時間：2023-03-23 15:23:19
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這類專利申請在撰寫申請文件時，需要詳細記載如何合成新的納米材料，即納米材料的制備方法，如果制備得到的納米材料具有特殊的性能，需要在說明書中記載是因為反應的條件還是制備方法殊的反應方式得到的特殊的性能，并需要對該特殊的性能進行表征，可以通過電鏡掃描或者其它方式進行證明，這一點尤為重要，否則會影響專利說明書是否公開充分。利用納米材料的性能在農藥領域可能的用途，需要通過活性實驗進行驗證，說明書中需要給出具體的實驗效果舉例進行說明。如果現有技術中已有類似納米材料用作農藥的技術方案，則新制備的納米材料用作農藥的用途需要比現有技術中已知的同類納米材料具有更加優異的性能或者其他預料不到的效果才可能具有授權前景，比如提高了殺菌活性等，而如果是將已知的納米材料與已知活性成分組合，則需要在說明書中記載納米材料與活性成分之間的關系是功能上的互惠或表現出超越他們單獨效果之和的組合效果。納米材料用作農藥使用時還要解決的技術問題是如何防止納米材料對有益菌的殺滅作用，以及將納米無機材料制成制劑后對環境的安全評價，如果能克服這些應用上的技術缺陷，也可能具備授權前景。
二、納米生物農藥
將生物農藥納米化后，可改善制劑中有效成分的粒徑細度及穩定性，提高其速效性和防治效果，通過納米工藝技術處理，將固體生物農藥制成納米級的微粒，要解決的關鍵技術問題是通過怎么樣的制備方法將生物農藥制備得到真正納米級的顆粒，而將生物農藥制備成納米級顆粒的方法，使用該納米生物農藥的方法都屬于專利保護的客體。由于生物農藥一般都是已知的活性成分，一般需要將生物農藥與助劑的組合物作為專利申請保護的主題，專利申請的主題名稱為：一種農藥組合物，其特征在于……（包含納米生物農藥）；一種農藥組合物的制備方法，其特征在于……（納米生物農藥的制備方法，或將含有生物農藥的農藥組合物制成納米生物農藥的方法）；一種農藥組合物用于防治病害的用途，其特征在于……（含有納米生物農藥）。
由于生物農藥本身即具有殺蟲活性，在專利申請文件撰寫時，需要提交微生物的保藏證明；詳細記載通過怎樣的方法將生物農藥制備成納米生物農藥，并且需要提供納米生物農藥穩定性的證明，納米生物農藥顆粒的表征數據；還需要提供納米生物農藥與生物農藥的活性實驗比較例，或者納米生物農藥與近似的生物農藥制成納米級生物農藥后的比較例，以備用于證明技術方案的創造性。目前，真正將生物農藥制成納米級顆粒的方法較少，而如果能夠攻克這一技術難點，相信生物農藥的推廣應用定能爭奪更加廣闊的市場空間。
三、納米農藥助劑農藥
在制備成制劑時需要使用助劑，常規的助劑包括表面活性劑和載體，表面活性劑包括分散劑、潤濕劑、乳化劑、穩定劑等。將一種或多種農藥助劑制成納米級顆粒的制備方法，合成或制備得到的納米級助劑，如超級分散劑，使用納米級的農藥助劑與活性成分組合使用的組合物，納米級的助劑在農藥制劑加工中的應用等，都屬于專利保護的客體。由于納米顆粒表面的特殊性能，農藥助劑制成納米級的顆粒與活性成分組合使用，能夠顯著提高活性成分附著在靶標上的能力，滲透能力，提高助劑的載藥量，提高活性成分的利用率，降低害蟲對活性成分的抗性，減少活性成分的使用量，例如已有制備乙酰化木質素兩親聚合物納米膠體球，能夠改變活性成分在水溶液中的溶解度。
這類專利申請的主題名稱為：一種適用于農藥的納米助劑，其特征在于……（限定助劑的結構和組成）；一種適用于農藥的納米助劑的制備方法，其特征在于……（包含納米助劑具體的制備方法、工藝參數）；一種適用于農藥的納米助劑作為……（分散劑）……在農藥制備中的用途。在撰寫專利申請文件時，對納米農藥助劑的表征是確定該納米助劑的結構和組成的重要參數，合成納米助劑的反應中其反應條件的控制、工藝參數的設定都會影響納米助劑的結構和組成，申請人需要詳細的記載合成或制備方法，并對納米助劑特殊的功能進行具體闡述，對可能的特殊性質進行表征分析。由于納米農藥助劑一般都是與農藥活性成分組合使用制成制劑，申請人還需要提供使用納米農藥助劑制成的制劑具有的預料不到的技術效果，比如提高制劑的分散性、穩定性，提高制劑的防治效果，降低對原藥的需求量，降低制劑使用所帶來的環境污染和毒害以及對土地造成的毒害殘留，降低農作物上的農藥殘留量等，還可以提供類似的納米農藥助劑與同一活性成分組合使用制成相同或相近制劑時的比較例。如果使用的納米助劑與活性成分制成的制劑能夠滿足國家或FAO/WHO標準，也需要記載在說明書中。
四、納米農藥緩釋劑
農藥助劑中的載體一般是起緩釋的作用，將活性成分吸附或包裹在載體中。緩釋劑能有效控制藥物釋放速度，使高毒農藥低毒化，降低農藥的急性毒性，減輕殘留及刺激性氣味，減少對環境的污染和對農作物的藥害，從而擴大農藥的應用范圍。但是，傳統的緩釋農藥存在著自身的不足，如緩釋劑大部分是合成高分子材料，且大多數生物降解性能差，易污染環境；同時在合成高分子控釋材料時，也會對環境產生污染；再加上高分子控釋劑顆粒一般比較大，在施藥時顆粒大，容易施藥不均且易脫落，最終不能達到保護環境、減少農藥用量的目的。為了克服上述高分子材料的缺陷，控釋載體的納米化是一個重要的研究方向。將農藥載體制成納米級顆粒的制備方法，使用納米級的載體顆粒吸附或包裹農藥活性成分的組合物，使用納米緩釋劑緩釋農藥的方法，納米級的載體顆粒在農藥制劑加工中的應用等，都屬于專利保護的客體。
納米農藥緩釋劑包裹農藥有兩種方法，一種是先制得納米溶液，再包裹農藥；另一種是用農藥緩控釋薄膜，在農藥表層形成納米級微囊，得到該控釋型納米級農藥。由于真菌生物農藥在紫外光照射下，活性降低，納米緩釋材料也常被用作真菌生物農藥的紫外保護劑。已知的納米緩釋劑包括空心多孔二氧化硅納米顆粒、中空介孔納米二氧化硅微球、雙孔二氧化硅微粒、介孔納米氧化鋁固相吸附劑、納米碳粉、二氧化鈦納米球或二氧化鈦納米線、改性納米二氧化鈦、納米粉煤灰、殼聚糖納米粒、殼聚糖的接枝共聚物、海藻酸鈣納米微球、粘土納米復合緩釋劑、二氧化鈦和碳酸鈣復合顆粒、多微孔納米載體材料、生物可降解的聚乳酸-羥基乙酸共聚物。專利申請的主題名稱為：一種制備納米緩釋劑的方法，其特征在于……（納米緩釋劑具體的制備方法）；一種適用于農藥的納米緩釋劑，其特征在于……（限定具體的納米緩釋劑的結構和組成）；一種適用于農藥的納米緩釋劑在農藥制劑中的應用。
在撰寫專利申請文件時，需要詳細記載制備納米緩釋劑的方法，包括反應物、反應條件、生成物，以及最終得到的納米緩釋劑的表征；如果是將納米緩釋劑與活性成分組合制成制劑，不僅需要考慮納米緩釋劑在制劑中的緩釋作用，還要考慮納米緩釋劑在制劑中的其它作用，并且需要對比實驗證明納米緩釋劑的加入是否能夠產生技術效果的改進。由于緩釋劑的發展較快，研究者在關注緩釋劑緩釋的同時，需要注意到緩釋帶來的負面作用；如果新研究的緩釋劑能夠既有緩釋的作用，又能克服活性成分在環境中長時間停留的危害，應該在專利申請文件中記載。申請人在記載不同的技術效果時，不僅要把具體的技術效果寫清楚，更應該提供能夠證明該技術效果的實施例或實驗例。
五、納米農藥劑型液體
農藥由于自身流動的特性，即使是納米級的尺寸也呈球狀，所以液體農藥制成納米級后一般都稱為納米球，也叫做納米乳劑。納米乳劑是一個由水、油兩親性物質（分子）組成的、光學上各向同性、熱力學上穩定且經時穩定的外觀透明或者近乎透明的膠體分散體系，微觀上由表面活性劑界面膜所包覆的一種或兩種液體的微滴構成，外觀為“單相、透明或半透明的流動液體”。納米乳劑可以改善農藥溶于水的特性，兩親高分子包裹油溶性農藥分子的納米球，其在水相中有良好的分散性及穩定性，即將油溶性農藥由油相轉移至水相并穩定分散于水相，并可通過水相中溶解的少量農藥的不斷使用，使納米球中的農藥得以緩慢釋放和使用?，F有技術中制備納米乳劑的關鍵技術問題是兩親高分子的替代技術，如果能夠使用納米材料代替兩親高分子材料用來制備納米乳劑，則有望突破農藥劑型創制的瓶頸。已知的能夠代替兩親高分子材料或者與兩親高分子材料共同使用的納米材料有納米二氧化硅、納米二氧化鈦、稀土摻雜納米二氧化鈦等，制備的農藥水乳劑、微乳劑具有超穩定性。
固體農藥易于制成納米級的顆粒，將固體農藥納米化后特有的滲透性、分散性、均勻性、附著性等生物活性大大增強。將納米級的固體農藥與助劑混合，即可得到納米級固體制劑，如可濕性粉劑、種衣劑、水分散粒劑、泡騰片劑等。一般的制備方法是將各種原料按配方稱量配料；在配合料中加入少量水，使其溶解，并在攪拌機中進行攪拌混合；然后用電噴霧法干燥，制得納米級活性成分干粉；將活性成分干粉與納米材料或助劑配合，再加入到混料機中充分攪拌均勻，制得微粉，即為固體納米制劑。由于水基化制劑是農藥劑型發展的方向，曾有研究人員把固體原藥顆粒低于100nm的水性分散體定義為納米農藥懸浮劑，把原藥顆粒粒徑在100~1000nm之間的水性分散體定義為亞納米農藥懸浮劑。分散理論認為：固體顆粒的粒徑越小，則粒子表面自由能越高，越容易傾向于絮凝成大顆粒，分散穩定的難度就越大。而亞納米級或納米級的固體粒子，其表面自由能更是超高，難以在分散介質中以納米尺寸分散穩定。以常規的小分子表面活性劑類的分散劑幾乎不可能達成將固體顆粒分散穩定到亞納米級，更不要提納米級了。由小分子表面活性劑制得的農藥懸浮劑（SC）或水乳劑（EW），其粒徑或乳滴的極限值大約就在5微米左右，并且易于絮凝、分層、結塊，貯存穩定性極差。需要克服的關鍵技術問題是如何將納米級的固體農藥穩定分散在制劑當中。由于固體納米農藥難以在水體中穩定，可以考慮使用微膠囊的形式將固體納米農藥或液體農藥納米球包裹在囊心中，制成納米微膠囊制劑，或具有核殼復合結構的微囊懸浮劑。在農藥制劑加工中，加工制備常規的微膠囊尺寸是相對容易的，為了降低微膠囊的大小，達到納米級，又要保證所制備的納米微膠囊對有效成分具有較高的包封率、載藥率是需要付出創造性勞動的，需要對加工制備的工藝進行改進和優化。
使用農藥活性成分與助劑組合制成納米級的農藥制劑，納米農藥制劑的制備方法、納米農藥制劑的應用都屬于農藥專利申請保護的客體。專利申請的主題名稱為，一種納米農藥制劑，其特征在于……（限定具體的結構和組成）；一種納米農藥制劑的制備方法，其特征在于……（限定具體的制備方法，工藝參數等）；一種納米農藥制劑的應用，其特征在于……（限定應用的范圍）。在撰寫專利申請文件時，需要詳細記載農藥制劑的組成和制備方法，特別要清楚地記載制備的納米農藥制劑的方法和工藝參數，對制成的納米農藥制劑進行表征，以證明得到的納米農藥制劑確實是納米級的制劑。需要提供制備的納米農藥制劑的穩定性、分散性、熱儲性等常規的制劑性能，以及使用納米農藥制劑的方式，提供殺蟲活性實驗數據，需要清楚記載制備的納米制劑比常規的制劑具有哪些預料不到的技術效果，還應該記載納米農藥制劑與類似的納米農藥制劑有哪些技術進步等對比實驗。如果制備的納米制劑是由于使用了某一特殊的助劑帶來的技術效果，需要在申請文件中提供未使用該助劑時制成制劑的對比實驗效果。如果制備的納米制劑能夠符合FAO/WHO標準，或者超出該標準，也需要在原始申請文件中記載相應的技術功效。
六、納米光觸媒層
環境中的農藥殘留問題一直是農藥使用的重要限制因素，近年來的食品安全問題更讓農藥殘留備受關注。納米材料既可以制成果蔬表面殘留農藥的清洗劑，納米帶電粒子與水霧結合形成的納米帶電水霧具有殺菌、分解有機農藥功能，粒徑分布在50到500納米的顆粒制劑能夠去除果蔬表面農藥殘留；又可以制成農藥殘留降解劑，縮短農藥安全間隔期。已知的用于農藥殘留降解劑的納米材料包括納米二氧化鐵、納米二氧化鈦、納米氧化鋅。納米光觸媒層在UV保鮮燈的照射下，表面形成電子-空穴對，在水的作用下，進一步形成羥基自由基，將蔬果中的農藥氧化成水和二氧化碳，達到降解農藥而不破壞蔬果本身組織和營養成分的有益效果；根據這一特性，納米光觸媒層可以制成果蔬消毒殺菌除農殘裝置。使用共沉淀合成具有光催化活性ZnO/TiO2復合納米材料，在植物體上進行噴灑，利用太陽光照射對農藥殘留進行降解。微納米氣泡臭氧水作為土壤消毒劑。將光觸媒材料的特溶膠浸漬在固體介質上，將該固體介質均勻地浸放在水中，在陽光或紫外線燈光一定時間的照射下，光觸媒材料空穴作用產生（H+）和（OH-）等活性種，催化水體中農藥降解。以載有納米La2O3、Fe2O3和NiO復合氧化物的聚乙烯醇薄膜為載體催化劑，將此載體催化劑置于盛有待處理水溶液的光催化反應器中，在紫外光照射下，可將水中的雙對氯苯基三氯乙烷農藥迅速分解。納米材料還能夠作為促進農藥廢水中氨氮轉化的催化劑，由納米氧化鋁膠體與重金屬有機化合物等體積濕法混合的催化劑，實現了催化劑在不需高溫高壓條件下直接把農藥廢水中的氨氮轉化為氮氣。上述的將納米材料用于分解或降解農藥的各種用途均屬于專利保護的客體。
已知的納米光觸媒層的材料包括納米二氧化鈦、金屬離子摻雜納米二氧化鈦、ZnO/TiO2復合納米材料。專利申請的主題名稱為：一種降解農藥的納米光觸媒層，其特征在于……（包括納米材料）；一種降解農藥殘留的裝置，其特征在于……（包括納米材料）；一種制備降解農藥的納米光觸媒層的方法，其特征在于……（具體納米光觸媒層的制備方法）；一種應用納米光觸媒層降解農藥的應用，其特征在于……（包括具體的農藥種類）。專利申請文件撰寫時，首先，要對新納米材料進行表征，如果是使用已知的納米材料，需要考慮現有技術是否已有將該納米材料用做納米光觸媒層的應用，若有類似的應用教導，則很難具備創造性，需要考慮將不同的納米材料組合制成復合納米光觸媒層以提高技術方案的可專利性。其次，制備納米材料的方法需要詳細的記載，納米光觸媒層降解農藥的效果需要試驗數據進行驗證，最好能夠記載與類似的納米材料制成的光觸媒層降解農藥的技術效果的對比實驗。再次，如果制成的納米光觸媒層還有其它的預料不到的技術效果，也應該一并記載在原始申請文件中，并將形成該技術效果的技術特征撰寫在權利要求中。
七、納米探針檢測農藥
納米材料應用于農藥殘留分析檢測，使用納米材料制作熒光探針，或者使用納米材料對熒光探針進行改性修飾。熒光納米量子點作為一種新型熒光探針與傳統的有機熒光染料和熒光蛋白相比，量子點具有十分優越的光譜性質，如：激發光譜寬、發射光譜窄而對稱、熒光量子產率高、熒光波長可調、抗光漂白性能強等。這些優越的光譜性質使量子點熒光探針廣泛應用于生化分析檢測領域，發揮了巨大的應用潛力。熒光納米量子點探針具有熒光強度高、熒光穩定性好，檢測過程簡單方便，靈敏度高、檢測限低，可實現實際樣品中農藥的快速檢測。熒光納米探針的材料組成（單一金屬納米顆粒，復合金屬納米顆粒，無機復合物納米顆粒，金屬與無機物復合、聚合物，金屬-無機物-聚合物多重復合）是目前主要的研究熱點，針對不同種類的材料檢測不同種類的農藥，研究者需要在制備不同的熒光納米量子點探針上尋求突破，其相應的制備熒光納米探針的方法也需要不斷的補充和完善，對于納米探針在檢測具體農藥殘留的應用，如何使用納米探針檢測分析農藥的方法等都屬于專利保護的客體。使用納米材料對酶生物傳感器的玻碳電極進行修飾，如玻碳電極的工作面上還可以使用納米二氧化鋯修飾，檢測農藥的精度更高，范圍更廣，檢測限更低，可實現小型、便捷、適用于現場檢測的目的。
