世界主要國家納米科技發展前瞻 / 部署分析研究*

張超星 邊文越 王海名 邢 穎 冷伏海

中國科學院科技戰略咨詢研究院 北京 100190

世界主要國家納米科技發展前瞻 / 部署分析研究*

張超星 邊文越 王海名 邢 穎 冷伏海**

中國科學院科技戰略咨詢研究院 北京 100190

文章調研和分析了近年來包括我國在內的世界主要國家發布的 35 份納米科技戰略計劃和報告。首先，從投資力度、科研人員、研發重心、平臺建設、教育等角度分析了各國發展納米科技發展前瞻或部署的共性。其次，鑒于各國的國情不同，分析了各國前瞻/部署的總體方向和實現目標的異同，主要分析了美國、日本、韓國、德國、歐盟、澳大利亞及中國在納米科技戰略部署上的特色和側重。最后，通過對納米科技發展前瞻/部署的深度挖掘和分析，將獲取的35份報告中涉及的研究方向按照生物、環境、能源、器件與制造、測量、儀器設備、標準與安全等7個領域進行比較分析，發現各國較為重視納米生物領域的研究，此領域在各國的納米科技戰略計劃中多有涉及，而納米標準與安全的相關研究戰略則在較少國家的納米戰略計劃中被提及。

納米科技發展計劃，戰略目標和部署，計劃研究領域，區別/共性，世界主要國家

納米技術是具有廣泛應用前景的戰略性前沿技術。2001 年，美國率先制定了《國家納米技術計劃》，英國、德國、俄羅斯、歐盟、中國、日本、韓國、印度、澳大利亞等隨后也制定了本國或本地區的納米技術發展計劃。進入 21 世紀第 2 個十年，各國紛紛進行了新的前瞻或部署。

1 主要國家納米前瞻 / 部署的共性

近年來，納米科技飛速發展，各國針對納米技術的研發計劃也發生了較大變化。在對獲取的 35 份各國納米科技發展部署或前瞻報告（表 1）進行內容分析和比較分析后發現，雖然國情不同，但各國制定的納米科技發展前瞻 / 部署卻呈現出一定的共性特征：（1）對納米技術的信心普遍增強，投資力度普遍加大。例如：韓國在“第 4 次納米技術綜合發展計劃”中將政府對納米技術的研發投入從 2014 年的 5 313 億韓元增加到 2025 年的 8 800 億韓元，占政府研發總投入的比重從 3% 提升至 4%；核心科研人員數量和相關企業數量均大幅增加，韓國在納米領域的核心科研人才數量已經從 2001 年的 1 100 人增加到 2014 年的 8 548 人[1]。（2）將納米技術列入促進國家經濟發展和解決關鍵問題的關鍵技術領域，在能源的存儲和轉換及生物醫藥的靶向治療等領域尤其受到重視[2]。（3）研發重心由最初單一的納米材料制備和功能調控轉向納米材料的應用和商業化，納米技術研究走向了新的階段。例如，美國的納米纖維素商業化項目，將“納米纖維素作為酶的固定化載體及其在抗菌包裝中的應用”“納米纖維素材料用于食品保存”等方向作為其商業化投資方向[3]。（4）通過公共研發平臺、產業園區等，促進產學研合作及與其他領域的融合，從“提案”到“產業化”的時間大為縮短。就我國來說，有位于北京的國際性納米技術學術據點——國家納米科學中心，蘇州也建成了大型產官學工業園區——蘇州納米科技協同創新中心；日本也在 2012 年開始實施文部科學省主導的“納米科技基礎平臺項目”。（5）開展 EHS（環境、健康、安全）和 ELSI （倫理、限制、社會課題）研究以及國際標準和規范（ISO、IEC）的制定，促進納米技術新型產業被社會接受。（6）重視納米技術的基礎教育和高等教育。在納米技術的基礎教育方面，韓國已經完成了以納米技術為基礎的高等教育英文教科書；美國和韓國的大學還開設了包含納米技術的本科課程；美國和中國臺灣地區也加大了對教科書的修訂和教師培訓計劃，用于構建以納米科技為基礎的理科方面的 K12 教育體系[4]。

