2.2 各国纳米功能材料现状

2.2.1 美国：纳米技术研发与国家计划同行

美国在纳米技术应用与研发方面走在世界的最前沿。美国物理学家、诺贝尔物理学奖得主理查德．费曼预测：未来的某一天人类能够在小尺度下操运和控制物体，甚至可以制造出微型计算机。他指出，如果他的假设有朝一日能够实现，必然会有一系列的原子级观测设备问世。如今，费曼先生预言的观测仪器已经问世。这些仪器包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜和近场磁力显微镜，它们为测量和操纵纳米结构提供了“眼睛”和“手指”。

纳米工具与科技的极大进步在科学界引起轰动，微观尺度下材料的新特性所带来的极大发展机遇引起了美国的极大重视。IBM的前首席科学家约翰．阿姆斯特朗在1991年写到：“我相信纳米科学和技术将会是下一个信息时代中心，就像在70年的微米引起的革命一样”。同年，美国政府正式将纳米技术列为“国家22项关键技术”和“2005年战略技术”。1997年，美国国防部把纳米技术提高到战略研究级别。2000年1月21日，美国时任总统克林顿在加州理工学院宣布正式启动国家纳米技术计划（NNI），标示着美国全面推进纳米技术研发时代的到来。

1．NNI——纳米研究的奇迹

美国纳米研发计划要晚于日本，但是比后者取得了更为显著的成效，这与NNI是分不开的。

美国NNI从1996年开始跨部门之间讨论、论证、立项到实施经历了几年的过程。1996年，联邦机构的几家代表决定定期举行会议讨论纳米科学和技术问题。这一小组到1998年被白宫科技政策办公室下面的国家科学技术委员会（NSTC）正式指定为纳米技术跨部门工作组（IWGN）。IWGN为美国最终制定国家纳米技术计划做了很多铺垫工作。由该小组1999年8月完成的纳米科学技术草案，经总统科学技术委员会和白宫科技政策办审批后，于2001年递交美国国会申请预算。克林顿政府将纳米科学和技术提升为国家级计划，官方冠名为国家纳米技术计划（NNI）。

根据NNI，美国联邦政府将长期扶持纳米研究，以期在材料与制造业、纳米电子、医药保健、环境、能源、化学、生物技术、农业、信息技术、国家与国土安全等领域取得突破。联邦政府还将在纳米技术的基础研究方面投入巨资，以期解决基础研究和应用开发脱节的问题。自2001年第一年拨款5亿美元至今，美国NNI已经累计投入逾200亿美元。

2003年，布什政府给NNI设定了九大挑战性任务：①设计出更牢固、更轻、更坚硬、自修复、更安全的纳米结构材料；②纳米电子学、纳米光电子学、纳米磁学的知识创新；③先进保健、治疗法和诊断；④用于改善环境的纳米技术应用；⑤高效节能与储能；⑥微型航天器太空探测及其产业化；⑦用于传染性疾病和探测生物威胁的生物纳米传感器；⑧经济和安全交通上的应用；⑨国家安全，与本土防务有关的工作，包括化学、生物、辐射以及爆炸监测和预防。这些重大挑战中的很多项目与参与NNI不同机构的使命吻合。

目前，NNI的战略目标和投资项目主题领域主要包括八个方面：①纳米现象与过程的基础研究；②纳米材料；③纳米器件与系统；④纳米技术仪器仪表研究、计量和标准；⑤纳米制造；⑥主要研究设施和仪器仪表的采购；⑦环境、健康与安全；⑧社会与教育。

NNI的目标是掌握和控制纳米尺度上的物质，为社会发展带来一场技术和产业革命。为了实现这一大目标，2014年NNI列出了四个具体目标：①推进一个世界级的纳米技术研究和发展项目；②促进新技术向商业产品和公用产品的转移；③发展和维持推动纳米技术发展的教育资源、熟练劳动力、动态基础设施和工具；④支持纳米技术的可靠发展。

2．发展与监管并存

在NNI高速发展、纳米研究不断发展的同时，美国并没有放弃对纳米安全伦理问题的重视。NNI启动的最初几年，对环境、健康与安全风险（EHS）方面的投入不大，这引起了公众与美国国家研究理事会审查委员会的严厉批评。作为回应，从2010年开始，NNI发布经过修改的EHS研究战略计划，将EHS的研究经费提高至9200万美元。