1.2室內空氣凈化人們為了美化自己的居住空間或是需要對新購置的房產進行裝修，就難免會使用大量的涂料、油漆等富含甲醛、甲苯的化學用品來涂刷家具或墻壁，這就會使得裝修房間內甲醛、甲苯等有害氣體濃度大大提高，從而對人們的生命健康造成一定不良的影響。而將光催化劑用于新裝修的房屋內能夠很好的對超標的甲醛、甲苯等有害物質進行降解和吸附，提高物內的空氣清新度，使室內空氣更加安全、無害。而納米TiO2則是一款十分不錯的光催化劑原料，對甲醛、甲苯等有害物質具有良好的吸附于降解作用。與此同時，納米TiO2新材料還具有十分強大的殺菌與除臭作用，能夠快速、高效的提高室內的衛生安全程度。由于納米TiO2新材料具有這一優勢，因此其在醫院中的病房與手術室中也具有十分廣泛的應用。1.3對大氣中硫氧化物的凈化工業，尤其是重工業的發展使得我國城市空氣中的二氧化硫、一氧化碳與碳氧化物氣體含量大幅增加，對人們的健康造成了十分惡劣的影響，長此以往，將會造成不可估量的嚴重后果。而大氣中這些有害氣體的增加主要是由于化工場各種化學燃料未能充分燃燒造成的。而將納米材料制成的催化劑應用到燃料燃燒過程中，能夠有效的促進化學能源的充分燃燒，從而降低一氧化碳有害氣體的排放量，并且還能夠使燃燒中產生的硫化物以固體的形式保存下來。而這對大氣環境質量的改善具有十分重要的作用和意義。并且利用納米材料作為燃燒的催化劑，還可以促進能源利用率的有效提高，推動我國企業節能減排的發展。
2納米技術在水污染治理中的應用
2.1處理無機污染廢水重金屬是一種十分有價值的資源，在我國的生產生活中具有十分重要的作用。然而由于在重金屬開采與工業生產中人們沒有做好相應的技術處理措施，致使大量的重金屬資源流失，其中一部分流失的重金屬會進入水中，造成水資源的嚴重污染。而受污染的水會通過各種渠道對環境與人們的身體健康造成不良的影響與危害。而利用納米技術中的納米粒子對無機污染廢水進行處理，能夠對水中的重金屬粒子進行還原，使其形成重金屬結晶體。這樣一來，就既有效的使水資源變得更加清潔健康，而且也在另一程度上實現了對重金屬的回收，減少了資源浪費，可謂是一舉兩得。
2.2處理有機污染廢水科學研究已經證明，作為光催化劑原料的TiO2能夠有效的對被氧化水中的有機物質進行降解。相關科研機構已經證實，納米光催化劑能夠對污染水中的八十多種有機污染物質進行降解處理，通過光化學反應使這些有毒物質變為對環境和人力無危害的物質，從而有效的實現對環境中有機污染廢水的凈化。提高環境中水的健康清潔程度。
2.3對自來水進行凈化處理新型納米級凈水劑的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑AL2O3的十到二十倍。新型納米凈水劑通過對納米磁性物質、纖維物質以及活性炭裝置的利用，能夠很好的實現對水中懸浮顆粒以及各種雜質的吸附，使水中的異味和鐵銹等物質得以去除干凈，從而實現對自來水的全面凈化。在此基礎上，人們還可以利用帶有納米孔徑的處理膜和帶有不同納米孔徑的陶瓷小球處理裝置，來實現殺滅自來水中細菌、病毒的目的，從而進一步提高飲用純凈水的衛生安全質量，并且在這一過程中，水中的各種礦物質元素并不會被吸附掉，而是能夠最終保存在水中，提高自來水的礦物活性成分含量。
3納米技術在其它環保領域中的應用
3.1納米技術在城市固體廢物處理方面的應用納米技術在城市固體廢物處理方面所發揮的作用主要體現在以下兩個方面：首先，利用納米技術能夠很好的實現對橡膠、塑料以及印刷電路板等固體廢物的處理。人們通過利用納米技術對這一類型的固體廢物進行再加工，使其形成微粉顆粒，并將其中夾雜的各種雜物、異物去除，就能使這些由橡膠、塑料等制成的微粉顆粒原料得以循環利用，提高資源利用率。第二，利用納米TiO2催化技術加速城市廢物的降解速度，從而有效緩解城市垃圾量不斷加大給城市環境污染治理帶來的壓力。
3.2納米技術在防止電磁波輻射方面的應用電子信息科技的發展使得電磁場、電磁波等在城市中的運用越來越普遍。而研究發現，電磁場發出的電磁波在很大程度上會對人的神經系統造成一定的不利影響、威脅人們的生命健康安全。而納米技術與納米材料的出現則有效緩解了電磁波問題帶給人們的壓力。人們通過在墻體中安裝納米材料的方式來提高建筑的抗輻射能力，從而保證生活在建筑內的人免受電磁波的干擾與輻射。
3.3納米技術及納米材料在噪聲控制方面的應用隨著科學技術與社會經濟的發展，城市中的人口聚集程度也越來越高。喧鬧的人群、發達的工業生產、汽車等都在很大程度上加劇了城市噪音的強度?？茖W家們已經通過相關的科學研究與實驗證實，當噪聲污染達到一定級別時很可能對人類的身體健康造成不利影響，重者甚至會造成人的死亡。一般來說，飛機、輪船、汽車以及工廠中的某些機械在啟動狀態下，其噪聲可達到上百分貝，導致環境噪聲污染的形成。而將納米技術應用到這些機械設備中，能夠有效降低機械設備之間的摩擦作用力，從而有效降低噪聲的分貝，實現對噪聲污染的有效控制。利用納米科技研發出的劑應用到機械設備后，不僅能降低機械運行時的噪聲，還可以促進機械運行壽命的延長。
2納米技術及納米材料實際應用于水污染治理
水資源污染是我國社會發展過程中突出的環境污染問題，對我國經濟發展造成了嚴重的影響。針對我國傳統的水處理方法，采用納米技術與納米材料進行水污染治理可以有效改善我國水處理效率較低的情況，對我國納米技術的發展與環境污染的治理起到了促進作用。無機污染廢水是我國主要的水污染問題之一，這些污染物對人體具有極大的危害性，嚴重者會導致人體患上肝癌與局部腫瘤，屬于重點防治問題。針對水中的重金屬與無機離子，常規的治理方式往往無法保證污染處理的質量，對我國水污染治理造成一定的影響。在納米技術實際應用的過程中，可以通過光催化技術及氧化技術，將水中的金屬離子及無機離子進行有效的轉化與清除，實現無機污水治理的效用。全新的納米技術更可以將污水中的貴重金屬完全提煉出來，達到變廢為寶的作用，對我國環境污染與經濟發展起到一定的促進作用。有機廢水是我國污水治理過程中較為突出的問題，在應用納米材料及納米技術進行防治的過程中，可以利用納米TiO2光催化技術對有機廢水進行合理性的降解，使廢水中的高濃度有機物得到凈化，由于這一技術在實際應用過程中需要相應高頻光系統來維持運作，因此，在利用納米TiO2光催化技術進行有機污水處理的過程中，還可以使用大功率的苯燈電源，利用經濟適用的太陽輻射電源來為納米TiO2光催化技術提供高頻光能，以此保證有機廢水得到有效地降解與凈化，改善我國有機廢水污染問題。同時，還可以利用納米TiO2對農藥污染進行源頭處治理，利用納米TiO2的光催化活性對農藥廢水進行永久性降解，解決農藥廢水的污染問題。
NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution
Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
I.引言
納米科學和技術所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結構的制備和表征。在這個領域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財政年度在納米尺度科學上的投入要比2000財政年增長83%，達到5億美金。有兩個主要的理由導致人們對納米尺度結構和器件的興趣的增加。第一個理由是，納米結構（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學效應占主導地位，這導致非經典的行為，譬如，量子限制效應和分立化的能態、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現象除引起人們對基礎物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實現的想法和觀念，例如，單電子輸運器件和量子點激光器等。第二個理由是，在半導體工業有器件持續微型化的趨勢。根據“國際半導體技術路向（2001）“雜志，2005年前動態隨機存取存儲器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預期就會出現。到2005年類似的問題將預期出現在DRAM的制造過程中。半導體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設計和制造方案，因為當MOS器件的尺寸縮小到一定程度時基礎物理極限就會達到。隨著傳統器件尺寸的進一步縮小，量子效應比如載流子邃穿會造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會是制造基于量子效應操作機制的新型器件，以便小物理尺寸對器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會獲益良多。譬如，在電子學上，單電子輸運器件如單電子晶體管、旋轉柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數個而非以往的成千上萬的電子來運作，這導致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關速度。在光電子學上，量子點激光器展現出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優點，其中大微分增益可以產生大的調制帶寬。在傳感器件應用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學和生物分子，而且開啟了細胞內探測的可能性，這將導致生物醫學上迷你型的侵入診斷技術出現。納米尺度量子點的其他器件應用，比如，鐵磁量子點磁記憶器件、量子點自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經被提出，可以肯定這些應用會給我們帶來許多潛在的好處?？偠灾?，無論是從基礎研究（探索基于非經典效應的新物理現象）的觀念出發，還是從應用（受因結構減少空間維度而帶來的優點以及因應半導體器件特征尺寸持續減小而需要這兩個方面的因素驅使）的角度來看，納米結構都是令人極其感興趣的。
II.納米結構的制備———首次浪潮
有兩種制備納米結構的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預制好的納米部件（納米團簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結構直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）?！癰uild-up“的優點是個體納米部件的制備成本低以及工藝簡單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學合成可以用來制備納米元件。目前，在國內、在香港以及在世界上許多的實驗室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團簇。這些努力已經證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結構的合成后工藝再加工相當困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個至關重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團簇以及納米線、納米管的有效且簡單的方法。可是這些合成的納米結構直到目前為止仍然難以有什么實際應用，這是因為它們缺乏實用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因為同樣的原因用這種方法合成的納米結構的功能性質相當差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結構適合此類的應用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機理與現代工業裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術如分子束外延(MBE)、化學氣相淀積（MOVCD）等來進行器件制造的傳統方法?！癇uild-down”方法的缺點是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術路徑來制造納米結構。最簡單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結構來得到量子點或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結構。這兩種技術都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術是通過自組裝機制來制造量子點結構。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉換成三維的島狀生長，這時量子點就會生成。業已證明基于自組裝量子點的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點器件的飽和材料增益要比相應的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個量級。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續波量子點激光器也已經報道。無論是何種材料系統，量子點激光器件都預期具有低閾值電流密度，這預示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經接近或達到商業化器件所要求的指標，預期量子點基的此類材料激光器將很快在市場上出現。量子點基光電子器件的進一步改善主要取決于量子點幾何結構的優化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點的尺寸和密度，自組裝量子點還是典型底表現出在大小、密度及位置上的隨機變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點在尺寸上的漲落導致它們的光發射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優點。由于量子點尺寸的統計漲落和位置的隨機變化，一層含有自組裝量子點材料的光致發光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點結構中這種譜展寬效應可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點可典型地展現出豎直對準排列，這可以有效地改善量子點的均勻性。然而，當隔離層薄的時候，在一列量子點中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統而帶來的優點。怎樣優化量子點的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點又同時保持載流子能夠限制在量子點的個體中對于獲得器件的良好性能是至關重要的。
