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私營部門在高科技領域投資迅速增加的原因主要有以下三點:
一是經(jīng)濟發(fā)展階段和國際競爭要求私營部門增加對高科技領域的投資。經(jīng)濟發(fā)展成熟化要求技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級。一方面,勞動工資、融資成本開始不斷上升,原有的勞動密集型、資本密集型產(chǎn)業(yè)的競爭優(yōu)勢下降,韓國大企業(yè)迫切需要通過增加對高技術(shù)領域的投資來實現(xiàn)技術(shù)升級和增加高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn),從而培育新的競爭優(yōu)勢。另一方面,韓國在國際市場上同發(fā)達國家競爭加劇、貿(mào)易摩擦不斷增多。原來的主要出口市場,如美國等開始取消對韓國的優(yōu)惠政策,轉(zhuǎn)而將韓國視為競爭對手,技術(shù)壁壘無形中導致韓國引進先進技術(shù)的成本上升。韓國企業(yè)過去那種依靠引進技術(shù)―改進―再研發(fā)的模式受到了挑戰(zhàn),不得不走增加基礎科學投入、加強研發(fā)自有技術(shù)的道路。比起過去那種單純的技術(shù)模仿,這種自主開發(fā)的模式必然使私營企業(yè)增加對高新技術(shù)領域的投資。
二是韓國政府采取了一系列制度措施提高私營部門對高科技領域投資的積極性。1982年和 1984年韓國分別成立了技術(shù)振興擴大會議和技術(shù)振興審議會議,負責制定有關(guān)支援私營部門技術(shù)開發(fā)的政策方案。通過特定研究開發(fā)實施項目(1982年)、示范企業(yè)和示范資本以及大規(guī)模的技術(shù)引進,實現(xiàn)了技術(shù)引進的完全自由化。這一時期,產(chǎn)業(yè)技術(shù)支援體系也得到了不斷的完善,相應制定了《工業(yè)發(fā)展法》、《中小企業(yè)創(chuàng)業(yè)支援法》和《產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究組合扶持法》等。20世紀90年代后,韓國為了21世紀的高新技術(shù)發(fā)展還制定了“科學技術(shù)G7計劃”。通過上述一系列法律和制度,政府不但表明了對高新技術(shù)投資的支持態(tài)度,而且規(guī)范了技術(shù)投資和引進,從而促進了私人資本對高新技術(shù)領域的投入。
三是韓國政府通過加強基礎組織建設來促進私營企業(yè)對高科技領域的投資。上世紀80年代之后,隨著韓國企業(yè)附屬研究所的設立,韓國技術(shù)研究體系開始由政府主導向民間主導的技術(shù)開發(fā)體系轉(zhuǎn)變。1986年之后韓國企業(yè)附屬研究所數(shù)目急劇增加,一方面是因為國際競爭的加劇導致企業(yè)開發(fā)自有技術(shù)的意識增強;另一方面同韓國政府重視設立中小企業(yè)研究所等有關(guān)的基礎組織建設有密切關(guān)系。韓國政府于1985年修改了《技術(shù)開發(fā)促進法試行令》,放寬了企業(yè)設立研究所的認可條件,企業(yè)附屬研究所數(shù)目因此顯著增加,私人部門的科研人員和投入出現(xiàn)相應增長。以1992年為例,企業(yè)附屬研究所的開發(fā)費用占韓國總研究開發(fā)費用的73%,其人員占總研究人員的58%,私營企業(yè)部門的科研力量開始成為產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)的主體。
關(guān)鍵詞:機械制造工藝;高科技;應用現(xiàn)狀;未來發(fā)展趨勢
我國經(jīng)濟的不斷進步和發(fā)展,最直接的就是導致市場經(jīng)濟下的競爭愈演愈烈,科學水平的不斷增強,作為支柱產(chǎn)業(yè)的機械制造業(yè)必然要加大投入,不管是人力還是物力都要有所提高,但是與發(fā)達國家技術(shù)水平相比仍存在較大差距,為了更好地適應市場競爭,不斷提高機械制造的效率與質(zhì)量,必須充分了解當前機械制造工藝的發(fā)展特征,并對未來發(fā)展提出憧憬。
一、機械工藝制造發(fā)展特征
1.1 智能化
智能化的發(fā)展特征是機械制造中最為明顯的特點,它運用在各個制造環(huán)節(jié)中,利用人工智能,通過柔性技術(shù)將系統(tǒng)整合,并仿真模擬人類的活動,取代制造系統(tǒng)中的腦力勞動部分,在機械設計與制造過程中,通過應用模塊化方式,實現(xiàn)人機友好性發(fā)展。
1.2 網(wǎng)絡化
隨著網(wǎng)絡技術(shù)與通訊技術(shù)的普及發(fā)展,給企業(yè)生產(chǎn)活動帶來極大變革,而產(chǎn)品設計、零部件制造以及產(chǎn)品銷售等各個環(huán)節(jié)的活躍發(fā)展,離不開網(wǎng)絡技術(shù)的支持作用,以此推動信息技術(shù)的交流發(fā)展,實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)與協(xié)作。
1.3全球化
當前,機械制造技術(shù)的競爭非常激烈,只有不斷提升技術(shù)含量、廣泛拓展市場,才能在市場競爭中占有一席之地。隨著網(wǎng)絡通信技術(shù)的發(fā)展與完善,企業(yè)之間已經(jīng)從過去單一化的競爭逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦偁幣c合作相結(jié)合,以此實現(xiàn)全球一體化發(fā)展目標。但也應意識到,全球一體化必須奠定在網(wǎng)絡化技術(shù)基礎上,才能實現(xiàn)更好的融合發(fā)展。
1 具有高科技的機械制造工藝
機械制造工藝是機械制造業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)和基礎性技術(shù),是國家工業(yè)的基礎和支柱。它是一個由產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、加工制造、使用、維修、回收再利用組成的循環(huán)大系統(tǒng),機械制造工藝的主要目標是要提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加投資效益、提升市場競爭力。
因此,機械制造工藝作為衡量國家制造業(yè)水平的一個主要標志,高科技的應用是機械制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。換句話說,高科技和制造業(yè)是相輔相成的,機械制造業(yè)的發(fā)展離不開高科技的應用,高科技的發(fā)展也不能沒有機械制造業(yè)為其提供平臺。
2 高科技在機械制造工藝中的應用
2.1 激光技術(shù)在機械制造工藝中的應用
激光技術(shù)已經(jīng)在諸多行業(yè)中得到了廣泛的應用,在機械制造業(yè)中也是機械制造工藝中不可或缺的重要技術(shù)手段。激光技術(shù)在機械制造業(yè)中的應用主要體現(xiàn)在兩個方面。
2.1.1 激光熱處理
在機械制造中使用經(jīng)過熱處理的零件能夠提高零件的使用壽命和機器的性能,尤其是對機械中磨損較多的零件,更有必要對其進行熱處理。給零件表面覆上一層熔點更高的材料來提高耐磨性是熱處理常用的一種處理方式。而激光正具有高溫這一特性,在機械制造中正是利用了激光的這一特性對一些零件進行熱處理,使零件更具耐磨性。另外還可利用這一特性對機械制造中的生產(chǎn)模具進行修復,提高機器的使用壽命,并可保持機器原有的性狀。
2.1.2 快速切割成型
激光的另一特性―――快速切割,在機械制造中可以通過與計算機的CAD模塊相互配合使用,使激光自動快速地對材料進行切割和成型。這一特性的使用不僅能制造所需零件的模型,對一些復雜的零件還可以直接進行制造加工。正是由于這一特性所具有的不可替代的優(yōu)勢,使激光在機械制造工藝中得到了廣泛的應用,并逐漸得到普及。
2.2 自動化控制技術(shù)在機械制造工藝中的應用
自動化控制技術(shù)是指在無人操作的情況下,利用外部的控制設備或裝置,使機器、設備或生產(chǎn)過程中的某一工作狀態(tài)或參數(shù)自動按照預定的設定規(guī)律運行的一種高科技技術(shù)。這一技術(shù)在機械制造工藝中的廣泛應用,使人類從復雜、危險、繁瑣的勞動中解放出來,并大大地提高了機械的使用效率,降低了成本。
2.2.1 自動化制造單元
在機械制造中已得到逐步普及的一種小型自動化系統(tǒng)―――自動化制造單元,它是自動化生產(chǎn)和節(jié)約成本相結(jié)合的產(chǎn)物,其最大的優(yōu)勢是可實現(xiàn)單機自動化。自動化制造單元可以加工多種產(chǎn)品,由一臺或多臺的加工設備組成,比如數(shù)控機床、物料輸送設備等。
2.2.2自動化制造生產(chǎn)線
