g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Çin Nano Teknik Raporu: Sondan Başlayan Ülkenin Büyük Silahı

sıra

Bai Chunli Çin Bilimler Akademisi Dekanı

Nanobilim, nanoboyuttaki (atomlardan, moleküllerden mikron altı ölçeklere kadar) maddelerin etkileşimini, bileşimini, özelliklerini ve üretim yöntemlerini inceleyen bir bilimdir. Modern multidisipliner alandaki odak bilimsel konuları nano ölçekte bir araya getirir, disiplinler arası entegrasyonu destekler ve çok sayıda teknolojik atılımı ve orijinal inovasyon fırsatlarını doğurur. Aynı zamanda, nanoteknolojinin yüksek teknolojinin doğuşu da üretimimiz ve yaşamımız üzerinde büyük bir etkiye sahip olacak.

1980'lerden bu yana nanoteknoloji geniş ilgi gördü. 2000 yılında Amerika Birleşik Devletleri, uluslararası nanoteknoloji araştırmalarında bir artış başlatan "Ulusal Nanoteknoloji Programı (NNI)" nın yayınlanmasında başı çekti. Çin, nanoteknolojinin gelişimine büyük önem vermekte ve uluslararası gelişime uygun düzenlemeler yapmıştır.2000 yılında Ulusal Nanoteknoloji Yönlendirme ve Koordinasyon Komitesi, 2003 yılında Ulusal Nanobilim Merkezi kurulmuştur. Nanoteknoloji araştırma planları, ulusal orta ve uzun vadeli kalkınma planında konuşlandırılmıştır. Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Çin Bilimler Akademisi de nanoteknoloji ile ilgili araştırmaları uygulamaya koydu. Bu önlemler, Çin'in nanoteknolojisinin gelişimini büyük ölçüde destekledi.

Springer Nature Group, Ulusal Nanobilim Merkezi ve Çin Bilimler Akademisi Belge Bilgi Merkezi, üst düzey literatür yayını, patent başvuruları, temel geliştirme alanları, uluslararası işbirliği ağları vb. Perspektiflerinden büyük verileri kullanarak Çin Nano Beyaz Kitabını derlemek için birlikte çalıştı. Analiz ve görselleştirme yöntemleri, kapsamlı uzman yorumu ve görüşleri, son yıllarda Çin ve dünyadaki nanoteknolojinin gelişme eğilimini bilimsel ve doğru bir şekilde ortaya koymaktadır. Makale, nitel analizi ve nicel analizi birleştirir ve öznel yargı, nesnel verilerle doğrulanır. Rapor, bir yandan son yirmi yılda dünya çapında büyük ölçüde gelişmiş olan nanoteknolojinin insan sosyal yaşamının ilerlemesine büyük etkisi olduğunu görmemizi sağlarken, diğer yandan ilgili alanlardaki değişiklikleri ve değişiklikleri de görüyoruz. etkiler. Nanobilim araştırma ve teknoloji uygulamaları malzeme ve üretim, elektronik ve bilgi teknolojisi, enerji ve çevre ve tıp ve sağlık alanlarına yayılmıştır. Aynı zamanda, nanoteknolojinin hızla gelişmesinin toplum üzerindeki büyük etkisi, etik ve güvenlik sorunlarını da beraberinde getirdi ve potansiyel riskler dikkate alınmaya ve araştırmaya değer.

Rapor, Çin'in nanobilim alanında bugün dünyada nanobilim ve teknolojik ilerlemeye önemli bir katkı sağladığını ve dünyanın en büyük nanoteknoloji araştırma ve geliştirme ülkesi olduğunu ve bazı temel araştırmaların uluslararası lider seviyeye ulaştığını gösteriyor. Çin'in nanoteknoloji uygulama araştırmalarının ve başarı dönüşümünün etkinliği de şekillenmeye başladı. Patent başvuruları açısından Çin dünyanın ön sıralarında yer almaktadır. Bunlar, Çin'in nanoteknoloji alanındaki sürekli yatırımıyla yakından ilgilidir ve ayrıca Çin'in nanoteknoloji araştırmalarının nicelikten özgünlüğe ve kaliteye doğru bir değişim sağladığını ve nanoteknolojinin endüstriyel uygulamasına daha fazla önem verdiğini göstermektedir.

Geleceği dört gözle bekleyen nanoteknoloji birçok fırsat ve zorlukla karşı karşıyadır. Nano ölçekli temel araştırmada ilerleme sağlamalıyız, temel ve uygulama arasındaki boşluğu doldurmayı hızlandırmalıyız ve dünyanın enerji, çevre ve sağlık alanlarından daha büyük talepleri karşılamalıyız. Bu amaçla, yenilikçi yeteneklerin yetiştirilmesini daha da artıracak, değer zincirlerinin ve inovasyon zincirlerinin inşasını ve yetiştirilmesini hızlandıracak ve daha kapsamlı ve etkili bir küresel işbirliği gerçekleştireceğiz. Ortak çabalarımızla, nanoteknolojinin temel sınır alanlarında daha özgün atılımlar gerçekleştirebileceğini, daha fazla uygulama sonucunun meyve vereceğini, kök salacağını, ülkeye hizmet edeceğini, insanlara fayda sağlayacağını ve Çin'in erken bir dünya bilimsel ve teknolojik gücü kurmasına gereken katkılarda bulunacağını umuyoruz.

Küçük bir tohumdan yüksek bir ağaca

25 yıl önce, "Doğa" Tokyo'da bir konferans düzenledi ve o sırada gelişmekte olan bir araştırma alanında dünyanın en iyi uzmanlarını bir araya getirdi. Bu alandaki araştırma, maddeyi "nanoteknoloji" dedikleri atom ölçeğindeki1 anlamak ve manipüle etmektir. Ancak, herkes bu adı sevmiyor. Don Eigler, bir zamanlar alandaki en ikonik görüntülerden biri haline gelen "IBM" harflerini nikel yüzeyinde hecelemek için ayrı ksenon atomları kullandı, ancak nanoteknolojinin varlığından şüphe ediyordu. IBM'in bir başka temsilcisi Paul Horn, kullanabilecekleri araçların "harika bilimsel araçlar" olmasına rağmen, önümüzdeki 25 yıl içinde ana akım elektronik teknolojisi üzerinde herhangi bir etkisinin beklenmediğine inanıyor.

1992'de, dünyada nanometre ölçeğinde nesneler üzerinde araştırma yapan, belki de nanoteknolojiden daha uygun olan nanobilim olarak tanımlayan, çoğunlukla fizik veya kimya laboratuarları olmak üzere yalnızca birkaç laboratuvar vardı. O zamanlar bu alana adanmış dergi yoktu ve sadece altı araştırma kurumu adlarında "Nano" ön ekini kullandı. Bugün Clarivate Analytics tarafından yayınlanan 2016 "Dergi Atıf Raporu" nda "Nanobilim ve Nanoteknoloji" kategorisi altında 86 dergi bulunmaktadır. Şu anda Digital Science tarafından sağlanan Global Research Identifier Database'de yer alan araştırma kurumları arasında 192 araştırma kurumu, adlarında açıkça nanobilim veya nanoteknoloji kullandı.

Teknolojinin atom ölçeğinde bir şeyler inşa etmesini henüz başaramamış olsak da gerçekler, bu alandaki birçok kurucunun savunduğu tedbirin çok kötümser olduğunu kanıtladı. Günümüzde, bilgisayar yongalarının geleneksel üretim boyutu yalnızca onlarca nanometre boyutundadır ve IBM tarafından yakın zamanda duyurulan ticari seri üretilen yongalar, yalnızca 5 nanometre boyutunda transistörlere sahiptir. Pek çok TV'nin ışık yayan öğeleri, kuantum noktaları adı verilen nano ölçekli floresan parçacıkları kullanır. Şu anda, nanoteknoloji kullanan ürünler arasında boyalar, güneş kremleri, ilaçlar, güneş gözlükleri, kirlilik detektörleri ve gen sıralayıcılar bulunmaktadır.

Çin, nanobilimin bilimsel, teknolojik ve ekonomik gelişimine potansiyel katkısının farkına varmıştır. 2003 yılında Çin Bilimler Akademisi ve Eğitim Bakanlığı ortaklaşa Ulusal Nanobilim Merkezi'ni kurdu. Başarısının anahtarı, Çin'in en iyi araştırma kurumları olan Tsinghua Üniversitesi, Peking Üniversitesi ve Çin Bilimler Akademisi'nin temsilcilerinin katılımında yatıyor. Geçtiğimiz yirmi yılda, Ulusal Nanobilim Merkezi, Çin Bilimler Akademisi araştırma enstitüleri ve yerel birinci sınıf üniversitelerin ortak promosyonu altında Çin, nanobilim ve teknoloji alanında dünyanın önde gelen ülkesi haline geldi.

Bu teknik incelemede, ilk olarak Çin'in nanobilim ve teknolojisinin mevcut durumunu özetleyeceğiz. Ardından ikinci bölümde, disiplinin gelişim tarihini ve şimdiye kadarki dönüm noktası olaylarını kısaca tanıtın. Bu, nanobilimin dünyamızı oluşturan çeşitli materyalleri nasıl değiştirdiğini, iletişim yolunun nasıl değiştirileceğini, yeni enerjinin nasıl geliştirileceğini ve yeni enerji kullanımının verimliliğinin nasıl iyileştirileceğini ve hastalıkların teşhis ve tedavisine nasıl yardımcı olunacağını içerir.

Üçüncü bölümde, nanobilim disiplininin yükselişini ve bu disiplinde lider olarak Çin'in hızlı gelişimini göstermek için gerçek sayıları kullanacağız. Özellikle bu alanda en büyük etkiye sahip kağıtlar olmak üzere ilgili kağıt çıktılarına odaklanacağız. Nature Research tarafından geliştirilen en son nanobilim araştırma platformu olan Nano'nun ( yardımıyla, Çin'in bu alandaki güçlü yönlerini, zayıf yönlerini ve yeni ortaya çıkan araştırma alanlarını göstermek için bazı nitel görüşler sunmayı umuyoruz. Çin'deki ilgili alanlardaki patent çıktısını da inceleyeceğiz.

Dördüncü bölümde, Çin'deki nanobilimin mevcut gelişimi ve gelecekteki gelişme yönü ile ilgili röportajlarda bazı endüstri uzmanları tarafından ifade edilen görüşleri ve araştırma kurumlarının, finansman kurumlarının ve karar vericilerin bu alanın güçlü gelişimini nasıl desteklemeye devam edebileceğini sunacağız.

Nanobilim ve teknolojinin geçmişi, bugünü ve geleceği

Nanobilim, kısaca, esas olarak milyarda 1 ila 100 parça, yani 1-100 nanometre arasında çok küçük nesneleri inceler. Bu kadar küçük bir ölçekte, malzemelerin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri, makro ölçekte nesnelerin özelliklerinden çok farklıdır - genellikle çok büyük farklılıklar vardır. Örneğin, düşük mukavemetli veya kırılgan alaşımlar yüksek mukavemete ve yüksek sünekliğe sahip olacak, düşük kimyasal aktiviteye sahip bileşikler güçlü katalizörler haline gelecek ve ışıkla uyarılamayan yarı iletkenler güçlü ışık yayabilecek hale gelecektir. Nano ölçekli işleme, bilim, teknoloji, mühendislik ve tıbbın çoğu alanı için pratik önemi olan maddenin özelliklerini değiştirebilir.

