小小納米材料的大作為

王永生

近年來，新一代信息技術(shù)、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展火熱。納米技術(shù)與這些新興技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步推動(dòng)了彼此的發(fā)展。

納米是21世紀(jì)的一大戰(zhàn)略技術(shù)，近年來，納米科技頻頻出現(xiàn)在人們的視野中，小到化妝品、家電，大到航天、交通運(yùn)輸與國防工業(yè)，都能看到納米科技的身影。作為當(dāng)今世界納米科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步的重要貢獻(xiàn)者，中國在納米科技基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究與成果轉(zhuǎn)化等方面不斷取得原創(chuàng)性突破，越來越多的納米黑科技產(chǎn)品面世，以微觀尺度改變著我們的生活。黨的十八大以來，納米科技被列入“國家有望實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的領(lǐng)域”之一。

納米科技改變生活

納米，是人們很容易想到的微觀世界。世界上，納米科技早已成為關(guān)注的熱點(diǎn)前沿科技領(lǐng)域，在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化等方面都有許多重要的發(fā)展方向。在中國，業(yè)界也一直廣泛關(guān)注并始終在持續(xù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化過程中。

有人舉過這樣一個(gè)例子：如果把一個(gè)直徑為一納米的小球放在一個(gè)乒乓球表面，從比例上看，就像把一個(gè)乒乓球放在了地球表面。當(dāng)物質(zhì)達(dá)到納米尺度后，性能就會(huì)發(fā)生突變。納米技術(shù)正是利用了納米材料的這種特殊屬性來制造具有特定功能的零部件和產(chǎn)品。

石墨烯、納米纖維素、納米級(jí)氣相二氧化硅……這些納米新材料或有著高強(qiáng)韌性，或有著耐高溫、循環(huán)可再生等優(yōu)勢。用這些新材料制成的設(shè)備、器件，可以實(shí)現(xiàn)一些過去無法實(shí)現(xiàn)的功能。

近年來，納米新材料不斷問世，帶來一些全新的產(chǎn)業(yè)，拿我國的石墨烯產(chǎn)業(yè)來說，目前已初步形成了以新能源、涂料、大健康、節(jié)能環(huán)保、化工新材料、電子信息為主的六大應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，納米技術(shù)也讓一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)煥發(fā)新的生機(jī)，許多添加了納米材料的日常產(chǎn)品也因此性能升級(jí)，給人們的生活帶來全新體驗(yàn)。納米科技是多領(lǐng)域交叉學(xué)科，與新能源、人工智能、生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)具有高度融合性。

上世紀(jì)80年代末，我國開始重視納米材料和技術(shù)的研究，90年代中期之后，從事納米材料生產(chǎn)開發(fā)的公司不斷增多，社會(huì)資金投入也不斷增加，納米材料應(yīng)用產(chǎn)業(yè)興起。進(jìn)入21世紀(jì)，我國納米材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)入穩(wěn)定、健康的發(fā)展階段，包括納米材料在內(nèi)的新材料產(chǎn)業(yè)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)也陸續(xù)出臺(tái)，納米行業(yè)從業(yè)者的外部環(huán)境逐漸變好，競爭更加有序。

我國納米科技的布局較早，在納米科技發(fā)展的開始階段就同國際發(fā)展保持同步。同時(shí)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策不斷出臺(tái)，從而明確我國納米材料重點(diǎn)科研領(lǐng)域，為我國納米技術(shù)發(fā)展指出具體方向。國家發(fā)展改革委等四部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于擴(kuò)大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長點(diǎn)增長極的指導(dǎo)意見》，其中就提到“加快拓展石墨烯、納米材料等在光電子、航空裝備、新能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用”。

納米項(xiàng)目挖掘越早越好

近年來，新一代信息技術(shù)、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展火熱。納米技術(shù)與這些新興技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步推動(dòng)了彼此的發(fā)展。在人工智能領(lǐng)域，多種智能終端、智能穿戴、智能家居等柔性觸控設(shè)備都可以運(yùn)用到納米技術(shù)。在移動(dòng)通信領(lǐng)域，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備功能器件性能的提升也需要納米技術(shù)的支持，如制造芯片的納米刻蝕等核心技術(shù)。今年10月11日，第三屆中國數(shù)字峰會(huì)上，中興對(duì)外展示了包括了系統(tǒng)和芯片等在內(nèi)的完全國產(chǎn)化的技術(shù)成果。目前，中興已經(jīng)在5G無線基站的核心主控芯片上采用了自主研發(fā)的7納米技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了7納米芯片的商用化，這是中國在核心技術(shù)領(lǐng)域邁出的積極一步。

