自2000年1月美国宣布启动“国家纳米技术计划”以来,纳米科技已在全球蓬勃发展了20多年,广泛影响了人们的衣食住行,并为人类应对新发突发传染病、气候变化等全球重大挑战作出重要贡献。
以史为鉴,可以知兴替。本文收集了2000—2023年美国、英国、法国、德国、俄罗斯、日本、韩国、中国、欧盟官方发布的指导纳米科技发展的近160份战略规划文件,使用内容分析法对这些战略规划文件进行分析,总结了世界主要科技强国(地区)发展纳米科技的成功经验,研判了最新战略动向。在此基础上,结合对中国纳米科技发展现状的分析,为今后一个时期中国发展纳米科技提出了一些政策建议。本文总结的发展纳米科技的成功经验,对于中国发展其他科技领域同样具有借鉴意义。
对2000—2023年世界主要科技强国(地区)发展纳米科技的战略规划文件进行梳理发现,虽然这些国家(地区)在制度、经济水平等方面存在明显差别,但在发展纳米科技方面采取了一系列具有共性的战略举措,主要体现在10个方面。
将纳米科技视为促进经济发展、提升国家竞争力的关键技术。美国《战略》将纳米技术列为事关经济增长和安全的关键新兴技术之一。欧盟认为纳米技术是使欧洲在高附加值、技术密集型产品和服务等行业处于全球领先的6项关键使能技术之一。英国认为通过发展先进材料与纳米技术可以推动该国经济增长、创造就业、实现产业结构转型升级,保持世界领先国家地位。俄罗斯《战略》提出重点发展纳米技术等战略高技术,把纳米技术列入《科学、技术与工程优先发展方向》和《关键技术清单》。日本将“纳米技术与材料”定位为创造新价值的核心和优势基础技术、支撑超智能社会的重要基础技术。中国国务院组织了有关纳米科技现状及其发展趋势的专题讲座。
针对纳米科技跨学科、跨领域的特点,设立跨政府部门、跨行业的发展促进机构。美国在国家科学技术委员会下设立了纳米科学、工程和技术分委员会,由白宫科技政策办公室、管理与预算办公室、国家纳米技术计划参与机构的代表组成,负责协调国家纳米技术计划的规划、预算、实施和评估。英国成立了纳米技术部长小组,以协调相关政府部门,加强对纳米技术工作的领导。俄罗斯设立了常设机构纳米技术政府委员会,以保障联邦权力执行机构与工商界、科技界的紧密联系。日本设立了纳米技术与材料科学技术委员会,成员主要来自大学、科研机构和企业,主要任务包括分析纳米技术和材料科技领域国际发展态势和日本发展现状、审议纳米技术和材料科技发展规划等。中国成立了国家纳米科学技术指导协调委员会,由科学技术部、国家发展和改革委、教育部、财政部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委等相关部门代表和专家组组成,负责对全国纳米科学技术工作进行指导和协调。
制定专门的纳米科技发展战略,部署重大研究项目,并投入大量资金。美国为国家纳米技术计划制定了战略规划并定期更新,部署了“纳米技术联合计划”“纳米技术引发的重大挑战”等重大项目。2001—2021财年,美国联邦政府为国家纳米技术计划累计投入超过310亿美元。欧盟制定了《2005—2009年纳米科学和纳米技术行动计划》;在“地平线年)“纳米技术、先进材料、先进制造和加工、生物技术”主题下,预算投入近17亿欧元用于纳米技术相关研究,部署了“石墨烯旗舰计划”重大项目,计划投入5亿欧元。英国制定了《英国纳米技术战略:小技术,大机遇》,从商业、工业与创新,环境、健康、安全研究,监管,利益相关方等4个方面部署了43项行动。法国于2019年3月启动“纳米计划2022”重大项目,政府计划出资10亿欧元,以支持新一代电子元器件的研发与预工业化。德国制定了《纳米行动计划2010》《纳米技术行动计划2015》《纳米技术行动计划2020》等战略规划。近年,德国联邦政府和各州政府每年对纳米技术的资助合计超过6亿欧元。俄罗斯于2007年4月批准了《纳米工业发展战略》,在该战略下成立俄罗斯纳米技术公司,批准《至2015年纳米工业发展计划》,后者计划融资约3 179亿卢布。