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发展纳米技术刻不容缓
作者:丰海纳米 来源:原创 日期:2011-4-29 17:15:39

——在丰海公司2002年专家年会上的讲话

张立德 教授

(2002年2月20日)

        很荣幸参加丰海公司2002年度专家年会。今天给大家讲三个问题,第一个问题:当前发展纳米技术特别是实用化技术刻不容缓;第二个问题:中国目前纳米技术发展的现状、遇到的挑战和问题;第三个问题:结合丰海公司去年一年的工作,谈一下如何发展纳米技术,如何推动纳米技术的产业化。

        一、发展纳米技术刻不容缓
        纳米技术作为21世纪的主导技术,已成为全球政治家、经济学家和科学家的共识。从2000年美国公布报告后,各国均制定了规划发展纳米技术。在这点上,我觉得没有什么可讨论的。不论在发达国家、还是在发展中国家(包括中国在内),发展和依靠纳米技术都是不以人的意志为转移的,不容选择的,只有走这条路。谁走的策略对,谁走的快,谁就可能在未来的国际经济、政治竞争格局中胜出。
        当21世纪的钟声敲响之后,人们并没有沉浸在20世纪取得的辉煌成就之中。人们都在思考,现在世界人口不断增长,能源非常有限,环境逐渐恶化,人类生存面临着挑战。那些在微米技术即第三次浪潮中受益的国家现在也都面临困境。美国从去年开始进入衰退期,并不是因为9.11,9.11是导火线,日本连续5年经济负增长,亚洲的四小龙辉煌十多年现在增长都在零左右徘徊,全世界经济虽然仍在增长,但发达国家普遍均在2%以下。这些问题说明了什么呢?说明微米技术、信息产业、生物产业及其它高技术产业在内都面临着新的问题。那么什么技术才是21世纪的主导技术?是信息技术吗?没错。是生物技术吗?也没错。但是,信息技术、生物技术内涵在不同时间是不一样的。我们现在的信息技术,IT也好、IC也好,应用什么技术才能提高它的运算速度,提高它的贮存能力?主要还是靠纳米技术。
        现在世界各国对纳米技术的发展都非常重视。先讲一下日本。日本在第三次浪潮中是受益最多的一个国家。二战后它是一个战败国,当时的经济在世界上排12位,到80年代一下子跃至世界经济第二位。它抓住了微电子技术,全面地对它的传统产业进行改造,发展以微电子技术为主导的产业。它在微电子技术方面不比美国差,但现在也走下坡路了。因此,2001年日本通产省、教育厅、科学技术厅都多次组织座谈研讨纳米技术。日本对纳米技术是重视的,它在70年代就开始了研究,但是它对产业化的问题过去没有战略上的思考。现在,日本国会提出要把发展纳米技术作为今后20年日本的立国之本。以通产省为主,科学技术厅、教育厅配合组织、论证,发展纳米实用化技术,增加在这方面投资。政府投资和美国差不多,达到了5亿美元。前几天,日本《经济新闻》正式报道了日本在世界上非常有名的大公司已经开始部署发展纳米技术。特别象日立这样大的公司把十个下属机构组织起来,投巨资成立了纳米技术产业推进中心,长远的策略和近期的策略相结合,长远发展以纳米技术为主导的产业,象纳米电子与纳米加工这些事情。但更重要的近期目标是从现在开始在2年内发展5项实用化技术,加快实用化的发展。又如日本的三菱化工,成立了一个以碳·富勒烯材料家族为中心的纳米材料研究所及其应用产业中心。另外,三井、昭和电子都制定了纳米实用化技术目标,尽快的实用化。武田药业、东和纺织,都已经把纳米技术和现代、传统技术相结合来发展新的实用化技术。日本这些大公司的产品注入了纳米技术的含量,就增强了在国际上的竞争力。