在機械制造中另一種比較實用并廣泛推廣的技術(shù)―――自動化制造系統(tǒng),這個系統(tǒng)由多臺自動化設備構(gòu)成,由計算機系統(tǒng)集中統(tǒng)一控制,通過物料運輸設備,形成一個簡單的加工流水線。這條流水線的形成可以在不停機的狀態(tài)下,生產(chǎn)多種小批量的產(chǎn)品。而在此系統(tǒng)基礎上進行改造就可以實現(xiàn)另外一種在機械制造業(yè)中比較完善的,且進入實用階段的技術(shù)自動化流水線。自動化流水線處于非自動化與中小規(guī)模的自動化制造系統(tǒng)之間,它的生產(chǎn)效率有所提高,但對物料輸送設備的自動化要求有所降低,這一技術(shù)可以說是較完善與實用的。
2.2.3 自動化制造工廠
自動化制造工廠,從原材料、生產(chǎn)加工、成品等整個生產(chǎn)過程中全部的運轉(zhuǎn)都是“自動化”的,具有非常高的技術(shù)含量,它在全部的制造過程中由多個自動化制造系統(tǒng)聯(lián)合起來,再配上具有較高自動化程度的物料運輸系統(tǒng),并由計算機系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度與指揮。但是,自動化工廠在當今的機械制造業(yè)中并不多見。
2.3機械制造工藝中的高精度技術(shù)
在現(xiàn)代化機械制造工藝中,精密加工將成為今后發(fā)展的必然趨勢,其中涉及到微型機械、超精密切削技術(shù)、研磨加工技術(shù)以及復合加工技術(shù)等諸多方面。當前,納米技術(shù)正逐漸在納米電子學、納米材料技術(shù)等方面廣泛應用,而納米技術(shù)也推動了光學科學、機械科學等高科技水平的發(fā)展,機械制造工藝的高精度技術(shù)也朝向納米技術(shù)方向發(fā)展。因此,納米技術(shù)與微型機械的發(fā)展必將成為今后發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),而機械制造工藝中的智能技術(shù),也正步入高速率、高精度發(fā)展時代。
3 機械制造工藝的未來發(fā)展趨勢
3.1 集成化發(fā)展趨勢
高度自動化所帶來的是集成化的發(fā)展,目前機械制造工藝已經(jīng)由原來的分散型加工轉(zhuǎn)變成了集成化、連續(xù)性加工和生產(chǎn)。當前的集成化主要是利用機電一體化、制造工藝的連續(xù)性一次性加工完成零件的生產(chǎn),而未來的集成化則是要將整個成品進行集成化生產(chǎn)。
3.2 微納化發(fā)展趨勢
使用材料的進步和加工手段的提高是機械制造工藝發(fā)展必不可少的,精密化的加工是機械制造業(yè)的發(fā)展趨勢,隨著納米技術(shù)的不斷提高,機械工藝必將完全進入微納化。
3.3 自動化發(fā)展趨勢
在未來的機械制造業(yè)中自動化設備將成為主導,大規(guī)模的產(chǎn)量需要一條更加完善的自動化制造生產(chǎn)線,提高生產(chǎn)線的自動化程度,高效率、準確性是自動化發(fā)展的必然趨勢。這一趨勢也將指導自動化機械制造的發(fā)展方向,并實現(xiàn)建立完全的自動化制造工廠。
3.4 數(shù)字化發(fā)展趨勢
機械制造工藝最重要的發(fā)展方向就是數(shù)字化。在機械制造的整個過程中不僅設計環(huán)節(jié)要數(shù)字化,而且生產(chǎn)過程也要數(shù)字化。設計的數(shù)字化保證了生產(chǎn)的準確性,生產(chǎn)過程的數(shù)字化提高了自動化系統(tǒng)的使用效率,以便更好地完成整個機械制造工藝過程。同時,數(shù)字化的管理也是生產(chǎn)與管理的重要基礎,能為企業(yè)的發(fā)展做出正確的指揮和規(guī)化。
結(jié)束語
綜上所述,我們也應意識到,傳統(tǒng)技術(shù)是機械制造新工藝的基礎,因此在繼承與發(fā)展傳統(tǒng)技術(shù)的基礎上,全面應用高新技術(shù),極大提高機械制造的效率與質(zhì)量水平,必將成為今后發(fā)展的趨勢。
參考文獻:
[1]劉曉虎.淺析機械制造業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].機電信息,2010,(12):146-146.
什么事幾乎都能先知先覺、趕在潮頭浪尖之上的新新一族近一時期常掛在嘴邊的這句話,讓絕大部分人感到莫名其妙,不知道“納米”是何方“神圣”。北京國際周上,“納米”與智能、寬帶等字眼并肩排列,再加上剛出世各媒體一陣“熱炒涼拌”,人們對“納米”只是聞其名卻不知其實。
簡單地說,“納米”是一種極微小的長度單位,一納米等于十億分之一米,也等于千分之一微米,大約是三四個原子的寬度。納米科技是90年代初迅速發(fā)展起來的新興科技,其最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子、分子,制造出具有特定功能的產(chǎn)品。納米科技以空前的分辨率為我們揭示了一個可見的原子、分子世界。這表明,人類正越來越向微觀世界深入,人們認識、改造微觀世界的水平提高到了前所未有的高度。有資料顯示,2010年,納米技術(shù)將成為僅次于芯片制造的第二大產(chǎn)業(yè)。
“清潔衛(wèi)士”披掛上陣
人們越來越關(guān)注室內(nèi)環(huán)境污染。長期在空調(diào)環(huán)境中工作、生活的人們不知不覺間可能會染上頭痛、胸悶、咳嗽、困乏等“空調(diào)病”,納米技術(shù)應用于空氣凈化過濾的消息給深受“空調(diào)病”困擾的人們帶來一個驚喜。國內(nèi)首批將納米技術(shù)應用于空調(diào)機生產(chǎn)的上海歐臣納米稀土空調(diào)就借其空氣凈化和水處理的國際技術(shù)背景,掀開21世紀健康空調(diào)的篇章。納米是怎樣充當“清潔衛(wèi)士”、成為空氣凈化過濾材料的呢?
據(jù)悉,這種特殊材料是由多種稀土金屬、稀有金屬、多種氧化物通過高科技方法合成的,其中加入了特殊的納米材料。在納米材料與多種稀土金屬、稀有金屬聯(lián)合作用下,便構(gòu)成了對各種有機污染物有良好去除效果的微孔活動中心。這個中心在不改變空氣自然狀態(tài)的大前提下,過濾空氣中的有害物質(zhì),增加室內(nèi)空氣的含氧量。
經(jīng)過中國預防醫(yī)學科學院檢測,這種合成稀土納米材料對甲醛的去除率超過90%,對苯的去除率為89.8%,對氧的去除率為81.8%,對氮氧化物的去除率高達98%,對香煙煙霧的去除率為60.7%……總之,它能夠?qū)彝ズ徒ㄖb修以后散發(fā)的各種有毒、有害、致癌有機污染物進行有效地去除。主要表現(xiàn)在――無毒害、殺菌、吸咐異味、高附著強度等幾個特點上。
“篩子”好使卻有點兒貴
如今,納米技術(shù)被較多地運用于一些樓盤的內(nèi)外墻粉刷上,像作為奧運樣板工程的首都體育館的改造工程;復旦大學研制成功的可以自我清潔的“納米二氧化鈦光催化玻璃”已經(jīng)運用到醫(yī)院手術(shù)室器材、汽車后視鏡等方面;在國外,比如日本等地也已將納米技術(shù)開發(fā)成功并投入使用。最早做戶式中央空調(diào)的清華同方人工環(huán)境公司表示,下一步他們將研究室內(nèi)的空氣處理系統(tǒng),不斷地融合數(shù)字控制、納米材料、光電效應、環(huán)保介質(zhì)等現(xiàn)代高新技術(shù),提供溫度、濕度適宜,純凈新鮮的室內(nèi)空氣。
當更多的商家包括房地產(chǎn)商對“納米”給予越來越多的關(guān),注,并將納米作為一張強檔綠色牌打給購房者時,人們也應該清醒地看到納米的不成熟之處:一是納米產(chǎn)品目前可以說是魚龍混雜,趁許多人還不太了解有關(guān)知識,有些產(chǎn)品就硬往“納米”上套;而國內(nèi)外現(xiàn)在也缺乏真正權(quán)威的認證機構(gòu),無法進行有法律效力的認證。此外,并不是所有的家用電器或其他產(chǎn)品都適合采用納米技術(shù)。最后,要提醒消費者注意的是,由于成本的加大,凡沾上“納米”的東西都會比同類產(chǎn)品價格高一些。例如納米空調(diào)比同品質(zhì)普通空調(diào)貴10%到15%,消費者對此要有心理準備。
閱讀訓練
1.人類研究納米技術(shù)的目的是什么?(用原文中的句子回答)
答:_________________________________________________________________
2.請根據(jù)上下文解釋下面兩句話的含義。
(1)不知道“納米”是何方“神圣”。
答:__________________________________________________________________
(2)(納米材料)剛出世時各媒體一陣“熱炒涼拌”。
答:__________________________________________________________________
3.納米技術(shù)凈化過濾空氣的過程是,先與______________聯(lián)合作用,然后___________________,最后___________________。
4.指出下列句子運用的說明方法,并談談運用這些說明方法有什么作用。
(1)“篩子”好使卻有點兒貴。
答:_________________________________________________________
(2)一納米等于十億分之一米,也等于千分之一微米。
答:_________________________________________________________
5.“納米”有哪些不成熟之處?怎么理解類似納米的新興科技在發(fā)展中的“不成熟”?
