20180206-中科院科技战略咨询研究院-纳米研究前沿分析报告_25页_3mb

纳米研究前沿分析报告总结

核心内容

本报告由中国科学院科技战略咨询研究院与国家纳米科学中心联合编写，分析了全球主要国家在纳米技术领域的战略规划、研究前沿及发展趋势，重点对锂电池、太阳能电池、纳米发电机、纳米药物、纳米检测、纳米仿生孔、纳米安全性、纳米催化和测量标准等9个研究领域进行了深入解读。

主要观点

1. 各国对纳米技术信心增强，投入加大
   各国普遍加大了对纳米技术的资金和人员投入，将纳米技术视为推动国家经济发展和解决关键问题的重要手段，尤其在能源和生物医药领域。

2. 研究重心转向应用与商业化
   纳米技术的研究重心已从单一的材料制备和功能调控，转向其应用和商业化方向，注重与产业的结合。

3. 国际标准与伦理研究的重要性提升
   各国加强了纳米技术在环境、健康、安全及伦理方面的研究，并推动国际标准和规范的制定，以促进纳米技术的社会接受度。

4. 教育体系的重要性
   各国普遍重视纳米技术的基础和高等教育，为未来纳米技术的发展储备人才。

5. 美国和中国在纳米研究中占据主导地位
   美国和中国在高被引论文数量上领先全球，尤其在锂电池、太阳能电池、纳米药物、纳米检测、纳米安全性、纳米催化等领域。

6. 中国在部分领域表现突出
   中国在“锂电池”和“纳米催化”两个研究领域中高被引论文数量位居全球第一，在“太阳能电池”、“纳米发电机”、“纳米药物”、“纳米检测”、“纳米安全性”五个研究领域中高被引论文数量排名第二。

关键信息

各国纳米研究计划分析

• 美国：制定多个使命导向型计划，如碳纳米管研究、纳米纤维素商业化、水资源可持续利用等，注重多学科融合解决重大问题。
• 日本：强调纳米技术的“尖端化”和“融合化”，推动其在社会需求中的体系化应用。
• 韩国：重视纳米技术产业化，致力于信息技术融合型新兴产业、健康长寿社会等目标。
• 德国：注重纳米技术成果的有效转化，提升企业竞争力。
• 欧盟：聚焦于石墨烯的研发和应用，特别是在能源领域。
• 中国：未设立单独针对纳米科学和技术的全谱规划，但国家自然科学基金委重视基础研究，如纳米制造、测量及机理研究，部分规划涉及应用领域。

国际纳米研究前沿分析

• 研究前沿分类：分为“纳米制造”、“纳米能源”、“纳米生物”、“纳米测量”四类，其中“纳米制造”占比最大。
• 热点前沿：共41个，以高被引论文的施引文献数量为主要依据。
• 新兴前沿：共37个，以高被引论文的时效性为主要依据。
• 美国和中国主导纳米研究：在高被引论文数量上遥遥领先，其他主要国家如德国、日本、韩国、新加坡等也具有一定的研究实力。

各研究前沿解读

1. 锂电池

• 研究前沿：涉及高被引论文413篇，中国高被引论文数量最多，美国和新加坡分列第二、第三。
• 重点研究方向：
  • 负极材料：硅基、锗基、锡氧化物等。
  • 正极材料：LiFePO4、MoS2等。
  • 隔膜材料：聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯等。
  • 机理研究：电极材料的电化学性能。
  • 柔性锂离子电池：改进性能、开发柔性电极材料。

2. 太阳能电池

• 研究前沿：涉及高被引论文516篇，美国最多，中国排名第二。
• 重点研究方向：
  • 量子点敏化太阳能电池：高光电转换效率。
  • 有机太阳能电池：非富勒烯型、全聚合物型等。
  • 无机太阳能电池：如CIGS、GaAs等薄膜电池。
  • 钙钛矿太阳能电池：高光电转换效率，成为研究热点。

3. 纳米发电机

• 研究前沿：涉及高被引论文32篇，美国占据主导地位。
• 主要技术路线：压电和静电（摩擦）。
• 研究进展：王中林院士团队在摩擦纳米发电机方面取得突破，实现高效能量转化。

4. 纳米药物

• 研究前沿：涉及高被引论文488篇，美国最多，中国排名第二。
• 重点研究方向：
  • 纳米药物载体与药物递送。
  • 肿瘤治疗纳米药物。
  • 抗菌治疗纳米药物。
  • 纳米药物的生物相容性和安全性研究。

5. 纳米检测

• 研究前沿：涉及高被引论文325篇，美国最多，中国排名第二。
• 重点研究方向：
  • 量子点、贵金属纳米簇等纳米探针技术。
  • 纳米生物传感器。
  • 单分子检测技术，如纳米孔测序。

6. 仿生纳米孔

• 研究前沿：涉及高被引论文45篇，美国占据绝对优势。
• 研究内容：纳米孔在生物大分子分析和检测中的应用。
• 技术进展：生物纳米孔测序技术已实现商业化，固态纳米孔技术也在发展中。

7. 纳米安全性

• 研究前沿：涉及高被引论文157篇，美国最多，中国排名第二。
• 研究重点：纳米材料与生物体及环境的相互作用，关注生物相容性、毒性等。

8. 纳米催化

• 研究前沿：涉及高被引论文303篇，中国占据首位。
• 研究方向：
  • 传统催化：如C1化学、费托合成等。
  • 电催化：如燃料电池、金属-空气电池的阴极反应。
  • 光催化：如污染物降解、CO2转化等。
• 技术突破：单原子催化剂、磁性可回收催化剂等。

9. 测量表征

• 研究前沿：涉及高被引论文153篇，美国最多，德国和英国分列第二、第三。
• 主要技术：超分辨成像、纳米尺度磁共振、表面等离激元共振、表面增强拉曼光谱等。
• 研究进展：美国在该领域具有较强的领先优势。

总结

• 中国在纳米科技领域已形成一批世界领先的科研方向和团队，如太阳能电池、C1化学等。
• 美国在多数研究前沿中占据主导地位，尤其在太阳能电池、纳米发电机、纳米药物等领域。
• 各国在纳米技术的产业化、商业化、安全性和伦理研究方面均有所重视。
• 纳米技术正朝着绿色、健康等方向发展，未来潜力巨大。
• 本报告基于文献计量和专家分析，揭示了纳米研究的前沿方向和各国的布局，为政策制定和科研方向选择提供了参考。

附录

• 热点前沿：包括非富勒烯有机太阳能电池、摩擦型纳米发电机、钙钛矿太阳能电池等。
• 新兴前沿：包括过渡金属硫属化合物纳米复合材料、高性能钙钛矿太阳能电池/发光二极管、碳纳米点及应用等。

此报告全面分析了纳米研究的前沿趋势和各国布局，具有重要的参考价值。