表1 2012—2016 年主要國家關于納米科技發展前瞻部署的 35 篇報告

（續表）

2 主要國家納米前瞻 / 部署的特色和側重

各國前瞻或部署的總體方向和實現目標不盡相同，各有特色和側重。

（1）美國。作為納米創新戰略的領先者，美國的納米戰略和研究目標更為具體。近幾年，美國國家納米技術計劃（National Nanotechnology Inititative，NNI）研究組先后制定了關于碳納米管研究[5]、納米纖維素商業化[3]及納米技術在水資源的可持續利用[6]等使命導向型的研究計劃。同時，其戰略規劃更致力于通過多學科融合解決一些重大挑戰問題，例如 2015 年美國白宮科技政策辦公室發布了《納米技術引發的重大挑戰：未來計算》項目[7]。

（2）日本。希望將納米技術體系化，促進問題導向型研究。2013 年 12月，日本科技振興機構（JST）發表了《2013 年主要國家研究開發比較報告》，針對納米技術的發展現狀，指出日本未來的納米技術需要長期關注生物納米、綠色納米及納米電子 3 個重點方向，以期利用納米技術“尖端化”和“融合化”的已有成果，將那些能夠應對社會需求的納米技術進一步體系化，促進問題導向型研究的發展[4]。

（3）韓國。在繼續重視戰略性納米技術基礎研究的前提下，強調促進納米技術產業化，以促進國家戰略技術目標的實現[1]。2016 年 4月，韓國國家科學技術審議會公布了由未來創造科學部、教育部、環境部等 10 個部委聯合制定的《第 4 次納米技術綜合發展計劃（2016—2020 年）》，在未來 5 年將重點推進以創新為主導的納米產業化；開展戰略性的納米技術基礎研究，實現納米技術領域的政府投資體系化；充實納米技術創新基礎，保障納米技術安全管理體系，建設創新支持信息系統等政策，促進五大國家戰略技術目標（信息技術融合型新興產業、未來發展動力、整潔便利環境、健康長壽、安全放心的社會）的實現。

（4）德國。將研究重點放在了對現有研究成果的有效轉化上，希望借此提高德國企業的競爭力[8]。2016 年 9 月，德國聯邦內閣通過了由聯邦教研部提出的《納米技術行動計劃 2020》，確定了2016—2020 年聯邦政府相關部門在納米技術領域的合作，將納米技術瞄準德國高新技術戰略的優先任務領域（包括數字經濟與社會、可持續經濟和能源、智能交通等），希望進一步充分利用納米技術的機遇和潛力，利用研究成果的有效轉化提高德國企業的競爭力，通過對納米材料的安全性研究保證納米技術對可持續發展的貢獻。

（5）歐盟。近幾年的納米技術戰略計劃側重于石墨烯的研發和應用上，尤其是其在能源領域的應用[9]。2014 年10月，旗艦歐洲研究區域網絡（FLAG-ERA）將石墨烯作為未來新興技術進行聯合跨國項目征集，研究主題涉及其在納米流體、能源等領域的應用。2015 年 2月，歐盟“石墨烯旗艦計劃”提出了未來 10 年的石墨烯科學技術路線圖。該路線圖確定了包括能源轉換和儲存等 11 個科技領域的任務分工，并給出了研發進度時間表[10]。

（6）澳大利亞。希望借助納米技術來解決重大挑戰性問題。2012 年，澳大利亞科學院發布報告《澳大利亞國家納米技術研究戰略》[11]，提出要實現納米驅動的經濟發展，需將納米技術的研發機遇與國家的重大挑戰性問題銜接，利用納米技術，以達到臨界研究規模的多學科攻關，進而找出這些重大問題的解決方案。其中重大挑戰性問題中納米技術可發揮的作用有：改進社區健康、提供飲用水、修復環境、發展清潔能源、保衛國家安全，以及振興澳大利亞的制造業等。