日本制定了《纳米技术·材料科学技术研究开发战略》,文部科学省和经济产业省部署了“综合材料研发计划”“超尖端材料超高速研发基础技术计划”等重大项目。韩国制定了《纳米技术综合发展计划》和《国家纳米技术路线万亿韩元用于纳米技术研发。中国制定了《国家纳米科技发展纲要(2001—2010)》,在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》指导下部署了“纳米研究”国家重大科学研究计划、“纳米科技”重点专项等重大项目。
依托大学、科研机构、企业等优势研究力量,组建多学科交叉的纳米科技研究中心。美国国家科学基金会(NSF)设立了纳米尺度模板合成和组装中心等19个纳米科学和工程中心,每个中心由1所大学牵头、若干所大学或企业参与。英国在曼彻斯特大学投资建立了国家石墨烯研究所、石墨烯工程创新中心、亨利·莱斯研究所等石墨烯研究机构。德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会下设76个研究单元,其中应用聚合物研究所等14个研究所组成了纳米技术业务联盟。俄罗斯指定库尔恰托夫研究所为该国纳米科技研究的国家牵头单位,该所是俄罗斯首批国家科学中心之一。日本从2007年起实施世界研究中心计划,至2020年底累计设立了13个研究中心,其中国际纳米组装学研究中心、纳米生命科学研究所等至少7个中心从事纳米科技研究。中国组建了国家纳米科学中心、纳米技术及应用国家工程研究中心等一批高水平科研机构。
投资建设纳米科技公共科研设施平台,包括仪器平台、重大科研基础设施、数字平台等。美国NSF投资建设纳米研究基础设施网络40多年,建设了国家纳米技术协同基础设施和纳米技术计算网络平台。前者由16所大学的纳米技术科研设施组成,后者可向全球研究人员提供500多件纳米尺度计算、模拟工具。欧盟“地平线”计划资助建立了欧洲纳米科学铸造和精细分析平台,由分布在意大利、法国、德国等10个国家的科研设施组成,为用户提供一站式服务。日本从2002年起投资建设纳米技术科研设施共享平台,第3期(2012—2021年)建设了以物质·材料研究机构为核心、25家机构组成的先进仪器设施网络,并在物质·材料研究机构设立了材料数据平台中心,以支持开展数据驱动型材料研发。中国由国家科技基础条件平台中心搭建了重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台,纳米真空互联实验站二期建设项目已于2023年2月成功验收;中国科学院建立了北京物质科学与纳米技术大型仪器区域中心,充分发挥成员单位的科研和装备优势,为全国数百个单位提供开放共享服务。
推动纳米技术、生物技术、信息技术、认知科学融合发展。美国设立了“纳米技术引发的重大挑战:未来计算”项目,旨在通过纳米技术、计算机科学和神经科学的交叉融合变革性地提升计算机的计算处理能力。俄罗斯把纳米—生物—信息—认知融合技术列入《关键技术清单》,库尔恰托夫研究所设立了纳米—生物—信息—认知—社会融合自然技术中心。日本将融合化作为该国纳米技术发展方向之一,通过与其他领域尖端技术融合,实现新功能,创造新材料。韩国2012年设立“纳米融合2020”项目,计划到2020年投入5 130亿韩元,优先支持新一代半导体、纳米弹性元件、高效能源转化技术、水环境与资源处理技术等四大战略项目。
建立制造研究基地,推动纳米科技研究成果产业化。美国建立了国家纳米制造业网络,以加快纳米技术从实验室突破向成熟的商业化先进制造技术转化。英国通过创新制造中心、未来制造研究中心、高价值制造技术创新中心等产学研合作平台推动纳米技术在制造业中应用。法国依托格勒诺布尔科技城建立了欧洲领先的微纳米技术创新园区。法国、挪威、荷兰等国家组建了分布式的纳米制造研究基础设施“欧洲纳米技术实验室”,以提高欧洲纳米制造的质量和效率。俄罗斯纳米技术公司在俄罗斯设立了15个纳米技术中心(截至2019年10月),旨在集中设备和技术优势为小微企业提供孵化服务,推动纳米技术研究成果商业化。韩国在大田、水原、浦项、光州、全州、大邱建立了6个纳米制造中心,作为产业技术发展平台。中国建立了北京纳米科技产业园、苏州纳米城等多个高水平产业化基地。2022年11月,国家石墨烯创新中心获批组建,成为26个国家级制造业创新中心之一。