答:不成熟:_________________________________________________
理解:_______________________________________________________
6.查閱有關(guān)資料,對“納米”和納米技術(shù)作一個簡介。(200字左右)
答:_________________________________________________________
7.你還知道納米技術(shù)在現(xiàn)實生活中的其他應用嗎?請再舉兩例。
答:__________________________________________________________
8.請簡要談談納米的發(fā)展過程對我們有何啟示?
關(guān)鍵詞:納米材料;發(fā)展現(xiàn)狀;規(guī)劃
中圖分類號:TB383 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 24-0000-01
二十一世紀信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進制造技術(shù)和國防高速發(fā)展對材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸對材料的尺寸要求越來越??;航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術(shù)對材料性能要求越來越高。新材料和新產(chǎn)品的創(chuàng)新,是未來十年對經(jīng)濟社會發(fā)展、國力增強有影響力的戰(zhàn)略研究領域,納米材料將起重要作用。納米(nm)是長度單位,1納米是10-9米(十億分之一米),它是一個很小單位,如人的頭發(fā)絲直徑為7000-800Onm,人體紅細胞直徑為3000-50OOnm,一般病毒的直徑在幾十至幾百納米大小,金屬的晶粒尺寸在微米量級;又如原子、分子等以前用埃來表示,1埃相當于1個氫原子的直徑,1納米是10埃。納米材料的條件:材料的特征尺寸在1-1OOnm之間;材料具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學特性。
一、納米材料的性能
使納米材料具有微波吸收性能、高表面活性、強氧化性、超順磁性,以及特殊的光學、催化、光催化、光電化學、化學反應、化學反應動力學和物理機械性質(zhì)。納米材料的應用將是傳統(tǒng)材料、功能材料的一次革命。
納米材料用于復合材料中,將使復合材料的發(fā)展產(chǎn)生巨大變化。納米復合材料分兩大類:由金屬/陶瓷、金屬/金屬、陶瓷/陶瓷組成的無機納米復合材料;由聚合物/無機、聚合物/聚合物組成的聚合物納米復合材料。用于環(huán)氧樹脂納米復合材料的無機納米材料有:SiO2、TiO2、Al203、CaCO3、ZnO、黏土等。納米材料能大大提高環(huán)氧復合材料的力學性能、耐熱性、韌性、抗劃痕能力,達到提高耐熱性和韌性效果。當前環(huán)氧納米復合材料研究重點是,納米材料在基體中均勻分散方法、復合方法、效應、規(guī)律和機理研究;環(huán)氧納米復合材料應用研究。納米材料和技術(shù)為環(huán)氧涂料、膠粘劑、電子材料、塑料、復合材料和功能材料的發(fā)展增添了高科技含量,將使環(huán)氧材料的發(fā)展和應用產(chǎn)生巨大變化。
二、納米材料發(fā)展現(xiàn)狀
目前我國在功能納米材料研究上取得了重大成果,一是大面積定向碳管陣列合成。利用化學氣相法高效制備純凈碳納米管技術(shù),該技術(shù)合成的納米管,孔徑一致2Ourn,長度1OOpm,納米管陣列面積達3mmX3mm。其定向排列程度高,碳納米管之間間距1OOpm。這種大面積定向納米碳管陣列,在平板顯示場發(fā)射陰極等方面有重要應用前景。二是超長納米碳管制備。首次大批量制備出長度為2~3mm超長定向碳納米管列陣,它比現(xiàn)有碳納米管長度提高1-2個數(shù)量級。三是氮化嫁納米棒制備。首次利用碳納米管作模板成功制備出直徑為3-4Ourn、長度達微米量級的發(fā)藍光氮化像一維納米棒,提出了碳納米管限制反應概念。四是硅襯底上碳納米管陣列研制成功,推進碳納米管在場發(fā)射平面和納米器件方面的應用。五是唯一維納米絲和納米電纜,應用溶膠-凝膠與碳熱還原相結(jié)合的新方法,首次合成了碳化或納米絲外包覆絕緣體S10Z和TaC納米絲外包覆石墨的納米電纜,以及以S江納米絲為芯的納米電纜,當前在國際上僅少數(shù)研究組能合成這種材料。六是用苯熱法制備納米氮化像微晶,發(fā)現(xiàn)了非水溶劑熱合成技術(shù),首次在3000C左右制成粒度達3Oum的氮化鋅微晶。還用苯合成制備氮化鉻、磷化鉆和硫化銻納米微晶。七是用催化熱解法制成納米金剛石,在高壓釜中用中溫(700C)催化熱解法,使四氯化碳和鈉反應制備出金剛石納米粉。
三、納米材料存在的問題
目前納米技術(shù)還存在著沒有攻克的難題。納米有很多理論上設想的特性沒有開發(fā)出來。其瓶頸:怎樣采用有效方法把材料由大顆粒粉碎到納米級的顆粒,雖有電弧法、等離子法,但效果不好,所得到微細顆粒直徑很難分布在一個窄的范圍內(nèi),納米級顆粒所占比例不高;即使得到了納米級的顆粒,但在應用過程中顆粒是否還是以納米形式存在,因為納米顆粒表面有很強的活性,顆粒和顆粒之間易粘結(jié)到一起,變成大顆粒,失去了納米特性。
這兩大問題制約著納米技術(shù)的發(fā)展,目前還沒有得到解決。實驗室可以得到小量的納米材料,但不具大量生產(chǎn)能力。有一些產(chǎn)品嘗試納米材料,其中大部分用的不是真正納米材料,而是比納米大很多的微米級顆粒。應用納米技術(shù)的產(chǎn)品在實驗室出現(xiàn)了,市場上沒有。
皮膚對納米材料的吸附和毒性;納米顆粒進入飲用水時的后果;納米顆粒對操作者肺部組織影響的研究和在通風道中納米顆粒對動物的影響;已變成海洋或淡水水域沉積物的納米顆粒對環(huán)境的影響;在什么條件下,納米顆??赡芪栈蜥尫怒h(huán)境污染物。專家認為,美國政府正努力評估納米技術(shù)的生物和醫(yī)學影響。
四、納米材料的發(fā)展
我國納米材料研究始于80年代末,納米材料科學列入國家攀登項目。國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目,組織相關(guān)科技人員分別在納米材料各個分支領域開展工作,國家自然科學基金委員會還資助了20多項課題,國家“863”新材料主題也對納米材料有關(guān)高科技創(chuàng)新的課題進行立項研究。1996年以后,納米材料的應用研究出現(xiàn)了可喜形式,地方政府和部分企業(yè)家的介入,使我國納米材料的研究進入了以基礎研究帶動應用研究的新局面。目前,我國有60多個研究小組,有600多人從事納米材料的基礎和應用研究。
我國納米材料基礎研究在過去十年取得了重要研究成果。已采用了多種物理、化學方法制備金屬與合金氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體,裝備了相應設備,做到納米微粒的尺寸可控,制成了納米薄膜和塊材。在納米材料的表征、團聚體的起因和消除、表面吸附和脫附、納米復合微粒和粉體的制取等方面都有創(chuàng)新和重大進展,成功研制出致密度高、形狀復雜、性能優(yōu)越的納米陶瓷;在世界上首次發(fā)現(xiàn)納米氧化鋁晶粒,在拉伸疲勞中應力集中,區(qū)出現(xiàn)超塑性形變;在顆粒膜的巨磁電阻效應、磁光效應和自旋波共振等方面取得了創(chuàng)新性成果;在國際上首次發(fā)現(xiàn)納米類鈣鈦礦化合物微粒的磁嫡變超過金屬Gd;設計和制備了納米復合氧化物新體系,它們的中紅外波段吸收率可達92%,在紅外保暖纖維得到了應用;發(fā)展了非晶完全晶化制備納米合金的新方法;發(fā)現(xiàn)全致密納米合金中的反常效應。
關(guān)鍵詞: 納米技術(shù)意義展望
一、納米技術(shù)的內(nèi)涵