        再讲一讲亚洲四小龙,包括咱们国家的台湾地区。我最近跟台湾一些专家在香港长谈了几次。他们认为大陆在纳米技术的基础研究方面做得很好,发表的论文总数排世界第三位,仅次于美国、日本。但台湾也有它的优势,那就是纳米技术的实用化速度很快,兴起在80年代。今年台湾投资150亿台元相当于人民币35亿元用来发展纳米技术,以产业做龙头,以纳米实用化技术为主,带动上游的基础研究工作。他们中央研究院发展纳米技术怎么开题呢?不是从科学家那里拍个脑门或者制订一些计划就攻关,它是市场提出问题,然后就纳米技术能不能解决来论证。例如:手提电脑,他说现在台湾的手提电脑生产占世界市场的55%,台式电脑占全世界的70%,手提电脑发展趋势是轻,外壳轻。用纳米工程塑料行不行?用镁合金+纳米技术行不行?而且镁合金和纳米技术结合以后,不要电镀也非常亮,电镀能不能代替掉?这些问题就是结合电脑提出来,而后找专家论证,确定题目,各方面来攻关。一个产品技术的集成需要多方面的人,不是靠哪个科研单位能干得了的。题目确定后,部署基础研究,那一块问题还没解决就去研究,但最终是完成这个产品,同时还有年限限制,在3年到5年一定要拿出。塑料在将来能不能实现屏蔽功能?电磁波屏蔽、声波屏蔽,还很轻,已经结合这方面来做研究了。从实用化切入,然后带动上游、带动各个环节发展,带动那个,部署那个,政府就这么来做。
        再如,印度提出要象抓软件产业一样来抓纳米技术,而且目标就是超中赶日,在亚洲中国和日本比他强。因为它七年把软件搞上去了,所以也想在纳米技术方面尽快搞上去。
        再举一个例子,南韩政府不简单,最近出台新举措,它把全国各大学搞纳米的优秀人才都集中到汉城大学,成立一个纳米技术学院,由国家调人才。大的公司都有自己的目标,如三星公司,就是要把显示技术搞上去,专门投资5000万美元用来研究下一代有纳米技术内含的显示技术。它也是以市场为目标部署这些的,是倒着来的。发展纳米技术,国际上一个很重要的趋势,就是一方面从现在开始部署未来能形成新兴主导产业的比如:纳米加工、纳米电子、纳米医疗以及机器人等的基础研究;一方面纳米技术对现在的信息高科技产业和传统产业进行切入改造。如美国的促进计划对这一点从来就没有放松过。美国从很多产品切入,包括阿波罗纳米润滑剂、水泥的纳米添加剂、新型的纳米涂料以及一些药物,还有象燃料、汽油、煤等都有纳米技术的内含。但是,人家只干不说。对中国来说也是这样,一方面要下大力气部署未来二三十年要抢占世界市场的纳米主导技术,但更重要的是发动企业家和科学家们,把现在已成熟的纳米技术与传统技术相结合,使传统产业升级。这个机会就在我们脚下,而不是象美国总统报告写的那样,把我们引向二三十年以后,再等二三十年我们就全都晚了,就连粉体到时都得买国外的。一个新兴主导技术的兴起,首先从现有的、传统的技术和产业切入,历史上几次工业革命主导技术的发展史已经证明了这一点。
        第一次产业革命主要以蒸汽机技术,即热能转变成机械能技术为主导技术,是从手工业和纺织业切入的,形成机械化为主导的产业,它使英国成为了第一个工业化国家。第二次产业革命主要以电的发现、使用为标志,形成以电气化为主导的产业,使德国、美国成为当时经济增长最快的国家。它也是从传统产业切入,首先用电代替蒸汽技术。第三次以半导体为主要标志的工业革命,同样也是从传统产业切入,首先对传统技术进行改造,如改造交通运输,改造机械制造,改造电力能源,改造仪器、仪表工业,改造纺织工业等,这些都是用电使传统产业升级,然后才有了有线通讯,无线通讯,发射塔、电台等。再后来才发展微电子为主导技术的IT、IC产品,形成以电为主导技术的产业。这次产业革命中日本是最大的受益国。
        从三次产业革命的发展可以看出,每一次产业革命的主导技术的发展,都有一个过渡期、成熟期和衰退期。开始发展,都是从传统产业切入的。纳米技术一开始难道就能形成以纳米电子管、纳米晶体管、纳米加工设备等纳米技术为主导技术的产业吗?肯定不行,这些东西现在是要研究、培育。现在纳米技术进入应用,是和传统产业、传统技术在交叉过渡。我们对当前的机会再也不能够熟视无睹了,否则,是要吃大亏的。