中國制定納米技術發展計劃較早。 2001 年科技部、國家紀委、教育部、中科院、國家自然科學基金委聯合發布了《國家納米科技發展綱要》[12]。十五期間，各部委分別通過國家的“973 計劃”“863 計劃”“攻關計劃”，基金委的重大、重點項目，教育部的振興計劃，發改委的產業化示范工程和大科學工程等對納米科技進行了研發投入大規模的資助。2006 年初，國務院在發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020 年）》中，還將納米科學列為四項重點發展的基礎研究領域[13]。2016 年科技部發布了《“十三五”國家科技創新規劃》[14]，其中分別在“國際科技重大專項”“新一代信息技術”和“材料技術”等章節針對納米科技做出了相關規劃，如發展新材料技術方向中包含納米材料與器件等領域的研究。同年，國家發展和改革委員會發布了《“十三五”戰略性新興產業發展規劃》[15]，分別在信息、制造及新能源領域提及了納米材料和技術的相關規劃，如前瞻布局前沿新材料研發方向涉及突破石墨烯產業化應用技術，拓展納米材料在光電子、新能源、生物醫藥等領域應用范圍等納米科技的相關規劃。

我國相關部門制定的戰略計劃在不同程度上均涉及納米技術的發展和應用，國家自然科學基金委和中科院兩家機構將納米技術作為一個獨立的研究方向對其發展做出了規劃，但基金委制定的規劃較偏重于納米技術的基礎研究，中科院則致力于納米技術產業的創新。

中科院于 2013 年 11月啟動了“變革性納米產業制造技術聚焦”戰略性先導科技專項（A類）[16]，以期該專項計劃能促進長續航動力鋰電池和納米綠色印刷等產業技術的變革性創新，同時培育和推動一批核心技術在特定能源、環境與健康領域中的應用，解決若干制約國家骨干行業發展的關鍵技術瓶頸問題，帶動新興產業的發展；2016 年發布了《中國科學院“十三五”發展規劃綱要》[17]，將納米技術作為使能技術融入其他各個領域中，如先進材料方向中，提及實現石墨烯和碳納米管的規模控制制備、大幅提升納米金屬材料及二維原子晶體材料和生物醫用材料的綜合性能，為信息、高端裝備制造、新能源和人類健康等戰略性新興產業的發展提供堅實的理論基礎和技術支撐等。

國家自然科學基金委2009年發布了“納米制造的基礎研究”重大研究計劃[18]，以期建立納米制造過程的精確表征與計量方法，為納米制造的一致性與批量化提供理論基礎；2016年發布了《國家自然科學基金“十三五”發展規劃》[19]，在第四篇“學科布局與優先領域”中制定了包括納米科學在內的18個學科未來5年的發展戰略，加強和促進納米材料的精準/可控制備及表面微結構的表征新方法，其中部分規劃涉及應用領域，如能源，醫藥、環境等，但多數處于應用研究的最前端，離真正的商業化或者產業化還有一定距離。

3 主要國家納米前瞻 / 部署研究方向比較

主要國家納米科技發展前瞻或部署中的重點研究方向既具差異，也具共性。本文將這 35 份報告文本中涉及的研究方向按照生物、環境、能源、器件與制造、測量、儀器設備、標準與安全等 7 個領域進行比較分析（表 2）。

（1）生物領域。英國偏重于生物納米技術的產業化，如建立納米纖維的生產平臺，納米工廠的設計等；中國較重視碳納米材料的生物應用及具有免疫應答的生物醫用材料的開發；澳大利亞偏重于人體仿生納米器件的研究；印度希望利用納米粒子開發抗蟲害植物品種。俄羅斯、德國、韓國及歐盟等把納米植入材料作為重要的研究方向；美國、俄羅斯、澳大利亞、日本及印度等把納米藥物的靶向輸送列為重點支持方向；美國、日本、德國等高度重視醫學成像領域的應用。

（2） 環境領域。歐盟和德國將 CO2的捕獲和利用作為重要研究方向；英國更為關注納米材料對環境的毒性研究；日本將放射性物質的去除技術作為其戰略方向之一；韓國較為重視大氣凈化納米催化劑研究；中國較為重視極端環境材料的研發；此外，美國、俄羅斯、英國、澳大利亞、日本等高度重視納米材料水處理技術。