高度重视纳米科技可能对人类健康和自然环境造成的影响。美国国家纳米技术计划将“支持纳米技术负责任地发展”列为四大发展目标之一,并制定了纳米技术环境、健康、安全研究战略,2005—2020年在纳米技术环境、健康、安全研究方面累计投入超过12.6亿美元。欧盟于2013年6月发布《欧盟纳米安全(2015—2025):向安全和可持续的纳米材料和纳米技术创新迈进》,阐述了欧盟纳米安全研究的优先领域和发展路线图。英国皇家学会和皇家工程院于2004年7月联合发布报告《纳米科学和纳米技术:机遇与不确定性》,关注纳米安全问题。德国联邦政府始终把纳米安全放在重要位置,拿出纳米技术研究经费的10%用于风险研究和相应的防范措施。俄罗斯高度关注纳米技术对人类生命和全球发展的威胁,特别是纳米技术对军事安全的影响。日本围绕纳米材料的毒性与接触风险部署了一系列研究项目,重点关注纳米尺度的二氧化钛、碳黑、银、碳纳米管、富勒烯等。韩国制定了《纳米安全管理综合计划》,以应对纳米技术对人类健康、环境等的影响,并通过《国家纳米技术路线图》,前瞻部署纳米安全研究。中国科学家在2001年就提出纳米生物环境效应的研究计划和安全性问题,“香山科学会议”多次将纳米安全性和环境伦理等作为主题予以研讨,国家重点基础研究发展计划、“纳米研究”国家重大科学研究计划、“纳米科技”重点专项部署了多个纳米科技安全性研究项目。
积极培养和引进专业人才,通过多种形式的科普活动,增进全社会尤其是青少年对纳米科技的了解和兴趣。在培养人才方面,美国纽约州立大学奥尔巴尼分校于2004年成立了美国首个纳米技术学院——纳米尺度科学与工程学院。英国在大学设立纳米技术领域博士培养中心,培养纳米技术博士研究生。韩国2019年在校纳米技术专业学生38 087人,年均增长率约3.7%。2010年,苏州大学与苏州工业园区、加拿大滑铁卢大学合作,成立了中国首个纳米科学技术学院,是中国建立跨学科纳米科学教学的首次尝试。2022年9月,国务院学位委员会、教育部印发《研究生教育学科专业目录(2022年)》,新增一级交叉学科“纳米科学与工程”。在引进人才方面,俄罗斯引进国外知名科学家、俄裔科学家在俄罗斯开展合作研究。日本世界研究中心为外国研究人员提供世界一流的研究和生活环境,以英语为第一工作语言。中国也通过各种人才计划吸引优秀海外人才来华发展。在科普活动方面,各国(地区)一方面积极依托大学、科研机构、博物馆甚至游乐场(如迪士尼乐园)等,通过各种主题活动(如美国“纳米日”活动),请科普对象走进来接受科普教育;另一方面,制作动画、视频等生动活泼的科普材料,通过互联网向公众传播,特别是借助科普教学车等流动宣传设施(如美国的NanoExpress、德国的NanoTruck)积极走出去,将纳米科技知识普及到公众特别是青少年。
积极开展国际合作。各国(地区)在双边、多边、国际组织(例如,OECD、APEC、金砖国家、ISO)等框架下开展了有针对性且富有成效的纳米科技合作。其中,纳米技术安全性是合作重点。欧盟与美国自2011年起在纳米安全领域开展合作,2018年合作发布了《欧盟-美国纳米信息学研究路线》。欧盟与墨西哥、巴西、韩国、南非、亚洲纳米论坛等国家和组织在纳米安全方面也建立了合作关系。2008年10月,首届中美纳米生物和纳米医学研讨会在北京举行,纳米材料安全问题合作研究是讨论内容之一。必须指出的是,各国(地区)在国际组织框架下开展合作的同时,也在通过其框架维护自身利益。例如,围绕纳米技术标。