Nanoteknolojinin gelişimindeki kilometre taşları

Nanobilim ve teknoloji bağımsız bir araştırma alanı olarak ancak yakın zamanda gelişti. Herkes genellikle Feynman'ın (Richard Feynman) ölümünden sonraki meşhur konuşmasını alanın başlangıcı olarak anıyor - yani 1959'da California Teknoloji Enstitüsü'nde yaptığı konuşmayı "(mikro) altında bolca yer var). alt oda) ". Feynman konuşmasında, eğer tek bir atom kontrol edilebiliyorsa, teorik olarak Britannica ansiklopedisinin tamamının bir iğnenin ucuna yazılabileceğine dikkat çekti. Ancak bu konuşma, sonraki yıllarda sadece birkaç kez alıntılandı. "Nanoteknoloji" terimi 1974 yılına kadar ortaya çıkmadı. İlk olarak Taniguchi tarafından "Nanoteknolojinin Temel Kavramları" adlı makalede önerildi.Nanoyapıları sert yüzeylerde aşındırmak için iyon püskürtmenin nasıl kullanılacağını tanıttı.

Bununla birlikte, nanomalzemelerin kullanımı, seramik sırlar ve renkli pencere camı lekeleri gibi yüzyıllar öncesine kadar izlenebilir. Feynmanın yaklaşık bir yüzyıldır tek bir atomu kontrol etme fikrine öncülük eden İngiliz fizikçi ve elektromanyetik öncü Michael Faraday, ışığın dalga boyuna bağlı saçılımını (Tyndal fenomeni) açıkladı ve araştırma nesnesi kimyasal yöntemlerle hazırlanan altın kolloidler. süspansiyon. Kolloidal altın süspansiyonunun renginin altın nanopartiküllerin boyutuyla değiştiğini fark etti ve çok küçük altın parçacıklarının varlığını fark etti.

Atomları kontrol ederek dünyayı değiştirme olasılığının farkına varmak bir şeydir, ama ona nasıl ulaşılacağı ise bambaşka bir şeydir. Bu anlamda, maddeleri gözlemlemek ve kontrol etmek için araçların geliştirilmesi, nanobilim ve teknolojinin gelişmesi için zaman çizelgesini belirlemektedir. Geliştirilecek ilk araç, 1931'de Ernst Ruska ve Max Knoll tarafından icat edilen elektron mikroskobu idi - ancak atomik çözünürlüğe ulaşmak için bu cihazları geliştirmek onlarca yıl aldı. Ancak nano çağın gelişini gerçekten duyuran ve halkın gözüne giren şey, 1990 yılında Don Eigler ve meslektaşları, nikel bir yüzeye tek bir ksenon atomu yerleştirerek 'IBM'nin üç harfinin hecelenebileceğini gösterdiler. Taramalı tünelleme mikroskobu dokuz yıl önce icat edildi.

Ayrıca 1980'lerde ve 1990'larda, araştırmacılar optik alet çözünürlüğünün sınırını nanometre alanına zorlamaya başladı. Görünür ışığın dalga boyu yaklaşık 400 nanometreden başlar.Geleneksel anlayışa göre görünür ışık, nanoteknoloji ile ilgili 100 nanometrenin altındaki yapıları gözlemlemek için uygun değildir. 1928'de Edward Hutchinson Synge, yapıların 250 nanometrenin altındaki çözünürlüğünü geleneksel mikroskoplarla sınırlayan "Abbe kırınım sınırı" nı aşmak için "yakın alan" mikroskobu yapısını önerdi. Bununla birlikte, 1994 yılına kadar Stefan Hell ve Jan Wichmann, yukarıda bahsedilen 250 nanometre boyut sınırından çok daha küçük moleküler ölçekli optik görüntüleme elde etmek için süper çözünürlüklü floresan mikroskobu (uyarılmış emisyon tükenmesi, STED mikroskobu) olan ilk uygulanabilir çözümü önerdi. .

Nano ölçekli araştırma yeteneklerinin iyileştirilmesi, başlangıçta insanların doğal olarak oluşan birçok nano yapıyı keşfetmesine izin verdi. 1981'de Rus fizikçiler Alexei Ekimov ve Alexander Efros yarı iletkenlerle katkılı cam üzerinde çalışırken, daha sonra yarı iletken kuantum noktaları olarak adlandırılan gömülü nano ölçekli kristaller keşfettiler. Sadece birkaç yıl sonra, Bell Labs'dan Louis Brus, bu tür parçacıkların çözelti içinde nasıl sentezleneceğini gösterdi.

1985'te, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rice Üniversitesi'nden Harold Kroto, Sean O'Brien, Robert Curl ve Richard Smalley, tamamen karbon atomlarından oluşan futbol şeklinde ve son derece kararlı bir molekül olan fulleren (C60) keşfetti. . Bu, karbonun yalnızca iki allotrop, grafit ve elmasa sahip olduğu şeklindeki geleneksel bilişi bozdu ve kimyagerlerin hayal gücünü açarak, önceki beklentilerinden çok daha büyük bir dizi yeni moleküler yapıyı sentezleme olasılığını düşünmelerini sağladı. 1991 yılında Sumio Iijima, özel elektronik, termal ve mekanik özelliklere sahip bir malzeme olan karbon nanotüplerin sentezini bildirdi ve bu boru şeklindeki nano yapının geniş bir şekilde uygulanmasının yolunu açtı.

Kısa süre sonra, Charles Kresge ve meslektaşları, şu anda petrol arıtma, kanalizasyon arıtma ve ilaç dağıtımında yaygın olarak kullanılan molekülleri filtreleyebilen mezogözenekli nanomateryaller MCM-41 ve MCM-48'i icat ettiler. 1990'ların ikinci yarısında, Charles Lieber, Lars Samuelsson ve Kenji Hiruma liderliğindeki ekip, kristalin yarı iletken nanotelleri sentezlemek için teknolojiyi geliştirdi - nanoteknolojiyi fotonik ve optoelektronik alanlarına tanıtmak için çok önemli bir adım. 2004 yılında Andre Geim ve Konstantin Novoselov, tek katmanlı grafenin ayrılmasını sağlayarak tek atom kalınlığında iki boyutlu bir karbon atomu yapısı elde ederek geleceğin sınırsız teknolojilerine kapı araladı. Ultra hafif, yüksek esneklik, yüksek mukavemet, yüksek iletkenlik ve diğer özellikler, grafeni yeni mucizevi bir malzeme olarak bilinir hale getirir.

1990'ların sonlarında ve bu yüzyılın başlarında, daha fazla nanoteknoloji uygulamaya konuldu. Bir örnek, 1998'de elektronik mürekkebin icadıdır. Bu, kağıt benzeri bir görüntüleme teknolojisidir Mürekkep, son derece küçük kapsüllerden oluşur ve şu anda Kindle gibi e-okuyucularda yaygın olarak kullanılmaktadır. Diğer bir örnek, 1988'de Albert Fert ve Peter Grünberg tarafından keşfedilen dev manyetore direnç etkisidir. Buna göre geliştirilen manyetik okuma kafası, bilgisayar sabit disklerinin boyutunu büyük ölçüde azalttı ve depolama kapasitesini artırdı. Ekimov, Efros, Brus (ve diğerleri) tarafından keşfedilen ve geliştirilen kuantum noktaları, düz ekran TV'ler için arka ışıklar ve canlı hücreler ve dokulardaki en küçük yapıları görüntülemek için boyalar dahil olmak üzere çok çeşitli pratik uygulamalarda da kullanıldı.

Nanoteknolojinin sosyal etkisi

Nano ölçekli materyallerin araştırma ölçeği nispeten küçük olsa da, yaşam tarzımız üzerindeki potansiyel etkisi büyüktür. Dünyanın her yerinden bilim adamları ve mühendisler bu mikro dünyayı keşfediyor ve bilimsel keşiflerini yeni ürünlere ve teknolojilere dönüştürüyor, böylece bir dizi endüstriyi, özellikle malzeme ve imalat, elektronik ve enformasyonu yeniden şekillendiriyor. Teknoloji, enerji ve çevre ile tıp ve sağlık endüstrileri. Geniş kapsamlı sosyal etkisi nedeniyle, nanoteknolojinin hızlı gelişimi, nanoteknolojinin beklenen sonuçlarından yararlanmadan önce çözülmesi gereken etik ve güvenlik sorunlarını da beraberinde getiriyor.

Malzemeler ve imalat

Nanoteknolojinin avantajları, esas olarak maddeleri atomik veya moleküler düzeyde kontrol ederek oluşturulan yeni materyallerde somutlaşmıştır. İdeal mekanik, kimyasal, elektriksel, termal veya optik özelliklerinden dolayı, bu yeni nanomalzemeler günlük ihtiyaçlarda ve endüstriyel üretimde kullanılmaktadır.

Wilson Center, gelişmekte olan nanoteknoloji üzerine bir proje başlattı.Üretici listesine göre, pazarda nanoteknolojiye dayalı 1.600'den fazla tüketici ürünü olduğu tahmin ediliyor. Nanomalzemeler en çok kozmetik, kişisel bakım ürünleri ve giyim gibi sağlık ve fitness ürünlerinde kullanılmaktadır. Sıradan saç kurutma makineleri veya saç düzleştiriciler, ağırlığı azaltmak veya hizmet ömrünü uzatmak için nano malzemeler kullanabilir. Güneş kremleri, cilt yüzeyinde görülemeyen nano-titanyum dioksit veya çinko oksit gibi güneş koruyucu maddeler kullanmıştır. Nano mühendislik ürünü lifler, sadece hafif değil, aynı zamanda bakteri üremesini bile engelleyebilen kırışıklık önleyici ve leke önleyici giysiler yapmak için kullanılır. Nanomalzemeler ayrıca hafif, sert tenis raketleri, bisikletler ve çantalardan otomobil parçaları ve şarj edilebilir pillere kadar çeşitli ürünlerde kullanılır.

İmalat endüstrisinde, nano yapılı malzemeler, aşınmayı azaltmak ve makine ömrünü uzatmak için makine parçaları için yüzey kaplamalarında veya yağlayıcılarda kullanılır. Nanoyapıya sahip alaşımlar, yüksek mukavemetleri, dayanıklılıkları ve hafif olmaları nedeniyle uçak ve havacılık parçalarının üretimi için ideal yüksek performanslı malzemelerdir. Uçak gövdelerinin, filtre malzemelerinin ve diğer parçaların imalatında kullanılırlar, daha fazla korozyon direnci, sismik ve yangın direnci ve mükemmel ağırlık / ağırlık oranı sağlarlar. Metallerin, oksitlerin, karbonun ve diğer bileşiklerin nano parçacıkları da iyi katalizörlerdir ve petrol arıtma, biyoyakıtlar ve diğer alanlarda önemli endüstriyel uygulamalara sahiptir. Mükemmel yüzey alanı / hacim oranı, yüksek katalitik aktivitesi ve düşük enerji tüketimi nedeniyle nanokataliz, optimum hammadde kullanımı, yüksek enerji verimliliği, minimum kimyasal atık emisyonları ve daha yüksek güvenlik gibi birçok avantaja sahiptir.

bilgi Teknolojisi

Nanoteknoloji, bilgi teknolojisi ve dijital elektronik endüstrilerinin gelişimini teşvik etmede kilit bir itici güç olarak, bilgisayarlar, cep telefonları ve TV'ler gibi birçok elektronik ürünün performansını daha da geliştirmiştir.

Intelin kurucu ortağı Gordon Moore, 1965 yılında ünlü Moore Yasasını önerdi - entegre bir yongadaki transistör sayısı her yıl ikiye katlanacak (daha sonra iki yılda bir ikiye katlanacak şekilde revize edildi). O zamanlar nanoteknoloji henüz emekleme aşamasındaydı. Nanoteknolojinin ilerlemesine bağlı olarak, entegre çipler ve transistörler Moore'un öngördüğü gibi küçüldü ve küçüldü, ancak Moore yasası son yıllarda kademeli olarak başarısız olmasına rağmen hesaplama hızı gün geçtikçe arttı. 2016 yılında dünyanın ilk 1 nanometre transistörü doğdu. Transistör, silikon yerine karbon nanotüpler ve molibden disülfürden yapılmıştır ve elektronik cihazların boyutunu daha da küçültme potansiyelini göstererek Moore yasasının en azından bir süre boyunca etkili olmaya devam etmesini sağlar.