很清楚納米科學的首次浪潮發生在過去的十年中。在這段時期，研究者已經證明了納米結構的許多嶄新的性質。學者們更進一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進行納米結構制造。這些成果向我們展示，如果納米結構能夠大量且廉價地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。
在未來的十年中，納米科學和技術的第二次浪潮很可能發生。在這個新的時期，科學家和工程師需要征明納米結構的潛能以及期望功能能夠得到兌現。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實用器件才能實現人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學的下次浪潮的關鍵點是納米結構的人為可控性。
III.納米結構尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
為了充分發揮量子點的優勢之處，我們必須能夠控制量子點的位置、大小、成份已及密度。其中一個可行的方法是將量子點生長在已經預刻有圖形的襯底上。由于量子點的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發態子能級效應，如對于GaN材料量子點的橫向尺寸要小于8納米）才能實現室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項挑戰性的技術難題。對于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統光刻所能達到的精度極限。有幾項技術可望用于如此的襯底圖形制作。
—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因為所謂近鄰干擾效應（proximityeffect）而嚴重影響了光刻的極限精度，這個效應造成制備空間上緊鄰的納米結構的困難。這項技術的主要缺點是相當費時。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時間1小時，這不適宜于大規模工業生產。電子束投影系統如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發展之中以便使這項技術較適于用于規模生產。目前，耗時和近鄰干擾效應這兩個問題還沒有得到解決。
—聚焦離子束光刻是一種機制上類似于電子束光刻的技術。但不同于電子束光刻的是這種技術并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細到6納米的圖形，但它也是一種耗時的技術，而且高能離子束可能造成襯底損傷。
—掃描微探針術可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強的氧化機制的。此項技術已經用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡單易行等優點。引入的氧化圖形依賴于實驗條件如掃描速度、樣片偏壓以及環境濕度等?？臻g分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區域典型地小于針尖尺寸）。這項技術已用于制造有序的量子點陣列和單電子晶體管。這項技術的主要缺點是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級）。然而，最近在原子力顯微術上的技術進展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項技術的顯著優點是它的杰出的分辨率和能產生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項能操控單個原子和分子的唯一技術。
—多孔膜作為淀積掩版的技術。多孔膜能用多種光刻術再加腐蝕來制備，它也可以用簡單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復制。用這項技術已制造出含有細至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術是一種基于不同聚合物的混合物能夠產生可控及可重復的相分離機制的技術。目前，經過反應離子刻蝕后，在旋轉涂敷的倍塞共聚物層中產生的圖形已被成功地轉移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產生；在第二種情況，島狀結構能夠產生。目前利用倍塞共聚物光刻技術已制造出GaAs納米結構，結構的側向特征尺寸約為23nm,密度高達1011/cm2。
—與倍塞共聚物圖形制作術緊密相關的一項技術是納米球珠光刻術。此項技術的基本思路是將在旋轉涂敷的球珠膜中形成的圖形轉移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業化的產品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術的能力已得到確認。納米球珠光刻術（納米球珠膜的旋轉涂敷結合反應離子刻蝕）已被用來在一些半導體表面上制造空洞和柱狀體納米結構。
—將圖形從母體版轉移到襯底上的其他光刻技術。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復制鑄模法的可能優點是ellastometric聚合物可被用來制作成一個戳子，以便可用同一個戳子通過對戳子的機械加壓能夠制作不同側向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優點是不需要加熱。納米壓印術已被證明可用來制作具有容量達400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進行圖形刻制。除傳統的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術中溫度被發現是一個關鍵因素。此外，應該選用具有較低的玻璃化轉變溫度的聚合物。為了取得高產，下列因素要解決：
1）大的戳子尺寸
2）高圖形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）壓印溫度和壓力的優化
5）長戳子壽命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已經被制作出來。已有少量研究工作在試圖優化壓印溫度和壓力，但顯然需要進行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優化參數。高圖形密度戳子的制作依然在發展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報告報道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進行50次的浮刻而不需要中間清洗。報告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進行大約5次壓印后需要更換。值得關心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進一步的優化和改良是必需的，但此項技術似乎有希望獲得高生產率。壓印過程包括對準、加熱及冷卻循環等，整個過程所需時間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環所需時間，因此可以縮短整個壓印過程時間。
IV．納米制造所面對的困難和挑戰
上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術都有其優點和缺點。目前，似乎沒有哪個單一種技術可以用來高產量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：
1．在一塊模版上刻寫圖形
2．在過渡性或者功能性材料上復制模版上的圖形
3．轉移在過渡性或者功能性材料上復制的圖形。
很顯然第二步是最具挑戰性的一步。先前描述的各項技術，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術，已經能夠刻寫非常細小的圖形。然而，這些技術都因相當費時而不適于規模生產。納米壓印術則因可作多片并行處理而可能解決規模生產問題。此項技術似乎很有希望，但是在它能被廣泛應用之前現存的嚴重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術刻寫的納米結構的形狀非常有限。當這些技術被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點陣列時，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復雜結構的圖形。為了能夠制造出高質量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術典型地不產生或者產生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側墻的結構，這是因為在掩模版下一定程度的鉆蝕是不可避免的，而這個鉆蝕決定性地影響微小結構的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術，譬如，反應離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優化條件下可以獲得陡峭的側墻。直到今天大多數刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關于刻蝕引入損傷的研究嚴重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測到刻蝕引入的損傷。當器件中的個別有源區尺寸小于100nm時，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因為所有的納米結構都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結構表面或者靠近的任何缺陷。
隨著器件持續微型化的趨勢的發展，普通光刻技術的精度將很快達到它的由光的衍射定律以及材料物理性質所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學近鄰干擾效應等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術制備出。然而不大可能用普通光刻技術再進一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術仍在研發之中，可是發展這些技術遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關聯的近鄰干擾效應問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術。掃描微探針技術提供了能分辨單個原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項技術卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達到可以接受的刻寫速度。利用轉移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術則提供了實現成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術是足夠用的，但并不能解決微電子工業所面對的問題。需要將圖形從一張模版復制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術途徑。模版可以用其他慢寫技術來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學自組裝圖形形成機制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產率，某些技術問題如穿刺及因灰塵導致的損傷等問題需要加以解決。對一個理想的納米刻寫技術而言，它的運行和維修成本應該低，它應具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結構的能力，還應有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結構的功能。此外，它也應能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時至今日，仍然沒有任何一項能制作亞100nm圖形的單項技術能同時滿足上述所有條件。現在還難說是否上述技術中的一種或者它們的某種組合會取代傳統的光刻技術。究竟是現有刻寫技術的組合還是一種全新的技術會成為最終的納米刻寫技術還有待于觀察。
另一項挑戰是，為了更新我們關于納米結構的認識和知識，有必要改善現有的表征技術或者發展一種新技術能夠用來表征單個納米尺度物體。由于自組裝量子點在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個納米結構的能力對于研究這些結構的物理性質是絕對至關重要的。目前表征單個納米結構的能力非常有限。譬如，沒有一種結構表征工具能夠用來確定一個納米結構的表面結構到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(TEM)能夠用來研究一個晶體結構的內部情況，但是它不能提供有關表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術（STM）和原子力顯微術（AFM）能夠給出表面某區域的形貌，但它們并不能提供定量結構信息好到能仔細理解表面性質所要求的精度。當近場光學方法能夠給出局部區域光譜信息時，它們能給出的關于局部雜質濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術能夠擴展到能夠用來研究單個納米體的表面和內部情況，否則能夠得到的有關納米結構的所有重要結構和組份的定量信息非常有限。
NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution
Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
I.引言
納米科學和技術所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結構的制備和表征。在這個領域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財政年度在納米尺度科學上的投入要比2000財政年增長83%，達到5億美金。有兩個主要的理由導致人們對納米尺度結構和器件的興趣的增加。第一個理由是，納米結構（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學效應占主導地位，這導致非經典的行為，譬如，量子限制效應和分立化的能態、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現象除引起人們對基礎物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實現的想法和觀念，例如，單電子輸運器件和量子點激光器等。第二個理由是，在半導體工業有器件持續微型化的趨勢。根據“國際半導體技術路向（2001）“雜志，2005年前動態隨機存取存儲器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預期就會出現。到2005年類似的問題將預期出現在DRAM的制造過程中。半導體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設計和制造方案，因為當MOS器件的尺寸縮小到一定程度時基礎物理極限就會達到。隨著傳統器件尺寸的進一步縮小，量子效應比如載流子邃穿會造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會是制造基于量子效應操作機制的新型器件，以便小物理尺寸對器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會獲益良多。譬如，在電子學上，單電子輸運器件如單電子晶體管、旋轉柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數個而非以往的成千上萬的電子來運作，這導致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關速度。在光電子學上，量子點激光器展現出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優點，其中大微分增益可以產生大的調制帶寬。在傳感器件應用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學和生物分子，而且開啟了細胞內探測的可能性，這將導致生物醫學上迷你型的侵入診斷技術出現。納米尺度量子點的其他器件應用，比如，鐵磁量子點磁記憶器件、量子點自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經被提出，可以肯定這些應用會給我們帶來許多潛在的好處?？偠灾?，無論是從基礎研究（探索基于非經典效應的新物理現象）的觀念出發，還是從應用（受因結構減少空間維度而帶來的優點以及因應半導體器件特征尺寸持續減小而需要這兩個方面的因素驅使）的角度來看，納米結構都是令人極其感興趣的。
II.納米結構的制備———首次浪潮
有兩種制備納米結構的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預制好的納米部件（納米團簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結構直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）?！癰uild-up“的優點是個體納米部件的制備成本低以及工藝簡單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學合成可以用來制備納米元件。目前，在國內、在香港以及在世界上許多的實驗室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團簇。這些努力已經證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結構的合成后工藝再加工相當困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個至關重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團簇以及納米線、納米管的有效且簡單的方法?？墒沁@些合成的納米結構直到目前為止仍然難以有什么實際應用，這是因為它們缺乏實用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因為同樣的原因用這種方法合成的納米結構的功能性質相當差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結構適合此類的應用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機理與現代工業裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術如分子束外延(MBE)、化學氣相淀積（MOVCD）等來進行器件制造的傳統方法?！癇uild-down”方法的缺點是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術路徑來制造納米結構。最簡單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結構來得到量子點或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結構。這兩種技術都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術是通過自組裝機制來制造量子點結構。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉換成三維的島狀生長，這時量子點就會生成。業已證明基于自組裝量子點的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點器件的飽和材料增益要比相應的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個量級。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續波量子點激光器也已經報道。無論是何種材料系統，量子點激光器件都預期具有低閾值電流密度，這預示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經接近或達到商業化器件所要求的指標，預期量子點基的此類材料激光器將很快在市場上出現。量子點基光電子器件的進一步改善主要取決于量子點幾何結構的優化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點的尺寸和密度，自組裝量子點還是典型底表現出在大小、密度及位置上的隨機變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點在尺寸上的漲落導致它們的光發射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優點。由于量子點尺寸的統計漲落和位置的隨機變化，一層含有自組裝量子點材料的光致發光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點結構中這種譜展寬效應可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點可典型地展現出豎直對準排列，這可以有效地改善量子點的均勻性。然而，當隔離層薄的時候，在一列量子點中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統而帶來的優點。怎樣優化量子點的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點又同時保持載流子能夠限制在量子點的個體中對于獲得器件的良好性能是至關重要的。
很清楚納米科學的首次浪潮發生在過去的十年中。在這段時期，研究者已經證明了納米結構的許多嶄新的性質。學者們更進一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進行納米結構制造。這些成果向我們展示，如果納米結構能夠大量且廉價地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。
在未來的十年中，納米科學和技術的第二次浪潮很可能發生。在這個新的時期，科學家和工程師需要征明納米結構的潛能以及期望功能能夠得到兌現。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實用器件才能實現人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學的下次浪潮的關鍵點是納米結構的人為可控性。
III.納米結構尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
為了充分發揮量子點的優勢之處，我們必須能夠控制量子點的位置、大小、成份已及密度。其中一個可行的方法是將量子點生長在已經預刻有圖形的襯底上。由于量子點的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發態子能級效應，如對于GaN材料量子點的橫向尺寸要小于8納米）才能實現室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項挑戰性的技術難題。對于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統光刻所能達到的精度極限。有幾項技術可望用于如此的襯底圖形制作。
—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因為所謂近鄰干擾效應（proximityeffect）而嚴重影響了光刻的極限精度，這個效應造成制備空間上緊鄰的納米結構的困難。這項技術的主要缺點是相當費時。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時間1小時，這不適宜于大規模工業生產。電子束投影系統如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發展之中以便使這項技術較適于用于規模生產。目前，耗時和近鄰干擾效應這兩個問題還沒有得到解決。
—聚焦離子束光刻是一種機制上類似于電子束光刻的技術。但不同于電子束光刻的是這種技術并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細到6納米的圖形，但它也是一種耗時的技術，而且高能離子束可能造成襯底損傷。
—掃描微探針術可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強的氧化機制的。此項技術已經用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡單易行等優點。引入的氧化圖形依賴于實驗條件如掃描速度、樣片偏壓以及環境濕度等。空間分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區域典型地小于針尖尺寸）。這項技術已用于制造有序的量子點陣列和單電子晶體管。這項技術的主要缺點是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級）。然而，最近在原子力顯微術上的技術進展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項技術的顯著優點是它的杰出的分辨率和能產生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項能操控單個原子和分子的唯一技術。
—多孔膜作為淀積掩版的技術。多孔膜能用多種光刻術再加腐蝕來制備，它也可以用簡單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復制。用這項技術已制造出含有細至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術是一種基于不同聚合物的混合物能夠產生可控及可重復的相分離機制的技術。目前，經過反應離子刻蝕后，在旋轉涂敷的倍塞共聚物層中產生的圖形已被成功地轉移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產生；在第二種情況，島狀結構能夠產生。目前利用倍塞共聚物光刻技術已制造出GaAs納米結構，結構的側向特征尺寸約為23nm,密度高達1011/cm2。
—與倍塞共聚物圖形制作術緊密相關的一項技術是納米球珠光刻術。此項技術的基本思路是將在旋轉涂敷的球珠膜中形成的圖形轉移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業化的產品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術的能力已得到確認。納米球珠光刻術（納米球珠膜的旋轉涂敷結合反應離子刻蝕）已被用來在一些半導體表面上制造空洞和柱狀體納米結構。