納米技術(shù)是一門在0.1―100nm空間尺度內(nèi)操縱原子和分子,對材料進行加工、制造具有特定性能的產(chǎn)品,或?qū)ξ镔|(zhì)進行研究、掌握其原子和分子的規(guī)律和特征的高新技術(shù)學科,被認為是“今后十年最可能使人類發(fā)生巨大變化的十項技術(shù)”之一。
納米技術(shù)包含下列四個主要方面:(1)納米材料。當物質(zhì)到納米尺度以后,即0.1―100nm這個范圍空間,物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變,出現(xiàn)特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子,又不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料,即為納米材料。(2)納米動力學。主要是微機械和微電機,或總稱為微型電動機械系統(tǒng),用于有傳動機械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng),特種電子設備、醫(yī)療和診斷儀器等。用的是一種類似于集成電器設計和制造的新工藝,特點是部件很小,刻蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百μm,而寬度誤差很小。(3)納米生物學和納米藥物學。如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子,dna的精細結(jié)構(gòu),等等。納米生物學發(fā)展到一定技術(shù)時,可以用納米材料制成具有識別能力的納米生物細胞,并可以吸收癌細胞的生物醫(yī)藥,注入人體內(nèi),用于定向殺癌細胞。(4)納米電子學。包括基于量子效應的納米電子器件,納米結(jié)構(gòu)的光/電性質(zhì),納米電子材料的表征,以及原子操縱和原子組裝,等等。當前電子技術(shù)的趨勢要求器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷。更快,是指響應速度要快。更冷,是指單個器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度,納米技術(shù)是建設者的最后疆界,它的影響將是巨大的。
二、研發(fā)納米技術(shù)的重要意義
在充滿生機的21世紀,信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進制造技術(shù)和國防的高速發(fā)展必然對材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸?shù)葘Σ牧系某叽缫笤絹碓叫?;航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術(shù)等對材料性能要求越來越高。新材料的創(chuàng)新,以及在此基礎上誘發(fā)的新技術(shù)、新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來10年對社會發(fā)展、經(jīng)濟振興、國力增強最有影響力的戰(zhàn)略研究領域,納米材料將是起重要作用的關(guān)鍵材料之一。納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當今新材料研究領域中最富有活力、對未來經(jīng)濟和社會發(fā)展有著十分重要影響的研究對象,也是納米科技中最為活躍、最接近應用的重要組成部分。近年來,納米材料和納米結(jié)構(gòu)取得了引人注目的成就。例如,存儲密度達到每平方英寸400G的磁性納米棒陣列的量子磁盤,成本低廉、發(fā)光頻段可調(diào)的高效納米陣列激光器,價格低廉。高能量轉(zhuǎn)化的納米結(jié)構(gòu)太陽能電池和熱電轉(zhuǎn)化元件,用作軌道炮道軌的耐燒蝕高強高韌納米復合材料等的問世,充分顯示了它在國民經(jīng)濟新型支柱產(chǎn)業(yè)和高技術(shù)領域應用的巨大潛力。正像美國科學家估計的“這種人們?nèi)庋劭床灰姷臉O微小的物質(zhì)很可能給予各個領域帶來一場革命”。納米材料和納米結(jié)構(gòu)的應用將對調(diào)整國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的布局、設計新產(chǎn)品、形成新的產(chǎn)業(yè)及改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入高科技含量提供新的機遇。
研究納米材料和納米結(jié)構(gòu)的重要科學意義在于它開辟了人們認識自然的新層次,是知識創(chuàng)新的源泉。由于納米結(jié)構(gòu)單元的尺度(0.1―100nrn)與物質(zhì)中的許多特征長度,如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當,因而納米材料和納米結(jié)構(gòu)的物理、化學特性既不同于微觀的原子、分子,又不同于宏觀物體,從而把人們探索自然、創(chuàng)造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象,認識新規(guī)律,提出新概念,建立新理論,為構(gòu)筑納米材料科學體系新框架奠定基礎,也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內(nèi)涵。世紀之交高韌性納米陶瓷、超強納米金屬等仍然是納米材料領域重要的研究課題;納米結(jié)構(gòu)設計,異質(zhì)、異相和不同性質(zhì)的納米基元(零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲)的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當今納米材料研究新熱點,人們可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設計納米結(jié)構(gòu)原理性器件及納米復合傳統(tǒng)材料改性正孕育著新的突破。
納米技術(shù)作為一門新興的學科,被譽為21世紀最具有發(fā)展前景的技術(shù),是對未來經(jīng)濟和社會發(fā)展產(chǎn)生重大影響的一種關(guān)鍵性前沿技術(shù)。納米技術(shù)在社會上的應用前景非常廣闊,納米技術(shù)不僅會推動新產(chǎn)品的開發(fā),而且將為改善人們的生活環(huán)境,提高生活質(zhì)量作出不可估量的貢獻。納米技術(shù)將成為21世紀新型技術(shù)的發(fā)展新方向,相信在不久的將來,我們將跨入一個全新的時代。
三、對納米技術(shù)未來發(fā)展的展望
納米技術(shù)將從根本上改變未來制造的兩種基本類型方式――連續(xù)制造和離散制造。連續(xù)制造是指批量物質(zhì)或材料的生產(chǎn),例如化學品或金屬卷材。離散制造是指單個配件的生產(chǎn),例如螺栓或元件(集成電路)或組裝系統(tǒng)(計算機)。對于納米尺度制造來說,原子、分子與團簇都是生產(chǎn)“原料”。因此,納米尺度制造的生產(chǎn)工藝和設備與目前應用于大于100nm的微制造工藝與設備將會有很大不同。納米制造未來的研究方向包括以下幾個。
1.材料開發(fā)
了解和模擬納米尺度物質(zhì)合成、操控及監(jiān)測的現(xiàn)象和工藝,這是開發(fā)新型納米制造技術(shù)所需的;開發(fā)表征、監(jiān)測、篩選、分離和控制納米結(jié)構(gòu)大小/形狀/多分散性和表面或體積特征的方法。
2.制造納米系統(tǒng)的材料操控與控制
分子、大分子、納米顆粒及納米尺度組件的定位、定向、分散、集群和導向自我組裝,非共價鍵和信息內(nèi)容是不可或缺的;納米材料的包裝和輸運,如通過超聲和納米流化床;納米自組裝結(jié)構(gòu)融入功能器件和系統(tǒng)。
3.與微觀和宏觀系統(tǒng)相結(jié)合