İnsanların nanomalzemelerin fiziksel özelliklerini derinlemesine anlaması, daha düşük enerji tüketimiyle yüksek hızlı veri iletimi sağlamak için ışık algılamada, lazerlerde ve transistörlerde kullanılan kuantum cihazlarının geliştirilmesini teşvik etti. Nano ölçekli yarı iletken kuantum noktaları gibi bileşenler tek bir fotonu algılayabilir veya yayabilir.Cihaz şifreleme sistemine uygulandıktan sonra, bilgi sisteminin performansı ve güvenliği geliştirilebilir. Kuantum noktalarının veya inorganik yarı iletken nanokristallerin bir başka uygulama alanı da görüntüleme endüstrisidir. Nanoteknoloji sayesinde, TV'lerin, bilgisayarların ve mobil cihazların ekranları ultra yüksek çözünürlük, enerji tasarrufu ve hatta bükülebilirlik sağlayabilir ve daha gerçekçi görüntüler üretebilir. İnsanlar yeni şeffaf iletken malzemeler tasarlarken karbon nanotüpler veya gümüş nanoteller kullanıyorlar, bu da esnek ekranlar kullanan çeşitli elektronik cihazların geliştirilmesine kapı açıyor.

Enerji ve çevre

Nanoteknoloji, alternatif enerji kaynaklarının geliştirilmesini teşvik edebilir, enerji verimliliğini artırabilir ve çevre yönetişimi için yeni çözümler sunarak çevrenin korunmasına katkıda bulunabilir. Geleneksel enerji sektöründe, nanoteknoloji tabanlı yöntemler veya yeni katalizörler, petrol ve doğal gaz çıkarımını ve yakıt yakmayı daha verimli hale getirerek enerji santrallerinin, araçların ve diğer ağır ekipmanların kirliliğini ve enerji tüketimini azaltır.

Araştırmacılar, fotovoltaik enerji üretim ekipmanının performansını iyileştirmek (güneş enerjisini elektriğe dönüştürmek) ve maliyetleri düşürmek için uzun yıllardır temeldeki malzemeler ve yapılar üzerinde nano mühendislik kullandılar. Örneğin, daha fazla güneş ışığını emmek için bu cihazlara kuantum noktaları eklediler. Ek olarak, silikon dahil geleneksel fotovoltaik malzemelere düşük maliyetli alternatifler sağlamak için düşük sıcaklıklarda perovskit tipi metal-organik bileşikler ve iletken polimerler gibi düşük maliyetli substrat malzemeleri üzerinde büyüyebilen malzemeler kullanırlar.

Nanomateryaller, güneş ışığı toplama verimliliğini artırmaya yardımcı olmanın yanı sıra, otomobil egzozunu faydalı enerjiye dönüştürmek gibi atık ısı dönüşümü için de kullanılabilir. Başka bir örnek olarak, insanlar karbondioksiti temiz yakıt metanına dönüştürebilen nano partiküller ve hidrojenin üretim kapasitesini artırabilen nano-fotokatalizörler geliştirdiler, bu da yeni yenilenebilir enerji geliştirme umutlarını artırdı.

Enerji depolama açısından, nano yapılı elektrot malzemeleri daha farklı elektrokimyasal reaksiyonları destekleyebildiğinden, şarj edilebilir pillerin kapasitesini ve performansını iyileştirmek için kullanılabilirler. Bu sadece yeni nesil pillerin depolama kapasitesini artırmakla kalmaz, aynı zamanda pillerin ağırlığını da azaltarak elektrikli araçlar gibi araçların verimliliğini ve dayanıklılığını artırır.

Nanoteknoloji, su arıtımı ve kirletici temizliği için de kullanılabilir. Örneğin, molibden disülfür (MoS2) filmleri gibi nanomateryaller, daha verimli filtrasyonla tuzlu su tuzdan arındırmayı teşvik edebilirken, gözenekli nanomateryaller sudaki ağır metaller ve kaygan yağ gibi toksik maddeleri bir sünger gibi emebilir. Nanopartiküller ayrıca endüstriyel sudaki kirleticileri kimyasal reaksiyonlarla giderebilir. Ek olarak, nanolifler havadaki küçük parçacıkları emebilir, böylece hava temizleme için filtre olarak kullanılabilirler.

Nanoteknolojinin çevre yönetişiminde uygulanması aynı zamanda hava, su ve topraktaki kirleticilerin tespitini de içerir. Nanopartiküller, benzersiz kimyasal ve fiziksel özelliklerinden dolayı kimyasal veya biyolojik reaktiflere karşı daha hassastır, bu nedenle sensörlerdeki toksik maddeleri tanımlamak için kullanılabilirler, bu geleneksel saha test yöntemlerinden daha basit ve daha hızlıdır ve hatta tespit sırasında kirliliği giderebilirler. Bir şeyler.

Tıp ve sağlık

Nanoteknolojinin en olgun biçiminin, yaşamın kendisinin gösterdiği biçim olduğu söylenebilir. Organellerden alttaki ribozomlara, DNA'ya ve ATP'ye kadar, bu biyolojik sistemler nanobilimciler için sürekli bir ilham kaynağı sağlar. Veya sentetik biyolog Tom Knight'ın bir zamanlar dediği gibi, "Biyoloji iş başında olan nanoteknolojidir!" Bu nedenle nanoteknolojinin tıp ve sağlık endüstrileri üzerindeki etkisi giderek daha önemli hale geliyor, ilaç dağıtımında ve biyomalzemelerde de kullanılıyor. Görüntüleme, teşhis, aktif implantasyon ve diğer tıbbi uygulamalar sürekli olarak geliştirilmiştir.

Nanoteknolojinin biyotıpta belki de en dikkat çekici uygulaması, nanogözenekli gen dizileme teknolojisinin ortaya çıkmasıdır. Çalışma prensibi, her bir DNA ipliğini filmdeki nano boyutlu bir delikten, yani bir nano gözeneklerden geçirmek için bir elektrik alanı kullanmaktır. Tek bir DNA ipliği nano-gözeneklerden geçtiğinde, delikte üretilen akım değişikliği kaydedilir ve böylece tek iplikteki gen kodlama dizisi tanımlanır. Bu teknolojinin gen dizileme maliyetini önemli ölçüde azaltması ve dizileme hızını artırması bekleniyor.

Nanoteknolojinin ümit verici bir başka tıbbi uygulaması da ilaç dağıtımıdır. Nanoteknoloji, ilaçların kimyasal, anatomik ve fizyolojik engelleri aşmasına, hastalıklı dokulara ulaşmasına, hastalık bölgesindeki ilaç konsantrasyonunu artırmasına ve geleneksel ilaçlara göre önemli avantajları olan sağlıklı dokulara verilen zararı azaltmasına olanak tanır. Örneğin, iyi tasarlanmış nano ilaçlar, kan damarı sızıntı noktalarından kanserli dokulara girebilir ve hedef noktalarda birikebilir, böylece kanser hedefli tedavinin doğruluğunu artırır. Diğer uygulamalar, hedeflenen ilaç dağıtımını teşvik etmek için antikorlar gibi biyolojik olarak aktif molekülleri kapsüllemek için nanopartiküllerin kullanımını içerir.

Nanopartiküller ayrıca küçük boyutları ve özel kimyasal özellikleri nedeniyle tıbbi görüntülemede benzersiz uygulama olanaklarına sahiptir. Geleneksel floresan boyalar organik bileşiklerle hazırlanır, genellikle kısa ömürlüdür ve optik özelliklerinin herhangi bir çalışma dalga boyuna ayarlanması da zordur. İnorganik kuantum noktaları kullanarak, çalışma dalga boyu boyuta göre ayarlanabilir ve yukarıdaki iki eksikliğin üstesinden gelinebilir. Dahası, daha uygun ve doğru tanı elde etmek ve tedavi etkilerini iyileştirmek için spesifik dokularda ve tümör lokasyonlarında birikimler tasarlaması ve oluşturması daha uygundur.

Nanoteknoloji, biyolojik doku mühendisliğinde de kullanılmaktadır. Grafen, nanotüpler ve molibden disülfür gibi nanomateryaller, hasarlı dokuları onarmaya veya yeniden şekillendirmeye yardımcı olacak iskeleler yapmak için kullanılabilir. Nanoyapılı yapı iskeleleri, dokuların benzersiz mikro ortamını taklit edebilir, hücre bağlanmasını, çoğalmasını ve büyümesini teşvik edebilir ve normal hücre işlevlerini ve doku büyümesini tetikleyebilir.

Etik ve güvenlik sorunları

Yeni teknoloji, iki ucu keskin bir kılıç gibidir, hem faydalar hem de riskler getirir. Nanoteknoloji bir istisna değildir. Hızlı gelişimini överken, insanlar bunun getirdiği beklenmedik çevresel, sağlık ve sosyal etkilere de dikkat etmelidir.

Şu anda insanların en büyük endişesi, nanopartiküllerin sağlığa yönelik tehdididir, çünkü nanopartiküller insan sistemine akciğerlerden veya deriden kolayca girebilir. Örneğin, karbon nanotüpler ve dizel nanopartiküllerdeki metal kirleticilerin sağlık üzerinde olumsuz etkileri olduğu bulunmuştur. Üretim operasyonlarında nano kirleticilere maruz kalan işçiler daha yüksek sağlık riskine sahiptir ve nanoteknolojiye dayalı ürünler de tüketicileri risklere maruz bırakır. Nanotıpın geleceği parlak olsa da, insan vücudunda metabolize edilip edilmediği ve nasıl metabolize edildiği hala belirsizdir, bu nedenle beklenmedik sonuçlar da getirebilir. Dahası, nanotıpın uzun vadeli etkileri hala belirsizdir.

Ayrıca nanomalzemelerin üretim sürecinde ortaya çıkan endüstriyel emisyonlar ve kullanımdan sonra nano ürünlerin geri dönüştürülmesi de çevreye riskler getirecektir. Nanopartiküller, ekosistemi olumsuz etkileyebilecek ve hayvanların ve bitkilerin hayatta kalması için tehdit oluşturabilecek yüksek aktiviteye ve küçük boyuta sahiptir. Nanoteknoloji, ürünlerin üretim yöntemlerinde dünyayı sarsan değişikliklere neden olacağından, moleküler üretim bir örnektir ve birçok malın boyutunu değiştirir. İnsanlar bunun ne tür bir ekonomik etki ve sosyal değişiklikler getireceğini hala bilmiyorlar. Bu teknolojinin uygulanmasının etik sorunları dikkatlice değerlendirilir.

Bu endişelere yanıt olarak, dünyadaki birçok ülke harekete geçti. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Nanoteknoloji Girişimi'ni başlattı, ana hedeflerinden biri nanoteknolojinin gelişimini sorumlu bir şekilde desteklemek. Ek olarak, Amerika Birleşik Devletleri nanoteknolojinin getirdiği etik, yasal ve sosyal konuları tartışmak ve bunlara yanıt vermek için birkaç çalışma grubu oluşturmuştur. Avrupa Birliği, nanoteknolojinin geliştirilmesinden kaynaklanan sorunların üstesinden gelmek için bir politika oluşturma platformu oluşturmak için Amerika Birleşik Devletleri ile de işbirliği yaptı. 2001'den beri Çin, nano-güvenlik konularını incelemek için fon yatırdı.Nano teknoloji araştırma bütçesinin yaklaşık% 7'si nano-teknolojinin potansiyel çevre, sağlık ve güvenlik sorunları üzerine bilimsel araştırmalar için kullanılıyor. Bu çalışmalar aynı zamanda ilgili çevresel ve sağlık tehlikelerini ölçmek için standart yöntemlerin geliştirilmesini desteklerken, nano kirliliğin izlenmesi ve kontrol edilmesi için kılavuzlar oluşturulmasına yardımcı olacaktır.

