本政府在第二個“科學技術基本計劃”（2001－2006年）中，將納米技術和材料與生命科學、信息通信、環境保護等作為國家的科技重點發展戰略的重中之重領域。該計劃在2001年投入納米科技的研究經費達142億日元，比2000年度增加了88億日元。該計劃確定的納米技術與材料重點研究領域：納米物質與材料及其在電子、電磁、光學上的應用；納米物質與材料及其在結構材料中的應用；納米信息元件；納米科技在醫療、生命科學、能源科學及環境科學方面的應用；有關表面和界面控制的物質及材料；納米計量和標準技術；納米加工、合成和工程技術；納米技術的計算、理論和模擬技術；形成安全空間的材料技術等。
日本通產省2001年制定了“納米材料計劃”（NMP），每年經費3500萬美元，為期7年（2001－2007年），由政府部門、政府研究機構、大學和產業界聯合研究，旨在為產業界建立集研究開發新的納米功能材料和教育功能於壹體的納米技術材料研究開發平臺（見表4）。通產省2001年還制定並實施了“下壹代半導體技術開發計劃”，開發50－70納米的下壹代半導體處理基礎技術，政府每年投資6000萬美元。
日本“先進技術的探索研究”計劃涉及了許多有關納米粒子、納米結構、納米生物學和納米電子學等方面的探索性研究。項目研究期限定為5年，均由政府出資，5年間政府對項目的平均資助金額為1600萬美元。每個項目通常由15－25名科學家和技術人員組成，分為3個研究小組。該計劃鼓勵國內外的產業界、大學和研究機構合作研究。該計劃已完成了許多項目，主要在研項目。
日本文部科學省發布了2003年的科技預算，其中納米技術和材料的預算總計為1491億日元（見表6）。日本內閣府綜合科學技術會議於2003年7月14日召開了“納米技術及材料研究開發推動項目”第6次會議，確定了研究開發的重點領域：“納米藥物傳輸系統”、“納米醫療設備”以及“創新性納米結構材料” 。這些項目由內閣府牽頭、多個政府部門聯合推動，於2004年實施。
歐洲***同體力爭在納米科技方面的國際地位，壹方面積極創建歐洲新的納米技術產業，另壹方面，力促現有產業部門提高納米技術能力。歐洲***同體在第6個框架計劃（2002－2006年）中，將納米技術和納米科學作為7個重點發展的戰略領域之壹，經費為12億美元，確定了具體的戰略目標和重點研究領域：
壹、納米技術和納米科學
將長期的跨學科研究轉向了解新現象、掌握新工藝和開發研究工具：將重點研究分子和介觀尺度現象；自組織材料和結構；分子和生物分子力學與馬達；集成開發無機、有機、生物材料和工藝的跨學科研究的新方法。
納米生物技術：其目標是支持壹體化的生物和非生物體的研究，有廣泛應用的納米生物技術，如能用於加工、醫學和環境分析系統的納米生物技術。重點研究領域涉及芯片實驗室（lab－on －chip），生物實體的界面，納米粒子表面修復，先進的藥物傳遞方式和納米電子學；生物分子或復合物的處理、操縱和探測，生物實體的電子探測，微流體，促進和控制在酶作用基礎上的細胞生長。
創造材料和部件的納米工程技術：通過控制納米結構，開發超高性能的新的功能和結構材料，包括開發材料的生產技術和加工技術。重點研究納米結構合金和復合材料，先進的功能聚合物材料， 納米結構的功能材料。
開發操作和控制器件及儀器：開發分辨率為10納米的新壹代的納米測量和分析儀器。重點研究領域涉及各種先進的納米測量技術；突破探索物質自組織特性的技術、方法或手段和開發納米機械。
納米技術在衛生、化學、能源、光學和環境中的應用。重點研究計算模擬，先進的生產技術；開發能改性的創新材料。
二、智能多功能材料
高知識含量、具有新功能和改性的新材料將是技術創新、器件和系統的關鍵。
開發基礎知識：目標是了解與材料有關的復雜的物理－化學和生物現象，掌握和處理有助於試驗、理論和模擬工具的智能材料。重點研究領域：設計和開發已定義特性的新結構材料；開發超分子和微觀分子工程，重點是新型的高復雜性分子及其復合物的合成、探索和潛在的應用。
