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欧日韩实验室:德国卡尔斯鲁厄理工纳米研究领先出了5个诺贝尔

2013-10-23 17:47:38      点击:

日本纳米研究80家大公司担纲

德国在分子电子学技术、纳米材料、纳米薄膜方面有很强优势;日本在精细元器件、材料的制造以及纳米器件复合方面独占鳌头

理财周报材料科学实验室 研究员 彭雪蕾/撰述

“如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,物体就能得到大量的异乎寻常的特性。”这段话是美国著名的诺贝尔奖获得者Feyneman早在上世纪60年底的预言。这里所说的就是纳米材料。

为了争夺在以纳米技术为代表的前沿新材料研究领域的领先地位,世界主要发达国家展开了一场轰轰烈烈的技术大战。因为纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。

在领略了世界科技第一大国的纳米及生物材料技术之后,我们放眼去看美国之外更多国家的科研现状。

在前沿新材料领域,德、英、法等欧洲国家及日、韩等亚洲国家的研究,各有千秋。

欧洲在基础研究及生物工程技术领域领先,其中德国在分子电子学技术、纳米材料、纳米薄膜方面有很强优势。以日韩为代表的亚洲国家在纳米研究中也毫不逊色,日本在精细元器件、材料的制造以及纳米器件复合方面独占鳌头;同时,韩国政府主导的高性能纳米复合材料计划也正迎头赶上。

在以纳米材料和生物材料为首的前沿新材料争夺中,谁也不愿落下。理财周报材料科学实验室调查发现,除了美国,在前沿新材料研究领域中,实力较强的还有德国、日本、英国和韩国。

这些国家在该领域的成功不仅得益于政府的积极推动和高度重视,同时也是顶尖高校、科研机构和企业的共同推进,从而形成一个完整纳米技术研发网络。

德国:纳米、生物材料均处于领先地位

德国在纳米材料领域的研究起步较早,政府也给予了高度的重视。德国政府在全国范围内建立了六大纳米研究中心,分别是纳米结构、纳米应用开发、纳米技术、纳米化学、纳米加工和纳米分析中心,形成一张遍布全国的纳米科技研究协作网。

德国著名四大科研机构也是纳米材料研究的主力军。这“四大”指的是马普学会、弗朗霍夫协会、海姆霍茨大研究中心联合会和莱布尼茨研究联合会,其下许多研究所都纷纷开展纳米技术研究。其中,亥姆霍兹联合会是最大、官方色彩也最浓的科研单位。据调查,亥姆霍兹联合会现在拥有17个国家科研中心(国家实验室)、员工总人数达到3.1万人、年度科研经费超33亿欧元。

大学也是德国纳米研究的中心区域。在德国,有两百多所大学及高校中纷纷设立纳米技术研究中心,其中以卡尔斯鲁厄理工学院、德国不伦瑞克理工大学半导体技术研究所最为著名。

卡尔斯鲁厄理工学院是一所国家级的大型研究中心,综合排名位居全德第二,其纳米研究所属于国家级的大型研究中心。其化学系在美国ScienceWatch杂志1998年的世界排名中位列第19位。据统计,卡尔斯鲁厄理工学院历史上共有5位诺贝尔奖获得者,4位为化学奖。其中,让-马里·莱恩,德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)纳米研究所所长,因在分子的研究和应用方面的新贡献和美国科学家克拉姆·佩德森共获1987年诺贝尔化学奖。

可喜的是,目前两所大学已与中国纳米研究中心合作。德国不伦瑞克理工大学半导体技术研究所与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所合作,共建纳米器件研究中心。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)按照其纳米技术研究所(INT)的模型在中国南京建立了纳米科技研究所,并以新研究所的所长赫伯特·格莱特教授命名。

能够同时在纳米材料和生物材料领域均领先的欧洲国家,德国是为数不多的一个。

柏林——勃兰登堡地区是德国生物技术研究机构分布密集最高的地区,同时也是欧洲最大的“全方位服务型生物科技区”,共拥有6个生物科技园和2个特别实验室。柏林——勃兰登堡地区之所以成为重要的材料研究基地,主要因为众多知名高校和顶尖研究机构云集于此,包括柏林自由大学、洪堡大学、柏林科技大学、波兹坦大学等高等院校,以及赫姆霍兹联合会,马克斯-普朗克学会、莱布尼兹联合会,弗劳恩霍夫协会等一大批重点研究生物材料的研究机构。

英国:纳米材料逐渐没落、

生物材料表现突出

在欧洲的前沿新材料研究领域中,除了德国,实力同样雄厚的还有英国。

在公立的研究机构中,纳米技术研究所(IoN)是英国最权威的纳米研究机构,也是世界上最早提供纳米技术信息的研究所之一。IoN位于斯特林大学,建立初期曾领导全欧纳米技术科研,组织纳米论坛,并与政府、大学、研究人员及大型公司联系紧密,构成了一个庞大的研究体系。

然而,根据英国政府科技顾问的报告,由于英国政府没有投入足够的经费对纳米技术发展可能在卫生和环境方面带来的潜在影响进行研究,英国已逐步失去纳米技术研究的国际领先地位。