İnsanlar, potansiyel risklerini dikkatle değerlendirerek, nanoteknolojiyi etkin bir şekilde kontrol edebilecek ve yaşamımızı ve çevremizi daha iyi hale getirebilecek.

(Aşağıdaki içerik için lütfen daha fazlasını görmek için aşağı kaydırın)

Nanobilimdeki Kilometre Taşları

1856: Nanopartiküller gözlemlendi

Michael Faraday, hazırlanan altın soludaki farklı boyutlardaki parçacıkların Tyndall saçılmasının farklı renklerini göstereceğini buldu.

1928: Yakın alan optik mikroskobu

Edward Hutchinson Synge, yakın alan taramalı optik mikroskopla kırınım sınırının ötesinde görüntüler elde etmeyi önerdi.

1931: Elektron mikroskobu

Ernst Ruska ve Max Knoll ilk elektron mikroskobunu sundular.

1935: Tek moleküllü film

Irving Langmuir ve Katharine Blodgett, tek tabakalı moleküler ince filmler hazırlama tekniğini icat etti.

1946: Moleküler kendi kendine montaj

Zisman, Bigelow ve Pickett, yüzeydeki sıralı tek katmanların kendiliğinden birleştiğini bildirdi.

1959: Altta çok yer var (mikro)

Richard Feynman, California Institute of Technology'de düzenlenen Amerikan Fizik Derneği toplantısında "Altında geniş alan var (mikroskobik)" başlıklı bir konuşma yaptı ve maddeyi atom düzeyinde manipüle etme olasılığı üzerine spekülasyon yaptı.

1968: Moleküler ışın epitaksi

John Arthur Jr ve Albert Cho, yüksek kaliteli tek kristal filmlerin hazırlanması için moleküler ışın epitaksi geliştirdi.

1974: "Nanoteknoloji" terimi doğdu

Norio Taniguchi "nanoteknoloji" terimini icat etti.

1974: Yüzey Geliştirilmiş Raman Spektroskopisi

Martin Fleischmann, Patrick Hendra ve James McQuillan, daha sonra Richard van Duyne ve Alan Creighton tarafından nano ölçekli metal yapıların oluşturduğu alan iyileştirmesinin bir sonucu olarak açıklanan Raman saçılmasının olağandışı artışını bildirdi.

1974: Moleküler Elektronik

Mark Ratner ve Arieh Aviram, moleküler diyot fikrini önerdiler.

1976: Atomik katman birikimi

Tuomo Suntola atomik katman epitaksiyel film hazırlama teknolojisini icat etti.

1980: Doğal olarak oluşan kuantum noktalarının gözlemlenmesi

Alexei Ekimov ve Alexander Efros, nanokristalin kuantum noktalarının varlığını ve optik özelliklerini bildirdi.

1981: Taramalı Tünel Açma Mikroskobu

Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer, taramalı tünelleme mikroskobunu icat etti.

1982: DNA Nanoteknolojisi

Nadrian Seeman, DNA nanoteknolojisi kavramını önerdi.

1983: Yarı iletken kuantum noktalarının büyümesi

Louis Brus, koloidal yarı iletken kuantum noktalarının sentezini bildirdi.

1985: Fullerenlerin keşfi

Harold Kroto, Sean OBrien, Robert Curl ve Richard Smalley, C60 fulleren molekülünü keşfetti.

1986: Atomik Kuvvet Mikroskobu

Gerd Binnig, Calvin Quate ve Christoph Gerber atomik kuvvet mikroskobunu icat etti.

1988: Dev manyetorezistans

Albert Fert ve Peter Grünberg, çok katmanlı filmlerde dev manyetoresistansı keşfetti.

1990: atom ölçeğinde manipülasyon

Don Eigler ve Erhard Schweizer, nikel yüzeyinde tek bir ksenon atomunu manipüle etmek için bir taramalı elektron mikroskobu kullandı ve "IBM" harflerini yazdı.

1991: karbon nanotüpler

Sumio Iijima, karbon nanotüplerin büyümesini bildirdi. Bir yıl sonra Millie Dresselhaus ve meslektaşları, metalin yarı iletken nanotüplere oranını doğru bir şekilde tahmin edebilecek bir teori önerdiler.

1992: Moleküler Elek

Charles Kresge, mezogözenekli moleküler elek materyalleri MCM-41 ve MCM-48'i icat etti.

1993: Kuantum Çiti

Michael Crommie, Christopher Lutz ve Don Eigler, bakır yüzeyinde demir atomlarının oluşturduğu kuantum çitin elektronları yakaladığını bildirdi.

1994: uyarılmış emisyon kaybı mikroskobu

Stefan Hell ve Jan Wichmann, optik görüntülemenin kırınım sınırını aşan uyarılmış emisyon kaybı mikroskobu önerdiler.

1994: İki durumlu moleküler mekik

Fraser Stoddart, kimyasal olarak değiştirilebilen iki dengeli bir moleküler mekik gösterdi.

1994: şablon nanotel

Martin Moskovits, sıralı nanotel dizilerini hazırlamak için şablon olarak gözenekli anodik alüminyum oksit kullandı.

1996: Nanopore gen sıralaması

John Kasianowicz, Eric Brandin, Daniel Branton ve David Deamer, tek bir DNA ipliğini, lipit çift tabakalı bir zarda bir nanogözenek içinden geçirdiler.

1997: Küresel sapma düzeltilmiş taramalı tünelleme mikroskobu

Ondrej Krivanek, taramalı tünel elektron mikroskobunun küresel aberasyonunu düzeltti.

1998: Anormal ışık iletimi

Ebbesen, Lezec, Ghaemi, Thio ve Wolff, metal film üzerindeki alt dalga boyu delik dizisinin anormal ışık iletimini gözlemledi.

1998: Elektronik mürekkep

Comiskey, Albert, Yoshizawa ve Jacobson elektronik mürekkebi icat etti.

1998: Kristalin nanoteller

Charles Lieber, Lars Samuelsson ve Kenji Hiruma, kristalin yarı iletken nanotelleri hazırlamak için teknolojiyi bağımsız olarak geliştirdiler.

1999: Moleküler Motor

Ben Feringa ve Ross Kelly, sırasıyla optik sürücü moleküler motorlar ve kimyasal tahrik moleküler motorlar hakkında rapor verdi.

2001: Nanowire lazer

Yang Peidong, oda sıcaklığında nanotel lazeri gösterdi.

2004: grafenin ayrılması

Andre Geim ve Konstantin Novoselov, tek katmanlı grafeni soymak için bir teknik icat etti.

2006: DNA Origami

Paul Rothemund, tek DNA ipliklerini karmaşık iki boyutlu şekillere katlamak için bir yöntem gösterdi.

2013: Yapay ribozom

David Leigh, amino asitleri belirli bir sırayla birbirine bağlayan yapay bir ribozoma eşdeğer moleküler bir makine yarattı.

Çin'in yükselen nanoteknoloji araştırması

Geçtiğimiz yirmi yılda, Çin'in bilimsel araştırma çıktısının insanlık tarihinde benzeri görülmemiş büyüme oranlarına ulaştığı bir sır değil. 1997'de Çinli araştırmacılar tarafından yazılan bilimsel araştırma makaleleri, dünya çapında Science Citation Index'te (SCI, şimdi Clarivate Analytics tarafından derlenmiştir) yayınlanan makale sayısının yaklaşık% 2'sini oluşturuyordu. Şu anda Çin, dünyadaki orijinal makalelerin neredeyse dörtte birine katkıda bulunuyor. Bunlar arasında, bu gelişme eğilimini vurgulayabilecek araştırma alanı neredeyse nanobilim dışı ve teknolojidir.

Çinin nanobilim araştırmalarının yükselişini daha iyi anlamak için, orijinal bilimsel araştırma makalelerinin sayısı, yeni başlatılan Nano doğal bilimsel araştırma veritabanına dahil edilen bilimsel katkılar ve patent çıktıları açısından Çini dünyadaki diğer büyük bilimsel araştırma ülkeleriyle karşılaştıracağız. Bilimsel araştırma çıktılarının karşılaştırılması.

Son yirmi yılda kağıt üretimi

Çin'in nano araştırmasının durumuna ilişkin bu araştırmayı başlatmak için, SCI'nin genişletilmiş veri tabanına dayanarak 'bilim ve teknoloji' ile ilgili anahtar kelimeleri kullanarak arama yaptık ve dünyadaki belli başlı bilimsel araştırma ülkelerinden her yıl yayınlanan makale sayısını elde ettik. Bu makalelerin temaları, "nanotüp", "kuantum noktası" ve "atomik kuvvet mikroskobu" gibi profesyonel terimleri kapsamaktadır.

1997'de dünya çapında nanobilim ile ilgili yaklaşık 13.000 makale yayınlandı. 2016 yılı itibarıyla,% 14 bileşik yıllık büyüme oranıyla 154.000'e yükseldi; bu, tüm alanlarda ortalama% 3,7'lik yıllık bileşik büyüme oranının üzerinde ve neredeyse dört katına çıktı. Aynı dönemde, Çin nano ile ilgili kağıtların çıktısı 1997'de 820'den 2016'da 52.000'in üzerine çıktı ve yıllık bileşik büyüme oranı% 24'tür (Şekil 1).

Beklendiği gibi, nano alandaki bilimsel araştırma çıktısının genel bilimsel araştırma çıktısına oranı da önemli ölçüde artmıştır (Şekil 2). Yirmi yıl önce, dünya çapında yayınlanan bilimsel araştırma makalelerinin yalnızca% 2'si nanobilim ve teknoloji içeriyordu. Bugün bu oran% 10'un üzerine çıktı. Bu dönemde, nano alandaki bilimsel araştırma makalelerinin genel bilimsel araştırma çıktısına katkı oranı, yalnızca Çin ve Güney Kore küresel ortalamayı aştı. Şimdi, Hindistan da bu kampa katıldı. Bu üç ülkedeki nano araştırmanın toplam bilimsel araştırma çıktısına oranı, bu alandaki diğer tüm önde gelen ülkelerin neredeyse iki katıdır.

Küresel üretimle karşılaştırıldığında, Çin'in nanobilim araştırmalarının büyümesi daha da etkileyici (Şekil 3). Çin'in küresel nanobilim araştırmalarına katkısı istikrarlı büyümeyi sürdürdü. 1997'de, nanoteknoloji ile ilgili SCI makalelerinin yalnızca% 6'sı Çinli yazarları içeriyordu. 2010'da Çin, Amerika Birleşik Devletleri ile eşit seviyedeydi. Şu anda Çin, dünyadaki nanobilim araştırma makalelerinin üçte birinden fazlasına katkıda bulunuyor, bu da ABD'nin neredeyse iki katı. Çin'in hızlı büyümesi bağlamında, yalnızca Güney Kore ve Hindistan da büyüme elde ederken, diğer birçok ülkede nanometre bilimsel araştırma makalelerinin çıktısının küresel payı ya yavaşça arttı ya da yavaş yavaş düştü. Bununla birlikte, bu ülkelerin nispi katkılarının azalmasına rağmen, çoğu ülkede nano ölçekli araştırma makalelerinin toplam çıktısının artmaya devam ettiği vurgulanmalıdır (Şekil 1).

Çin'de yüksek etkili nano araştırmanın büyümesi

Herhangi bir bilimsel araştırmanın etkisini ölçerken, salt miktarın nitelik ile aynı şey olmadığı unutulmamalıdır. Dahası, bir ülke veya kurumun bilimsel çıktı miktarını ölçmek görece basit olsa da, çıktı kalitesinin belirlenmesi daha zordur. Şu anda, bilimsel araştırmanın kalitesini değerlendirmek için evrensel olarak kabul edilmiş tek tip bir standart yoktur. Bununla birlikte, bir araştırmanın etkisini ölçmek için yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri, alıntı sayısıdır. Bu amaçla, SCI'da nanobilim ve teknoloji ile ilgili en çok alıntı yapılan% 1 makaleleri analiz ettik (Şekil 4).

