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赵宇亮院士:纳米科技创新与未来产业发展

   来源:DT新材料   发布日期:2022-06-16


很高兴参加中关村论坛,本来我今天应该在广州,因为工信部在广州开一个纪念“中小企业能办大事”的活动。考虑到这是我第一次参加中关村论坛,我就请我的同事去广州,然后我自己留下来参加这个论坛。

我给大家介绍一下我们国家纳米科技的情况。中国的纳米科技可能是中国在现代前沿科技领域里面为数不多,与世界同步发展的一个领域。纳米科技发展起步于80年代,那个时候中国也刚刚起步。习近平总书记在很多场合讲到关于纳米科技,比如,在今年两院院士大会上,他就讲到,纳米催化、金属纳米结构材料等正进入先进行列。

国家纳米科学中心是中科院、教育部、科技部、国家发改委和财政部等单位共建的科研机构,与传统的科研机构不太一样,它的定位是国家纳米科技创新未来引领的先锋、国家纳米科技创新成果转化的基地、还有国家纳米科技创新人才培养的摇篮,目标是打造纳米科技高原上的高峰。我们国家纳米科技的应用基础研究处在世界前列,全球纳米科技排名前三名的机构分别是哈佛大学、国家纳米科学中心和加州理工学院。纳米科技实际上是一种交叉融 合的底层技术。科学技术发展到今天,学科的交叉融合已经形成了世界科学研究的主要范式。通过过去几十年的研究,人们发现,宏观世界的功能从无到有的起点发生在纳米尺度,生命从无到 有 的 临 界 点 也在 纳 米 尺 度。蛋 白 质 大 概 也是 亚 纳 米 级的。但是,当它们结合在一起,组成一定的结构以后,形成亚细胞,有了生命的特征,这个过程正好在纳米尺度。纳米尺度之所以变成一门学科,就是因为这两条规律,从无功能到有功能,从无生命到有生命这样一种临界尺度。

纳米科学最开始从材料科学发展起来,从材料科学上看,它是从亚原子、原子、分子到现在的智能制造技术,是材料科学中一种自上而下的微纳加工技术。在生命科学里面,它是一个自发的过程,表面效应很明显,超分子结构是自下而上的过程,这两个过程是纳米科技研究的两个主要过程。从最先进的智造技术到生物智能技术,纳米技术都是底层的技术。底层技术下,传统的学科,比如物理、化学、生命科学和数学,都有自己的语言。纳米科技提供了不同学科交叉的平台,在这个平台上,不同学科的人可以交流,协作,进行科学技术的研究。中国的纳米科学技术已经成为人类最大的学科交叉领域。2019年,全世界大概有498948人发布了纳米研究成果,占全球科学家总人数的11%,没有一个单一的领域能能占到这样大的比例。另外,在七大基础学科里面,美国、中国、德国、英国、日本的纳米科技成果增长率均高于本国七大基础学科的增长率。换句话说,过去20年,即2000年到2019年期间,在七大基础学科里面,美、中、德、英、日的纳米科技增长率大于七大基础学科。在过去20年,全球960个顶尖的前沿研究中,89%和纳米有关系。在前沿领域和先进的科技领域,纳米科技都是前沿的研究方向,几乎无一例外。从这个角度来说,纳米科技已经成为人类迄今为止最大的一门交叉学科。

以今年的新冠疫苗为例,mRNA疫苗在90年代就有了,但一直没有用到临床。这次能够用到临床,要归功于脂质体纳米颗粒,这是一种发展了20年的小分子载药体系。这次mRNA疫苗能够成功,其实是得益于脂质体纳米颗粒的研发应用。纳米科技是国家战略性产业的共性技术,具有支撑性和前沿性,其中包括原子制造、智能技术、新材料/超材料、智慧医疗、新能源/绿色环境、纳米催化等等,还包括生物安全。纳米科技已经成为全球产业创新变革的源头,已经成为多领域普适性的先进技术,尤其是智能技术。大家知道,智能技术无传感就无智能,但实际上传感有几个核心要素,一个是微纳元器件,一个是敏感材料。微纳元器件就是从纳米技术发展起来的,离不开加工技术和智造技术。敏感材料大部分也是纳米材料。

中国在全球的纳米科技基础研究和应用研究领域,已经处于第一方阵,在基础研究的SCI论文、高引用论文和授权专利都位于世界第一,中国已经具备了从0到1突破的坚实基础。另外,在最顶尖的学术论文产出方面,全世界的20家机构中,中国有11家,在七届最领先的3家机构里面,中国占了一家。同时,在产学研结构方面,世界前20名的研究机构中,有6家来自中国。