与纳米材料领域的日益没落产生强烈对比的是英国在生物领域的突出表现。作为世界上第一只克隆羊“多莉”的诞生地,英国在生物材料领域次于美国,居世界第二。据理财周报材料科学实验室不完全统计,迄今为止,英国在生物和医学领域已获得了20多个诺贝尔奖。

英国剑桥大学材料科学与冶金系是这一领域的顶尖高校研究院,有近200年的研究历史。2008年,由一家英国权威评估机构对材料科学与冶金系所做的评估表明,其95%的科研活动及其所取得的成果被认为具有世界领先水平或国际先进水平。剑桥大学的威廉·邦菲尔德教授被国际公认在生物材料研发方面作出了开创性研究贡献。邦菲尔德教授发表了450余篇研究论文,拥有生物材料、生物力学和材料科学80项专利。1998年,邦菲尔德教授,因为他在健康治疗和材料科学的贡献,被女王委任为英帝国指挥官(CBE)。同时,因具有跨学科的特殊贡献,已经被选为英国三院院士,即皇家学会(FRS)院士、英国皇家工程学院(FREng)院士和皇家医学学院(FMedSci)院士。

在英国,企业的研究对生物材料产业化进程起了重要的作用。涉及这一产业的企业除了世界著名的大型跨国公司Zeneca、GlaxoWellcom和SmithKliheBeacham之外,还有约250多家较小的独立公司,且每星期约有1家新的生物技术公司诞生,数量占欧洲同类公司的1/4以上。

日本:企业界是研究主力军

日本是开展纳米技术基础和应用研究最早的国家,目前在许多方面处于世界领先地位。

据调查,日本文部科学省推出的“先进技术的探索研究计划”,研究内容绝大部分是纳米技术的前沿课题。

在日本纳米材料研究领域内,顶尖的研究所主要有:国家先进跨学科研究所、国家金属研究院、国家无机材料研究院、日本物理化学研究所、国立材料研究所、日本产业技术综合研究所等。

在这些研究所中,特别值得一提的是国家先进跨学科研究所。该研究所的建立是为了更加有效地开展通产省于1991年开始实施的大型10年研究计划“原子技术研究计划”,它的建立也开创了日本国立研究所的一种新的研究模式,即官、产、学相结合的研究模式。

东京大学等重点大学是日本推动纳米科技研究的重要力量。其中,东京大学纳米材料中心、东京工业大学的量子纳米电子技术中心、大阪大学的产业科学纳米技术中心以及京都大学、东京技术研究所、东北大学的纳米研究计划影响力最大。

在日本,企业界是发展纳米技术的主力军。根据日本经济新闻社调查结果显示,在涉及纳米技术的80家大企业中,有大约40%的企业设置了专门研究纳米的机构,其中较为重要的6个企业研究所是:日立集团设立了“纳米技术管理推进中心”(纳米技术约占其长期研究经费的25%);日本电器公司“基础研究实验室”(纳米技术约占其研究经费的50%);日本电报电话公司“厚木实验室”;富士通公司设立了纳米技术研究中心。

此外,企业还与大学、研究院所广泛合作研究开发纳米技术。

日本昭和电工公司计划与产业技术综合研究所合作,开发纳米新材料批量生产技术;富士通公司计划和德国慕尼黑工科大学等4家科研机构合作研究;松下电器产业、武田药品工业等公司与京都大学、大阪大学的联合合作组织也开始启动;三菱化学公司也与京都大学开展了以纳米技术为中心的合作研究。

韩国:后起之秀

2001年10月12日,《科学》杂志出版的封面论文上登载了韩国科学家研制出世界上最细、集成度最高的纳米线的研究结果。至此,全球纳米科研界的目光聚焦到了后来居上的韩国。

与其他发达国家早就开始纳米研发不同,韩国在该领域的真正发展是从21世纪才开始的。韩国政府在纳米科技发展中起主导作用,建立全国纳米中心是韩国政府推动全国纳米技术研究与开发的重要战略举措。

2002年,在韩国大田市的韩国科学技术研究院成立国家纳米技术中心,旨在促进纳米技术的基础与应用研究及纳米技术的产业化发展。同时,韩国大田市正在以该纳米技术中心的建立为契机,制定“纳米技术城”计划,命名为“DaedukNanoBelt”。韩国梨花女子大学纳米化学系也是该领域较为出色的高校研究所。

以三星为首的大企业对韩国纳米技术的崛起也起到了重要的作用。韩国三星电子是世界上最早开展纳米技术应用研究的公司之一,1999年已经展示了纳米碳管CNT-FED,2002年其又成功研究开发出非内存系统单芯片领域最高水准的0.09纳米工程技术,并在2003年投入批量生产。

据悉,这将是纳米级芯片制造技术首次在DRAM芯片生产中得到应用。


在三星的背后,我们看到的不仅是,三星电子公司正借助纳米技术努力改进和增强其产品的性能和质量,更是韩国在国际纳米研究中地位的快速变化。