技術與生產的結合：以知識為基礎的多功能材料和生物材料的運輸和加工：目標是生產能構造更大結構的新型的多功能“智能”材料。重點研究領域：新材料；自修復的工程材料；包括表面技術和工程技術的跨技術。
對材料開發的工程支持：目標是在知識生產和知識使用之間架起壹座橋梁，克服歐洲***同體的產業在材料和生產壹體化方面的弱點。通過開發新工具，使新材料能夠在穩定競爭的環境下生產。重點研究領域：優化材料設計，加工和工具；材料試驗；使材料成為更大的結構，考慮生物兼容性與經濟效益。
三、新型的生產工藝和器件
新生產的概念包含更靈活、集成度更高、更安全和更清潔，這將依賴組織創新和技術的發展。
歐洲委員會在“納米技術信息器件倡議”5年計劃（1999－2003年）中確定了3個目標：設計出超越互補金屬氧化物半導體矽兼容器件性能的器件；在化學、電子學、光電子、生物學和力學等學科的基礎上，設計原子或分子尺度的新型器件和系統，利用分子的特性解決專門的計算問題。歐洲科學基金會提出了於2003年開始實施的“自組織納米結構”5年計劃，將分子自組織、與力學機制相聯系的軟物質或超分子研究、自組織納米結構的功能和制備列為第壹階段的研究重點。
英國政府在《科學研究重點》中，確定了2001－2004年的科學研究戰略和研究重點，其中的材料科學（研究經費為444，000，000英鎊）和基礎技術（研究經費為2100英鎊）兩個領域涉及納米材料和納米技術的研究重點：促進前瞻性的材料模擬研究；促進納米技術的研究，促進跨機構管理的跨學科納米技術研究合作中心（IRCs）的發展。英國工程與物質科學研究委員會在材料科學發展5年計劃（1994－1999年）中投資700萬美元左右，其中約100萬美元專用於納米粒子的研究，這項計劃於2000年繼續資助納米材料領域的研究。英國政府2003年投資納米技術的經費約為3000萬英鎊。
英國政府的納米技術應用分委員會咨詢專家組調查了上百個科學家和發明者後，在2002年6月題為“英國納米技術發展戰略”的報告中勾畫了英國納米技術發展戰略（見表7），選定了認為英國具有研究優勢和產業發展機會的6個納米技術領域：電子與通信；藥品傳遞系統；生物組織工程、藥物植入和器件；納米材料，尤其是生物醫學和功能界面納米材料；納米儀器、工具和度量；傳感器和致動器（actuators）。
法國政府目前主要資助3個納米科技項目：“法國微納米技術網絡”（1000萬歐元）；“納米結構材料”（230萬歐元）；“獨立納米對象”（1200萬歐元）。
德國聯邦教育與研究部和德國聯邦經濟部資助6個納米技術能力中心，每年投資6500萬德國馬克，資助的領域主要是：超薄功能薄膜；納米結構在光電子領域的應用；新型納米結構的開發；超精細表面測量；納米結構的分析方法。
2002年德國聯邦教育與研究部發布了提升納米研究能力的新戰略，將納米技術的研究經費從 1998年的2760萬歐元增至2002年的8850歐元，4年增長了200％。重點研究領域涉及增強用於納米技術研究的基礎設施的安全性；重建集成和創新型研究機構；將納米技術商業化；促進創新企業的建立；增強SMEs的作用，評估與其他國家合作的機會；縮短相關的專利或授權的期限；促進下壹代科技研究和發展相關的科技法律。資助下壹代的材料研究的經費達7500萬歐元，其中包括資助納米結構材料。
英、法、德國等歐盟國家除本國政府支持的納米科技研究外，還要參加上述歐盟在第6個框架計劃中的有關納米材料等方面的項目。
韓國政府在2002－2006年“科學技術發展基本計劃”中，將納米技術與生物技術、信息技術和航空航天技術等作為國家科技發展的重點戰略領域。2000年制定的“納米生物技術發展10年計劃”，重點研究開發納米診斷器件、納米治療系統和納米生物仿生器件。 “2001－2010年太比特納米器件計劃”確定了太比特納米電子學、自旋電子學、分子電子學和核心技術為研究重點領域。政府投資該計劃的經費總計為1．42億美元。科學技術部積極鼓勵私營企業設立納米技術專項投資金作為匹配經費。“2002年度納米技術開發行動計劃”，預算為2031億韓元，比2001年的1052億韓元增加了93．1％。旨在開發納米核心技術，新建國家納米制造研究中心（250億韓元），以及信息技術和納米技術融合中心。到2010年，使韓國將擁有13000名納米技術領域的專家並躋身納米技術領域世界10強之列。