11月17日，由中科院科技創(chuàng)新發(fā)展中心（北京分院）、中關(guān)村科學(xué)城管委會(huì)指導(dǎo)，中科院北京國家技術(shù)轉(zhuǎn)移中心、北京科學(xué)技術(shù)開發(fā)交流中心主辦的“智匯行動(dòng)”概念驗(yàn)證創(chuàng)新大賽——國家納米科學(xué)中心專場路演在中科智匯工場多功能廳舉行。此次活動(dòng)旨在挖掘國家納米科學(xué)中心早期項(xiàng)目，篩選具有前瞻性的未來科技項(xiàng)目，加大對(duì)中科院早期項(xiàng)目的扶持力度。

國家納米科學(xué)中心定位于納米科學(xué)的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，目標(biāo)是建成具有國際先進(jìn)水平的研究基地、面向國內(nèi)外開放的納米科學(xué)研究公共技術(shù)平臺(tái)、中國納米科技領(lǐng)域國際交流的窗口和人才培養(yǎng)基地。在努力為中國納米科技發(fā)展提供支撐的同時(shí)，國家納米科學(xué)中心還致力于促進(jìn)國家納米科技產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化發(fā)展，以期為中國納米科技的健康、有序發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

基于此，中科智匯工場擬與國家納米科學(xué)中心聯(lián)合舉辦本次“智匯行動(dòng)”概念驗(yàn)證創(chuàng)新大賽——納米科學(xué)專場路演，參與此次路演的5個(gè)項(xiàng)目均和納米有關(guān)。分別是：快速雙光子超高分辨率熒光顯微鏡、大尺寸石墨烯玻璃、納米纖維素基全生物降解薄膜產(chǎn)業(yè)化示范、新型可清理重復(fù)使用自吸式防塵口罩、基于小數(shù)據(jù)人工智能的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)解決方案。

路演采取專家評(píng)審制，參評(píng)項(xiàng)目最終得分為各評(píng)委評(píng)分的平均分。同時(shí)，該分?jǐn)?shù)將作為年底“智匯行動(dòng)”概念驗(yàn)證創(chuàng)新大賽項(xiàng)目決選的重要依據(jù)。對(duì)成功入選2020年度“CAS概念驗(yàn)證”計(jì)劃的項(xiàng)目，將獲得：概念驗(yàn)證專項(xiàng)資金、專屬技術(shù)經(jīng)理人跟進(jìn)并提供科技服務(wù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)與法律顧問、“CAS空間”入駐辦公、產(chǎn)業(yè)資源與地方市場資源對(duì)接、項(xiàng)目包裝及品牌推廣、中科學(xué)院科技創(chuàng)新管理培訓(xùn)等支持。

對(duì)于納米項(xiàng)目的挖掘，參加路演的專家表示，納米項(xiàng)目一般均有非常強(qiáng)的技術(shù)性和前瞻性，從項(xiàng)目挖掘的角度講，越早突破口會(huì)越大，從技術(shù)層面以外，給予市場等方面的支持，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)的快速轉(zhuǎn)化。

中科智匯工場介紹，納米專場是“智匯行動(dòng)”概念驗(yàn)證創(chuàng)新大賽的一場路演活動(dòng)，目前中科智匯工場正以科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化專項(xiàng)行動(dòng)為抓手，依托成果轉(zhuǎn)化運(yùn)營載體，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，圍繞支持早期項(xiàng)目成長，培養(yǎng)科技創(chuàng)新型人才，積極打造“CAS概念驗(yàn)證中心”。通過這樣的活動(dòng)全力支撐北京建設(shè)具有全球影響力的國家創(chuàng)新戰(zhàn)略高地。