在NNI以外，美国高度重视对纳米研究的外部监管。目前，美国对纳米实行监管的机构包括环境保护局、食品药品管理局和疾病预防控制中心。与此相对应的是各种对纳米材料实行监管的法律法规，包括《有毒物质控制法案》《职业安全与健康法案》《纳米技术进步和新机会法案》《2010纳米技术安全法案》等。大量的投资与严格的控制管理，共同促进了美国纳米技术研究的不断进步。

2.2.2 日本：纳米基础研究与应用研究相结合

日本是世界上开展纳米技术基础研究和产业应用研究最早的国家。早在1981年，日本科学技术厅（现为文部科学省）就已推出“先进技术探究计划”（Ex-ploratory Research for Advanced Technology，简称ERATO），在实施的ERATO前沿基础研究项目中，绝大部分项目与纳米相关，包含了纳米材料学、纳米分子学、纳米电子学、纳米加工、纳米结构等纳米技术的前沿课题。在美国NNI开展以前，ERATO一直都是世界最领先的纳米研究计划。从1981年ERATO创立开始至2000年美国NNI计划开展以前，ERATO一共发表了9000多篇纳米技术领域的学术论文，其中在英国《Nature》杂志上发表30余篇，发表专利1500余项。从1991年起，日本通产省（现经济产业省）先后实施了数个有关纳米技术的大型十年计划，每项计划投资均在数千万甚至数亿美元以上。

2000年美国宣布的NNI及其带来的美国纳米技术快速发展给了日本很大的冲击。日本的纳米技术权威学者川合知二认为：美国NNI是在日本最得意的领域发出对日本人的挑战，受此影响，日本各界舆论纷纷要求制定纳米科技发展战略。在危机感压迫下，日本政府于同年12月出台了《纳米技术战略报告书》。在2001年6月制定的第二个五年（2001—2005）科技基本计划中，日本重新将纳米技术确定为八个重点领域之一，并且纳米技术被放在了重中之重的位置。

在2006年3月日本政府发布的第三期科技基础计划中，纳米技术与材料作为重点占据了62项战略重点科学项目中的10项：①解决洁净能源成本大幅度降低的材料技术；②解决资源问题中最关键的稀少资源及不足资源的替代能源创新技术；③支撑安全舒适生活的创新纳米技术与材料技术；④以改革创新为核心的新型材料技术；⑤突破设备性能界限的尖端电子学；⑥实现超早期诊断与微创治疗一体化的尖端纳米生物医疗技术；⑦纳米技术社会接受能力的研究开发；⑧改革创新中纳米技术实用化的先导研发；⑨纳米领域最尖端的测量与加工技术；⑩X射线自由电子激光开发。

除了政府制定国家纳米计划以外，在日本企业是发展纳米技术的主力军。日本的80余家大企业中，有大约40%的企业设置了专门机构发展这一高新科技。三菱、伊藤忠和丸红等综合商社已经同美国的风险企业设立合资公司，把纳米技术列为新的发展项目。富士通公司设立了纳米技术研究中心，住友电工公司也组织了纳米技术研究班子。日本企业首先集中科研力量加强纳米技术开发；其次，纷纷建立专门从事纳米技术研究或专门生产纳米材料的分厂、分公司，并且日本的企业在纳米技术研发上与广大高校有着密切的合作。

必须要指出的是，日本纳米领域研究开发实力虽然居世界领先地位，但是目前仍未脱离基础和应用研究阶段，距离实现产业化与实用化尚有一段距离。这背后的深层原因是法律法规滞后、风险投资企业环境不成熟等。

2.2.3 欧盟及其成员国

1．欧盟：在科技框架计划中推进纳米技术发展

欧盟也是几个较早大力推广纳米技术的地区之一。在推广其科研计划的过程中，欧盟启用“欧盟科技框架计划”，由欧盟委员会实施和管理，同时协调和推进各成员国的科研计划。早在第四框架计划（1994—1998年），欧盟就开始重视并资助了大量纳米技术项目，该计划中80%的项目与纳米技术有关，欧盟每年在纳米技术领域的投资达到3000万美元以上。在第五框架计划（1998—2002年）中，欧盟继续资助并加大了在纳米技术领域的投入。在NNI成立以后的第六框架计划（2002—2007年）中，欧盟改变了对纳米技术研发的策略，不仅仅单纯地资助纳米学科，同时将纳米技术与科学作为欧盟各成员国优先重点发展领域之一。