Nanobilim araştırmalarının genel bilimsel araştırma çıktısındaki büyüme oranına benzer şekilde, Çin'in nanobilim araştırma alanında çok alıntılanan makalelerin katkı oranının da önemli ölçüde arttığını, hatta öncekini geride bıraktığını gördük. 2007'den bu yana, Çin, nanoteknoloji alanında yüksek oranda alıntı yapılan makalelerin oranına sahip ve yıllık büyüme oranı, bu alandaki toplam üretim oranındaki büyümeyi bile aşarak, dünyanın büyüme oranı olan% 22 bileşik yıllık büyüme oranına ulaştı. Üç kat daha fazla. Çin, 2014'te Amerika Birleşik Devletleri'ni geçti ve katkısı, Amerika Birleşik Devletleri dışındaki diğer ülkelerin birkaç katı oldu.

Çin araştırma kurumları dünyaya liderlik ediyor

Çin Bilimler Akademisi, Çin'in nanoteknoloji araştırmalarında bir güç olarak ortaya çıkışını teşvik etmede önemli bir rol oynadı. On yıl önce, Çin Bilimler Akademisi, bu alandaki çok alıntılanan makalelere önemli katkılarda bulunarak, küresel kurumlar arasında üçüncü sırada, Kaliforniya Üniversitesi sistemi ve ABD Enerji Bakanlığı'ndan sonra ikinci sırada yer aldı. O zamandan beri durumu her geçen gün arttı ve şu anda nanoteknoloji alanında dünyanın en önemli yüksek etkili kağıt çıktı kurumu ve diğer kurumlara büyük bir farkla öncülük etti. Şu anda, Çin Bilimler Akademisi, sonraki rakiplerin en çok alıntı yapılan% 1'lik nano-bilimsel araştırma makalelerinin çıktısını iki katından fazla artırdı.

Çin Bilimler Akademisi'ne ek olarak, en çok alıntı yapılan nano araştırma makalelerinin ilk% 1'inin toplam çıktısı açısından dünyanın ilk 20'si arasında yer alan diğer beş Çin kurumu, yani Tsinghua Üniversitesi, Fudan Üniversitesi, Zhejiang Üniversitesi, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ve Pekin Üniversitesi (Şekil 5).

Çin'in nanobilim araştırmalarının hızlı gelişimi, bu araştırma alanı için sürekli ve güçlü finansal desteği ile yakından ilgilidir. 1990 gibi erken bir tarihte, Çin Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'nın (Bilim ve Teknoloji Bakanlığı) selefi olan Ulusal Bilim ve Teknoloji Komisyonu, nanomateryal bilimini ulusal "tırmanma" projesine dahil etti. Yaklaşık on yıl sonra, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, nanomalzemeler ve nanoyapılar üzerine ulusal temel araştırma projelerini finanse etti ve Çin'deki nanomateryaller alanında bilimsel araştırma çıktılarını desteklemek için sürekli fon sağladı. 1990'larda, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı da yaklaşık bin küçük nano ölçekli araştırma projesini finanse etti3. Çin Devlet Konseyi tarafından 2006 yılının başlarında yayınlanan "Ulusal Orta ve Uzun Vadeli Bilim ve Teknoloji Geliştirme Planı (2006-2020) Ana Hatları" nda, nanobilim dört temel gelişimsel temel araştırma alanından biri ve en çok fon alan alan olarak listelenmiştir. 4.

Hükümetin güçlü mali desteği, nanomalzemelerin araştırılmasına kendilerini adamaları için giderek daha fazla Çinli bilim insanını cezbetti. Ayrıca, Çin'in nanobilim araştırmalarının hızlı yükselişine de katkıda bulunacak olan "geri dönüş dalgası" sırasında yurtdışında eğitim geçmişine sahip daha fazla sayıda bilim insanı Çin'e geri dönüyor - bu gelişme eğiliminin öngörülebilir gelecekte de devam etmesi bekleniyor.

Nano veritabanındaki eğilimleri görün

Çin'in nanobilim gelişiminin özel avantajları ve odağı hakkında daha fazla bilgi edinmek için Nano veritabanını kullanacağız. Bu, araştırmacıların nanobilim ve teknolojideki en son gelişmelerden haberdar olmalarına yardımcı olmak için yakın zamanda doğa bilimleri araştırmaları tarafından geliştirilen kapsamlı bir platformdur. Veri tabanı, binlerce nanomalzemenin ve cihazın özellikleri, uygulamaları ve hazırlama yöntemleri hakkında ayrıntılı bilgiler içerir.Bu bilgiler, Science, Nature gibi nano araştırma yayınlayan en iyi 30 dergiden düzenli olarak seçilir. Gelişmiş Malzemeler, Nano İletişim, vb. (Tam liste için Ek 2'ye bakın).

Veritabanının oluşturulması, bu dergilerde yayınlanan makalelerde yer alan bilgileri sıralayan ve sınıflandıran 60'tan fazla nano-bilimsel uzman tarafından desteklenmektedir. Manuel tarama yapılırken, bilgileri otomatik almayı gerçekleştirmek için makine öğrenimi algoritmalarını eğitmek için kullanılır ve bu da 167 hakemli dergide yayınlanan makalelerden ayrıntılı nano ile ilgili bilgileri çıkarmalarını sağlar. Bu teknik incelemeyi yazmak için, 2014'ten 2016'ya kadar en iyi 30 nano araştırma dergisinde yayınlanan makalelerden çıkarılan Nano veritabanını oluşturmak için kullanılan manuel harmanlama bilgilerini kullandık.

Nanobilimin temel araştırma yönleri

Nano veri tabanında 2014-2016 yılları arasında yayınlanan nanomateryaller ile ilgili makaleleri analiz ederek, Çinli bilim insanlarının en yaygınları nanoyapılı malzemeler, nanopartiküller, nano-tabakalar ve gözenekli nanomalzemeler olan çeşitli nanomateryaller üzerinde çalıştıklarını gördük. Ve nano cihazlar. Bu, diğer nano araştırma güçlerindeki en popüler nanomateryal kategorilerine benzer (Şekil 6). Çin'in nano-gözenekli materyaller üzerine yaptığı araştırmanın nispeten daha güçlü olduğunu ve nano cihazlarla ilgili makalelerin son üç yılda hızla arttığını belirtmek gerekir.

Ortaya çıkan nanoyapılar, on temel araştırma kategorisinin dışında kalan, ancak 2014 ile 2016 arasında bilimsel araştırma çıktılarında daha önemli bir büyüme gösteren nanoyapılara atıfta bulunuyor. Analiz ettiğimiz ve üzerinde çalıştığımız sekiz nano bilimsel güç arasında, supramoleküler kimya, en çok dikkat çeken, ortaya çıkan nanoyapı yönüdür. Buna ek olarak, fullerenler, DNA origami ve nanojeller gibi ortaya çıkan diğer nanoyapılar üzerine yapılan araştırmalar da Çin'de hızla büyüdü. Amerika Birleşik Devletleri, Almanya, Güney Kore ve Japonya gibi diğer ülkelerde, hızla büyüyen bir araştırma alanı nanokapsüllerdir.

Farklı araştırma uygulamaları

Nanoyapıların incelenmesi genellikle fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesine katkıda bulunur. Nano veritabanına dahil edilen makaleler, çeşitli nanomalzemeleri bildirirken malzemelerin uygulama olasılıklarını da tartışacaktır. İncelediğimiz sekiz nano araştırma gücü arasında, kataliz, elektronik, tıp ve enerji ile ilgili uygulamalar en yaygın uygulanan araştırma alanlarıdır, ancak ülkeler arasında farklılıklar vardır. Örneğin, kataliz araştırmalarıyla ilgili en çok makaleye Çin sahipken, Amerika Birleşik Devletleri elektronik ürünlerde kullanılan nanomateryal araştırmalarında dünyanın lideridir (Şekil 7).

Çin'in kataliz araştırması açık bir lider avantaja sahiptir ve yüksek kaliteli nano bilimsel araştırma makalelerinin çoğu kataliz araştırması alanından gelmektedir. Röportaj yapılan bazı Çinli nanoteknoloji uzmanları, Çinin kataliz araştırmalarının geleneksel avantajlara sahip olduğuna ve Çinin kimya endüstrisindeki önceki gelişiminin bunda öncü bir rol oynayabileceğine dikkat çekti. Çin'deki birçok başarılı kimyager, katalitik materyallerin araştırılmasına odaklandı ve bu alanda bir grup genç bilim insanı yetiştirdi, bu da nanokataliz araştırmalarının sürekli gelişimini teşvik etti.

Nanotıp, özellikle tıbbi teşhis alanında, Nano veritabanına dahil edilen Çin bilimsel araştırma makalelerine odaklanan ikinci en büyük uygulamalı araştırma alanıdır. Bu bazı insanları şaşırtabilir, çünkü Çin'in yaşam bilimleri araştırması hem çıktı hem de etki açısından genellikle Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'nın gerisinde kalıyor. Bu, nanotıpın Çin'in kimya ve malzeme bilimindeki avantajlarını oynamasına ve yaşam bilimlerinde önemli bir karakteristik alanı genişletmesine yardımcı olabileceğini göstermektedir.

Enerji ile ilgili uygulamalar, özellikle enerji depolama ve üretim kapasitesi, Çinin nanobilim araştırmalarının sıklıkla odaklandığı başka bir alandır. Bu aynı zamanda Çin'in son üç yılda en popüler on nanomateryal uygulaması arasında en hızlı büyüyen alandır. Kötüleşen çevre sorunlarıyla başa çıkma baskısıyla karşı karşıya kalan Çin, enerji tasarrufu ve çevre yönetişimine katkıda bulunan yeni enerji kaynaklarının ve yeni teknolojilerin araştırma ve geliştirilmesine yoğun bir şekilde yatırım yapıyor. Nanomalzemelerin potansiyeli, enerji nanoteknolojisini umut verici bir alan haline getiriyor ve birçok Çinli araştırmacıyı buna yatırım yapmaya çekiyor. Bunların çoğu nanomateryal piller ve enerji depolama ve dönüşüm araştırmalarında dünyanın önde gelen konumunda.

Bilimsel araştırmalarda diğer güçlü ülkelerle karşılaştırıldığında Çin, nanomalzemelerin elektronik uygulamasında nispeten zayıftır. Bununla birlikte, robotlar ve lazerler, Çin'in yükselen nano uygulama araştırma alanları haline geldi, yani, ilk on uygulamalı araştırma arasında değiller, ancak son üç yılda araştırma çıktılarında hızlı bir büyüme elde ettiler. Aynı zamanda, Çin'in fotonik ve veri depolama gibi uygulamaları içeren nano araştırma belgeleri de önemli ölçüde arttı.

Temel araştırma ve uygulamalı araştırmanın karşılaştırılması

Nano bilim ve teknoloji, geniş uygulama olanakları ve sosyal etkisi nedeniyle, özünde güçlü bir uygulanabilirliğe sahiptir. Bu nedenle nanoteknoloji ile ilgili patent başvurularının sayısı çok büyük ve giderek artıyor. Ancak küresel ölçekte, patent başvurularının büyüme oranı SCI kağıtları kadar hızlı değil. İkisini karşılaştırdığımızda, farklı ülkelerin kendi avantajları olduğunu göreceğiz.

Çin'deki patent başvurularının sayısının SCI kağıtlarının sayısına oranı, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'daki çoğu nanoteknoloji santralininkinden önemli ölçüde daha yüksek.Bu küresel eğilime aykırı, ancak Japonya ve Güney Kore'deki duruma benzer. Bu üç Asya ülkesinde, nano patent başvurularının sayısı genellikle yayınlanan SCI makalelerinin sayısından fazladır, çoğu Batı ülkesinde ise durum tam tersidir.