作為中國科學(xué)院北京國家技術(shù)轉(zhuǎn)移中心的總部基地，中科智匯工場依托中國科學(xué)院和海淀區(qū)優(yōu)勢資源，聚焦于智能制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新綜合體，通過打造的“早期概念驗(yàn)證、中期孵化加速、后期產(chǎn)業(yè)推廣”三級(jí)運(yùn)營體系，助力中科院、高校科研人員、社會(huì)優(yōu)秀創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目完成科技成果轉(zhuǎn)化，技術(shù)產(chǎn)業(yè)化落地。

國家納米中心高精尖納米項(xiàng)目前瞻

快速雙光子超高分辨率熒光顯微鏡

“眼見為實(shí)”，成像是科學(xué)研究中最重要的表征手段之一，成像設(shè)備是產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。光學(xué)成像能夠在生理?xiàng)l件下觀察生命過程，是生命科學(xué)研究與醫(yī)療診斷中不可替代的成像表征方法。光學(xué)顯微成像是光學(xué)成像的主要技術(shù)。新型成像技術(shù)的產(chǎn)生與市場化是一個(gè)非常活躍的領(lǐng)域，特別是能夠超越遠(yuǎn)場顯微鏡極限的新型超高分辨率顯微鏡，科研需求強(qiáng)烈，產(chǎn)品需求迫切。以明星技術(shù)PALM/STORM、STED為例，從技術(shù)的產(chǎn)生到2014年獲得諾貝爾獎(jiǎng)，僅用不到十年時(shí)間。相關(guān)專利被顯微鏡公司購買并迅速推出商業(yè)化產(chǎn)品（徠卡STED顯微鏡;蔡司PALM顯微鏡;尼康STORM顯微鏡等），單臺(tái)套產(chǎn)品售價(jià)在人民幣600萬元以上，具有較大的商業(yè)利潤。

大尺寸石墨烯玻璃

項(xiàng)目目前處于實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段，通過脈沖電流加熱技術(shù)制備的大尺寸石墨烯玻璃，有望替代ITO等導(dǎo)電玻璃。產(chǎn)品研發(fā)通過實(shí)驗(yàn)室中各種條件、方法的嘗試進(jìn)行，并對(duì)市場中同類產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研，比較優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)或提高，同時(shí)優(yōu)化制備條件，形成適合工業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)流程。

納米纖維素基全生物降解薄膜產(chǎn)業(yè)化示范

由于對(duì)白色污染實(shí)施更為嚴(yán)格的監(jiān)管，全生物降解薄膜的市場份額會(huì)迅速增長。本項(xiàng)目利用納米纖維素可完全降解、柔韌性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，開發(fā)多種可用于食品和藥品包裝的全生物降解薄膜。

新型可清理重復(fù)使用自吸式防塵口罩

該研發(fā)團(tuán)隊(duì)在前期微納米復(fù)合材料研究積累和技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，成功研發(fā)了可多次重復(fù)使用的新型納米纖維復(fù)合空氣過濾材料。該材料利用低表面能納米纖維實(shí)現(xiàn)了過濾效率和氣阻的優(yōu)化，達(dá)到了目前市場最高等級(jí)的PP HEPA的相關(guān)性能，同時(shí)在正常使用條件下過濾效率不會(huì)明顯下降，容塵后可以直接清洗再生，實(shí)現(xiàn)了過濾材料的多次重復(fù)使用。研究發(fā)現(xiàn)該過濾材料經(jīng)10次清洗后，其過濾效率保持不變，氣阻只有不高于20%的增高。這項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，有望大幅延長空氣凈化裝置的使用壽命。

基于小數(shù)據(jù)人工智能的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)解決方案

傳統(tǒng)模型擬合方法的準(zhǔn)確率有限，因此需要大量樣本用以學(xué)習(xí)目標(biāo)規(guī)律。本項(xiàng)目通過優(yōu)化特征組合及人工智能建模參數(shù)，可為小樣本量、多分類問題提供高準(zhǔn)確率的解決方案。目前，本項(xiàng)目通過與美國哈佛大學(xué)、愛因斯坦醫(yī)學(xué)院、中科院北京基因組研究所等國內(nèi)外多家單位合作，已在結(jié)核病、新冠COVID-19以及法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等獲得多項(xiàng)模型成果，多分類準(zhǔn)確率均達(dá)95%以上。