—將圖形從母體版轉移到襯底上的其他光刻技術。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復制鑄模法的可能優點是ellastometric聚合物可被用來制作成一個戳子，以便可用同一個戳子通過對戳子的機械加壓能夠制作不同側向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優點是不需要加熱。納米壓印術已被證明可用來制作具有容量達400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進行圖形刻制。除傳統的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術中溫度被發現是一個關鍵因素。此外，應該選用具有較低的玻璃化轉變溫度的聚合物。為了取得高產，下列因素要解決：
1）大的戳子尺寸
2）高圖形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）壓印溫度和壓力的優化
5）長戳子壽命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已經被制作出來。已有少量研究工作在試圖優化壓印溫度和壓力，但顯然需要進行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優化參數。高圖形密度戳子的制作依然在發展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報告報道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進行50次的浮刻而不需要中間清洗。報告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進行大約5次壓印后需要更換。值得關心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進一步的優化和改良是必需的，但此項技術似乎有希望獲得高生產率。壓印過程包括對準、加熱及冷卻循環等，整個過程所需時間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環所需時間，因此可以縮短整個壓印過程時間。IV．納米制造所面對的困難和挑戰
上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術都有其優點和缺點。目前，似乎沒有哪個單一種技術可以用來高產量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：
1．在一塊模版上刻寫圖形
2．在過渡性或者功能性材料上復制模版上的圖形
3．轉移在過渡性或者功能性材料上復制的圖形。
很顯然第二步是最具挑戰性的一步。先前描述的各項技術，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術，已經能夠刻寫非常細小的圖形。然而，這些技術都因相當費時而不適于規模生產。納米壓印術則因可作多片并行處理而可能解決規模生產問題。此項技術似乎很有希望，但是在它能被廣泛應用之前現存的嚴重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術刻寫的納米結構的形狀非常有限。當這些技術被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點陣列時，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復雜結構的圖形。為了能夠制造出高質量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術典型地不產生或者產生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側墻的結構，這是因為在掩模版下一定程度的鉆蝕是不可避免的，而這個鉆蝕決定性地影響微小結構的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術，譬如，反應離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優化條件下可以獲得陡峭的側墻。直到今天大多數刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關于刻蝕引入損傷的研究嚴重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測到刻蝕引入的損傷。當器件中的個別有源區尺寸小于100nm時，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因為所有的納米結構都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結構表面或者靠近的任何缺陷。
隨著器件持續微型化的趨勢的發展，普通光刻技術的精度將很快達到它的由光的衍射定律以及材料物理性質所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學近鄰干擾效應等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術制備出。然而不大可能用普通光刻技術再進一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術仍在研發之中，可是發展這些技術遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關聯的近鄰干擾效應問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術。掃描微探針技術提供了能分辨單個原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項技術卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達到可以接受的刻寫速度。利用轉移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術則提供了實現成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術是足夠用的，但并不能解決微電子工業所面對的問題。需要將圖形從一張模版復制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術途徑。模版可以用其他慢寫技術來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學自組裝圖形形成機制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產率，某些技術問題如穿刺及因灰塵導致的損傷等問題需要加以解決。對一個理想的納米刻寫技術而言，它的運行和維修成本應該低，它應具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結構的能力，還應有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結構的功能。此外，它也應能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時至今日，仍然沒有任何一項能制作亞100nm圖形的單項技術能同時滿足上述所有條件?，F在還難說是否上述技術中的一種或者它們的某種組合會取代傳統的光刻技術。究竟是現有刻寫技術的組合還是一種全新的技術會成為最終的納米刻寫技術還有待于觀察。
另一項挑戰是，為了更新我們關于納米結構的認識和知識，有必要改善現有的表征技術或者發展一種新技術能夠用來表征單個納米尺度物體。由于自組裝量子點在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個納米結構的能力對于研究這些結構的物理性質是絕對至關重要的。目前表征單個納米結構的能力非常有限。譬如，沒有一種結構表征工具能夠用來確定一個納米結構的表面結構到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(TEM)能夠用來研究一個晶體結構的內部情況，但是它不能提供有關表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術（STM）和原子力顯微術（AFM）能夠給出表面某區域的形貌，但它們并不能提供定量結構信息好到能仔細理解表面性質所要求的精度。當近場光學方法能夠給出局部區域光譜信息時，它們能給出的關于局部雜質濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術能夠擴展到能夠用來研究單個納米體的表面和內部情況，否則能夠得到的有關納米結構的所有重要結構和組份的定量信息非常有限。
1.倫理學與納米技術
納米(nanometer，nm)與分米、厘米一樣，是一個長度單位，1納米等于十億分之一米，也就是10-9米，相當于10個氫原子排列成一行的長度，或相當于一根頭發絲直徑的萬分之一。進入21世紀以來，納米技術非常廣泛地應用在醫藥、能源、材料和環境治理等多個方面，已迅速發展成為引領世界科學技術發展的前沿領域之一。納米技術的大肆傳播，已經引起了人們的狂熱的追求和盲目的樂觀 [1]。納米技術自身的特點和發展狀況要求我們從一種徹底不同的角度考慮納米技術的倫理問題，而這種更新穎的倫理方法或觀點應該更注重未來納米技術的發展[2]。
倫理，通常與禁止和限制相關，特別是當它涉及到技術的時候， 其約束是很多的。倫理學可以指導包括確定我們更好的生活的方式，以及告訴我們作為個人也好社會的一部分也好，應該如何爭取和實現我們理想，并且使我們無愧于一個活生生的人。因此，盡管納米技術的倫理問題涉及到禁止和限制，但這不是全部問題之所在，甚至還算不上最重要的部分。
2.與納米技術有關的社會和倫理問題的三個誤區
作為一個社會人，我們已經認識到，學會跟蹤一種新技術應用帶來影響的能力是很重要的，而且對這種技術的倫理方面影響的考慮也是越早越好[3]。然而就與納米技術相關的社會和倫理問題而言，還普遍存在三個誤區。
2.1認為討論倫理和社會問題還為時過早
認為討論倫理和社會問題還為時過早的前提主要來源于兩種主張。一是認為納米技術能力的描述、控制和建設過程，即實踐的納米科學與工程沒有什么社會和道德問題的特點。二是目前還很少有產品含有已經完成了納米粒子的設計，工藝或設備的制定了，更不用說大量生產和廣泛傳播了[4]。如果納米技術的實踐在社會和道德上是無害的或者納米技術本身基本上不存在，那么，社會和倫理方面的考慮必須無限延期下去。
2.2認為現在討論倫理問題意義不大
第二個誤區的前提認為技術創新是必然的--甚至呈現出指數增長--當然，在這一過程中也會伴隨著他的益處。所以，在這種情況下，強調與納米技術革命相關的社會和倫理問題是最沒有意義也最不利的，因為任何東西都可能延緩納米技術為社會做出貢獻的步伐。要想促進社會發展，就要推動技術發展，盡可能地無阻礙、無約束、無監管的去應用和傳播。還有，要健康發展就要教育人民了解納米技術，促進公眾接受它，促進產品的商業化并準備人員和機構以便我們調整、減輕和補救那些意想不到的健康和安全方面的影響。
2.3認為確保公眾接受才是關鍵所在
對于納米技術研究持續性發展的支持，以及將納米技術最終融入到消費產品和合理應用的問題上，公眾對于納米技術的接受程度將成為其中的決定性因素。有一個普遍的觀點，甚至存在于那些大力倡導社會和倫理研究的專家當中，這個觀點認為：通過向公眾顯示關于納米技術的社會性擔憂已經得到了解決，由此幫助納米技術獲得更多的公眾認可度并保證其能夠順利的與國民和國際經濟的發展相結合。
3.納米技術可能引發的社會和倫理問題
納米技術的發展存在著很大的風險和不確定性，在發展和使用新興的納米技術滿足人類和社會緊迫需要的同時，如何充分而合理地去預見和減輕不利的影響或未曾想到的結果，已成為各國政府和科學界關注和研究的一個重要問題[5]。從納米技術的應用及價值來看,具有極大潛力改變我們未來幾十年的生活方式,但正如波普爾所說的，"科學進步是一種悲喜交集的福音"。所以解決其引發諸多的社會和倫理問題勢在必行。
3.1有爭議的道德問題
有爭議的道德問題可能涉及到研究和工程實踐亦或產品使用。例如，納米技術涉及包括轉基因生物體、使用胚胎干細胞和嵌合體的研究、合成生物學、建設人工生物武器的發展、基因專利、和修改人的本性。當然，有爭議的道德問題往往不是獨有的納米技術，雖然在某些情況下，納米技術可能實現它們特別引人注目的或有爭議的開發工具。
3.2社會環境問題
社會環境問題產生于納米技術同社會體制以及納米技術出現的體制背景的相互作用。由于納米技術是一項普遍使用，可以獲得的技術，所以它出現的可能引發的社會環境問題也是廣泛的，例如，獲得技術的公平問題，信息安全和隱私保護問題，知識產權問題，法律和政策問題，各種利益之間的沖突問題等等。納米技術不是環境負擔和利益分布的原因，設計能力，控制和納米級的創建并非天生是不公正的。當考慮了納米技術的特點和實踐，環境正義似乎不是一個納米技術的問題。因此，不把社會環境問題理清楚，納米技術的可靠發展是不完整的。
3.3生命形式問題
生命形式問題出現于納米技術在社會標準，規范和結構，比如家庭結構，社會網絡和生活軌跡等方面。社會規范往往是基于事實，或特定的理解，比如我們彼此的關系和我們與自然環境的關系。納米技術的出現有可能改變這種狀況，如果納米技術，特別是納米醫學能接近它所預期的那樣的那樣，那么與人類繁榮有關的規范將會進一步得到修改。此外，同過去一樣，人類壽命延長和達到期望的健康等將對家庭規范和結構（例如，贍養責任），生活計劃或軌跡（例如，婚姻狀況），以及社會和政治機構產生重大影響。
3.4轉型問題
轉型問題產生于納米技術的潛力，尤其是結合其他新興技術，如生物技術、信息技術、計算機科學、認知科學和機器人技術等來改造人權狀況，而不是僅僅作為形式的生活問題，修改一些參數。這可能是通過以下方式實現的--顯著改變我們原來的生物種類，重建我們與自然環境之間的關系，創造自我意識和自主人工智能或發展強有力的替代環境。在這種情況下，新的道德狀況或將引進一些有關于我們的道德景觀需要重新配置或重新構思的方面?！?/p>
【參考文獻】
［1］G..Khushf.The Ethics of Nanotechnology:Vision and Values for a New Generation of Science and Engineering. [J]National Academies Press,2004,(2).
［2］J.P.Dupuy,S.Roeser and A.Grinbaum.Living with Uncertainty:Toward the Ongoing Normative Assessment of Nanotechnology. [J]Research in Philosophy and Technology.2004,(2).