把自下而上和自上而下的制備技術(shù)融入低本高效的優(yōu)化生產(chǎn)制造中;制造技術(shù)的尺度放大、并行和集成能力,如平行探針或束陣列等方法。
4.制造工具
改造和控制表面組成/結(jié)構(gòu),以確保隨后組裝的穩(wěn)定性和功能性;開發(fā)可支撐的、用戶與環(huán)境友好、廉價而高產(chǎn)的制圖技術(shù);開發(fā)和運用納米結(jié)構(gòu)復制方法;納米制造結(jié)構(gòu)和性能的低本高效清除/修復/接縫技術(shù),等等。
5.測量和標準工具
納米顆粒與結(jié)構(gòu)的化學和結(jié)構(gòu)表征技術(shù)(除幾何形狀特征外);開發(fā)三維加工和非破壞性表面下探測技術(shù);把在線傳感與監(jiān)測技術(shù)同制造方法融合在一起;遠程制作和遠程表征設備和儀器,等等。
參考文獻:
1、活性炭吸附,活性炭除甲醛是一種比較廉價和實用的方法,特點是物理吸附,吸附徹底,不易造成二次污染。活性炭的物理作用除臭,去毒;無任何化學添加劑,對人身無影響。
2、納米技術(shù)吸收分解法,裝修后的方法是使用具有強大捕捉、吸附及消除甲醛功能的產(chǎn)品。利用高科技的納米和納米改性技術(shù),經(jīng)過多重篩選、組方與活化改性,將數(shù)種天然納米級原料與常規(guī)氧化劑結(jié)合,能有效清除居室環(huán)境中甲醛、氨、苯、一氧化碳等有害氣體。不僅僅是針對甲醛更能有效的去除氨、苯、TOVC等有害物質(zhì)。30平米放一個中度超標可選用此方法。
3、通風法去除甲醛,通過室內(nèi)空氣的流通,可以降低室內(nèi)空氣中有害物質(zhì)的含量,從而減少此類物質(zhì)對人體的危害。冬天,人們常常緊閉門窗,室內(nèi)外空氣不能流通,不僅室內(nèi)空氣中甲醛的含量會增加,氡氣也會不斷積累,甚至達到很高的濃度。
(來源:文章屋網(wǎng) )
1962年10月生于吉林九臺,1983年畢業(yè)于長春工業(yè)大學化學工程系。1984~1993年留學日本,先后獲日本橫濱國立大學碩士、東京大學博士學位。并在日本分子科學研究所完成博士后研究。1993年6月回北京大學化學系工作,同年入選國家教委首批跨世紀優(yōu)秀人才計劃,1994年獲國家杰出青年科學基金首批資助,1996年入選國家人事部“百千萬人才工程”(第一、二層次),1997年獲香港求是科技基金會杰出青年學者獎和北京大學大眾電腦獎教金,1999年首批受聘“長江學者獎勵計劃”特聘教授。2011年獲中國化學會-阿克蘇諾貝爾獎,同年當選為中國科學院院士。
逐夢納米時代
上個世紀五六十年代開始發(fā)展的以集成電路技術(shù)為核心的微電子技術(shù),造就了今天這樣一個神奇的電腦時代。但是一旦集成電路的特征尺寸小于0.05微米時,微電子技術(shù)就無能為力了??茖W家的偉大就在于他們用一個又一個偉大的構(gòu)想和矢志不渝的努力不斷推進著人類探索未知的進程,并帶給這個世界一個又一個的驚喜。
1959年,物理學家理查德?費曼作了一次題為《在底部還有很大空間》的演講。這位當時在加州理工學院任教的教授提出了一個新的想法:從石器時代開始,人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù),都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計的原子,以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)。費曼認為,物理學的規(guī)律不排除一個原子、一個原子地制造物品的可能性。他預言,人類可以用小的機器制作更小的機器,最后將變成根據(jù)人類意愿,逐個地排列原子,制造產(chǎn)品,這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢想。
自上個世紀70年代開始,科學家開始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想,1974年,日本科學家谷口紀南最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機械加工。1982年,國際商業(yè)機器公司蘇黎世實驗室的葛?賓尼博士和海?羅雷爾博士合作研制了一臺奇特的儀器――STM(Scanning Tunneling Microscope,掃描隧道顯微鏡),它使人們領略到原子世界的神奇魅力。之所以命名為掃描隧道顯微鏡,是因為賓尼他們從上個世紀20年代量子力學的王國里聽到了“老虎隔山吃人”預言,他們從中得出啟示:無力翻越的高山可以借隧道穿越。他們設計了一枚細得不能再細的探針,那針尖只有一個原子大小,這便是他們假以窺探原子世界的“眼睛”。這雙神奇的眼睛能沿原子邊緣逐個掃視,把它看到的景象傳給電腦,電腦畫出美麗的圖像,告訴人們:瞧瞧!這就是原子的模樣!
而此時的劉忠范還只是吉林工學院(現(xiàn)為長春工業(yè)大學)的一名普通大學生,對于如此尖端的科技他甚至聞所未聞,當時的他無論如何也不會想到納米技術(shù)會成為自己留學歸來以后的主攻方向,并取得豐碩成果。2011年末,北京大學納米科學與技術(shù)研究中心主任,化學與分子工程學院教授、博士生導師劉忠范當選為中國科學院院士。
執(zhí)著的追求
2012年初,幾經(jīng)輾轉(zhuǎn),我們總算約到了劉忠范的采訪。
讓我們沒想到的,這次的采訪地點居然是在醫(yī)院。因為腰椎間盤突出,劉忠范不得不住院治療。對于他來說,也是第一次在醫(yī)院接受采訪。其實早在2年前劉忠范就該治療了,但忙個不停的他一直拖到現(xiàn)在,實在是連走路都直不起腰來,才不得以住進了醫(yī)院。他笑著說:“這么多年我從來沒住過醫(yī)院,從來沒打過吊瓶。這次都體驗了?!?/p>
即便是住院治病,劉忠范也是一有時間就忙工作。對于他來說,工作是快樂之源。在他的辦公室里,書桌上就有他剛回國時寫給學生的一段話:“研究的樂趣在于過程,而不在于結(jié)果本身。因為過程當中隱藏著新的發(fā)現(xiàn)、新的發(fā)明和新的目標,這也是科學家們樂此不疲的奧秘?!?/p>
劉忠范說他從小對事物總有好奇心,過了這么多年,仍然保持著。1962年冬,劉忠范出生在吉林的一個農(nóng)民家庭,他說:“小時候家里很窮,不是農(nóng)村一般意義上的窮,是特別窮,兄弟姐妹又多,但母親堅持送我們讀書……”劉忠范從小就很聽話,愛讀書,成績一直名列前茅。那時候,他從沒想過當科學家,就是對很多事情都很好奇,沒事的時候愛瞎琢磨,只要在書上看到能做實驗的,他都會去試。有一次看到書上說茄子、辣椒聽了音樂后會長得又快又大。于是一下課,他就趕忙背著借來的手風琴跑到自家地里做實驗,忙活了好幾天,也沒發(fā)現(xiàn)有啥變化……
那時候,劉忠范的作業(yè)常常用鉛筆寫,因為寫完后還可以用橡皮擦干凈了再用幾次。有一次他和哥哥賭氣撕了1頁,還挨了一次打。高中時期,他沒錢住校,每天來回要走30里路。路上要經(jīng)過一條河,有一次上學途中下雨了,到了河邊發(fā)現(xiàn)河水漲了,他趕忙把衣服和書包頂在頭上游過去,到了學校,他才發(fā)現(xiàn)只有他一個學生……
1979年,劉忠范考上長春吉林工學院,在一些同學的眼里,劉忠范有些“怪”:穿得很破,拿個破書包和大茶缸,成天往圖書館和教室跑。
要畢業(yè)的時候,一個女老師很神秘地找到他,說要給他介紹對象,當時他很吃驚地說:“我要忙著考研究生,哪有時間談情說愛呢?”回首往事,劉忠范說:“這也跟我個人的性情有關(guān),對感情有點遲鈍。我覺得,年輕時應多一些‘單純’,應有一段‘遲鈍’的時間,安靜無紛擾地用于學習和研究,對將來的發(fā)展大有裨益。畢業(yè)后我想繼續(xù)求學,當時考研究生填表的時候有兩欄,國內(nèi)研究生和出國研究生。大家都說考‘出國研究生’挺難的,我就選了難的試試,真就考上了?!?/p>
1984年10月,劉忠范被公派出國。國家每月給公派留學生8.5萬日元的獎學金,他又通過考試獲得了日本政府獎學金,有17萬多日元。劉忠范說:“拿了錢擱在桌上有一大堆,我從沒那么富有過,都不知道怎么花,感覺到了天堂。”