Nano veritabanına dayalı analiz de benzer sonuçlar verdi. Veritabanına dahil edilen makaleler arasında Çin, makalelerde açıklanan nanoyapıların veya materyallerin uygulanmasından açıkça bahseden daha fazla makaleye sahiptir ve bu oran, Amerika Birleşik Devletleri, Almanya, İngiltere, Japonya ve Fransa gibi çoğu bilimsel araştırma gücünden önemli ölçüde daha yüksektir (Şekil 8). Sadece Güney Kore ve Avustralya, Çin ile benzer durumlara sahiptir.

Görüşülen bazı Çinli nanoteknoloji uzmanları, hükümetin finansman politikası ve bilimsel araştırma değerlendirme sisteminin önemli bir yol gösterici rol oynadığına dikkat çekti. Genel olarak dünyadaki ülkeler bilimsel araştırmanın uygulama değerine büyük önem vermektedir. Çin'de, bilimsel araştırmalar için güçlü hükümet fonu nedeniyle, rehberlik rolünün güçlendirilmesi kolaydır.

İşbirliğinin rolü

İşbirliği, farklı bilimsel araştırma kaynaklarını, uzmanlıkları ve bakış açılarını çekebilir, bu nedenle giderek bilimsel araştırmanın önemli bir parçası haline gelmiştir. Son derece disiplinler arası bir alan olan nano araştırma, daha geniş bir işbirliği yelpazesine sahiptir. SCI makalelerinin genel çıktısı ile karşılaştırıldığında, nano ile ilgili bilimsel araştırma çıktısı genellikle daha yüksek derecede uluslararası işbirliğine sahiptir.

Çin, uluslararası bilimsel araştırma işbirliğine büyük önem veriyor, bu nedenle Çin'de uluslararası ortak yazarlığı içeren makalelerin oranı yıldan yıla artıyor. SCI verilerine göre, Çin'in uluslararası işbirliğini içeren genel bilimsel araştırma çıktısının oranı 2010'dan beri artmakta ve 2016'da% 24'e5 ulaşmıştır5. Nano veritabanında yer alan nanomateryaller ile ilgili yüksek kaliteli kağıtlar arasında, Çin-uluslararası işbirliğini içeren kağıtların oranı 2014'te% 36'dan 2016'da% 44'e yükselmiştir (Şekil 9). Bununla birlikte, Çin'in nanoteknoloji alanındaki uluslararası işbirliği Güney Kore'ye benzemekle birlikte, Batı ülkelerinden önemli ölçüde düşüktür ve işbirliği büyüme hızı ABD, Fransa, Almanya ve diğer ülkeler kadar hızlı değildir.

Amerika Birleşik Devletleri, nanobilim araştırmaları alanında Çin'in en büyük uluslararası ortağıdır. Nano veritabanında yer alan en iyi 30 dergi arasında, Çin'in yayınladığı uluslararası nano ile ilgili makalelerin% 55'i Amerika Birleşik Devletleri ile işbirliği içindedir. 2014'ten 2016'ya kadar, Amerika Birleşik Devletleri ve Çin ortaklaşa 2.123 nano bilimsel makale yayınladı ve son üç yılda Amerika Birleşik Devletleri'nde yayınlanan toplam yüksek kaliteli nano bilimsel makale sayısının% 21'ini oluşturdu. Nanoteknoloji alanında Çin ile yüksek kaliteli bilimsel araştırma işbirliğine sahip ülkeler ise Almanya, Avustralya ve Japonya'dır. Özellikle Çin, Avustralya'da önemli bir bilimsel araştırma işbirliği ülkesidir ve iki tarafın işbirliğinin makaleleri, ülkenin bu en iyi 30 dergide yayınlanan nano bilimsel araştırma makalelerinin yaklaşık üçte birini oluşturmaktadır.

Çin'in patent çıktısı

Patentler, temel bilgileri ticari teknolojiye dönüştürme sürecinin yalnızca küçük bir parçası olsa da, genellikle bilimsel araştırmanın gerçek etkisini yansıtan ana göstergelerdir. Clarivate Analytics'in Derwent İnovasyon Endeksi, son yirmi yılda nanobilim ve teknoloji üzerine patent başvurusu verilerini toplar. Bu patent verilerini, Çin'in nanoteknolojiye uygulanan nano bilim araştırmalarının eğilimini analiz etmek için kullanıyoruz.

Nanoteknoloji ve uluslararası patent sınıflandırma kodlarıyla ilgili anahtar kelimeleri bir arama stratejisi olarak kullanarak, 1997 ile 2016 yılları arasında başvurulan nanoteknoloji ile ilgili 466.884 patent ailesini araştırdık (en erken öncelik yılına veya temel patent başvurusunun zamanına göre). Nanoteknolojide patent başvurularının sayısının küresel olarak arttığı tespit edildi. 1997'de 2.826 olan patent başvuru sayısı 2015'te 51.389'a yükseldi6. Bunların arasında, Çin'deki patent başvurularının sayısı özellikle hızlı bir şekilde arttı ve şu anda dünyaya liderlik ediyor. Aynı zamanda, Çin'in nano patent başvuruları, her alanın büyüme modelleri farklı olsa da, çok çeşitli alanları kapsamaktadır.

Çin'deki nano patent başvurularının sayısı dünyada ilk sırada yer alıyor ve bu da Çin'in nano bilim araştırmalarında güçlü bir ülke olarak statüsüyle tutarlı. Geçtiğimiz yirmi yılda, Çin'in nano patent başvuruları, küresel toplamın% 45'ini oluşturarak birikimli olarak 209.344'e ulaştı; bu, aynı dönemde Amerika Birleşik Devletleri'nin kümülatif toplamının iki katından fazla ve bu, dünyadaki nano patentlere en büyük ikinci katkı sağlayan ülke. 2008'den bu yana, Çin'in yıllık patent başvuruları Amerika Birleşik Devletleri'ni aşarak dünyanın en büyüğü haline geldi ve büyüme oranı dünya ortalamasının çok üzerinde (Şekil 10).

Araştırma sonuçlarına veya teknolojisine güvenen birçok Çinli araştırmacı, patentli teknolojilerinin diğer ülkelerde yasalarla korunabilmesi için uluslararası patentlere de başvuracak. Çin'deki uluslararası patent başvurularının sayısı son yıllarda istikrarlı bir şekilde artarak 2000'de 10'dan 2014'te 748'e çıktı. Bununla birlikte, Çin'in uluslararası patentlerinin büyümesi, toplam nano patent başvuruları sayısındaki hızlı büyümesinden uzaktır. Teknolojik olarak gelişmiş diğer ülkelerle karşılaştırıldığında, Çin'in yurtdışında başvurduğu nano patent sayısı hala nispeten küçüktür ve son 20 yıldaki toplam kümülatif patent başvurularının yalnızca% 2,61'ini oluştururken, Amerika Birleşik Devletleri'nde bu oran% 50'ye kadar çıkmaktadır. Birleşik Krallık ve Fransa gibi bazı Avrupa ülkelerinde, nano patentlerin% 70'inden fazlası ulusal olmayan patentlerdir.

Çin'de, dünyada nano patentler için ilk on kurumsal başvuru arasında yer alan Çin Bilimler Akademisi, Zhejiang Üniversitesi, Tsinghua Üniversitesi, Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. ve Tianjin Üniversitesi olmak üzere beş kurum bulunmaktadır. Bunların arasında, Çin Bilimler Akademisi 2008'den beri dünyada birinci sırada yer aldı ve son 20 yılda toplam 11,218 nano patent başvurusunda bulundu. İlginç bir şekilde, Güney Korenin Samsung Grubu, LG Grubu, Japonyadaki Fujifilm ve Amerikanın IBM'i gibi diğer kurumlardan ilk on başvuranın tamamı ticari şirketler. Araştırma ve akademik kurumlar genellikle Çin'deki patent başvurularına hakimdir. Bu, Çinli araştırmacıların araştırma sonuçlarının uygulanmasına ve dönüştürülmesine ve Çinli araştırma kurumlarının Ar-Ge'deki karşılaştırmalı avantajlarına büyük önem verdiklerini yansıtabilir. Öte yandan, bu aynı zamanda Çinli şirketlerin Ar-Ge'deki görece zayıflığını da vurguluyor.

Çin Nanoteknoloji Patenti Kapsam

Küresel bir perspektiften bakıldığında, nano patent başvuruları temel olarak temel elektrik bileşenleri ve elektronik ürünler, kimya ve metalurji, tıp ve sağlık, ultra mikro teknoloji ve malzemeler alanlarında yoğunlaşmıştır. Son yirmi yılda, tıbbi ve sağlık cihazları ve teknolojileri, polimer malzemeler ve kataliz ve koloidal kimya ile ilgili patent başvuruları artmaya devam ederken, yarı iletken cihazlarla ilgili patentler nanoteknoloji patentlerinin en yaygın kategorisidir. 2012'den sonra düşmeye devam etti. Supermicro teknolojisinin patentleri, o dönemin ilk 15 yılında hızla artarken, 2011'de zirveye ulaştıktan sonra düşmeye başladı.

Çin, pek çok popüler nanoteknoloji uygulama alanında çok sayıda patent başvurusuna sahiptir ve bunların çoğu polimer sentezi ve supramoleküler bileşikler için patentlerdir. Buna karşılık, Amerika Birleşik Devletleri, Japonya ve Güney Kore ağırlıklı olarak yarı iletken cihazlar ve elektronik ürünler için patent başvurusunda bulunur.Amerika Birleşik Devletleri'ndeki yarı iletken cihazlar için toplam patent başvurusu sayısı dünyada ilk sırada yer almaktadır (Şekil 11). Bu, temelde Nano veritabanındaki uygulamaları içeren bilimsel araştırma makalelerinin durumu ile tutarlıdır.

Patent büyüme eğilimleri açısından bakıldığında, polimer sentezi ve supramoleküler bileşikler, Çin'in nano patent başvurularında en hızlı büyüyen alanlar. Bu, kaplamaları, baskı mürekkeplerini, boyaları, yapıştırıcıları, elyaf malzemeleri ve tekstil işleme teknolojilerini içerir. Ek olarak, kataliz gibi fiziksel veya kimyasal süreçleri destekleyen teknolojiler veya cihazlar için patent başvuruları da Çin'de hızla artıyor.

Sektör uzmanları, Çin'in nanoteknolojisini bekliyor

Bilimsel araştırma çıktısının hızlı büyümesi ve patent başvurularının sayısı, Çin'deki nanobilimin gelişimi için parlak umutları gösteriyor. İster geleneksel güçlü disiplinler ister yeni gelişen alanlar olsun, Çin'in nanobilim büyük bir potansiyel göstermiştir. Bununla birlikte, fırsatlar ve zorluklar bir arada var olur. Bunu daha derinlemesine anlamak için Çin nanobilim araştırma topluluğundaki farklı araştırma yönlerinden uzmanlarla röportaj yaptık.

Fırsat

Çin ekonomisinin devam eden büyümesi ve güçlü hükümet desteği ve teknolojik yeniliğin savunuculuğu beklentisiyle, Çin'in bilim ve teknolojiye, özellikle de nano bilim ve teknolojiye yatırımının artmaya devam etmesi bekleniyor.