由于納米技術對國家未來經濟、社會發展及國防安全具有重要意義，世界各國（地區）紛紛將納米技術的研發作為21世紀技術創新的主要驅動器，相繼制定了發展戰略和計劃，以指導和推進本國納米科技的發展。目前，世界上已有50多個國家制定了國家級的納米技術計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術計劃，但其他計劃中也往往包含了納米技術相關的研發。
（1）發達國家和地區雄心勃勃
為了搶占納米科技的先機，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃（NNI），其宗旨是整合聯邦各機構的力量，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發工作方面的協調。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發法案》，這標志著納米技術已成為聯邦的重大研發計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養等全面展開。
日本政府將納米技術視為“日本經濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環境技術和納米技術作為4大重點研發領域，并制定了多項措施確保這些領域所需戰略資源（人才、資金、設備）的落實。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進從基礎性到實用性的研發，同時跨省廳重點推進能有效促進經濟發展和加強國際競爭力的研發。
歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優先的領域，有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰略，目前，已確定了促進歐洲納米技術發展的5個關鍵措施：增加研發投入，形成勢頭；加強研發基礎設施；從質和量方面擴大人才資源；重視工業創新，將知識轉化為產品和服務；考慮社會因素，趨利避險。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內的多數歐盟國家還制定了各自的納米技術研發計劃。
（2）新興工業化經濟體瞄準先機
意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業化經濟體，為了保持競爭優勢，也紛紛制定納米科技發展戰略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》，2002年頒布了新的《促進納米技術開發法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術開發實施規則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域，以提升前沿技術和基礎技術的水平；到2010年10年計劃結束時，韓國納米技術研發要達到與美國和日本等領先國家的水平，進入世界前5位的行列。
中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》，這些計劃以人才和核心設施建設為基礎，以追求“學術卓越”和“納米科技產業化”為目標，意在引領臺灣知識經濟的發展，建立產業競爭優勢。
（3）發展中大國奮力趕超
綜合國力和科技實力較強的發展中國家為了迎頭趕上發達國家納米科技發展的勢頭，也制定了自己的納米科技發展戰略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發展綱要》，并先后建立了國家納米科技指導協調委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發展綱要將明確中國納米科技發展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發任務，以便在國家層面上進行指導與協調，集中力量、發揮優勢，爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術，南非科技部正在制定一項國家納米技術戰略，可望在2005年度執行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構和項目的支持力度，加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發。
2、納米科技研發投入一路攀升
納米科技已在國際間形成研發熱潮，現在無論是富裕的工業化大國還是渴望富裕的工業化中國家，都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據歐盟2004年5月的一份報告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明，全球對納米技術研發的年投資已達50億歐元。
美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內，聯邦政府的納米技術研發經費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據《21世紀納米技術研究開發法》，在2005～2008財年聯邦政府將對納米技術計劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發的經費。
日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。
在歐洲，根據第六個框架計劃，歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元，有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。
中國期望今后5年內中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計劃從2002～2007年在納米技術相關領域中投資6億美元，每年穩中有增，平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元，而新加坡則達3.7億美元左右。
就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計劃，美國2006年的納米技術研發公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。
另外，據致力于納米技術行業研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱，很多私營企業對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元，占全球私營機構38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術的創新時代必將到來。
3、世界各國納米科技發展各有千秋
各納米科技強國比較而言，美國雖具有一定的優勢，但現在尚無確定的贏家和輸家。
（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下
根據中國科技信息研究所進行的納米論文統計結果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。
2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優勢領先于其他國家，3年累計論文數超過10000篇，幾乎占全部論文產出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點，到2002年已經超過德國，位居世界第三位，與日本接近。
在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發表的論文數也較多，各國3年累計論文總數都超過了1000篇，且每年的論文數排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。
另外，如果歐盟各國作為一個整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。
（2）在申請納米技術發明專利方面美國獨占鰲頭
據統計：美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國（1454項），其次是日本（368項）和德國（118項）。由于專利數據來源美國專利商標局，所以美國的專利數量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數也較多，所占比例都超過了1%。
專利反映了研究成果實用化的能力。多數國家納米論文數與專利數所占比例的反差較大，在論文數最多的20個國家和地區中，專利數所占比例超過論文數所占比例的國家和地區只有美國、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區在納米技術研究上具備一定的實力，但比較側重于基礎研究，而實用化能力較弱。
（3）就整體而言納米科技大國各有所長
美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用，目前美國納米研究熱點已逐步轉向醫學領域。醫學納米技術已經被列為美國國家的優先科研計劃。在納米醫學方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷，而且，已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年，美國國立衛生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》，目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫學相結合，實現2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標；利用納米顆粒追蹤活性物質在生物體內的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內的活動情況非常有用，還可以用來檢測藥物對病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來5～10年有望商業化。
雖然醫學納米技術正成為納米科技的新熱點，納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究，期望突破傳統的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒，并按照一定規則排列這些顆粒，使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。
日本納米技術的研究開發實力強大，某些方面處于世界領先水平，但尚未脫離基礎和應用研究階段，距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發上，日本最重視的是應用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發出多種不同結構的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結構、富勒結構套富勒結構、納米管套富勒結構、酒杯疊酒杯狀結構等。
在制造方法上，日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現有方法，同時積極開發新的制造技術，特別是批量生產技術。細川公司展出的低溫連續燒結設備引起關注。它能以每小時數千克的速度制造粒徑在數十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內即可進入批量生產階段。
日本高度重視開發檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現了諸如數字式顯微鏡、內藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產品?？茖W家村田和廣成功開發出亞微米噴墨印刷裝置，能應用于納米領域，在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路，是世界最高水平。
日本企業、大學和研究機構積極在信息技術、生物技術等領域內為納米技術尋找用武之地，如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機，解析分子、蛋白質及基因的結構等。不過，這些研究大都處于探索階段，成果為數不多。
歐盟在納米科學方面頗具實力，特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫學材料、智能材料等方面的研究能力較強。
中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學、納米器件和納米生物醫學研究方面與發達國家有明顯差距。
4、納米技術產業化步伐加快
目前，納米技術產業化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業前景。據統計：2004年全球納米技術的年產值已經達到500億美元，2010年將達到14400億美元。為此，各納米技術強國為了盡快實現納米技術的產業化，都在加緊采取措施，促進產業化進程。
美國國家科研項目管理部門的管理者們認為，美國大公司自身的納米技術基礎研究不足，導致美國在該領域的開發應用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學與大企業組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發緊密結合在一起。美國聯邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區建立一個“納米科技成果轉化中心”，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產業界。該中心的主要工作有兩項：一是進行納米技術基礎研究；二是與大企業合作，使最新基礎研究成果盡快實現產業化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業。
美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內取得突破，并生產出商業產品。一個由專業、商業和學術組織組成的網絡在迅速擴大，其目的是共享信息，促進聯系，加速納米技術應用。
日本企業界也加強了對納米技術的投入。關西地區已有近百家企業與16所大學及國立科研機構聯合，不久前又建立了“關西納米技術推進會議”，以大力促進本地區納米技術的研發和產業化進程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所，試圖將納米技術融合進各自從事的產業中。
由于納米技術對國家未來經濟、社會發展及國防安全具有重要意義，世界各國（地區）紛紛將納米技術的研發作為21世紀技術創新的主要驅動器，相繼制定了發展戰略和計劃，以指導和推進本國納米科技的發展。目前，世界上已有50多個國家制定了國家級的納米技術計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術計劃，但其他計劃中也往往包含了納米技術相關的研發。
（1）發達國家和地區雄心勃勃
為了搶占納米科技的先機，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃（NNI），其宗旨是整合聯邦各機構的力量，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發工作方面的協調。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發法案》，這標志著納米技術已成為聯邦的重大研發計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養等全面展開。
日本政府將納米技術視為“日本經濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環境技術和納米技術作為4大重點研發領域，并制定了多項措施確保這些領域所需戰略資源（人才、資金、設備）的落實。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進從基礎性到實用性的研發，同時跨省廳重點推進能有效促進經濟發展和加強國際競爭力的研發。
歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優先的領域，有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰略，目前，已確定了促進歐洲納米技術發展的5個關鍵措施：增加研發投入，形成勢頭；加強研發基礎設施；從質和量方面擴大人才資源；重視工業創新，將知識轉化為產品和服務；考慮社會因素，趨利避險。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內的多數歐盟國家還制定了各自的納米技術研發計劃。
（2）新興工業化經濟體瞄準先機
意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業化經濟體，為了保持競爭優勢，也紛紛制定納米科技發展戰略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》，2002年頒布了新的《促進納米技術開發法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術開發實施規則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域，以提升前沿技術和基礎技術的水平；到2010年10年計劃結束時，韓國納米技術研發要達到與美國和日本等領先國家的水平，進入世界前5位的行列。
中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》，這些計劃以人才和核心設施建設為基礎，以追求“學術卓越”和“納米科技產業化”為目標，意在引領臺灣知識經濟的發展，建立產業競爭優勢。
（3）發展中大國奮力趕超
綜合國力和科技實力較強的發展中國家為了迎頭趕上發達國家納米科技發展的勢頭，也制定了自己的納米科技發展戰略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發展綱要》，并先后建立了國家納米科技指導協調委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發展綱要將明確中國納米科技發展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發任務，以便在國家層面上進行指導與協調，集中力量、發揮優勢，爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術，南非科技部正在制定一項國家納米技術戰略，可望在2005年度執行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構和項目的支持力度，加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發。
2、納米科技研發投入一路攀升
納米科技已在國際間形成研發熱潮，現在無論是富裕的工業化大國還是渴望富裕的工業化中國家，都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據歐盟2004年5月的一份報告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明，全球對納米技術研發的年投資已達50億歐元。
美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內，聯邦政府的納米技術研發經費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據《21世紀納米技術研究開發法》，在2005～2008財年聯邦政府將對納米技術計劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發的經費。
日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。
在歐洲，根據第六個框架計劃，歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元，有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。
中國期望今后5年內中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計劃從2002～2007年在納米技術相關領域中投資6億美元，每年穩中有增，平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元，而新加坡則達3.7億美元左右。
就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計劃，美國2006年的納米技術研發公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。
另外，據致力于納米技術行業研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱，很多私營企業對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元，占全球私營機構38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術的創新時代必將到來。
3、世界各國納米科技發展各有千秋
各納米科技強國比較而言，美國雖具有一定的優勢，但現在尚無確定的贏家和輸家。
（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下
根據中國科技信息研究所進行的納米論文統計結果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。
2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優勢領先于其他國家，3年累計論文數超過10000篇，幾乎占全部論文產出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點，到2002年已經超過德國，位居世界第三位，與日本接近。
在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發表的論文數也較多，各國3年累計論文總數都超過了1000篇，且每年的論文數排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。
另外，如果歐盟各國作為一個整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。
（2）在申請納米技術發明專利方面美國獨占鰲頭
據統計：美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國（1454項），其次是日本（368項）和德國（118項）。由于專利數據來源美國專利商標局，所以美國的專利數量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數也較多，所占比例都超過了1%。
專利反映了研究成果實用化的能力。多數國家納米論文數與專利數所占比例的反差較大，在論文數最多的20個國家和地區中，專利數所占比例超過論文數所占比例的國家和地區只有美國、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區在納米技術研究上具備一定的實力，但比較側重于基礎研究，而實用化能力較弱。
（3）就整體而言納米科技大國各有所長
美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用，目前美國納米研究熱點已逐步轉向醫學領域。醫學納米技術已經被列為美國國家的優先科研計劃。在納米醫學方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷，而且，已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年，美國國立衛生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》，目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫學相結合，實現2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標；利用納米顆粒追蹤活性物質在生物體內的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內的活動情況非常有用，還可以用來檢測藥物對病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來5～10年有望商業化。
雖然醫學納米技術正成為納米科技的新熱點，納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究，期望突破傳統的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒，并按照一定規則排列這些顆粒，使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。
日本納米技術的研究開發實力強大，某些方面處于世界領先水平，但尚未脫離基礎和應用研究階段，距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發上，日本最重視的是應用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發出多種不同結構的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結構、富勒結構套富勒結構、納米管套富勒結構、酒杯疊酒杯狀結構等。
在制造方法上，日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現有方法，同時積極開發新的制造技術，特別是批量生產技術。細川公司展出的低溫連續燒結設備引起關注。它能以每小時數千克的速度制造粒徑在數十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內即可進入批量生產階段。
日本高度重視開發檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現了諸如數字式顯微鏡、內藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產品?？茖W家村田和廣成功開發出亞微米噴墨印刷裝置，能應用于納米領域，在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路，是世界最高水平。
日本企業、大學和研究機構積極在信息技術、生物技術等領域內為納米技術尋找用武之地，如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機，解析分子、蛋白質及基因的結構等。不過，這些研究大都處于探索階段，成果為數不多。
歐盟在納米科學方面頗具實力，特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫學材料、智能材料等方面的研究能力較強。
中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學、納米器件和納米生物醫學研究方面與發達國家有明顯差距。
4、納米技術產業化步伐加快
目前，納米技術產業化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業前景。據統計：2004年全球納米技術的年產值已經達到500億美元，2010年將達到14400億美元。為此，各納米技術強國為了盡快實現納米技術的產業化，都在加緊采取措施，促進產業化進程。
美國國家科研項目管理部門的管理者們認為，美國大公司自身的納米技術基礎研究不足，導致美國在該領域的開發應用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學與大企業組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發緊密結合在一起。美國聯邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區建立一個“納米科技成果轉化中心”，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產業界。該中心的主要工作有兩項：一是進行納米技術基礎研究；二是與大企業合作，使最新基礎研究成果盡快實現產業化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業。
美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內取得突破，并生產出商業產品。一個由專業、商業和學術組織組成的網絡在迅速擴大，其目的是共享信息，促進聯系，加速納米技術應用。
日本企業界也加強了對納米技術的投入。關西地區已有近百家企業與16所大學及國立科研機構聯合，不久前又建立了“關西納米技術推進會議”，以大力促進本地區納米技術的研發和產業化進程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所，試圖將納米技術融合進各自從事的產業中。
不幸很快就降臨在這些工人的身上:七名女工相繼發病,其中兩名女工去世。
在2009年9月號的《歐洲呼吸雜志》(European Respiratory Journal)上,首都醫科大學附屬朝陽醫院(下稱朝陽醫院)醫生宋玉果及其同事發表研究論文稱,上述女工“所患的可能是‘一種與納米材料有關的疾病’”。
這大概是全球首宗關于納米顆粒可能致命的臨床毒理病例報告。論文的發表,在國際學術界引發了一場小型“地震”。無論那些與納米技術有關的學術會議,還是科學新聞網站和科學家博客,中國女工之死和納米安全都是激烈爭論的話題。
噴涂車間悲劇
從研究論文披露的情況看,七位女工的年齡在18歲至47歲之間,平均不到30歲,在車間工作的時間從5個月至13個月不等。患病之前,她們的身體健康狀況良好。
2007年1月至2008年4月期間,這幾位女工被送到朝陽醫院職業病與中毒科救治。這個科室專業水準較高,其醫生經常被派往中國各個地方,協助處理血鉛超標、重金屬污染等職業安全事件。
女工們的癥狀比較類似。所有病人的肺部都受到嚴重損害,并且有胸腔積液,臉上、手上和胳膊也都出現了嚴重的瘙癢皮疹。其中,有四位女工體內的器官組織還面臨缺血缺氧的危險。
無論對于患者,還是對于醫生,治療過程都令人煎熬。胸腔積液反復出現,常用的治療方法均告失效。
最終,一名19歲的病人在接受外科手術16天之后去世;另外一名29歲的病人在癥狀出現后的第21個月,死于呼吸衰竭。
負責診斷和治療這些女工的,是朝陽醫院職業病與中毒科副主任醫師宋玉果。根據醫院網站的介紹,他多年來從事塵肺、有毒化學物中毒的診治和臨床研究。
宋玉果及其同事開始追究女工們患病的原因,并將嫌疑對象鎖定為那個印刷廠車間的工作環境。
該車間所使用的原料是一種象牙白色的聚合物材料――聚丙烯酸酯混合物。聚丙烯酸酯作為一種黏合劑,廣泛運用于建筑、印刷和裝修材料中,被認為毒性很低。不過,為了讓材料更加結實和耐磨,制造商有時會加入硅、鋅氧化物、二氧化鈦等金屬納米顆粒。
1納米等于1米的十億分之一,大致相當于人頭發絲直徑的數萬分之一。通常,粒徑在100納米以下的材料,均被稱為納米材料。
七名女工和一名男工被分為兩組,每天工作8個至12個小時。工人們每天要將大約6000克聚丙烯酸酯混合物,用勺子涂到機器的底盤上;這些混合物隨即被高壓噴射裝置噴涂在聚苯乙烯材質的有機玻璃板上;然后,有機玻璃板在75攝氏度至100攝氏度的溫度下被加熱烘干。
車間只有一扇門,沒有窗戶。噴射裝置附帶有一個燃氣排氣口,對噴涂過程中產生的煙霧起到一定的排除作用。
女工們發病以后,來自中國疾病預防控制中心、北京疾病預防控制中心、當地疾病預防控制中心的流行病學專家,以及朝陽醫院的醫生,對這家印刷廠的工作環境進行了調查。
在噴射裝置燃氣排氣口的吸氣口中,專家們找到了累積的塵埃粒子。女工們發病前五個月,燃氣排氣口發生了故障。由于室外溫度很低,車間的門也經常被關閉。專家們推斷,在這期間,車間內的空氣流動非常緩慢甚至處于靜止。
這些工人都是工廠附近的農民,沒有任何職業安全衛生知識。她們所得到的惟一用來保護自己的工具,就是棉紗口罩。而且,她們工作時只是偶爾戴戴。
據工人們反映,在噴涂過程中,經常會有一些原料噴濺到他們的臉上和胳膊上。惟一的一名男性工人在工作三個多月后離開,并沒有顯示出任何癥狀。在其他車間工作的工人,其中包括女工們的親屬,也沒有出現類似癥狀。
研究論文沒有透露這家印刷廠的名稱及其所在地區。在朝陽醫院的辦公室,宋玉果也謝絕了《財經》記者的采訪。
