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战略目标导向下的美国国家纳米技术计划
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2016-04-11 来源:中国科学技术协会


“美国国家纳米计划 ”(The National Nanotechnology Initiative, NNI)是一项政府性研发计划。2000年1月由时任美国总统的克林顿率先宣布启动,成员单位有20家,包括联邦政府部门、独立研究机构及委员会。他们致力于通过在研究开发、政策制定、规范管理等方面的协同合作,促进纳米技术的发现、发展和应用,以实现NNI的愿景,即“对纳米微粒的掌控将引发技术和产业革命,带来更美好的未来”。本文将简要介绍NNI的新动向。
一、NNI基本情况
NNI在美国国家科学技术委员会(National Science and Technology Council, NSTC)框架下运行,具体行动计划、预算、项目实施及进度审计由NSTC技术委员会所属的纳米科学、工程和技术委员会(Nanoscale Science, Engineering and Technology Subcommittee, NSET)负责。NSET成员由NNI参与机构代表和总统执行办公室代表组成。国家纳米技术协调办公室(National Nephrology Certification Organization, NNCO)是NNI的对外联络部门,负责向NSET提供技术和行政支持,包括准备计划书、预算和评估文件,开发和维护NNI的网站(www.nano.gov),代表NNI对外发声,提供技术的早期应用、创新成果和专业意见等。
NNI实施以来,参与各方的总投资已超过220亿美元(包括2016财年总统预算请求),主要用于基础和应用研究,包括纳米技术研发、测试、设备、人才培训、环境影响、健康和安全等。2014财年联邦机构在纳米领域的实际总投资为15.7亿美元,2016财年申请预算15亿美元,反映了美国政府对纳米产业的一贯支持。其中,预算的43%将用于应用研究,凸显了美国政府对纳米技术商业化和技术转移的重视。
二、目标导向的战略规划
2014年NNI制定了四大目标,各成员单位围绕这四大目标开展了一系列行动:
1.推动世界级纳米技术研发项目
通过扩展知识边界和综合研发工作推动技术发展。虽然2014—2016年NNI行动方案不断强化了纳米技术向商业产品转化的重要性,但NNI各成员机构仍把纳米科学的基础研究放在首位,他们注重对多学科前沿领域和交叉领域开展投资研究,包括生物、化学、工程、材料科学和物理领域。目前针对该目标开展的行动包括:在石墨烯和石墨烯混合生物体的基础上研制2D纳米尺寸材料;开发可拓展的生产战略、分类识别工具和方法以及各种创新手段;验证出台纳米颗粒测量方法及各项指标标准;加强与学术机构和产业的合作,促进纳米科技的商业转化过程。总之,NNI成员单位广泛地支持了纳米技术基础研究和其他有利于实现该目标的活动。
2. 促进新技术向商业产品和公益产品转化
为加快纳米技术成果转化应用,更好服务国家安全、提高公民生活质量、促进经济发展、创造就业岗位,包括纳米技术在内的任何新技术,要从实验室走向市场,必须具备可拓展性、可重复性、良好的成本效益及精良的制造方法等特点。从尽可能造福美国经济这一角度来说,还需要扫除全球商业化的障碍——对特定商品潜在市场有充分认识和对知识产权的保护。纳米技术的商业化需要专业人才,NNI成员机构围绕这个目标,与学术界、企业界和国际团体密切合作、集聚资源,开展了一系列行动。例如,与企业和学术界研讨,吸收他们的意见,推出小企业创新研究(Small Business Innovation Research,SBIR)和小企业技术转移研究(Small Business Technology Transfer,STTR),支持小企业的创新发展。尽可能地开放研究基础设施,方便相关企业开展研究以促进纳米技术的商业化。
3. 培养专业人才、维护培训资源、完善基础设施,促进纳米技术发展
完善的基础设施是纳米技术成功开发的基础。NNI一项重要的投资就是人才和设备,只有这样才能实现目标,即推动世界级的研发项目,促进技术转化应用以及支持纳米技术负责任地开发。NNI通过筹资支持大学项目,尤其是研究生级别的项目来实现教育培训的目标。具体项目包括K-16教育,改进美国学校和大学纳米技术课程,向公众普及纳米技术等。除了这些项目外,NNI网站还提供入门知识培训、教学资源链接、培训和学位项目以及就业机会等。
4. 支持纳米技术负责任地开发
只有开展以纳米技术为基础的环境、健康和安全(Nanotechnology Environment, Health, and Safety,nanoEHS)研究,才能保证纳米技术负责任地开发,才能更好地保护环境,实现人类社会和经济健康发展。这项工作对美国实现创新发展,提高制造水平和经济竞争力至关重要。nanoEHS主要开展纳米技术在道德、法律和社会层面影响作用的研究,其研究的目的在于保证规范力度,树立公众信心,使纳米产品更加顺利地进入市场,让购买者相信这些产品是安全的、可靠的。
三、多方联合行动的工作机制
纳米技术联合计划(Nanotechnology Signature Initiatives, NSIs)是一系列NNI框架下的多方机构联合行动计划,其目标是通过机构间的合作,促进对国家具有重要意义的优先领域的研究和技术发展。2014—2016年,NSIs的重点任务包括:
1. 针对太阳能采集和转化的纳米技术研究,为未来能源提供解决方案
通过基础和应用研究改善光伏和光热装置,促进太阳能的开发。包括研究加强对光伏材料和装置的认识和识别,通过有机光伏电池的开发实现低成本太阳能发电,在光伏使用上更加高效、灵活,开发太阳能飞机和便携充电设备等。
2. 纳米制造的可持续性,创造未来产业
开发出强大的纳米制造方法,实现低成本生产纳米尺寸材料和设备。包括开发和大规模生产碳纳米管材料和纳米晶合金,实现在轻便装置、耐用陶瓷上的应用。NSIs成员机构曾在2014年召开了两次研讨会,主题是识别碳纳米管和纤维素纳米材料在广泛应用和商业化中遇到的障碍。
3. 2020及未来的纳米电子学
创新观念,发现和使用新的纳米尺寸加工技术,生产革命性材料、装置、系统,能够推动纳米电子学科发展。NSI机构与半导体产业合作,推出了两个跨学科大学研究项目,足以说明对纳米电子学的支持力度。目前,日益受到关注的领域是纳米电子新材料的开发和应用。
4. 纳米技术知识体系构造
通过知识体系和网络搭建,不断巩固美国在纳米技术上的领先地位。重视建设基于社区的和以解决方案和问题为导向的知识平台,促进纳米技术的发现和创新。NSIs成员在现有合作伙伴之间加强数据和模式分享,不断深化合作。
5. 纳米技术和传感器之间的相互作用,为纳米技术进步与健康、安全和环境保护提供支持
重视纳米技术在物理、化学、生物传感器上的应用。使用纳米技术的传感器有较高的敏感性和精准度,且更便于携带,比传统传感器耗电低。另外,传感器的开发也有利于促进纳米技术的发展,可用于探测生物和环境媒介中的纳米材料。