澳大利亞在2003財年將納米材料與生物材料作為重點戰略研究領域，主要研究通過原子和分子的納米自組織形成塊材。
中國臺灣自1999年開始，相繼制定了“納米材料尖端研究計劃”（1999年）； “納米科技研究計劃”（2001－2005），5年預計投入的經費每年達上億元新臺幣。中國臺灣計劃從2002－2007年在納米技術相關領域中投資總額為6億美元的預算，每年穩中有增，平均每年達1億美元。
世界納米科技／材料的發展
各國（地區）通過實施納米科技計劃，納米材料和技術水平有很大發展。
在納米材料方面，僅以近兩年世界部分研究成果為例，納米科技／材料的發展是顯而易見的。美國IBM和康耐爾大學於2002年相繼開發出碳納米晶體管。威斯康星州立大學研制出存儲密度是目前光盤100萬倍的原子級的矽記憶材料。
麻省理工學院和美國陸軍合作建立的納米技術研究所研制了具有防水性和滅菌作用的納米塗層。美國依利諾斯州西北大學Stupp領導的材料研究小組首次設計並制備出了骨狀納米纖維（Science，23，11，2002）；美國加州伯克利大學化學系的Joshua Goldberger領導的研究小組，與美國勞倫斯國家實驗室的科學家合作，利用外延鍍膜新技術，首次成功地合成了具有單晶結構的氮化鎵?GaN 納米管，這種新技術也可以應用於合成其它材料的單晶納米管。氮化鎵?GaN 納米管還可應用於納米毛細現象電泳、生物化學納米流體感應，以及納米尺度的電子與光電元件等方面（ Nature 422? 599 2003）。
俄國莫斯科大學化學系首次研制出氧化鋁納米管。俄科學院電化學研究所成功研制出具有良好殺菌和環保性能的新型納米塗料。
日本產業綜合研究所開發出利用碳納米管在常溫下工作的單電子半導體。名古屋大學在此基礎上開發出可控制電傳導性的碳納米管。日本東芝研究開發中心利用碳氫化合物催化分解法，在氧化鋅（ZnO2）多孔介質材料中覆上壹層作為催化劑的鐵鋁系復合氧化物，而制備出在其表面能形成每平方毫米約4萬根納米纖維、直徑為5～8納米、5層左右的多層高密度填充碳納米纖維。研究該材料的目的是為研制以吸附氫氣等燃料的儲氫能量材料。日立研究所利用納米技術，將軟磁金屬與高電阻陶瓷通過機械力的作用，使混合物質在固態下達到原子級的相互混合，以便在軟磁金屬納米晶粒的周圍形成高電阻陶瓷結構。軟磁金屬的納米晶粒之間通過高電阻隔斷而形成高電阻，可降低高頻段上由於渦電流而引起的損耗，從而成功地合成了高頻電磁波吸收納米材料。通過這種方法制備的電磁波吸收納米材料能將電磁波吸收材料的厚度減小約50％，有望作為塗層電磁波吸收材料投入實際應用。日本國家物質材料研究所的Yoshio Bando領導的研究小組，成功研制出了在內徑約 20～60 納米的氧化鎂單晶結構納米管內填充了液態金屬鎵?gallium 的納米復合材料溫度計，該溫度計利用氧化鎂耐高溫和在高溫下結構穩定的物理特性，使納米溫度計的溫度測量範圍大幅度增加，估計其測量溫度可達攝氏1000度（App． Phys． Lett． 83 999 ，2003），該測量溫度比Yoshio Bando所在的研究小組於2002年研究的碳納米管溫度計的測量溫度攝氏50－500度要高得多（Nature 415 599 ，2002）。
法國國家科研中心圖盧茲結構研究和材料制造中心與丹麥阿爾霍斯大學天文物理學系合作，聯合設計出壹種能在銅表面自動聚集原子線功能的納米“模具”分子，為未來單分子電路分子元器件的電子相互連接打開了通道。
納米科技在醫學應用、納米電子學、納米加工、納米器件等方面也有新進展和新突破。本文就不在此列舉了。