        二、中国目前纳米技术发展的现状、遇到的挑战和问题
        中国当前纳米技术发展的现状和水平怎么去估价呢?应该说,我们在纳米技术基础研究和应用研究上都引起了国际上的重视,确实位居前例。中国近几年在ICA上发表的论文(去年APEC统计)仅次于美国和日本,超过德国,位于第三位。如果把2001年和今年初的论文包括在内,中国在世界排第二位,超过日本,占全世界发表论文总数的15.2%。中国的纳米材料专利占全世界该领域专利申请总数的百分之二十以上,这应该说相当不错了,当然这里包括三资企业在中国的纳米专利申请。
        我们以纳米技术为核心的粉体产业有31条线,氧化物是14条线,氮化物是3条线,碳化物、碳管加起来是5条线,金属、合金加起来是5条线。国内生产纳米氧化锌的有几家,但丰海是最有显示度的。现在纳米材料发展中存在着不少问题:一是认知上的问题,对纳米技术这个内含认识的不很清楚。把纳米技术很宽广的领域仅仅理解为纳米材料,把纳米材料很宽广的领域仅仅理解为纳米粉体,这显然是片面的;二是过度的注重尺度的概念,而忽略了纳米的内含。纳米和米、毫米、微米都是长度单位,没有什么特殊的。纳米技术、纳米材料那是有特殊内含的,不能随便叫。如果确实是纳米材料,它的性能和原来的微米材料不一样,和组成它的原子、分子也不一样。如果没有出现新的性能,就是粒径小于100个纳米,也还是普通材料,顶多叫纳米级材料,与微米级材料是一样的。三是对创新的难度估计不足。不是说材料到了纳米尺度就自然而然有这样一个性能,也不是说到了纳米级的粉体就能直接去用,这是一个很复杂的系统工程。纳米材料有特殊性能以后和现在的微米粉体是不一样的。微米粉体的团聚就少一些,可是纳米材料就不行,一动就团聚,你不给分散开,就用不了,可能效果会更坏。还有些人对纳米材料的性能没了解的很清楚,就随便往里加,原来这个产品用“这个”东西,我就加“这个”东西,那是要犯错误的。纳米材料的使用不那么简单,对创新的难度要有充分的估计;四是对我们所处的时代没有正确的估计。现在虽然还处于微米时代,但和纳米时代在交叉,纳米技术在交叉中就已经开始发展了。我们现在很多方面,包括能源、环境、精细化工、轻工、纺织等领域,都开始使用纳米技术了。我们为什么不抓住这个机遇呢?新生事物发展的过程中问题总是会有的,关键是要制定正确的战略和政策来发展我们的纳米技术。
        我举几个有显示度的例子来说明纳米技术对传统产业是相当有效的。山东青岛在春节之前搞了个试验,实验者是西安的。向传统煤中添加了一种纳米材料,这个材料有助燃和催化的作用,它把煤的燃烧过程变成一个气态的燃烧,原来煤燃烧火焰在中间呈红火,当把掺有纳米材料的煤加进去,整个炉膛都是亮的,象烧煤气似的,加的煤节省40%,排出的烟都是白烟。而且效率特别高,对于同样的锅炉蒸汽压力,原来煤加热需要37分钟,而添有纳米材料的煤加热只需要14分钟,加入的纳米材料的重量只相当于原煤重量的五万分之一。现在美国也是将几万分之一的东西加到燃料里去,其效果就是好。
        再如,山东烟台的三防涂料,既显示屏、电视机使用的防静电、防眩光、防辐射涂料。我们知道家用电器的辐射很历害,美国2001年出台了几个技术标准,其中电器要求吸波,按照这个新的标准,我国的微波炉就没法出口,现在中华学习机就停止制造了。我们知道任何电子打到屏幕上都会有射线出来,有短波的X射线,也有微波的各种射线,这些对人体有累计效应。我们不会感觉到,因为偶尔用一下。但实际上在网吧、在期货交易中心,很多工作人员都有职业病。这就要求如何对显示屏进行辐射屏蔽。将来我们能不能用吸波塑料?本着为解决这个问题,这家烟台公司于1998年成立了研究中心,经过一段困难时间,去年被国家计委评为示范项目。今年它的1吨涂料就卖180万元,现在每年能生产10吨,水平超过了南韩。现在正发展第二代、第三代。现在公司开始扭亏为盈,开始挣钱了。
        还有,重庆有一家电镀厂,他们跟西南师范大学共同搞一个技术,用纳米技术改造传统的电镀工业,使三道镀镍变成了一道镀镍,节省了工效,节省了原材料,改善了工作环境,强度、光亮度都通过了鉴定,明显好于以前。还有我们精细化工尤其是涂料行业不出二、三年就会有大量的产品出现。北京申奥,对内外墙涂料用量很大,要求防腐防水,北京生产涂料的厂很多,他们现在都在纷纷鉴定他们研制的新产品,准备抓住北京奥运的好机会。另外,在药物、食品方面,人们都开始考虑用纳米技术去结合。中国现在有300多家纳米公司,投资额近60亿元,我相信绝大多数企业家是认真地在搞创新。