Çin hükümetinin ve ilgili kurumların çeşitli bakanlıkları ve komisyonları, nanobilim ve teknoloji için sürekli finansal destek sağlamak için bilimsel araştırma planları oluşturdu. Buna, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, Eğitim Bakanlığı ve Çin Doğa Bilimleri Vakfı gibi Çin'in başlıca araştırma fonu kurumları dahildir. Geçtiğimiz beş yıl içinde, yalnızca Eğitim Bakanlığı üniversiteler için nano bilimsel araştırma bütçesi fonları olarak 500 milyon yuan'den fazla bütçe ayırdı. Çin Bilimler Akademisi ayrıca özel bir nano pilot proje başlattı ve yaklaşık 1 milyar yuan yatırım yaptı. Özellikle, nanomalzemeler, karakterizasyon teknolojisi, nano cihazlar ve üretim, nanokataliz teknolojisi ve nanobiyotıp alanlarında temel ve uygulamalı araştırmalara çok sayıda yüksek kaliteli kaynak yatırılmıştır. Röportajda uzmanlar, nanobilimin en umut verici alanlarından bazılarına dikkat çekti.

katalitik

Görüşülen birçok uzman, katalitik teknolojinin ve nanokatalitik materyallerin Çin'deki en umut verici nanobilim alanları olduğuna inanıyor. Bu görüş beklenmedik değil, çünkü Çin zaten bu alanda zengin bir uzmanlığa sahip. Nanoyapılara dayalı katalizörler, kimyasal reaksiyonları hızlandırabilir, bu nedenle kimya veya kimya endüstrisinde ve petrol arıtma endüstrilerinde geniş uygulama olanaklarına sahiptirler. Örneğin, Çinli bilim adamları yakın zamanda, kömür gazlaştırma ile üretilen sentez gazını, plastik ve diğer malzemelerin üretimi için önemli bir hammadde olan düşük karbonlu olefinlere doğrudan dönüştürebilen yeni bir çift işlevli katalizör geliştirdiler. Yöntemleri, kömür kimya endüstrisinin her zaman takip ettiği Fischer-Tropsch sentezinin seçici sınırlamasını aşar ve dönüşüm verimliliğini büyük ölçüde geliştirir.Bir dizi kimya şirketini, katalizör hazırlama ve teknolojik süreçleri ortaklaşa geliştirmek ve sektördeki bu orijinal başarıyı gerçekleştirmek için başarılı bir şekilde çekmişlerdir.. Artan endüstriyel talep, nanokatalizörlerin gelişimini teşvik etmeye devam edecek. Çin'in bu alandaki liderliğini korumaya devam etmesi bekleniyor.

Bununla birlikte, görüşülen uzmanlar ayrıca, nanoyapıların daha hassas kontrolünün, yüksek verimli, yüksek etkinlikli, yüksek seçicilik ve uzun ömürlü katalizörlerin üretimini gerektiren hala bir zorluk olduğuna inanıyor. Bazı uzmanlar, yeni bir katalizörü sentezlemenin ve bununla ilgili makaleler yayınlamanın nispeten kolay olduğuna dikkat çekti; Gerçekten üzerinde çalışmamız gereken şey, yeni sentez yöntemleri bulmak ve montaj sürecini daha iyi kontrol etmek. Dahası, daha fazla makale yayınlamak tek amaç değil. "Onlar (tez) gerçekten bu kadar önemli mi? (Sentetik katalizör) endüstriyel üretimde gerçekten kullanılabilir mi?" Bir uzman, araştırmacıların bilimsel araştırmanın değeri hakkında düşünmeleri gerektiğini vurguladı, böylece Çin'in nanokatalizinin gelişimi bir adım ileri gidebilir.

enerji

Enerjinin önemi ve yenilenebilir enerji geliştirme ihtiyacı, özellikle Çin'de giderek daha fazla öne çıkan çevre sorunları hükümetin dikkatini çekti. Çin, Çin'in nano enerjisinin geliştirilmesi için parlak umutlar getiren yeni enerji araştırmalarına uzun vadeli yatırım yapmaya kararlıdır. Bu alandaki genç bir uzman şunları söyledi: "Nanoteknolojinin enerji endüstrisinde uygulanmasının geniş beklentileri var ve önümüzdeki 5 ila 10 yıl içinde büyük atılımlar yapma olasılığımız var." Ona göre, güneş enerjisi endüstrisinin yukarı akışı Çin'de bu, yeni enerjinin araştırılması ve geliştirilmesi ile uğraşan araştırmacılara, kaynağa dokunmalarına yardımcı olacak bol miktarda kaynak getiriyor. Çin hükümeti kaynakları harekete geçirme konusunda güçlü bir yeteneğe sahip olduğundan, Çin nano enerji teknolojileri geliştirme ve yenilenebilir enerjiyi teşvik etme konusunda ABD'ye göre bir avantaja sahip.

Çin'in belirli alanlardaki nano-enerji araştırmaları, özellikle lityum iyon pillerin geliştirilmesine, dünyaya öncülük etti. Son zamanlarda, Çinli bir araştırma ekibi, tuzlu suyu tuzdan arındırmak için güneş enerjisini kullanabilen katlanabilir bir grafen oksit film cihazı icat etti ve tuzdan arındırma işlemi sırasında ısı kaybı en aza indirildi ve verimlilik yüksek. Çin'deki birçok araştırma ekibi, düşük maliyetli, yüksek verimli perovskite güneş pillerinin geliştirilmesine önemli katkılarda bulunuyor.

ilaç

Enerji gibi, sağlık ve tıp da herkesin günlük yaşamıyla yakından ilgilidir, bu da nanotıpı potansiyel dolu yeni bir alan haline getirir. Bu alandaki bir uzman, "Nanotıbbın heyecan verici kısmı, teşhis ve tedavideki uygulamasında yatmaktadır. Nanoteknoloji kullanarak, ilaçların salınımını kontrol edebilir ve hedeflenen tedaviye daha iyi ulaşabiliriz." Çin'in devasa nüfus tabanı Nanotıpın çeviri araştırmasını teşvik etmeye yardımcı olan klinik araştırmalar için çok sayıda vaka ve hasta sağlayın.

Nanomalzemeler ilaç dağıtımı için kullanılır ve nanopartiküller büyük potansiyele sahip terapötik ilaçların yapımında kullanılır. Buna ek olarak, görüşülen bilim insanlarının nanoteknolojinin tıbbi cihazlarda ve tıbbi görüntülemede uygulama olasılıkları konusunda da büyük umutları var. Alanında uzman bir uzman, "Tıbbi elektronik cihazlarda veya giyilebilir cihazlarda nanomalzemeler kullanılırsa çok değerli ürünler elde ederiz" dedi.

Bununla birlikte, Batı'daki bazı gelişmiş ülkelerle karşılaştırıldığında, Çin'in temel yaşam bilimleri araştırması ve biyomedikal araştırma ve geliştirme hala nispeten zayıf. Biyomedikal uzmanlığın eksikliği, nanotıpın gelişimini sınırlamaktadır. Şu anda, Çin'de nanotıp araştırmalarıyla uğraşan bilim adamlarının çoğu kimya veya malzeme bilimi alanında bir geçmişe sahip, ancak hayvan modelleri ve klinik araştırmalardaki deneyimleri nispeten sınırlı. Bir nanotıp uzmanı, "Araştırmamda karşılaştığım en büyük zorluk biyolojik ve tıbbi bilgi eksikliği" dedi. Bununla birlikte, Çin hükümeti yaşam bilimleri ve biyotıpa büyük yatırım yaptı ve bu alanlardaki yüksek kaliteli araştırma çıktıları şimdi artıyor. Hızlı artış.

meydan okuma

Bilimsel araştırmanın sosyal etkisini arttırın

Çin hükümeti, ekonomik büyümeyi teşvik etmek için sanayileşme için kullanılabilecek teknolojiler geliştirmeyi amaçlayan nanobilim ve teknolojiye büyük yatırım yaptı. Bununla birlikte, yayınlanan çok sayıda akademik makale ve patent başvurusuna rağmen, Çin'in nanoteknolojisinin endüstri etkisi hala sınırlıdır. Nanobilim ve nanoteknoloji endüstrileşmesi arasında hala bir boşluk var.

Görüşülen çoğu nano bilim insanı, hükümetin nano bilimsel araştırma sonuçlarının dönüşümünü teşvik etmek için uygulamalı araştırmaya daha fazla yatırım yapması gerektiğine inanıyor. Bir araştırmacı, "Nispeten konuşursak, ülkemizin temel nanobilim araştırmalarına desteği hala bol." Dedi. "Ancak uygulamalı araştırmaya yapılan yatırım hala yeterli değil." Dediği uygulamalı araştırma, ürünün ticarileştirilmesine yönelik araştırma ve geliştirme çalışmalarını ifade ediyor. Bazı araştırmacıların görüşüne göre, bu tür uygulamalı araştırma, temel nano araştırmadan daha fazla paraya mal olur.Bir ürünün veya teknolojinin sanayileşmesi veya buna karşılık gelen üretim ölçeğindeki artış, milyarlarca yuan gerektirebilir. Başka bir araştırmacı, "Şirketlerin ürün geliştirme ve ticarileştirmede avantajları var ve dahil edilmeleri gerekiyor." Dedi. "Nanoteknolojinin geliştirilmesi ve uygulanmasında önemli katılımcılar olarak onlar (işletmeler) araştırma ve geliştirmeye daha fazla yatırım yapmaya teşvik edilmelidir."

"Bana göre, temel araştırma yeni bilgi, yeni fikirler veya yeni fikirler üretmekle ilgili iken, uygulamalı araştırma pratik bir etkiye sahip olabilecek uygulamalara ve yeni ürünlere odaklanır. Ama şimdi birçok insan ikisi arasında yürüyor, yani Çok sayıda tekrarlanan araştırma yapıldı. Hala eğilimi takip eden pek çok insan var. Şahsen uygulamaya daha fazla dikkat etmemiz gerektiğini düşünüyorum. "

Şu anda sanayi sektörü bir ölçüde işin içindedir. Pek çok nano bilim insanı, şirketlerle sık sık işbirliği yapıyor ve giderek daha fazla şirket, üniversitelerden veya araştırma kurumlarından bilim adamları ile onlara bilimsel araştırma fonları sağlamak ve birlikte yeni teknolojiler veya ürünler geliştirmek için işbirliği yapmaya hazır. Bazı şirketler de araştırma ve geliştirmeye büyük yatırımlar yapmış ve kendi araştırma departmanlarını kurmuştur. Ancak bu yeterli değil. Çin'de nanobilim alanındaki endüstriyel işbirliğinin derecesi (endüstri profesyonelleriyle birlikte yazılan makalelerin oranı açısından) yıldan yıla artmakla birlikte, diğer büyük bilimsel araştırma ülkeleriyle karşılaştırıldığında hala nispeten düşüktür. Bir nano bilim adamının dediği gibi: Hükümetin, işletmelerin Ar-Ge'sini daha da teşvik etmesi ve bilimsel ve teknolojik başarıların sanayileşmesine yardımcı olan mekanizmayı optimize etmesi gerekiyor. İnsanlar, işletmeleri Ar-Ge'ye yatırım yapmak üzere gerçekten harekete geçirmek için sağlam bir mekanizmaya ihtiyaç olduğunu biliyor. Bilim ve sanayi çevreleri bir diyalog köprüsü kurar, bilimsel ve teknolojik başarıların sanayileşme sürecini basitleştirir ve yatırım kanallarını açık tutar.

"Bana en çok hangi değişiklikleri görmek istediğimi sorarsanız, nanoteknoloji Ar-Ge'sine ve uygulamalı araştırmaya yapılan yatırımın daha büyük olması gerekir."

Nano bilimsel araştırma sonuçlarının uygulanmasının nasıl güçlendirileceği, Çin'de nano bilimin gelişiminin önündeki en büyük zorluklardan biri olarak kabul edilmektedir. Bu uzun vadeli bir görevdir ve ilgili araştırmacılar, sanayileşme sürecinin kademeli ve hızlı başarı için tetikte olması gerektiğini öne sürüyorlar. Çin hükümeti, büyük bir artı olan tüm endüstri nanoteknoloji zincirinin gelişimini desteklemek için fon sözü verdi. Bilim insanları, bilimsel araştırmanın sosyal etkisini genişletmek için, yatırımın finansmanının yönüne rehberlik etmede daha büyük bir rol oynamalıdır. En son bilimsel ve teknolojik bilgilere hakim olurlar, böylece yıkıcı teknolojiler konusunda endüstri liderlerinden veya politika yapıcılardan daha iyi öngörülere sahip olurlar.