（3）能源領域。美國在納米儲能材料領域較為重視鋰電池固體聚合物電解質、熱自發電池等的研發，在納米發電材料領域較為重視多孔固體氧化物燃料電池電解質及光伏發電增強材料的研發；歐盟重視柔性電池、輕型電存儲及儲氫系統的研發以及發展包括滲透能發電在內的新型可再生能源；俄羅斯較為重視太陽能電池、重型陶瓷磁鐵及替代能源材料的研發；英國將研發重點放在了鈣鈦礦型電池模塊化上；日本強調對高溫超導輸送電的研究；韓國主要部署了柔性電極、智能窗戶及隔熱元件等研究方向；澳大利亞較為重視安全動力電池和太陽能電池的研發；中國較為重視熱電材料和長續航動力電池的研究。

（4）器件與制造領域。美國、俄羅斯和歐盟都將納米傳感器的研發列為其戰略研究方向；美國和中國都很重視芯片的研發；歐盟和中國都將柔性智能器件、非易失性存儲器列入研究方向；美國較為重視軟物質制造技術；俄羅斯較為重視基于憶阻器的電子元件；歐盟較為

重視基于石墨烯的集成電路、等離子體光開關及晶體管的研發；中國較為重視極低功耗器件和電路、3D打印、硅基太赫茲技術等。

表2 主要國家納米科技發展前瞻 / 部署中涉及的 7 個研究領域的比較分析

（5）測量領域。美國關注異質材料的表征；歐盟重視選擇性單分子探測；俄羅斯強調原子分辨率的材料表面成像系統；中國將重點研發具有極限分辨能力的表征和測量技術。

（6） 儀器設備領域。歐盟和韓國在柔性顯示器方面均有戰略部署。美國、德國、歐盟、韓國、澳大利亞等重視功能探測器/傳感器（如分子探測器、光電探測器、感應傳感器）研究。歐盟較為重視利用太赫茲技術的相關器件的研發；德國則較為重視危險物質探測和救援人員防護設備的研發；俄羅斯較為重視對納米機器人的研究；中國將納米綠色印刷和納米刻蝕作為重要的研究方向。

（7） 標準與安全領域。美國強調了對石墨烯的監管及其對基因等的影響；德國重視應用納米技術時的必要保護措施及對食品材料的創新研究；韓國提出要研究感染性生物物質檢測與監測；中國更為重視納米領域應用的重要標準和檢測技術。美國、德國、韓國、中國關于納米標準與安全領域的戰略部署均涉及納米材料的生物安全技術研究。

4 總結和展望

納米科技不僅可使經濟受益，而且在解決可持續能源、潔凈水、醫療衛生等重大挑戰性問題具有重要意義。納米技術還在蓬勃發展，越來越多的國家開始部署適合本國國情的納米科技發展計劃，以期最大限度地利用納米技術提供的機會增強國家競爭力。希望我國相關部門能在積極推進納米科學基礎研究的同時，加強對現有成果的融合、聚焦和利用，盡早識別并有重點的支持我國具有優勢的納米技術商業化和產業化，使之成為我國產業轉型升級和創新驅動發展的助推器。

致謝 本文依據《納米研究前沿分析報告》的內容改寫。

2 A call featuring two important topics, representing more than €100 million EU investment, will open on 15 October. [2016-10-15].https://ec.europa.eu/digital-agenda/en/news/electronics-eu100-million-bugdet-call-open-15-october.

3 Cellulose Nanomaterials—A Path Towards Commercialization.NNI Workshop Report, http://www.fpl.fs.fed.us/documnts/pdf2014/usforestservice_nih_2014_cellulose_nano_workshop_report.pdf.

4 科學技術振興機構. 研究開発の俯瞰報告書が2013. [2014-06-17]. http://www.jst.go.jp/crds/pdf/2013/FR/CRDS-FY2013-FR-01.pdf.

5 NNI Publishes Report on Carbon Nanotube (CNT)Commercialization. [2016-10-17]. http://www.nano.gov/node/1340.

6 Working Together to Build a Sustainable Water Future. [2016-09-05]. https://www.whitehouse.gov/the-press-office/2016/03/22/factsheet-working-together-build-sustainable-water-future.