現(xiàn)在回想起來,劉忠范說:“物質(zhì)上的滿足,只能帶來精神上的一時愉悅,不再為錢發(fā)愁,精神層面的追求也就越高了?,F(xiàn)在,當獲得一個好的實驗結(jié)果,當看到自己的學生不斷進步,我都會感到欣慰。我覺得上帝是公平的,如果加上時間的標尺。只要認準目標,不懈地努力追求,積極面對困難和挑戰(zhàn),終會得到回報?!?/p>
留學期間開始接觸納米科技
在日本,劉忠范先是在橫濱國立大學攻讀碩士學位。1987年,他以優(yōu)異成績考入東京大學攻讀博士學位,師從國際著名光電化學家藤昭教授。藤教授對于中國的傳統(tǒng)文化有著深刻的理解,他有一次到中國訪問,看到清代書畫家、文學家鄭板橋題過的匾額“難得糊涂”,對其處世哲學大為贊賞,認為這與自己的教育理念和學術(shù)追求很吻合。他認為一個人一生只能做一件事,就像鄭板橋所說的要“難得糊涂“。搞科學研究,就要學學這種人生哲學,一輩子認認真真做好一件事就夠了,對其他的事該糊涂的要糊涂。當時已經(jīng)年近半百的藤先生從家到學校有近2個小時的車程,但他早上8點半必到辦公室,晚上10點才離開。這樣的治學態(tài)度給劉忠范很大影響。
在藤先生的指導下,1987年,劉忠范就開始用掃描隧道顯微(STM)儀器來探索納米級的海量信息存儲技術(shù)、STM是納米加工技術(shù)中的最新發(fā)展,可實現(xiàn)原子、分子的搬遷、去除和排列重組,能實現(xiàn)原子級的精加工。借助STM,他們發(fā)明的新型的光電化學存儲方法比光盤容量提高了近萬倍。1990年,他們的研究成果在《自然》上發(fā)表,諸多日本主流媒體紛紛給予報道。
留學期間,劉忠范的生活改善了很多,性格也開朗了。從前他只有一個愛好――學習。到日本后,他的興趣廣泛了,尤其喜歡運動:“身體是革命的本錢?。e極休息的人才會創(chuàng)造性地工作。”
博士畢業(yè)后,導師推薦他到日本分子科學研究所,師從井口洋夫先生做博士后研究。
井口洋夫是一位在世界化學界享有盛譽并有杰出學術(shù)成就的日本科學家,劉忠范很慶幸自己能有機會在日本留學期間,師從兩位大師級的科學家。
回國迎來人生新轉(zhuǎn)折
在日本的科研成果積累日漸豐厚的時候,劉忠范卻做了一個讓他的導師吃驚的決定――回國。
當時,劉忠范本想去美國繼續(xù)深造,但遭到美國駐日本使館的拒簽,藤先生得知消息后安慰他說:“沒關(guān)系,下次我陪你一起去”。到了第二次簽證時,藤先生親自到美國使館,證明自己的學生去美國的目的就是想繼續(xù)深造,但美國使館卻再次拒簽了他的簽證。這一經(jīng)歷無疑給劉忠范留下了一個心理陰影。
就在此時,劉忠范邂逅了北京大學蔡生民教授。蔡先生是一位國際知名的電化學家,在訪問東京大學期間曾盛情邀請劉忠范到北京大學工作。劉忠范去岡崎日本分子科學研究所工作后,蔡先生又專程前去看望。從東京到岡崎乘新干線列車需要2個多小時。那天,不巧的是新干線列車路上遇到意外,蔡生民教授很晚才抵達。看到蔡先生疲憊的身影映著萬家燈火一點點走近,劉忠范的心也被這樣的場景溫暖著,并深深地銘刻在腦海中。這對比鮮明的一拒一請,讓劉忠范深受觸動:“科學的確沒有國界,但科學家一定要有祖國。我屬于這個地方,這里有我的夢想、我的青春、我的師友……在國外,我總是對這一切魂牽夢縈。我必須回到這里,正如自由的魚兒總要回到賦予它生命的源頭。我只能從這里再出發(fā),再向前。我曾經(jīng)對日本友人開玩笑說:‘我把最美好的青春都獻給你們的國家了?,F(xiàn)在我要回到自己的國家……”
1993年,劉忠范回國來到北京大學,與他同行的還有藤和井口兩位導師贈送的60余箱儀器設備,加上他自己省吃儉用購買的一些設備、資料,總價值20多萬美元,這些寶貝為他回國創(chuàng)建自己的實驗室打下了堅實的基礎。
激情燃燒的歲月
在北大,劉忠范親手建立起光電智能材料研究室,這個名稱本身就帶著日本文化的影子。劉忠范說:“我喜歡這個名字。剛回國的時候,的確什么都沒有,完全從零開始做。有2間空房子,每一個插頭在什么地方放著,都是我自己設計以后找人安裝的。桌椅板凳都是自己買的?!?/p>
1993年,劉忠范花了50多萬人民幣買了一臺STM儀器,需要為儀器配置防震臺,但是因為資金緊張,劉忠范只好帶著學生到學校附近的工地上找沙子和鋸末,以此作為代替性的防震裝置。劉忠范說:“學校里有個加工廠,我們向工人懇求了好些時間才拿到這些鋸末。沙子和鋸末弄回來以后,還要曬干才能用。我們是7月份開始做這個事情的,正好趕上雨季,一下雨還得搶收這些曬著的寶貝。當時我剛剛30歲多一點,非常有激情,這些事情我都記憶猶新。”
劉忠范提出“一天26小時”的口號,高效率地工作。在每一個實驗室墻上,都貼有一張研究進展表,每隔一段時間,要求有新的進展出現(xiàn)在表上。每個周六晚上都有研究匯報會,要求每個人上臺去匯報自己的課題進展,大家自由地針對某個問題辯論。這樣就促使每個成員去鉆研,去競爭。
剛回國的頭幾年,劉忠范的月工資不到500元,幾乎不足以維護一個教授的尊嚴……即使尷尬,即使不寬裕,他還是留了下來。37歲時,劉忠范被聘為教育部“長江學者”特聘教授,當時長江學者的年薪10萬還算是高收入,有人問這個收入是否能體現(xiàn)他的價值?劉忠范說:“我對有些東西比較遲鈍,年輕時對愛情,現(xiàn)在對錢,都是如此。記得申報‘長江學者’時,我寫的第一句話是:‘我有一個夢’,這個夢很簡單,就是希望能在國內(nèi)做出一番事業(yè)來!如果就想賺錢,我肯定不會回國。10萬夠不夠身價,我先不說,至少500元不夠身價。1996年初我以甲級客座教授身份去日本東北大學作合作研究,月薪折合人民幣近10萬元,我也只待了3個月。比起自己的夢想,錢就是其次了。1999年我被聘為“長江學者”,覺得很幸運?!?/p>
納米技術(shù)是一項需要龐大投資的高科技,美國、日本等國家都將其列入到國家戰(zhàn)略計劃,但當時我們國家對這一領域的研究卻投資有限,并且納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化一直是一大瓶頸。
1994年,劉忠范申請了科技部的一個攀登計劃項目,經(jīng)費500萬。在上個世紀90年代初期,這是相當大的一筆科研經(jīng)費,劉忠范成為這個項目的首席科學家,也是當時科技部最年輕的首席科學家。他說:“當時是做納米級的信息存儲技術(shù),相當于超級光盤。這個項目共有3個承擔單位,還包括當時的北大電子學系――現(xiàn)在的信息科學學院的吳全德院士和薛增泉教授以及吉林大學化學系的李鐵津教授。吳先生盡管年事已高,但對‘納米’非常敏感。吳老先生和薛教授都是做信息技術(shù)的,尤其有感于我國微電子技術(shù)發(fā)展的曲折和落后現(xiàn)狀。因此,我們之間產(chǎn)生了強烈共鳴,覺得應該醞釀一個計劃,大張旗鼓地在納米領域開拓。這就是北京大學納米與技術(shù)研究中心成立的初衷?!?/p>
此時,諾貝爾物理獎得主羅雷爾也致信主席:“曾重視微米科技的國家,今天都已成為發(fā)達國家,而納米科技則為人們提供了新的發(fā)展機遇,今天重視納米科技的國家必將在未來的高科技競爭中獨領。”
天時地利人和,促成了1997年9月27日,中國高校第一個從事納米交叉學科研究的綜合性研究中心――北京大學納米與技術(shù)研究中心成立。那時候劉忠范經(jīng)常接到一些咨詢電話。有人問:“聽說你們搞出一種納米,貴不貴,好不好吃?”劉忠范只好回答他:“納米太小了,不好吃,恐怕你也吃不飽。很多人不知道納米僅僅是個長度單位。一個納米長度相當于十億分之一米。納米技術(shù)的確很神奇,用納米技術(shù)造出的計算機芯片會非常小,甚至可以植入大腦,這樣就不用背書了;將來也可能用納米技術(shù)制成從地球通往月球的天梯……”
攻堅納米材料
物質(zhì)到了納米尺度之后,物理、化學性質(zhì)會發(fā)生根本性變化。納米材料用到飛機上,可以吸收雷達波,這使得隱形飛機不再是個傳說;在高分子塑料中加入納米材料制成的刀具,比鉆石刀具還硬;將電腦芯片和光盤加工成納米級,其運算速度和記錄密度高出幾個數(shù)量級……