在欧盟第七科技框架计划中（2007—2013年），欧盟投资501.82亿欧元用于资助六大领域，其中国家合作领域的投资额高达322亿欧元，占据了欧盟60%的资助经费。而纳米技术作为国家合作领域的十大主题之一同样也备受关注，其经费投入达到34.75亿欧元。

在欧盟第七科技框架计划中，欧盟在纳米技术领域的投入旨在提高欧洲纳米工业的竞争性，并且用纳米技术将欧洲的工业由资源密集型转变为知识密集型；在发展纳米技术的同时，通过加强纳米技术与其他工业领域的交流合作来实现整个欧洲工业的阶梯式发展。

2013年12月11日正式启动“地平线2020”（2014—2020），其宗旨是：帮助科研人员实现科研设想，获得科研上新的发现、突破和创新；促进新技术从实验室到市场的转化。预算总额770亿欧元，比第七研发框架计划增长近50%。到2020年，欧盟研发与创新投入要占欧盟总财政预算的8.6%。

“地平线2020”要求欧盟所有的研发与创新计划聚焦于三个共同的战略优先领域，其中工业技术领域的行动计划——“在使能技术和工业技术中保持领军地位（LEIT）：信息通信技术、纳米技术、材料、生物技术、制造技术、空间技术”，预算金额135.57亿欧元，占比17.6%。

2．德国：纳米倡议—行动计划

早在20世纪80年代，德国就推行了“纳米生物技术计划”“材料研究与物质技术计划”等与纳米技术相关的计划。为了追赶处于领先地位的美国，德国联邦教研部在2007年启动了“纳米倡议—行动计划2010”，旨在协调德国各部门纳米技术的目标和行动计划并推进德国在纳米技术领域的创新。

2010年德国政府用于支持纳米技术项目和机构的资金达4亿欧元，比2006年增长50%以上，而在同一时期用于纳米安全和风险的研究资金增加超过70%以上，达到1.4亿欧元。

2011年，为了衔接“纳米倡议—行动计划2010”，德国政府颁布了“纳米技术行动计划2015”，帮助德国扩大自己在欧洲纳米技术领域的领先优势。该计划中包含与纳米技术相关的各种广泛领域，除了继续对中小企业和企业家的科研项目予以经费支持外，还包括安全和监管问题以及与公众对话等内容。“纳米技术行动计划2015”主要包括以下6个行动领域：①研究资助和技术转让，侧重于高科技战略需要的领域，如气候/能源、健康/营养、运输、安全性和通信等；②确保德国纳米技术的竞争力，重点扶持中小企业和资助新成立的企业；③纳米技术对于人类和环境的危害性，通过研究，以及在环境、消费者和劳动保护方面的行动将其纳入重点；④完善总体框架，包括法定规章的调整，标准和标准化的问题等；⑤与公众更深入的沟通和对话；⑥通过国际合作，巩固德国在纳米科技领域的领先地位。

德国同样也重视纳米技术的安全性问题。2013年，德国联邦环境部、德国联邦职业安全和健康研究所、巴斯夫研究所联合推出长期的安全性研究项目，拟探讨纳米粒子对肺部的潜在慢性影响。研究计划拟在四年内完成，项目总经费预计投入500万欧元。

3．英国：国家纳米计划与先进材料战略并行

英国是世界上最早实行国家纳米计划的国家之一。早在1986年，英国政府就启动了英国国家纳米计划，目的在于促进英国纳米技术发展。2004年英国皇家学会发表的研究报告《纳米科学与纳米技术：机遇与不确定性》成为纳米技术方面国际公认的权威报告。2006年，英国政府推行先进材料战略，将纳米材料作为先进材料的一个重要领域。

2010年3月英国政府最新出台的纳米技术战略中，除强调纳米技术研发与创新以外，将纳米技术可能带来的环境、健康危害与风险也提上议程，开始重视纳米技术引发的伦理和社会问题。为达到这一目的，英国政府已经确定采用各种商业、产业、环境安全法规来监督纳米技术的安全合理发展。