我国在极限测量、纳米材料、纳米器件、纳米催化、纳米能源和纳米生物安全等纳米研究领域,都处于世界前列地位。另外一个数字是,我国的纳米科技工作者是一支强大的科技队伍。在承担纳米项目和发表纳米科技论文的两个条件下,我们中科院的院士有132位,工程院院士有114位,这是一个很庞大的数字。由此可以看出,我们国家有一支强大的研究队伍和研究基础。怎么样把这支力量变成国家力量,让这支力量能产生创造力,不仅在学术上,也要在经济上有所贡献,是我们接下来的任务。我们的专利位于世界第一。

中国的纳米科技里面也有一些短板,因为今天是产业论坛,希望我们能一起讨论解决问题。第一是突破卡脖子的关键技术,怎么提升纳米科技成果的转化和产业化能力。我们的转化能力跟科技发达国家相比有很大差距,怎么把基础研究成果转化为产业可以利用的成果。大家知道,就算基础研究做得再好,如果缺乏中间的一段过程,产业是接不过去的。这是我们接下来面临的一个大问题。第二个短板是科技创新链不完整。科技创新链分为9级,1到3级是我们在中关村做的基础研究,4到6级是成果转移转化,7到9级是产业和商品。实际上1到3级,我国已经处在世界最前列,有一支很庞大的基础科学研究队伍。7到9级,我国的产业很完整,具有全世界最完整的产业体系。但是,不管你的基础研究做得有多好,后面7到9级的时候,拿到的都是没有用的,所以我们需要把4到6级建起来。科技创新链不完整,是阻碍我们国家技术突破很重要的一点。我们有科研力量,但是怎么把中间缺失的4到6级建立起来,是国家的首要任务。

为了改变这个现状,我们在大湾区建立了国家纳米科技创新研究院。但这个不仅限于大湾区,而是国家级的纳米科技创新研究院。目的是补齐科技创新链的短板,也就是4到6级。我们1到3级是基本概念、原理,产出是学术论文和发明专利。创新主体是体制内的国家科研机构。4到6级是贯通实验室的工艺,做试制品,做标准,把它工程化。把基础研究的成果变成企业能接手的。另外,在使用条件下放大,去验证,做样机、专业利、标准、试制品,也包括科技金融的介入。所以,4到6级是我国建设科技创新的关键。7到9级把1到3级的先进研究工作接过去。这是整个的基本思路。

现在我们正在建一个产业化园区,刚开始是在大湾区,实际上在中关村园区,也包括怀柔科技园区,我们是一体化的,作为国家的转移转化平台。在中关村,我们在与企业共同做纳米科技成果的转化,从北京市领导到国家自然科学基金委,这是我国纳米中心的项目在中关村进行成果转化的项目。

另外,我们也在贾敬敦主任的支持下做纳米自新的全国创新创业大赛,这也是国家科技部火炬中心的创新创业大赛。目前在全国大概有6个赛区,最后全国有一个总决赛,每年一次。我们把产业化程度比较高,能够解决卡脖子的问题,或者国家急需的专业技术筛选出来,帮助它进行转化。

我们正计划建设一个纳米产业的聚集园区,包括纳米制造与智能技术产业园、纳米医疗健康技术产业园、纳米能源有与环境技术产业园、纳米超材料产业园。这里面包含几个方面的内容,包括中关村产业园、中关村高科技园、还有其他科技园,为我国打造一个能够让这支强大的基础研究队伍为我国的产业和经济发挥作用的产业聚集园区。明天国家发改委也组织了专家组,专门调研纳米科技产业园。

我希望在中关村或者怀柔启动园区的建设,希望在北京把产业园区建立起来。目的是在中关村实现1到3级,比如由中科院、高校、研究所完成1到3级。中关村有世界最好的科学研究平台,有世界最有影响的国际纳米科技交流平台,这个平台是由白春礼担任主席,我们现在已经做了近20年。现在,ChinaNano是全球最大的纳米科技系列国际会议。每一年大概有45个国家,大约2500万人参加这次全球规模最大、影响最大的会议,每两年举行一次。同时,我们还有全世界的双边会议,像中国-以色列、中国-日本、中国-韩国、中国-中国香港,包括海峡两岸,还有中美之间的双边会议,基本上每两年举行一次。

中关村实际是世界纳米科技最有影响力的舞台。在大湾区和怀柔科学城,我们在做4到6级的建设,包括技术的迭代、工艺的建立和工程技术的创新,把科技研究成果变成产业化的成果。7到9级,比如我们在怀柔科学城建中国纳米谷,虽然大湾区也在建,但我们希望在怀柔科学城也能建,这样我们就能把1到9级全部打通。

我今天将我国纳米科技的情况做了简单且高度概括的报告,中国纳米科技最大的、水平也是最高的之一的一支研究队伍可能就在中关村,希望这支队伍能为中关村产业园的建设,为北京的建设做出贡献,发挥作用,谢谢大家。(作者为中国职教学会专家顾问、中国科学院院士、国家纳米科学中心主任)


(责任编辑:zhaoq)

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