小小納米材料的大作為

王永生

近年來(lái)，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(lái)，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(guó)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(guó)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(lái)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(lái)，納米科技被列入“國(guó)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(kāi)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(guó)，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(guò)程中。

有人舉過(guò)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(lái)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(shì)。用這些新材料制成的設(shè)備、器件，可以實(shí)現(xiàn)一些過(guò)去無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。

近年來(lái)，納米新材料不斷問(wèn)世，帶來(lái)一些全新的產(chǎn)業(yè)，拿我國(guó)的石墨烯產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，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(lái)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(guó)開(kāi)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(kāi)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)更加有序。

我國(guó)納米科技的布局較早，在納米科技發(fā)展的開(kāi)始階段就同國(guó)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(guó)納米材料重點(diǎn)科研領(lǐng)域，為我國(guó)納米技術(shù)發(fā)展指出具體方向。國(guó)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(zhǎng)點(diǎn)增長(zhǎng)極的指導(dǎo)意見(jiàn)》，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(lái)，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(guó)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(guó)產(chǎn)化的技術(shù)成果。目前，中興已經(jīng)在5G無(wú)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(guó)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(guó)家技術(shù)轉(zhuǎn)移中心、北京科學(xué)技術(shù)開(kāi)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(guó)家納米科學(xué)中心專場(chǎng)路演在中科智匯工場(chǎng)多功能廳舉行。此次活動(dòng)旨在挖掘國(guó)家納米科學(xué)中心早期項(xiàng)目，篩選具有前瞻性的未來(lái)科技項(xiàng)目，加大對(duì)中科院早期項(xiàng)目的扶持力度。

國(guó)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(guó)際先進(jìn)水平的研究基地、面向國(guó)內(nèi)外開(kāi)放的納米科學(xué)研究公共技術(shù)平臺(tái)、中國(guó)納米科技領(lǐng)域國(guó)際交流的窗口和人才培養(yǎng)基地。在努力為中國(guó)納米科技發(fā)展提供支撐的同時(shí)，國(guó)家納米科學(xué)中心還致力于促進(jìn)國(guó)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(guó)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(chǎng)擬與國(guó)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(chǎng)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(wèn)、“CAS空間”入駐辦公、產(chǎn)業(yè)資源與地方市場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)介紹，納米專場(chǎng)是“智匯行動(dòng)”概念驗(yàn)證創(chuàng)新大賽的一場(chǎng)路演活動(dòng)，目前中科智匯工場(chǎng)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(yíng)載體，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，圍繞支持早期項(xiàng)目成長(zhǎng)，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(guò)這樣的活動(dòng)全力支撐北京建設(shè)具有全球影響力的國(guó)家創(chuàng)新戰(zhàn)略高地。

作為中國(guó)科學(xué)院北京國(guó)家技術(shù)轉(zhuǎn)移中心的總部基地，中科智匯工場(chǎng)依托中國(guó)科學(xué)院和海淀區(qū)優(yōu)勢(shì)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(guò)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(yíng)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(guó)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(jiàn)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(guò)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(chǎng)化是一個(gè)非常活躍的領(lǐng)域，特別是能夠超越遠(yuǎn)場(chǎng)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(gòu)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(wàn)元以上，具有較大的商業(yè)利潤(rùn)。

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(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)室中各種條件、方法的嘗試進(jìn)行，并對(duì)市場(chǎng)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(chǎng)份額會(huì)迅速增長(zhǎng)。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(kāi)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(shì)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(guò)濾材料。該材料利用低表面能納米纖維實(shí)現(xiàn)了過(guò)濾效率和氣阻的優(yōu)化，達(dá)到了目前市場(chǎng)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(guò)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(guò)濾材料的多次重復(fù)使用。研究發(fā)現(xiàn)該過(guò)濾材料經(jīng)10次清洗后，其過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(wèn)題提供高準(zhǔn)確率的解決方案。目前，本項(xiàng)目通過(guò)與美國(guó)哈佛大學(xué)、愛(ài)因斯坦醫(yī)學(xué)院、中科院北京基因組研究所等國(guó)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。