“别让我生气,你是不愿意看到我生气后的样子的。”在李安的影片《绿巨人》里,身体发生突变的布鲁斯·班纳经常阴郁地这样说。让一个素常温文尔雅的科学家变成能将M1坦克高高抛起的巨大绿色怪物的,正是他体内的超微型纳米机械。
现实世界里,纳米技术也许还不能复制绿巨人,但将另一个超级英雄“蜘蛛侠”搬下大荧幕,则完全不在话下。原来,蛛丝与墙壁接触时,两者表面会产生分子引力,帮助蜘蛛牢牢附着。如果碳纳米管排列得当,也具有类似的分子吸附作用。其韧度与强度,也像蛛丝般具有拉伸性变的柔韧空间,同时又如钢丝般坚固。
而放眼日常生活,从衣服到轮胎,从手机芯片到医用试纸,纳米科技已是我们身边“最熟悉的陌生人”。
特别是最近一段时间,伴随纳米世界一个又一个未知领域被接连解锁,久治不愈的疾病盼来了克星;濒临毁灭的建筑等到了救星;就连时下最热门的电动车,也因为纳米技术的介入,而得以向昂贵的氢燃料电池说再见。
为争夺在以纳米技术为代表的前沿新材料领域的领先地位,世界主要国家正展开一场轰轰烈烈的技术大战。
日前,我国国家重大科学研究计划“十三五”发展战略调研正式将纳米研究列入六个前沿科学方向之一。在美国,纳米技术成为自冷战时期“太空竞赛”后,政府投资最多的科学研究项目,甚至超过了人类基因组项目。
从实验室迈进日常生活,从产业链延至资本市场,纳米犹如一名“神兵”,正把一切不可想象的情景,变成现实。
⊙记者 朱贤佳 ○编辑 龚维松
在患有乳腺癌的鼠体内注射一种纳米新材料,并在肿瘤处使用近红外激光进行照射,仅仅4天奇迹出现:肿瘤痊愈了。这是中国科技大学的一项最新发明——“纳米之星”,这种兼具优良的光学性质和催化性能的纳米新材料,有望广泛应用于生物诊疗和催化领域。
一周前,在以色列一间物理实验室,黄金纳米粒子检测早期癌症的方法首次通过人体测试。患者只要花上几分钟,用含有黄金纳米粒子的混合物漱口,这些粒子便能给癌细胞着色。在医生的电脑屏幕上,患者的病情一目了然。
两周前,韩国纳米粒子研究团队开发出只攻击肝癌细胞的“纳米导弹”,最大限度提高了治疗效果。
除了救人,纳米还能拯救建筑。享誉海内外的中国台湾野柳女王头因颈围越来越细,恐有断头危机。最近,台大教授利用纳米涂料补强技术提高岩石的抗压力,替女王头进行了加固。
“纳米”二字,不仅是一种单位、一种材料,更是一项笼罩着神秘光环的前沿技术。而伴随科技的不断解锁与市场的热情追捧,“神兵”一样的纳米,正变得亲民。未来可施展拳脚的领域,也将无限度拓宽。
纳米点金术
清洁的代价就是昂贵?现实似乎如此。
不久前,丰田发布了一款氢燃料电池电动车FCV。甫一出场就被业界冠以“最清洁的汽车”称号。这款将于2015年3月正式上市的车型,售价700万日元(约合人民币42万元),大幅高于汽油车。
好消息是,纳米技术的介入,有望为昂贵的燃料电池汽车画上句号。
一直以来,燃料电池汽车推广的最大问题就在于金属铂的高昂价格和稀有产量。这种贵金属对于燃料电池阴极处的氧化还原反应的进行尤其重要。
最近,一组来自LBNL美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室、ANL阿贡国家实验室的化学家和材料学家组成的队伍开发出了创新的三维“纳米框架”催化剂,它在催化阳极氧化反应方面的性能超过了常规的铂—碳微粒催化剂,甚至大大超过了美国能源部对该技术预计的在2017年可能达到的技术水平。
这种双金属催化剂由铂和镍组成,具有中空、高活性、内外表面尺寸大的特点,使得它的效率和成本都大大优于目前的催化剂产品。从而拉动燃料电池的成本,在不远的将来有望大幅降低。
相比之下,纳米的点金本领在生物医学应用方面更为显而易见——“未来疾病诊疗,一个纳米颗粒就够了。”
一篇发表在8月26日英国《自然·通讯》上的纳米技术论文,公布了一种可用于8个不同生物医学应用的灵活纳米颗粒设计,这是首个能将如此广泛的临床相关功能“集于一身”的单一制剂。
来自美国加州大学戴维斯分校癌症中心的基特·莱姆及其同事,报告了一种基于单一化学结构单元的简单纳米颗粒设计,其被称为纳米卟啉。这种纳米颗粒非常灵活,能实现8种不同的生物医学应用,尽管这些生物应用不能同时进行,但仍体现出非凡的医学价值。
这项在小鼠身上进行的研究,有可能进一步推进个性化的纳米医学发展以及对特定病人的诊疗手段。
纳米技术,也将成为未来生物医学应用领域的新型“核武器”。
在我国,纳米神奇的点金术已经得到最高级别的重视。8月19日,国家重大科学研究计划“十三五”发展规划战略研究工作在北京正式启动,纳米研究被列入六个前沿科学方向。
技术争夺战
放眼全球,在以纳米为代表的前沿新材料争夺战里,谁也不愿被甩在后面。
在亚洲,韩国后来居上的姿态令日本胆寒。后者的纳米技术起步于上世纪80年代,远早于前者。但韩国在纳米方面的研究引发全球瞩目。