Uygulamalı araştırma ile temel araştırmayı dengeleyin

Bilimsel ve teknolojik başarıların dönüşümünü gerçekleştirmek ve olumlu sosyal etki yaratmak nanoteknoloji geliştirmenin amacıdır, ancak temel araştırma hala uygulamanın dayanağı ve itici gücüdür. Üniversitelerde veya bilimsel araştırma kurumlarında çalışan çoğu bilim insanı için, araştırma faaliyetleri yine de bilimsel merakla yürütülmelidir. Bu nedenle, odak noktası uygulama ile teknolojik yeniliği vurgularken, temel araştırma ile uygulamalı araştırma arasında bir denge sağlamak özellikle önemlidir.

Dünyadaki geniş kapsamlı yeniliklerin çoğu, temel bilimin keşiflerinden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, Çin gerçek yenilikçi araştırma açısından hala nispeten geri kalmış durumda. Sıfıra bir ulaşmak ve gerçek yenilik için sağlam bir temel oluşturmak için, daha yüksek kaliteli temel araştırmalara ihtiyacımız var. Bir araştırmacının dediği gibi: "Uygulamalar hakkında çok fazla tartışma var, ancak (biz) farklı nanomalzemelerin temel yapısını anlamak ve bu yapıları daha iyi kontrol etmek için daha temel araştırmalar yapmamız gerekiyor." Bu, nihayetinde yeni katalizörlerin, yüksek verimli güneş pillerinin ve yenilikçi ilaç dağıtım yöntemlerinin geliştirilmesine yön veren temeldir.

"Pek çok yenilik türü vardır. Çinli araştırmacılar 1'den 10'a (yaratıcı icatlar) geçmekte başarılı olabilirler, ancak 0'dan 1'e geçişler hala çok nadirdir. Bu bizim için hala büyük bir zorluk."

İstatistikler, çoğu Batı ülkesiyle karşılaştırıldığında, Çin'in toplam bilimsel araştırma harcamalarının yalnızca küçük bir kısmının genellikle temel araştırma için kullanıldığını göstermektedir. Bu, bu teknik incelemede röportaj yapılan çoğu nanobilim araştırmacısının görüşleriyle çelişiyor gibi görünüyor. Bunun nedeni, insanların temel araştırma ve uygulamalı araştırma için farklı tanımlara sahip olmaları olabilir. Doğa bilimleri araştırması iki yıl önce bir anket yaptı. O sırada, görüşülen bilim adamları nanobilim ve teknolojiyi uygulamalı araştırma olarak kabul ettiler ve temel araştırmanın yaşam bilimleri, fizik bilimleri veya jeoloji bilimlerine atıfta bulunduğuna inandılar çünkü yapabileceklerine dair net bir gösterge yok. Hemen uygulamaya koyun. Bununla birlikte, mevcut araştırmada, çoğu nano bilim insanı tarafından dikkate alınan uygulamalı araştırma, çeviri araştırması, yani laboratuvar araştırma sonuçlarının piyasadaki ürünlere dönüştürülmesidir. Bununla birlikte, bazı araştırmacıların öne sürdüğü gibi, belki de ticari şirketler sanayileşme ile bilimsel araştırma arasındaki boşluğu doldurmada öncü bir rol oynamalı ve profesörlerin temel sorumlulukları hala bilimsel araştırmalara odaklanmalıdır. Veya başka bir örnek olarak. Bir araştırmacının söylediği: "İyi bir araştırma işi yaptığınız sürece, bunun temel araştırma mı yoksa uygulamalı araştırma mı olduğu konusunda çok fazla endişelenmeyin."

Bu anlamda, bilim insanlarına kendi yenilikçi fikirlerini özgürce keşfetmeleri ve gerçek bilimsel çıkarlarını takip etmeleri için yeterli alan sağlamak anahtardır. Yayınlanan makale sayısının veya patent başvurularının sayısının çok fazla takip edilmesi, araştırma amacını yeni bilgiler keşfetmekten kağıt ve patent üretmenin bir aracı olmaya doğru saptıracaktır.

"Araştırmanın uygulanabilirliğini güçlendirmek çok önemlidir, ancak bilimsel araştırma değerlendirmesi, uygulamanın nicel göstergelerini (değerini) aşırı vurguladığında (ölçtüğünde), patent başvurularının pratik önemi genellikle zayıflar."

"Araştırma bir Gauss eğrisi gibidir - çok fazla korkunç çalışma yoktur, ancak geniş kapsamlı etkisi olan çok az çalışma vardır. Sadece alıntı sayısına güvenmek, araştırmanın önemini değerlendirmek için iyi bir yol değildir."

Uluslararası işbirliğini teşvik edin

Hükümetin güçlü desteğiyle, denizaşırı deneyime sahip gittikçe daha fazla Çinli bilim insanı Çin'de çalışmaya geri döndü. Bu nedenle, görüşülen nano araştırmacılar, Çin'in diğer ülkelerle bilimsel araştırma işbirliğinin artacağına ve uluslararası işbirliği ağının da genişleyeceğine inanıyor. Bazı genç araştırmacılar, birbirleriyle yakın bağlar kurdukları için denizaşırı ülkelerdeki eski meslektaşları, akıl hocaları veya meslektaşları ile sıklıkla işbirliği yaptıklarını söyledi.

On yıldan daha uzun bir süre önce, Çin'in uluslararası işbirliği temel olarak ileri düzey yabancı mesleki bilgi veya teknolojiyi öğrenmek içindi, halihazırdaki uluslararası işbirliği ise farklı ve daha çok bilgi ve becerilerin tamamlayıcılığı arayışındaydı. Bir nanobilim uzmanı, "Farklı ülkelerdeki araştırmacıların farklı geçmişleri ve kendi uzmanlık alanları vardır." Dedi. "Örneğin, yakın zamanda Japonya ile pankreas kanserinin tedavisi için bir gen ekspresyonu müdahale projesi üzerinde işbirliği yaptık. Nanomalzemeleri işlemede iyiyiz ve Japon araştırmacılar sağlam bir tıbbi geçmişe ve hayvan modellerinde zengin deneyime sahip. Birbirimizden öğrenebiliriz."

Ek olarak, Çin'in bazı nanobilim alanlarındaki teknik uzmanlığına dayanan Çin, giderek daha fazla uluslararası işbirliği projesinde önemli bir liderlik rolü oynuyor. Nano enerji konusunda uzmanlaşmış bir araştırmacı, "Enerji dönüşümü ve depolama araştırmalarında lider konumdayız ve birkaç yeni enerji pili işbirliği projesinde önemli bir rol oynadık" dedi.

Kıdemli bir araştırmacının dediği gibi, tamamlayıcı uzmanlığı yoğunlaştırmak ve araştırma verimliliğini artırmak için proje bazlı işbirliğini daha da teşvik etmeliyiz. Kişisel ilişkiler, işbirliği için çok önemli olsa da, "işbirliğine dayalı araştırmayı gerçekten sürdürülebilir kılmak için, işbirlikçi bir kültür geliştirmek önemlidir." İnsanlar araştırma değerlendirme sistemini iyileştirme ihtiyacının daha fazla farkına vardıkça, bazılarının değişiklikleri memnuniyetle karşıladığını söyledi. Yavaş yavaş oluyor.

Disiplinler arası işbirliğini güçlendirin

Daha önce de belirtildiği gibi, nanobilim doğası gereği disiplinler arasıdır ve kimya, fizik, mühendislik, biyoloji ve tıp gibi birçok farklı geleneksel disiplini içerir. Yeni nesil bilgisayar çiplerinden gelecekteki kanser tedavilerine kadar tüm bu alanlardaki ilerleme, dünyanın nano ölçekte nasıl çalıştığını anlamamıza bağlıdır. Bununla birlikte, fizik ve kimya gibi benzer disiplinlerden araştırmacılar bile, dünyayı gözlerinde tanımlamak için genellikle tamamen farklı diller kullanırlar. Nanobilim ve teknolojinin gelişimini desteklemek için geleneksel disiplinler arasındaki sınırları aşmak ve gerçekten disiplinler arası araştırma yöntemleri oluşturmak çok önemlidir.

"Nanobilim çok geniştir ve doğası disiplinler arasıdır, bu da farklı bilimsel alanların küresel entegrasyon eğilimiyle uyumludur. Bu nedenle, daha fazla disiplinler arası işbirliğine ihtiyacımız var."

Küresel eğilimi takiben, birçok Çin üniversitesi ve araştırma kurumu artık disiplinler arası araştırmalara büyük önem veriyor. Bununla birlikte, bir araştırmacının işaret ettiği gibi, Çin, disiplinler arası araştırmada hala nispeten zayıf. "Çin Doğa Bilimleri Vakfı gibi çoğu araştırma fonu ajansı, finansman projelerini geleneksel disiplinlere göre sınıflandırmaya devam ediyor ve bu, aslında nanobilim gibi disiplinlerarası alanların gelişimini desteklemeye elverişli değil." Dedi.

Bununla birlikte, görüşülen araştırmacıların çoğu, finansman projelerini geleneksel disiplinlere bölme uygulamasına aldırış etmedi, çünkü çoğu nanobilim araştırmacısı kimyagerdir ve sadece kimya finansman projeleri için başvurmaları gerekir. Ek olarak, Çin Doğa Bilimleri Vakfı'nın nanobilim için bazı özel projeleri var ve Bilim ve Teknoloji Bakanlığı da aynı. Bununla birlikte, bazı araştırmacılar, disiplinler arası araştırmanın sınırlı bir kapsamla sınırlandırılması halinde, nanobilimin çeşitlendirilmiş gelişimini engelleyeceğini öne sürmüşlerdir. Çoğu zaman, işbirliği malzeme bilimcileri veya kimyagerlerle sınırlıdır, ancak bazı farklı alt disiplin yönleri de söz konusudur. Kimyagerleri ve yaşam bilimcilerini, çevre bilimcilerini ve hatta yerbilimcileri daha kapsamlı disiplinler arası işbirliği geliştirmeye teşvik edecek bir mekanizma henüz kurulmamıştır.

"Şu anda, nanobilim alanındaki disiplinler arası işbirliğinin kapsamı hala çok dar. Örneğin, çoğu insan (nanobilim okuyan) kimya veya malzeme geçmişine sahip, ancak çoğunun fizik veya tıp alanında bir geçmişi yok. Bu açıdan bakıldığında, gerçek anlamda etki alanları arası iletişim yeterli değil ... Etki alanları arası iletişim için daha fazla forum düzenlememiz ve karşılıklı anlayışa dayalı bir diyalog başlatmak için birbirimizin dillerini öğrenmemiz gerekiyor. "

Genç bilim adamlarını eğitin

Nanoteknoloji alanındaki uzmanlarla röportaj yaptığımızda, herkes bir konu hakkında konuştu: umarım yeni nesil araştırmacılar, nanobilimde yeniliği teşvik etmek için daha şaşırtıcı fikirlere ve ilhamlara sahip olacaklar (bu, tüm disiplinlerde böyledir). Bu değerli insan kaynağından iyi bir şekilde yararlanmak, sadece genç Çinli araştırmacıların yeterli araştırma fonuna sahip olmalarını sağlamak değil, aynı zamanda kariyer gelişimleri için destek sağlamak ve belki de daha da önemlisi konuşmalarını ve dinlemelerini sağlamaktır. Onların sesleri.

Çin hükümeti genç bilim insanlarına çok fazla destek sağladı ve genç bilim adamları için bir dizi üst düzey finansman projesi başlattı.

2010

Geleceğe bakmak