納米技術(shù)的推廣使得人們的傳統(tǒng)思維受到極大挑戰(zhàn)?;貒?,劉忠范經(jīng)歷了適應、摸索階段之后,逐步把自己的研究重心放在納米材料和納米化學研究上。近年來在石墨烯、碳納米管等低維碳材料的控制生長、能帶調(diào)控以及器件基礎研究方面取得一系列成果。先后以首席科學家的身份承擔了科技部攀登計劃B“超高密度光子-電子型信息存儲材料研究”、“973計劃”“納電子運算器材料的表征與性能基礎研究”、納米重大研究計劃“準一維半導體納米材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控、物性測量及器件基礎”等科研項目。
劉忠范為中國納米的發(fā)展簡單勾勒了三部曲:科學、技術(shù)和工程?!凹{米技術(shù)在中國曾經(jīng)歷了兩個很有意思的極端。剛開始,但凡貼上納米標簽的就被視為高科技,后來,只要什么東西一和納米有關(guān),大家本能地認為這是假冒偽劣。十幾年來,中國納米科技發(fā)展得飛快。從數(shù)量上看,已經(jīng)與美國并駕齊驅(qū),論文的檔次也越來越高,盡管原創(chuàng)性和影響力尚有待提高。今后,納米科技要向兩頭進軍,一頭是解決納米中的大科學問題、真正的原創(chuàng)性科學問題;另一頭是納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化問題,解決關(guān)鍵的技術(shù)和工程問題。我們還有許多努力和揮灑的空間,從科學到技術(shù),再到產(chǎn)業(yè)是一條崎嶇的攀登之旅,納米技術(shù)的真正魅力在于它所蘊藏的巨大生產(chǎn)力。國家需要投入和耐心,最后才能開花結(jié)果?!?/p>
對北大納米與技術(shù)研究中心,身為主任的劉忠范充滿感情:“北大做納米的人非常多。我們建立這個中心,就是希望搭建一個囊括各個學科的交流平臺,形成北大的特色,為推動中國納米科技的進步作出北大的貢獻。北大的納米研究,總體上還處于納米科學的層面,經(jīng)過十幾年來的努力,已經(jīng)取得了長足的進步,在國內(nèi)外也擁有了一定的學術(shù)影響和地位,化學學院、信息學院和物理學院的納米團隊功不可沒。當然,我們還缺少重大的突破,需要從高原到高峰的飛躍。未來的發(fā)展需要重視工程和產(chǎn)業(yè)化,未來中國的納米產(chǎn)業(yè)需要有北大制造的標簽,相信工學院納米團隊的加入會推動這一進程?!?/p>
劉忠范說,“我希望在不遠的將來把我們的中心建設成為世界知名的納米科技研究基地,為中國參與未來納米電子產(chǎn)業(yè)的國際競爭作出貢獻”。
傳承的力量
“我很喜歡上課,雖然上課很花時間?!北M管劉忠范現(xiàn)在越來越忙,但他對于教學仍然充滿熱情,在給北大元培學院大學一年級的學生上“普通化學”課時,他舉的例子總是和納米有關(guān),他說這是“職業(yè)病”。對于學生,劉忠范也很看重他們對科研的興趣和堅持的毅力?!白隹蒲凶钪匾氖呛闷嫘?。一個新學生來我這里做科研,我都先問他的特長和愛好是什么,我讓他自己找感興趣的問題。當他不知道對什么感興趣時,我會問他對哪些不感興趣,以盡量避免做自己不感興趣的工作?!薄拔业纳钕鄬握{(diào),甚至有些刻板。除了外出開會,每天大部分時間都在實驗室里待著。不過,作科研真正入門后就如看偵探小說一樣有趣,因為研究的是未知的東西,你不知道結(jié)果會怎樣,只能一步一步探索。某個設想會被證明,或者出現(xiàn)意想不到的結(jié)果……”
在劉忠范眼里,研究的一大樂趣還在于和學生一道創(chuàng)造故事。還在做學生的時候,有一次劉忠范做一個很熟悉的光電化學實驗,由于是在暗室操作,黑乎乎的,他扳反了開關(guān),出現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象,劉忠范并沒有扳回去了事,就此研究下去,結(jié)果一次實驗失誤,卻讓他發(fā)現(xiàn)了一個新的電場異構(gòu)化反應。當老師后,一個學生一次錯誤的實驗設計帶來了熱化學燒孔存儲技術(shù);另一位同學的頑固不化加上劉忠范的堅持和包容,使得他們收獲了石墨烯的偏析生長方法,進而開啟了石墨烯生長的過程工程學研究之門……
口傳心授,劉忠范的學生常常會被他的科研熱情所感染。他的一位博士后馬上要出站了,她很留戀地說:“劉老師,我在這里才真正喜歡上了科研,以前都是為了學習而學習,現(xiàn)在,我是為了興趣而學習。要是早幾年來就好了!”
“有時候科研上做出一點成績沒覺得怎樣,但教學的過程讓我感受到傳承的意義,這是一種文化。我的學生都很喜歡做科研,我也說不上具體是什么原因。我的學生到現(xiàn)在為止已經(jīng)有21多個正教授或研究員,副教授和助理教授就更多了,大多數(shù)都在名校工作,也包括美國、加拿大的著名高校。”劉忠范說:“成為院士后,最大的責任依然是做好學問,此外,還應該做‘成核點’(觸發(fā)晶體生長的關(guān)鍵因素),推動學術(shù)發(fā)展,帶領年輕人成長?!?/p>
同學們:
當你們看著可愛的動畫片,玩著迷人的電腦游戲,坐上快速的列車,接聽著越洋電話的時候,……你可曾意識到科學的力量,科學不僅改變了這個世界,也改變了我們的生活,科學就在我們身邊。
翻開20世紀的壯麗篇章,我們發(fā)現(xiàn)人類在這百年中不僅經(jīng)歷了血與火的洗禮,更創(chuàng)造了無數(shù)科學奇跡。19世紀法國著名科幻小說家凡爾納的虛構(gòu),當時讓人不可思議,他所幻想的登月旅行、飛機、遠射程炮等,在20世紀都一一成為現(xiàn)實。在21世紀的今天,高科技更是無處不在。作為跨世紀的一代,我們又該以怎樣的姿態(tài)去適應新世紀,擔起新世紀的重擔呢?
科學技術(shù)的日新月異,使得科學不只為尖端技術(shù)服務,也越來越多地滲透到我們的日常生活之中,這就需要正處于青少年時代的我們熱愛科學,學習科學。參加科技“五小”比賽、閱讀科技書籍,使我明白了許多道理。精密的機器人,不用燃料的汽車,虛擬的足球賽,高科技信息的傳送等等,一個個生動有趣的現(xiàn)象,激起了我探索科學的愿望。我們每個人都要學習科學,傳播文明,在享受新生活的同時,更要創(chuàng)造新生活,如今,科技產(chǎn)品的更新?lián)Q代不斷加快,可視電視、電腦上網(wǎng)、心臟起搏器,已經(jīng)不算新鮮了。從1901年發(fā)明的真空吸塵器,到人造地球衛(wèi)星、載人宇宙飛船,科技在不同領域里顯示出了強大的力量。電子產(chǎn)業(yè)、通訊技術(shù)的日益普及,納米技術(shù)、超導材料的廣泛應用,不久的一天,也許就在你的餐桌上,會出現(xiàn)像太空青椒、人造牛排等生物工程食品。學習科學技術(shù),不僅僅是為了成為科學家,也是為了能適應生活,更為了能成為新世紀的主人,擔起新世紀,為國家建設,為人類文明做出貢獻。
【關(guān)鍵詞】藏藥 劑型改進 應用 展望
藏藥是中華民族一顆璀璨奪目的瑰寶,是藏在漫長的長河中不斷創(chuàng)造出來的優(yōu)秀民族遺產(chǎn),凝聚著歷代藏醫(yī)藥工作者的聰明才智、心血和汗水,在防病治病維護藏民族身體健康和生命安全中發(fā)揮著巨大的作用。藏藥以其獨特的理論、優(yōu)秀的品質(zhì)正在受到中國和世界醫(yī)藥界的矚目,藏藥應用推廣的勢頭正在悄然升起。然而由于歷史和其它許多方面的原因,藏藥在劑型、品種、制造工藝、制劑理論、質(zhì)量標準等方面的研究還存在著明顯的不足和落后,不能滿足現(xiàn)代的需要和出口的要求,嚴重的制約著藏藥的發(fā)展與應用。
一 藥劑的發(fā)展現(xiàn)狀
劑型是藥物應用的形式,對藥效的發(fā)揮極為重要,過去人們認為化學結(jié)構(gòu)、處方組成是決定藥效的唯一因素,隨著生物藥劑學的發(fā)展,人們逐步認識到劑型因素在一定條件下對藥物的藥效有決定性影響,改變劑型可以調(diào)節(jié)藥物的作用速度,降低或消除藥物的毒副作用,也能達到靶向給藥的目的。這一認識已成為藥物研究、生產(chǎn)時考慮的重要問題。
現(xiàn)代藥物制劑的發(fā)展可分為四個時代:第一代制劑為普通制劑,包括注射劑、片劑、膠囊劑、軟膏劑、栓劑等;第二代制劑為緩釋制劑(也稱長效制劑);第三代制劑為控釋制劑;第四代制劑為靶向制劑。目前,包合技術(shù)、固體分散技術(shù)、微型包囊技術(shù)、納米技術(shù)、緩釋控釋技術(shù)等制劑新技術(shù)正在被廣泛的研究和應用于制劑的生產(chǎn)。當今藥物制劑正在向速效、高效、長效、劑量小、毒性小、副作用少、定時、定位、定速、使用方便的智能化給藥系統(tǒng)方向發(fā)展。