早在2002年,韩国科学技术研究院就成立了国家纳米技术中心,旨在促进纳米技术的基础应用研究以及产业化发展。同时,韩国大田市正在以该中心为契机,制定“纳米技术城”计划。而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。
另外,提到纳米技术一个不得不提的公司就是三星电子。
以三星为首的大企业对韩国纳米技术的崛起产生了重要作用。三星是世界上最早开展纳米技术应用研究的公司之一。1999年,该公司就展示了纳米碳管CNT-FED;2002年又成功研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。
而据韩国媒体日前报道,将于今年9月上市的三星Galaxy Alpha将搭载自己生产的20纳米处理器,可节电25%。
这样故事不单在一地上演。在欧洲,德国一直都是纳米研究领域的霸主,但最近一家俄罗斯企业放出了挑战霸主地位的豪言壮语。这家公司给自己的定位是:“材料界的谷歌或苹果”。
日前,在莫斯科外的杜布纳,俄罗斯纳米集团(RUSNANO)的纳米技术中心正式成立。RUSNANO总裁阿纳托利·丘拜斯在挂牌典礼上说,俄罗斯拥有一切在2020年前跻身世界纳米技术领导者地位的机会。
杜布纳是俄罗斯著名的“科学城市”之一。此次成立的纳米技术中心是俄罗斯在全国范围部署发展的科技网络中的第八个技术枢纽,耗资5700万美元。
一众新敌蒸蒸日上,老牌霸主也丝毫不敢松懈。
在日本,涉足纳米技术的80家大型企业中,有大约40%的企业专门设置了研究纳米的机构。其中包括日立集团、日本电报电话公司、以及富士通等。
而在纳米材料、纳米薄膜方面有很强优势的德国,也兴建了六大纳米研究中心,以及四大研究机构。
有意思的是,该国历史上的四位诺贝尔奖得主,都与纳米技术息息相关。
据研究机构预计,今年全球纳米技术产业市场规模将达2.6万亿美元。而德国四大研究机构之一的海姆霍兹联合会,一年的科研经费就超33亿欧元(相当于161亿美元)。足以说明德国政府对于纳米材料研究的重视程度。
“小而美”闪耀资本市场
“这个圈子并不狭窄,它与世界的联系很紧密。”芬兰国家技术创新局纳米项目主管马库·拉姆萨如此描述纳米的世界。
就如拉姆萨所言,纳米技术不仅与各类产业息息相关,更与资本市场紧密相连。
早从2004年开始,投资者就十分热衷投身与前沿技术相关的公司。不过一个有趣的现象是:过去8年“纳米板块”的走势明确表明,小而美的公司成长更快,回报率更高。
过去10年间,美林公司编制的纳米技术指数总体涨幅为70%,跑输纳斯达克指数116%的整体涨幅。
但仔细分析指数不难发现,巨型公司占比较大的情况在纳米领域尤为明显。像柯达公司、杜邦、陶氏化学等大型公司都属于纳米技术公司,但纳米产业真正在公司主营业务中的占比或许还不到1%。
然而就在美林纳米技术指数中,有四家中小型公司表现非常突出——十年间涨幅从翻番到飙涨4倍不一而足。
这些“小而美”公司多数集中在材料以及生物科技领域,无论市值增速还是股价表现,这两类纳米公司的成长性都堪称最佳。
比如,一家名为通用显示公司(OLED)的股价,过去10年间涨了4倍。该公司为显示屏和照明行业开发并供应最先进的有机发光元件(OLED) 技术、材料和服务,是这一领域的领导者。得益于柔性屏以及智能手机大幅增长,评级机构Zacks最近不断提升其评级,并称OLED的盈利能力是“令人吃惊”的。
电力系统中的两家中型公司——Eaton、Cabot最近5年的涨幅都是翻倍有余。
在美股选取的最具代表性的纳米股中,大块头公司的价格表现与纳米本身并无太大关联,而这些中小型公司飞跃的能力十分强大。
而放眼国内,尽管纯粹做纳米材料的上市公司并不多,但很多企业已不断往纵深研究发展。过去,即使一家纳米研究中心与华为近在咫尺,可能他们之间的关系只是邻居。但在未来,大企业与具备高精尖技术的小企业对的交流将更自然。
相信在A股市场,未来也会有更多“小而美”的纳米类公司应运而生。
纳米
一个很小的长度单位,1纳米=1/1000微米
举个例子来说,假设一根头发的直径是0.05毫米,把它径向平均剖成5万根,每根的厚度大约就是一纳米。
纳米科学与技术,简称为纳米技术,是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。
纳米技术的发展带动了与纳米相关的很多新兴学科。有纳米医学、纳米化学、纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学等。
全世界的科学家都知道纳米技术对科技发展的重要性,所以世界各国都不惜重金发展纳米技术,力图抢占纳米科技领域的战略高地。