        三、结合丰海的经验,谈谈如何发展纳米技术,如何使纳米技术尽快产业化
        如何发展纳米技术?我认为刚才骆总的报告就讲得非常清楚。他的企业经过改制后产权很清晰,有一套企业文化,更重要的是在企业的技术和市场之间搭建了一个应用技术的平台,搞实用化产品,使纳米技术能很好地使用到传统产品中去。这是丰海的第一条经验。
        国内纳米产业我了解很多,去年考察了十三个省市,我认为丰海公司做得相当不错。纳米产业目前特别需要实用化的技术,国外在这方面很重视。只有实用化技术才能直接进入市场,这就是在纳米技术与市场之间搭桥。目前纳米产业存在的许多问题,都集中表现为这个“桥”没有搭好。
        首先,看纳米粉体材料的包装。全国有30多家生产纳米粉体的,大部分包装问题没有解决,有的还没有认识到这是个问题。有个纳米碳酸钙厂,我去看了,在CaCO3被生产出来以后,包装不合格,生产车间大气裸露,没有控制好室内相对湿度,没有控制好室内的清洁度。这样CaCO3很容易吸附水份,很容易团聚。它的包装是一层塑料和纸袋子,这样包装是不行的,纳米材料是不能这么包装的。这样,开始是纳米材料,人家买去一周以后就变了。浙江一家公司就是这样,用户发现刚买来时还行,过了一个月后就变了。为什么呢?包装问题没解决好,包装的环境问题没解决好。研究院所过去因为不大规模生产,所以不去研究产品的包装、运输、保存等问题,他们认为这是企业家要考虑的,所以在整个纳米产业,这个问题目前还没有很好解决。
        其次看纳米材料的改性。纳米材料改性是一把钥匙开一把锁,根据你不同的目标,来选定要修饰什么,怎么修饰。修饰这个东西不但是要解决分散问题,更重要的是和应用体系相匹配,这是个系统工程,挺复杂的。浙江一家研究丝绸的单位买了舟山的粉体,一用不行,他不会用,反说纳米技术不好。他不是用纳米技术来使用纳米材料,而是用微米技术来使用纳米材料。杭州的一家则是买错了东西,他本来是要亲水的,结果买了个亲油的。他找舟山,舟山让找张教授,他给我打电话,我问明白情况后,告诉他往丝绸里加纳米粉体必须是亲水的,用亲油的不行,这时他才恍然大悟。目前,纳米粉体厂家在销售粉体时,或者不愿意将其技术告诉使用厂家,或者本身就不懂应用技术,造成使用厂家在买到粉体后不会使用。这就在纳米粉体厂家与使用厂家之间产生了矛盾。这个矛盾一直困扰着纳米粉体厂家,限制了其市场的拓展。把纳米材料用到一个产品上是一个系统工程,是使用厂家和生产厂家共同研究的结果。这个实用技术的平台需要去搭建,否则,你就没办法将其产品推向市场。
        丰海公司去年走出一个路子。他们做了大量应用基础研究工作,这种基础研究不是为了知识创新,而是结合市场,结合他们的产品如何进入市场进行研究。他们搞了制备技术、分散技术、表面修饰技术,还搞了造粒研究、乳液研究、组合技术研究等。在橡胶方面,他们将粉体制成母粒,你买上母粒直接往橡胶里应用就可以了;在塑料方面,直接用母粒就行;在油漆、涂料方面,买乳液就行;在杀菌、抗菌方面,买他们的组合技术就行;特别是在电子陶瓷方面,因为电子陶瓷里的东西挺多,如果直接卖给你氧化锌,你自己不会用,现在丰海公司把包括氧化锌在内的6种元素搞到一起制成了母粉,厂家直接买母粉去烧就行。这样厂家也不用对产品进行分散,就可直接运用,这样就解决了矛盾。这是一条值得推广的经验。丰海公司在这方面就搭了很多“桥”,这些桥就是丰海公司将其产品推向市场的一个个平台,就是它挣钱的平台,就是技术转化为财富的平台,这样公司就有技术含量。我认为一个公司如果有能力,它就应该研究如何去用,就应该去研究纳米材料的实用化技术。
        丰海的第二条经验是搞好“三个结合”,即纳米技术和传统技术结合、专家和企业家结合、企业和政府结合。
        我今天非常惊讶,丰海请来这么多专家,而且由张高勇院士出任公司专家委员会主任。他们做到了三个结合:纳米技术的专家和传统技术的专家以及其他高技术专家相结合;技术专家和企业管理者相结合;企业和政府相结合。这是当前纳米产业发展很重要的一点。
        纳米技术是个边缘学科,是个集成技术。特别是产品,你说产品是什么呢?产品是技术的集成,技术又是科学的集成。“今天的科学、明天的技术、后天的产品”这句话说得很好。事实上,现在技术变成产品的速度,以及产品进入市场的速度是太快了。纳米技术如果还按部就班,研究所进行源头创新,然后回来再去转让,那什么都来不及了。如果网络通讯也这么发展,能在四年就普及全世界吗?不能。纳米技术现在确实要向传统技术切入。往抗菌、杀菌切入,就要医药方面的专家;向纤维切入,就要纤维方面的专家;向塑料切入,就要塑料专家;向橡胶切入,要橡胶专家;对纳米粉体的表面改性要用表面活性剂,那就要表面改性方面的专家,这些都要结合。这是个系统工程,结合的越好,你就越有发展前途。
        丰海的第三条经验,是企业家在纳米产业发展中发挥主导作用。从丰海公司的经验看,纳米技术产业确实应该以企业为主体。企业家是能够把技术变成财富的桥梁,是主力。科技人员不懂经营,要把他的技术推向市场就必须与企业家相结合,结合好了就优势互补了。拿丰海公司来说,自从体制改革以后,靠体制就把公司搞活了,很多科技人员的才华能够在公司得以施展,而技术能很快进入市场。我不太主张三、五个人拼凑些钱就去办纳米公司,或者是科技人员退休下来办一个纳米研究所,这是把纳米技术看得太容易了。这样的例子北京有好几个,失败的教训也有,有的来找我。确实是几百万元一折腾就没了。由于你只有技术,却不懂经营,技术只有和管理专家结合才能充分发挥作用。
        丰海的第四条经验是重视申请专利。他们去年获得了一个发明专利,申请了四个发明专利,现在还在申请新的专利。纳米技术专利的大战早就开始了,都在圈地。国际上已经圈了,在巨磁电阻方面,美国从1988年开始到现在共申请了26个专利,这其中包括从德国买回的专利。美国把巨磁电阻在IT产业应用的市场全部囊括了。还有些传感方面也是如此。住友公司申请了SiO2作为粘结剂进行陶瓷烧结这方面的专利,如果你在烧结方面加入SiO2的产品进入市场,那么你就得拱手把百分之几的利润让给他。宁波就有这样的教训。现在入世了,国际游戏规则不是按照你所想象的,你乐意怎么办,就怎么办,必须和国际接轨。现在丰海公司申请专利就绝对重要。如果再不这样做,我们就失掉了竞争的机会。国家现在很重视申请专利,支持申请专利。由于申请专利不能保密的太多,因此,我们有些很重要的技术也可暂不申请专利。但总得来讲,专利是竞争的潜力。
        丰海的第五条经验是团结协作干大事。家和万事兴,在天时、地利、人和之中,人和最重要。人和,从广义上来讲,包括各个方面、各个学科技术人员的结合。我觉得丰海公司的企业文化非常好。因此,它就能吸引各方面的人才来这儿工作。在某个时期,并不是靠金钱和财富来吸引人才。靠什么呢?靠信念和前景。靠精神的力量,精神变物质,物质再变精神。从这一点上看,丰海公司做得很不错。

        最后赠送丰海公司四句打油诗:
        马年交大运,挑战更严峻。丰海有机遇,创收争先进!
        (根据录音整理,未经本人审阅) 

        附:张立德教授简介
        张立德,1939年出生,辽宁省营口市人,研究员。1964年毕业于北京大学物理系,1968年中科院金属研究所研究生毕业。1980-1981年在德国马普学会金属研究所进修。回国后受命筹建中科院固体物理研究所,曾任该所所长。1987年率先在国内开展纳米材料研究,创建了中科院固体物理研究所纳米材料与纳米结构研究室和纳米材料应用发展中心。主要从事纳米材料与纳米结构的研究。现为国家纳米科技指导协调委员会委员、技术专家,国家重点基础研究“973计划”纳米材料首席科学家,863新材料和技术主题战略规划专家。1994年撰写出版了我国第一部纳米材料专著《纳米材料学》,此后又出版了专著《纳米材料和纳米结构》,编著了《纳米新星》和《纳米材料》。2000年受邀给两院院士做“纳米材料和纳米结构”学术报告。之后,受山西、山东、河南、江苏、浙江等十几个省市邀请,做有关纳米技术的报告。


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