二 藏藥劑型改進的必要性
近幾年來,在“藥學是一個偉大的寶庫,應當努力發(fā)掘,加以提高”的方針指引下,在全國倡導學習中醫(yī),研究新劑型,現(xiàn)已研究出顆粒劑、片劑、涂膜劑、膜劑、氣霧劑、注射劑、眼用制劑、合劑、口服液、栓劑、膠囊劑、軟膏劑、中組方制劑等中藥新劑型。我國2000年版藥典收載的中藥新劑型就有100多個品種,在中成藥的質(zhì)量控制方面也有很大提高。藏藥和中藥同屬于傳統(tǒng)藥物的范疇,而其目前的劑型主要有湯劑、散劑、丸劑、酒劑等,雖然有些藥廠也生產(chǎn)口服液、硬膠囊劑等其它一些新劑型,但總體而言,劑型種類比較少,生產(chǎn)工藝落后,藥物劑量相對較大,服用不便,吸收緩慢,作用遲緩,生物利用度差,生產(chǎn)自動化成度不高,同一劑型同一品種不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量、療效有很大差別,產(chǎn)品質(zhì)量波動性大;治療慢性疾病有獨特療效,治療急癥則顯不足,其劑型的研究與開發(fā)遠遠落后于中藥,嚴重的影響了藏藥的推廣使用。為了進一步提高藏藥的療效,擴大使用范圍,減少使用劑量,方便給藥,改進傳統(tǒng)藏藥劑型,采用制藥新技術(shù),生產(chǎn)先進,高效、安全、美觀、優(yōu)質(zhì)的藏藥新劑型,使藏藥走向全國、走向世界,對藏醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展是十分重要和必要的。
三 藏藥劑型改進的原則
藏藥劑型改進是在傳統(tǒng)藏藥劑型的基礎上,以藏論為,應用現(xiàn)代化藥劑學的技術(shù)、方法將藏藥制成適合于現(xiàn)代臨床應用的高效藏藥新劑型。其改進應堅持以下原則:
1 堅持藏藥理論的指導:藏藥劑型改進必須遵循藏醫(yī)藥的理論體系,突出藏一醫(yī)藥的特點,在藏藥理論的指導下,對長期臨床實踐證明確有獨特療效的藥物,首先進行劑型改進。
2 有揚有棄,繼承和創(chuàng)新并重:藏藥經(jīng)過長期的臨床應用和歷代藏醫(yī)藥家的努力,形成了自己獨特有效的組方和生產(chǎn)工藝,對此必須采取有力措施加以保護和發(fā)掘繼承,在繼承的基礎上通過現(xiàn)代化的劑型改進加以提高。
3 提高藥效:經(jīng)過劑型改進后的藏藥新劑型,必須比原有劑型在療效上保持或有所提高,給藥途徑更適宜、方便,藥物的安全性更高,藥品的質(zhì)量更好、更穩(wěn)定,否則劑型改進將毫無意義。
4 以治療急癥重癥為重點:藏藥傳統(tǒng)劑型作用緩和、毒性小、對慢性病有獨特療效,但對急癥重癥的治療則不足,所以劑型改進應考慮對急癥重癥的治療。
四 藏藥劑型改進的方法
進行藏藥劑型改進,首先必須立足于的實際,選擇具有明顯民族特色、療效確切的藏藥進行,如“七十味珍珠丸”、“二十五味珊瑚丸”、“二十五味松石丸”等。其次應選擇對常見病、多發(fā)病或地區(qū)特有的疾病療效好的藏藥。也可以考慮對民間單方、驗方、祖?zhèn)髅胤?,或能促進入的免疫機能,或能抗衰老延年益壽的藏藥進行發(fā)掘。第三、應考慮到自然資源的分布,要選擇地區(qū)天然藥物資源豐富、再生能力比較強或可以人工栽培的藏藥,以便于今后規(guī)模化生產(chǎn),爭取規(guī)模效益。
進行藏藥劑型改進時,不應以味追求高科技,追求最先進的工藝和劑型,應立足于的實際,借鑒中藥劑型改革的方法和經(jīng)驗,由易到難,由簡到繁,逐步發(fā)展提高。利用現(xiàn)代化的提取、分離技術(shù),選擇合適的生產(chǎn)工藝,將藏藥有效成分最大限度的提取出來,再經(jīng)過純化,去除無效成分,得到單一有效成分或多種有效成分的混合物,然后再進一步采用現(xiàn)代化的制藥技術(shù)制成適合現(xiàn)代臨床需要的多種劑型,這是提升藏藥質(zhì)量、改進劑型的重要方法。在劑型改進時,對藏藥的組方要遵循藏醫(yī)藥的理論指導,但對其處方藥味也不能一成不變,要應用現(xiàn)代藥理、化學方法對其進行拆方研究,優(yōu)化組合。做到用藥最精,用量最佳,療效最好,毒副作用最小。
五 現(xiàn)代化高科技用于藏藥生產(chǎn)的展望:
藥劑學是以、學、化學、生物化學、微生物學、藥、藥物分析等學科的理論為基礎,結(jié)合藥物的性質(zhì)和醫(yī)療的要求,用藥劑學的方法和手段將藥物設計和制成符合臨床需要的藥物型式,它是隨著其他科學技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。目前高新科學技術(shù)如:納米技術(shù)、基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程與酶工程、微、新和新能源技術(shù),這一影響21世紀科學技術(shù)和國計民生的四大科學技術(shù),在藥劑學的發(fā)展上展現(xiàn)了巨大的潛力。下面就其在藏藥制劑上的應用略作展望。
(一)納米技術(shù): 納米技術(shù)(Nano-ST)是20世紀80年代末剛剛誕生并在崛起的新科學技術(shù),它的基本含義是在納米尺寸(10-9-10-7m)范圍內(nèi)認識和改造自然,通過直接操作和安排原子、分子,創(chuàng)新物質(zhì)。據(jù)專家們預測,納米科技必將成為21世紀的主導新技術(shù)之一。納米技術(shù)在方面的應用前景廣闊。1998-2000年美國專利中涉及納米技術(shù)的專利在生物占到了80%以上。國內(nèi)已將納米技術(shù)應用于中藥石決明、雄黃的研究。
藏藥目前應用最主要的劑行為丸劑,屬于固體分散體系的劑型,在固體分散體系中,藥物微粒的大小對藥物的溶解、吸收、生物利用度、藥效等有非常大的影響。據(jù)報道灰黃霉素的粉沫被進一步磨細成微粉后,其療效增加一倍。重慶西南制藥三廠試制一種“高效灰黃霉素滴丸”,口服后在血液中的藥物含量比微粉片劑又高出一倍以上,經(jīng)臨床觀察,其用量僅為微粉制劑的一半一下,療效確切,副作用小。這種滴丸劑型,就是進一步降低了微粒的粒徑。如將微粒粒徑降至納米級,療效會更好,因而在藏藥丸劑傳統(tǒng)制劑工藝的基礎上,針對其組成中的主要藥味,進行納米技術(shù)的加工處理,會賦予其新的功效,提高生物利用度,增強靶向性,降低毒副作用,拓寬藏藥的適應癥,提高療效,減少用藥量,節(jié)省藏藥資源,特別是珍貴藥物資源。
(二)包合技術(shù): 包合技術(shù)系指一種分子或藥物被包嵌于另一種分子的空穴結(jié)構(gòu)內(nèi),形成包合物的技術(shù)。藥物經(jīng)包合后溶解度增大,穩(wěn)定性提高,液體藥物可粉沫化,防止揮發(fā)性成分的揮發(fā),掩蓋藥物的不良味道,調(diào)節(jié)釋藥的速度,提高藥物的生物利用度,降低藥物的刺激性與毒副作用,在藏藥的生產(chǎn)上,可以運用現(xiàn)代化的提取分離技術(shù),對藏藥的復方或單方制劑,進行適當?shù)奶崛?、分離、純化,然后用包合技術(shù)進行包合,在進一步制成片劑、注射劑、膠囊劑、口服液等現(xiàn)代的劑型,使藏藥顯效更快、使用方便、外形美觀、用量減少、藥效更高。
除了納米技術(shù),包合技術(shù)之外,目前比較成熟的制藥新技術(shù),有固體分散技術(shù)、微型包膠技術(shù)、微粉技術(shù)、緩釋、控釋劑技術(shù)、經(jīng)皮吸收技術(shù)、靶向制劑技術(shù)等。都可用于藏藥傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中,也可用于開發(fā)研究藏藥的新工藝、新劑型,這將是藏藥現(xiàn)代化發(fā)展的重要方向之一。對于提高藏藥的質(zhì)量水平及療效,擴展其使用范圍有著十分重要的意義。
作者單位:811300 黃南藏族自治州藏醫(yī)院
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