7 A Nanotechnology-Inspired Grand Challenge for Future Computing. [2016-10-08]. https://obamawhitehouse.archives.gov/blog/2015/10/15/nanotechnology-inspired-grand-challenge-futurecomputing.

8 Bundesministerin für Bildung und Forschung. Aktionsplan Nanotechnologie 2020. [2016-11-17]. https://www.bmbf.de/pub/Aktionsplan_Nanotechnologie.pdf.

9 Research funding organisations in Europe launch their funding instruments in support of the Flagship initiatives on Graphene and Human Brain. [2016-11-10]. http://www.flagera.eu/extra-files/FLAG-ERA_Press%20release_27102014.pdf.

10 Graphene flagship. The European roadmap for graphene science and technology.[2016-03-13]. http://graphene-flagship.eu/?news=the-european-roadmap-for-graphene-science-andtechnology.

11 National Nanotechnology Strategy. [2015-09-17]. http://www.science.org.au/policy/documents/nanotech-research-strategy.pdf.

12 科技技術部. 科學技術部發布《國家納米科技發展綱要（2001—2010年）》. 中國基礎科學, 2001, (10): 30-34.

13 國務院. 國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）. [2006-02-09]. http://www.most.gov.cn/mostinfo/xinxifenlei/gjkjgh/200811/t20081129_65774.htm.

14 國務院. 國務院關于印發“十三五”國家科技創新規劃的通知. [2016-11-10]. http://www.most.gov.cn/mostinfo/xinxifenlei/gjkjgh/201608/t20160810_127174.htm.

15 國務院. “十三五”國家戰略性新興產業發展規劃. 中國戰略新興產業, 2017, (1): 57-81.

16 國家納米科學中心. 變革性納米產業制造技術聚焦. 中國科學院院刊, 2016, 31(Z2): 63-68.

17 中國科學院. 中國科學院“十三五”發展規劃綱要. [2016-11-17]. http://www.cas.cn/yw/201609/W020160902357072710740.pdf.

18 國家自然科學基金委員會. 國家自然科學基金委重大研究計劃“納米制造的基礎研究”2009年度項目指南. [2016-10-08].http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab251/info24441.htm.

19 國家自然科學基金委員會. 國家自然科學基金“十三五”發展規劃. [2016-11-23]. http://www.china.com.cn/zhibo/zhuanti/chxinwen/2016-06/14/content_38662624.htm.

Analysis of Nanoscience and Technology Plans of Main Countries

Zhang Chaoxing Bian Wenyue Wang Haiming Xing Ying Leng Fuhai
（Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China）

This paper analyzed 35 nanoscience and technology reports or plans published by the main countries of the world in recent years.Firstly, from the perspective of investment, researchers, focus of research, platforms, education, etc., the general characteristics of these plans of main countries were given. Secondly, in view of the different status of each country, the similarities and differences of the plans in goals and the ways of achieving them were analyzed, with US, Japan, Korea, Germany, EU, Australia, and China were the mainly studied objects. At last,by deep mining and analyzing, the paper compared the features and emphases of the concrete research directions mentioned in the reports and plans, which are divided into seven research areas such as biology, energy, environment areas, etc. It is found: more countries are interested in nanobiology, which is mentioned in reports and plans many times; yet the related deployment on standard and safety of nanotechnology is relatively scarce.

nanoscience and technology plans, strategic goal and deployment, research areas, similarities and difference, main countries

Ph.D. degree from University of Chinese Academy of Sciences. The main research field includes information analysis. E-mail: lengfuhai@casipm.ac.cn

DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2017.10.013

*資助項目：納米科技重大創新領域發展態勢研究（Y7 01231901）

**通訊作者

修改稿收到日期：2017年9月30日

張超星 中科院科技戰略咨詢院助理研究員。研究方向：情報分析。

Zhang chaoxing Research Associate, Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences. The main research field includes information analysis. E-mail: zhangchaoxing@casipm.ac.cn.

冷伏海 男，中科院科技戰略咨詢院研究員，管理學博士。研究方向：情報分析。

Leng fuhai Male, Professor, Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences,