小小纳米材料的大作为

王永生

近年来，新一代信息技术、人工智能等新兴产业发展火热。纳米技术与这些新兴技术相结合，进一步推动了彼此的发展。

纳米是21世纪的一大战略技术，近年来，纳米科技频频出现在人们的视野中，小到化妆品、家电，大到航天、交通运输与国防工业，都能看到纳米科技的身影。作为当今世界纳米科学与技术进步的重要贡献者，中国在纳米科技基础研究、应用研究与成果转化等方面不断取得原创性突破，越来越多的纳米黑科技产品面世，以微观尺度改变着我们的生活。党的十八大以来，纳米科技被列入“国家有望实现跨越式发展的领域”之一。

纳米科技改变生活

纳米，是人们很容易想到的微观世界。世界上，纳米科技早已成为关注的热点前沿科技领域，在基础研究、应用开发和产业化等方面都有许多重要的发展方向。在中国，业界也一直广泛关注并始终在持续研发及产业化过程中。

有人举过这样一个例子：如果把一个直径为一纳米的小球放在一个乒乓球表面，从比例上看，就像把一个乒乓球放在了地球表面。当物质达到纳米尺度后，性能就会发生突变。纳米技术正是利用了纳米材料的这种特殊属性来制造具有特定功能的零部件和产品。

石墨烯、纳米纤维素、纳米级气相二氧化硅……这些纳米新材料或有着高强韧性，或有着耐高温、循环可再生等优势。用这些新材料制成的设备、器件，可以实现一些过去无法实现的功能。

近年来，纳米新材料不断问世，带来一些全新的产业，拿我国的石墨烯产业来说，目前已初步形成了以新能源、涂料、大健康、节能环保、化工新材料、电子信息为主的六大应用领域。同时，纳米技术也让一些传统产业焕发新的生机，许多添加了纳米材料的日常产品也因此性能升级，给人们的生活带来全新体验。纳米科技是多领域交叉学科，与新能源、人工智能、生物医药等产业具有高度融合性。

上世纪80年代末，我国开始重视纳米材料和技术的研究，90年代中期之后，从事纳米材料生产开发的公司不断增多，社会资金投入也不断增加，纳米材料应用产业兴起。进入21世纪，我国纳米材料产业进入稳定、健康的发展阶段，包括纳米材料在内的新材料产业法规、标准也陆续出台，纳米行业从业者的外部环境逐渐变好，竞争更加有序。

我国纳米科技的布局较早，在纳米科技发展的开始阶段就同国际发展保持同步。同时，相关产业政策不断出台，从而明确我国纳米材料重点科研领域，为我国纳米技术发展指出具体方向。国家发展改革委等四部门联合发布了《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》，其中就提到“加快拓展石墨烯、纳米材料等在光电子、航空装备、新能源、生物医药等领域的应用”。

纳米项目挖掘越早越好

近年来，新一代信息技术、人工智能等新兴产业发展火热。纳米技术与这些新兴技术相结合，进一步推动了彼此的发展。在人工智能领域，多种智能终端、智能穿戴、智能家居等柔性触控设备都可以运用到纳米技术。在移动通信领域，移动互联网设备功能器件性能的提升也需要纳米技术的支持，如制造芯片的纳米刻蚀等核心技术。今年10月11日，第三届中国数字峰会上，中兴对外展示了包括了系统和芯片等在内的完全国产化的技术成果。目前，中兴已经在5G无线基站的核心主控芯片上采用了自主研发的7纳米技术，实现了7纳米芯片的商用化，这是中国在核心技术领域迈出的积极一步。

11月17日，由中科院科技创新发展中心（北京分院）、中关村科学城管委会指导，中科院北京国家技术转移中心、北京科学技术开发交流中心主办的“智汇行动”概念验证创新大赛——国家纳米科学中心专场路演在中科智汇工场多功能厅举行。此次活动旨在挖掘国家纳米科学中心早期项目，筛选具有前瞻性的未来科技项目，加大对中科院早期项目的扶持力度。

国家纳米科学中心定位于纳米科学的基础和应用基礎研究，目标是建成具有国际先进水平的研究基地、面向国内外开放的纳米科学研究公共技术平台、中国纳米科技领域国际交流的窗口和人才培养基地。在努力为中国纳米科技发展提供支撑的同时，国家纳米科学中心还致力于促进国家纳米科技产业的标准化和规范化发展，以期为中国纳米科技的健康、有序发展做出贡献。

基于此，中科智汇工场拟与国家纳米科学中心联合举办本次“智汇行动”概念验证创新大赛——纳米科学专场路演，参与此次路演的5个项目均和纳米有关。分别是：快速双光子超高分辨率荧光显微镜、大尺寸石墨烯玻璃、纳米纤维素基全生物降解薄膜产业化示范、新型可清理重复使用自吸式防尘口罩、基于小数据人工智能的精准医学解决方案。

路演采取专家评审制，参评项目最终得分为各评委评分的平均分。同时，该分数将作为年底“智汇行动”概念验证创新大赛项目决选的重要依据。对成功入选2020年度“CAS概念验证”计划的项目，将获得：概念验证专项资金、专属技术经理人跟进并提供科技服务、知识产权与法律顾问、“CAS空间”入驻办公、产业资源与地方市场资源对接、项目包装及品牌推广、中科学院科技创新管理培训等支持。

对于纳米项目的挖掘，参加路演的专家表示，纳米项目一般均有非常强的技术性和前瞻性，从项目挖掘的角度讲，越早突破口会越大，从技术层面以外，给予市场等方面的支持，从而实现技术的快速转化。

中科智汇工场介绍，纳米专场是“智汇行动”概念验证创新大赛的一场路演活动，目前中科智汇工场正以科技成果转移转化专项行动为抓手，依托成果转化运营载体，借鉴国内外先进经验，围绕支持早期项目成长，培养科技创新型人才，积极打造“CAS概念验证中心”。通过这样的活动全力支撑北京建设具有全球影响力的国家创新战略高地。

作为中国科学院北京国家技术转移中心的总部基地，中科智汇工场依托中国科学院和海淀区优势资源，聚焦于智能制造产业领域的科技创新综合体，通过打造的“早期概念验证、中期孵化加速、后期产业推广”三级运营体系，助力中科院、高校科研人员、社会优秀创新创业项目完成科技成果转化，技术产业化落地。

国家纳米中心高精尖纳米项目前瞻

快速双光子超高分辨率荧光显微镜

“眼见为实”，成像是科学研究中最重要的表征手段之一，成像设备是产品研发与产业化的重要领域。光学成像能够在生理条件下观察生命过程，是生命科学研究与医疗诊断中不可替代的成像表征方法。光学显微成像是光学成像的主要技术。新型成像技术的产生与市场化是一个非常活跃的领域，特别是能够超越远场显微镜极限的新型超高分辨率显微镜，科研需求强烈，产品需求迫切。以明星技术PALM/STORM、STED为例，从技术的产生到2014年获得诺贝尔奖，仅用不到十年时间。相關专利被显微镜公司购买并迅速推出商业化产品（徕卡STED显微镜;蔡司PALM显微镜;尼康STORM显微镜等），单台套产品售价在人民币600万元以上，具有较大的商业利润。

大尺寸石墨烯玻璃

项目目前处于实验研发阶段，通过脉冲电流加热技术制备的大尺寸石墨烯玻璃，有望替代ITO等导电玻璃。产品研发通过实验室中各种条件、方法的尝试进行，并对市场中同类产品进行调研，比较优缺点进行改进或提高，同时优化制备条件，形成适合工业生产的标准流程。

纳米纤维素基全生物降解薄膜产业化示范

由于对白色污染实施更为严格的监管，全生物降解薄膜的市场份额会迅速增长。本项目利用纳米纤维素可完全降解、柔韧性好、强度高的特点，开发多种可用于食品和药品包装的全生物降解薄膜。

新型可清理重复使用自吸式防尘口罩

该研发团队在前期微纳米复合材料研究积累和技术优势的基础上，成功研发了可多次重复使用的新型纳米纤维复合空气过滤材料。该材料利用低表面能纳米纤维实现了过滤效率和气阻的优化，达到了目前市场最高等级的PP HEPA的相关性能，同时在正常使用条件下过滤效率不会明显下降，容尘后可以直接清洗再生，实现了过滤材料的多次重复使用。研究发现该过滤材料经10次清洗后，其过滤效率保持不变，气阻只有不高于20%的增高。这项技术的推广和应用，有望大幅延长空气净化装置的使用寿命。

基于小数据人工智能的精准医学解决方案

传统模型拟合方法的准确率有限，因此需要大量样本用以学习目标规律。本项目通过优化特征组合及人工智能建模参数，可为小样本量、多分类问题提供高准确率的解决方案。目前，本项目通过与美国哈佛大学、爱因斯坦医学院、中科院北京基因组研究所等国内外多家单位合作，已在结核病、新冠COVID-19以及法医学领域等获得多项模型成果，多分类准确率均达95%以上。