中國通過“國家攻關計劃”、“863計劃”、“973計劃”的實施，納米材料和納米技術已取得較為突出的成果，並引起了國際上的關註。例如，在納電子方面，成功地研制出波導型單電子器件晶體管和對電荷超敏感的庫侖計；實現6納米寬的半導體量子線臺面和6納米寬的線條金屬柵，制備出間隔僅為10納米的多種“納米電極對”；用GMR效應進行高靈敏度傳感器和硬盤磁頭原型的研制工作。在納米材料方面，中科院化學研究所有機固體重點實驗室與北京大學人工微結構及介觀物理國家重點實驗室***同合作，利用C60粉末直接構築C60納米管。所獲得的C60納米管是由C60晶體在500℃下生長而成，它保留了C60分子的結構和性質，同時作為新的聚集態結構又具有準壹維納米材料的特點（J．Am．Chem．Soc，2002年11月13日）。研制出了碳納米管準壹維納米材料及其陣列體系、非水熱合成納米材料；納米銅金屬的超延展性、塊體金屬合金、納米復相陶瓷、巨磁電阻、磁熱效應、介孔組裝體系的光學特性、納米生物骨修復材料、二元協同納米界面材料等領域的研究，在國際上有壹定的影響。在納米器件的構築與自組裝、超高密度信息存儲、納米分子電子器件等方面也取得了許多有意義和有影響的成果。
納米技術／材料的 未來發展趨勢
從科技發展史來看，新技術的發展往往需要新材料的支持。如果沒有1970年制成的使光強度幾乎不衰減的光導纖維，可能不會有現代的光通信；如果沒有高純度大直徑的矽單晶，很難想象集成電路、先進的計算機及通信設備的高速發展。納米材料是受納米尺度控制、具有新特性和行為的納米尺度材料。納米材料是未來社會發展極為重要的物質基礎，納米材料是構建兩維和三維復雜功能納米體系的單元，在此基礎上可產生許多納米新器件和功能器件。許多科技新領域的突破迫切需要納米材料和納米科技支撐，傳統產業的技術提升也急需納米材料和技術的支持。納米材料和技術對許多領域都將產生極大的沖擊和影響。從文獻計量的角度來看，納米技術涉及的研究領域達87個之多。
從世界範圍來看，納米科學和技術在各國（地區）政府的大力支持、各界的努力研究開發下不斷得到發展，將有許多納米新材料、新特性和新應用不斷發現，納米科技／材料的發展已展現了誘人的前景。如上所述，納米技術／材料涉及的研究領域和對科技經濟及社會的影響很廣，其未來發展方向涉及多個方面，本文在此重點表明納米材料的未來發展趨勢。
●納米材料及其性能向著更加優質的方向發展，從而將有更多性能優越價格低廉的納米粉末、納米粒子和納米復合材料得到更加廣泛的應用。如納米粒子可以被用於創造新的光學薄膜和創造具有光、磁特性的新功能材料。磁性納米粒子和量子點將可用於生產10倍於目前芯片存儲容量、數百千兆赫速度的超小光盤驅動器。
●在納米材料與加工方面，將通過控制納米晶體、納米薄膜、納米粒子和碳納米管等創造新的功能結構材料；開發超輕、超強結構材料；開發長壽命材料、支撐能量轉換的材料和具有新功能的電子材料；了解涉及材料變形和斷裂的納米工藝，利用仿制技術有序排列納米粒子合成納米材料；
●納米材料將成為化學和能源轉化工藝方面具有高度選擇性和有效性的催化劑。這不僅對能源和化學生產非常重要，而且對能源轉換和環境保護極具經濟價值；
●納米材料的發展將對生物醫學領域，如對植入性和彌補性生物兼容材料、診斷器件、治療學等產生很大影響，納米材料將有更多的機會用於藥物傳遞系統。新型的生物兼容性納米材料和納米機械元件將創造更多的植入性新材料、人造器官新材料和納米新元件。
●開發基於天然纖維材料和具有環境兼容性、保證人類健康和安全的納米聚合物纖維新材料：開發利用細菌精細纖維制造的納米生態材料；用於食品等工業的小麥生物聚合物（澱粉）復合材料；將納米粒子與生物可降解的聚合物結合，提高聚合物的物理和化學特性；開發來自糖的納米晶增強劑以凈化廢品；開發用於聚合物復合材料的局部化學改性的植物纖維素納米粒子；開發利用谷殼（rice husk）生產納米結構的納米矽炭化物；開發通過表面分離的自組織植物纖維素薄膜。
總之，納米技術／材料將向著與信息技術、現代生命科學和認知科學融合的方向發展，它們的融合將促進所有科技經濟領域的創新和新發現。