女工之死謎團
在女工們的肺部和胸液中,均發現了直徑約30納米的顆粒。而這般尺寸和形態的顆粒,同樣存在于她們接觸的噴涂材料之中。
此外,女工們出現了罕見的非特異性間質性肺炎,以及奇特的肺部增生組織――異物肉芽腫等癥狀。這些癥狀與納米材料毒理的動物實驗結果相似。
宋玉果及其同事因此認為,很可能是納米顆粒導致這些女工發病甚至死亡。
但不少專家對這一結論持有保留態度。
9月1日至3日,在北京舉行的中國國際納米科技會議上,多位專家提及宋玉果及其同事的論文。
美國納米健康聯盟(Alliance for NanoHealth)主席、得克薩斯大學醫學中心教授毛羅法?拉利(Mauro Ferrari)告訴《財經》記者,這篇論文非常重要,但他不認同作者關于納米顆粒導致工人患病和死亡的分析。
法拉利說,要確定納米顆粒與疾病之間的關系,首先應該分析納米顆粒的組分,確認這些顆粒來自工作環境;即便病人肺部的納米顆粒來自工作環境,在沒有對照試驗的情況下,也很難證明這些納米顆粒一定是女工患病的罪魁禍首。
他還強調,這家印刷廠的工作環境惡劣而封閉,有毒化學品和氣體充斥其中,工人們又沒有好的保護措施。這些因素對于工人患病和死亡究竟有怎樣的作用,都值得推敲。
對于論文中的一個推論――納米顆粒進入工人身體的途徑是吸入和皮膚接觸,中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室主任趙宇亮表示,這并不總是正確的。他強調,通過吸入方式進人體內是可能的,但是納米顆粒穿過皮膚直接進入生物體內的證據還很少。
美國麻省大學洛厄爾分校健康與環境學院助理教授迪米特爾?貝羅(Dhimiter Bello)因故取消了行程,未能到北京參加此次學術會議。但他通過電郵對《財經》記者說,在工人肺部和工作環境中都發現納米顆粒,只能說明納米顆粒有可能是一個致病因素。實際上,從論文提供的信息來看,并不能排除其他的可能致病因素。例如,噴涂過程中用到的聚合物材料在高溫下的降解產物,也可能是主要或者惟一造成女工患病的原因。
在貝羅看來,這場悲劇或許不應歸咎于納米顆粒,而應怪罪車間內原始的、不人道的工作條件,“這是一次警醒,無論(悲劇)是否與納米顆粒相關,工作場所的暴露條件都應當被控制在安全范圍內。在這方面,中國還有很長的路要走。”
美國加州大學洛杉磯分校納米毒理研究中心主任安德烈?內奧教授(Andre Nel)也說,在這起事件中,工人們沒有得到應有的生產安全保障,政府部門應該負起監督的責任,以保證生產過程中不會產生對人體和環境有害的物質。
實際上,論文本身也承認了研究存在局限:由于缺乏環境監測數據,無法弄清印刷廠車間納米顆粒的濃度;納米顆粒的組成也不清楚。
此外,令宋玉果及其同事疑惑的是,究竟是特定的納米顆粒,還是所有納米顆粒都有可能致病?如果的確是納米顆粒導致那些女工患病,對其他在工作中也會接觸納米顆粒的工人來說,又意味著什么?
如今,關于女工之死的研究論文已經成為了納米技術研究者們的一個熱點話題。據《財經》記者了解,歐洲和美國還有科學家打算組成一個專家小組,到中國開展調研,并希望取到樣品回去研究。
誘人前景與安全隱患
不管納米顆粒是否被確認為幾位女工悲慘命運的元兇,納米技術的安全性問題都因此再度引發各界關注。
納米技術正在走進人們的生活。從一桶涂料、一瓶防曬霜到一件衣服,都有可能用到納米技術。
納米材料顆粒小、表面積巨大,會顯示出很多獨特的物理化學性質,從而在電子、光學、磁學、能源化工、生物醫學、環境保護等領域有巨大的應用前景。例如,很多納米材料都可用作涂料,替代那些強毒性的化學物質;用碳納米管等納米材料改良電池,可以推動電動汽車的發展,使電力更持久等。
紐約一家名為“盧克斯研究”的市場分析公司稱,2007年銷售的納米技術相關產品,價值約1470億美元。到2015年,這一數字可能突破3萬億美元。
納米技術在展現出誘人前景的同時,其安全性問題也進入了人們的視野。
隨著納米材料的大規模應用,研究人員和工人容易暴露在納米顆粒濃度較大的實驗室或生產車間之中。此外,普通公眾也可能暴露在納米顆粒之下:涂料、化妝品等產品中用到的納米材料,可能在產品損壞或分解時釋放。
這些納米顆粒物可能經過呼吸道吸入、胃腸道攝入、藥物注射等方式進入人體,并經過淋巴和血液循環,轉運到全身各個器官。
根據多項流行病學研究,空氣中的細顆粒物,尤其是納米級別的顆粒物,濃度的大量增加會導致死亡率的增加。倫敦大霧曾經導致居民大量死亡,就是一個被經常引用的案例。
那么,人造的納米材料進入人體后,是否會導致特殊的生物效應,并對人體健康構成危害呢?從理論上說,納米物質由于尺寸小,與常規物質相比更容易透過人體的各道屏障;由于表面積大,也可能有更多毒害人體的方式。
朝陽醫院的宋玉果在8月31日《健康報》發表文章說,相關的動物實驗研究發現,許多納米物質具有明顯的毒性,其中研究較多的為碳納米管、納米二氧化鈦等。一些納米物質還被認為可致動物肺臟、肝臟、腎臟和血液系統等損傷。
對于與納米物質相關的疾病,宋玉果稱之為“納米相關物質疾病”。當然,他也表示,公眾不必為納米物質相關疾病感到恐慌,不是所有納米顆粒物都有毒性。
動物毒理性實驗的結果,也不能簡單地推到人的身上。但由于科學界對納米安全性的研究剛剛開始,幾乎沒有任何相關人體毒理性資料――這也是宋玉果及其同事的論文引起國際科學界高度關注的一個原因。
中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室主任趙宇亮告訴《財經》記者,目前開展過安全性研究的納米材料只有十幾種,還非常有限。但他相信,隨著研究隊伍的壯大和研究投入的加大,將來必定可以從大量的數據積累中尋找到一些規律。
在國際上,納米安全性研究的熱潮大約始于2003年?！犊茖W》和《自然》等著名學術雜志紛紛發表文章,探討納米材料與納米技術的安全問題:納米顆粒對人體健康、自然環境和社會安全等是否有潛在的負面影響。
這之后,各國明顯增加了納米安全性方面的研究。美國的國家納米技術計劃(NNI)將總預算的11%投入納米健康與環境研究。歐盟每年支持三個左右與此相關的項目,每個項目的經費規模在300萬至500萬歐元之間,而歐盟各個國家還有自己國內支持的納米安全性項目。
中國在極力推進納米技術研究和產業化的同時,也開展了納米安全性的研究。其中,中國科學院在2001年就開始籌建納米生物效應與安全性實驗室?？萍疾吭?006年啟動了為期五年的國家重點基礎研究發展計劃(即“973”計劃)項目“人造納米材料的生物安全性研究及解決方案探索”,經費2500萬元,首席科學家由趙宇亮擔任。
不過,趙宇亮告訴《財經》記者,與美國和歐盟相比,中國在納米安全性研究上的投入只是“一個零頭”。
政治決策與公共參與
中國科學家在納米安全性方面的研究工作,得到了國際同行的認可。其中,在每年召開的與納米毒理學相關的國際會議上,幾乎都會邀請中國科學家作大會報告。趙宇亮還與其他科學家共同主編了第一本納米毒理學英文專著。美國納米健康聯盟主席法拉利稱,中國科學家是納米毒理學研究領域的領導者之一。
不過,令趙宇亮感到尷尬的是,美國國家納米技術協調辦公室的官員曾經問他,包括美國、歐盟、英國、日本等很多國家的相關管理部門,都發表了對于納米技術安全性的調研報告、方針和策略,為什么中國沒有?對此,趙宇亮不知如何回答是好。
在美國和歐盟,納米技術及其安全性已經成為政治家們關心的話題之一。它們的環保部門、國家科學與技術委員會,以及其他政府研究機構,會通過白皮書等文件形式,發表政府層面對于納米安全性問題的見解。
其中,2001年,美國在國家科學技術委員會之下建立了國家納米技術協調辦公室,負責協調政府層面之間的納米研究計劃。而納米研究項目的成果,會通過這個辦公室反饋給其他政府機構,幫助科學研究去影響政府決策。
2009年3月,美國食品藥品監督管理局(FDA)還了一份有關納米技術的合作倡議。該局將與納米健康聯盟旗下的八個研究機構合作,以加快建立保障納米醫療產品安全可靠的有效體系。法拉利告訴《財經》記者,在實驗室研究結果與安全性評估的關聯,以及納米技術相關藥物的審批等方面,美國食品藥品監督管理局都做了很多工作。
相比之下,納米安全性在中國似乎局限于科學研究的階段,政府部門仍然保持沉默。
對于納米技術的研究和產業化,各國都在積極支持。其原因正如美國《環境健康展望》雜志所稱,科學界普遍認為,納米材料和納米技術對于社會是十分有益的,能夠提供更好的藥物、更強更輕的產品、對環境更友好的能源和環境技術。
與此同時,為了獲得公眾對于納米技術發展的支持,各國也需要在納米安全性方面進行更多的研究,同時鼓勵公眾參與。在中國納米國際科技會議的閉幕式上,法拉利也特地呼吁加大公眾在納米安全性研究上的參與程度。
實際上,關于納米技術發展的“風險預防”原則,在歐洲和美國等地正深入人心――人們希望在納米技術等新技術的風險出現之前,盡可能地提前進行防范和干預。而公眾及早參與到納米技術研究和政策的討論,是“風險預防”實踐的關鍵環節之一。
納米技術是20世紀末興起并迅速發展的一項高科技技術,隨著研究的深入和科學的發展,納米技術已經日趨成熟并廣泛的應用于各種領域,近年來納米技術在醫藥上的許多研究成果正逐步地應用于食品行業,在此技術上開發、生產了許多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品,納米材料在食品安全上也發揮著越來越重要的作用。
納米是一種幾何尺寸的度量單位,l納米為百萬分之一毫米,即十億分之一米的長度。以納米為基礎的納米技術在20世紀90年代初起得到迅速發展并先后興起了一系列的像納米材料學、納米電子學、納米化學、納米生物學、納米生物技術和納米藥物學,納米技術就是一種多學科的交叉技術,最終實現利用納米機構所具有的功能制造出有特殊功能的產品和材料。因此,利用納米技術制造出來的材料就具有微觀性和一些普通材料所不具有的功能。
隨著納米技術的發展,納米食品生產也取得了很大的成就。目前,納米食品產品超過300種,一些帶有納米級別添加劑的食品和維生素已經實現商業化。據預測納米食品市場在2010年將達到204億美元,因此納米技術在食品上的研究有著很大的發展潛力。納米技術在食品上的研究和應用主要包括納米食品加工、納米包裝材料和納米檢測技術等方面。
所謂納米食品是指在生產、加工或包裝過程中采用了納米技術手段或工具的食品。納米食品不僅僅是指利用了納米技術的食品,更大程度上指里喲個納米技術對食品進行了改造從而改變食品性能的食品。尤其是利用納米技術改造過結構的食品在營養方面會有一個很大的提高,在這方面應用最廣泛主要有鈣、硒等礦物質制劑、維生素制劑、添加營養素的鈣奶與豆奶、納米茶等。
然而納米食品也存在一些問題,首先由于對于納米食品的加工主要是球磨法這就使得在納米食品生產的過程中容易產生粉料污染,同時現有的納米技術也會產生成材料的功能性無法預測,納米結構的穩定性不高等問題。納米食品還存在另外問題那就關于納米食品的安全檢測并沒有個一個同一的標準。目前,國際上尚未形成統一的針對納米食品的生物安全性評價標準,大多數是短期評價方法,短期的模型很難對納米食品的生物效應有徹底的認識。而部分納米食品存存在一些有害成分,并且經過納米化后,這些物質更加很容易進入細胞甚至細胞核內,因此副作用也就越大,而這些由于安全檢測的標準不統一可能在檢測的時候檢測不出來,因此納米食品的安全標準有待進一步統一。雖然納米食品存在一系列的問題但是納米技術在食品包裝和保險技術中卻得到了很好的應用。
首先,在已有的包裝材料中加入一定的納米微?？梢栽黾影b材料的抗菌性從而產生殺菌功能。目前一些冰箱的生產技術中已經應用了這種技術生產出了一些抗菌性的冰箱。
其次,由于納米材料的特殊性質,加入一定的納米微粒還可以改變現有的包裝材料的性能,從而進一步保證食品的安全。目前,部分學者已經成功的將納米技術應用玉改進玻璃和陶瓷容器的性能,增加了其韌性。同時,由于納米微粒對紫外線有吸收能力,因此在塑料包裝材料中加入一些納米微粒還可以防止塑料包裝的老化,增加使用壽命。從而為食品生產提供了性能更加優越的包裝容器。
第三,由于納米材料的力磁電熱的性質,使得納米材料有著優越的敏感性。一些學者已經在研究將納米材料的敏感性應用到防偽包裝上面并取得了一定的成就。新的防偽包裝的產生,無疑能夠進一步加強普通食品和納米食品的安全。
第四,經過研究發現納米技術和納米材料的一些性能能夠很好的解決食品的保鮮問題。
經過研究發現傳統的食品保鮮包轉,在起到保鮮功能的同時還能夠產生乙烯,而乙烯又反過來加劇了食品的腐蝕,因此可以說傳統的食品保鮮包轉并沒有能夠很好的起到保鮮功能。在納米技術在研究過程中,發現納米ag粉具有對乙烯進行催化其氧化的作用。所以只要在現有的保鮮包轉材料中加入一些納米ag粉,就可以加速傳統保鮮包轉材料產生的乙烯的氧化從而抑制乙烯的產生,進而產生更好的保鮮效果。
綜上所述納米技術雖然還有一些不足和缺陷,但是經過多年的研究和發展納米技術已經取得了很大的進步和發展,并且已經開始應用于生產和生活領域。納米技術和納米材料以其特殊的性能不緊能夠生產出性質更加優越的納米食品同時通過改善包裝材料還可以進一步提高食品的安全。
參考文獻
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納米技術是20世紀末興起并迅速發展的一項高科技技術，隨著研究的深入和科學的發展，納米技術已經日趨成熟并廣泛的應用于各種領域，近年來納米技術在醫藥上的許多研究成果正逐步地應用于食品行業，在此技術上開發、生產了許多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品，納米材料在食品安全上也發揮著越來越重要的作用。
納米是一種幾何尺寸的度量單位，l納米為百萬分之一毫米，即十億分之一米的長度。以納米為基礎的納米技術在20世紀90年代初起得到迅速發展并先后興起了一系列的像納米材料學、納米電子學、納米化學、納米生物學、納米生物技術和納米藥物學，納米技術就是一種多學科的交叉技術，最終實現利用納米機構所具有的功能制造出有特殊功能的產品和材料。因此，利用納米技術制造出來的材料就具有微觀性和一些普通材料所不具有的功能。
隨著納米技術的發展，納米食品生產也取得了很大的成就。目前，納米食品產品超過300種，一些帶有納米級別添加劑的食品和維生素已經實現商業化。據預測納米食品市場在2010年將達到204億美元，因此納米技術在食品上的研究有著很大的發展潛力。納米技術在食品上的研究和應用主要包括納米食品加工、納米包裝材料和納米檢測技術等方面。
所謂納米食品是指在生產、加工或包裝過程中采用了納米技術手段或工具的食品。納米食品不僅僅是指利用了納米技術的食品，更大程度上指里喲個納米技術對食品進行了改造從而改變食品性能的食品。尤其是利用納米技術改造過結構的食品在營養方面會有一個很大的提高，在這方面應用最廣泛主要有鈣、硒等礦物質制劑、維生素制劑、添加營養素的鈣奶與豆奶、納米茶等。
然而納米食品也存在一些問題，首先由于對于納米食品的加工主要是球磨法這就使得在納米食品生產的過程中容易產生粉料污染，同時現有的納米技術也會產生成材料的功能性無法預測，納米結構的穩定性不高等問題。納米食品還存在另外問題那就關于納米食品的安全檢測并沒有個一個同一的標準。目前，國際上尚未形成統一的針對納米食品的生物安全性評價標準，大多數是短期評價方法，短期的模型很難對納米食品的生物效應有徹底的認識。而部分納米食品存存在一些有害成分，并且經過納米化后，這些物質更加很容易進入細胞甚至細胞核內，因此副作用也就越大，而這些由于安全檢測的標準不統一可能在檢測的時候檢測不出來，因此納米食品的安全標準有待進一步統一。雖然納米食品存在一系列的問題但是納米技術在食品包裝和保險技術中卻得到了很好的應用。
首先，在已有的包裝材料中加入一定的納米微?？梢栽黾影b材料的抗菌性從而產生殺菌功能。目前一些冰箱的生產技術中已經應用了這種技術生產出了一些抗菌性的冰箱。
其次，由于納米材料的特殊性質，加入一定的納米微粒還可以改變現有的包裝材料的性能，從而進一步保證食品的安全。目前，部分學者已經成功的將納米技術應用玉改進玻璃和陶瓷容器的性能，增加了其韌性。同時，由于納米微粒對紫外線有吸收能力，因此在塑料包裝材料中加入一些納米微粒還可以防止塑料包裝的老化，增加使用壽命。從而為食品生產提供了性能更加優越的包裝容器。
第三，由于納米材料的力磁電熱的性質，使得納米材料有著優越的敏感性。一些學者已經在研究將納米材料的敏感性應用到防偽包裝上面并取得了一定的成就。新的防偽包裝的產生，無疑能夠進一步加強普通食品和納米食品的安全。
第四，經過研究發現納米技術和納米材料的一些性能能夠很好的解決食品的保鮮問題。
經過研究發現傳統的食品保鮮包轉，在起到保鮮功能的同時還能夠產生乙烯，而乙烯又反過來加劇了食品的腐蝕，因此可以說傳統的食品保鮮包轉并沒有能夠很好的起到保鮮功能。在納米技術在研究過程中，發現納米Ag粉具有對乙烯進行催化其氧化的作用。所以只要在現有的保鮮包轉材料中加入一些納米Ag粉，就可以加速傳統保鮮包轉材料產生的乙烯的氧化從而抑制乙烯的產生，進而產生更好的保鮮效果。
綜上所述納米技術雖然還有一些不足和缺陷，但是經過多年的研究和發展納米技術已經取得了很大的進步和發展，并且已經開始應用于生產和生活領域。納米技術和納米材料以其特殊的性能不緊能夠生產出性質更加優越的納米食品同時通過改善包裝材料還可以進一步提高食品的安全。
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