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私營部門在高科技領域投資迅速增加的原因主要有以下三點:
一是經濟發展階段和國際競爭要求私營部門增加對高科技領域的投資。經濟發展成熟化要求技術進步和產業升級。一方面,勞動工資、融資成本開始不斷上升,原有的勞動密集型、資本密集型產業的競爭優勢下降,韓國大企業迫切需要通過增加對高技術領域的投資來實現技術升級和增加高附加值產品的生產,從而培育新的競爭優勢。另一方面,韓國在國際市場上同發達國家競爭加劇、貿易摩擦不斷增多。原來的主要出口市場,如美國等開始取消對韓國的優惠政策,轉而將韓國視為競爭對手,技術壁壘無形中導致韓國引進先進技術的成本上升。韓國企業過去那種依靠引進技術―改進―再研發的模式受到了挑戰,不得不走增加基礎科學投入、加強研發自有技術的道路。比起過去那種單純的技術模仿,這種自主開發的模式必然使私營企業增加對高新技術領域的投資。
二是韓國政府采取了一系列制度措施提高私營部門對高科技領域投資的積極性。1982年和 1984年韓國分別成立了技術振興擴大會議和技術振興審議會議,負責制定有關支援私營部門技術開發的政策方案。通過特定研究開發實施項目(1982年)、示范企業和示范資本以及大規模的技術引進,實現了技術引進的完全自由化。這一時期,產業技術支援體系也得到了不斷的完善,相應制定了《工業發展法》、《中小企業創業支援法》和《產業技術研究組合扶持法》等。20世紀90年代后,韓國為了21世紀的高新技術發展還制定了“科學技術G7計劃”。通過上述一系列法律和制度,政府不但表明了對高新技術投資的支持態度,而且規范了技術投資和引進,從而促進了私人資本對高新技術領域的投入。
三是韓國政府通過加強基礎組織建設來促進私營企業對高科技領域的投資。上世紀80年代之后,隨著韓國企業附屬研究所的設立,韓國技術研究體系開始由政府主導向民間主導的技術開發體系轉變。1986年之后韓國企業附屬研究所數目急劇增加,一方面是因為國際競爭的加劇導致企業開發自有技術的意識增強;另一方面同韓國政府重視設立中小企業研究所等有關的基礎組織建設有密切關系。韓國政府于1985年修改了《技術開發促進法試行令》,放寬了企業設立研究所的認可條件,企業附屬研究所數目因此顯著增加,私人部門的科研人員和投入出現相應增長。以1992年為例,企業附屬研究所的開發費用占韓國總研究開發費用的73%,其人員占總研究人員的58%,私營企業部門的科研力量開始成為產業技術開發的主體。
關鍵詞:機械制造工藝;高科技;應用現狀;未來發展趨勢
我國經濟的不斷進步和發展,最直接的就是導致市場經濟下的競爭愈演愈烈,科學水平的不斷增強,作為支柱產業的機械制造業必然要加大投入,不管是人力還是物力都要有所提高,但是與發達國家技術水平相比仍存在較大差距,為了更好地適應市場競爭,不斷提高機械制造的效率與質量,必須充分了解當前機械制造工藝的發展特征,并對未來發展提出憧憬。
一、機械工藝制造發展特征
1.1 智能化
智能化的發展特征是機械制造中最為明顯的特點,它運用在各個制造環節中,利用人工智能,通過柔性技術將系統整合,并仿真模擬人類的活動,取代制造系統中的腦力勞動部分,在機械設計與制造過程中,通過應用模塊化方式,實現人機友好性發展。
1.2 網絡化
隨著網絡技術與通訊技術的普及發展,給企業生產活動帶來極大變革,而產品設計、零部件制造以及產品銷售等各個環節的活躍發展,離不開網絡技術的支持作用,以此推動信息技術的交流發展,實現產品開發與協作。
1.3全球化
當前,機械制造技術的競爭非常激烈,只有不斷提升技術含量、廣泛拓展市場,才能在市場競爭中占有一席之地。隨著網絡通信技術的發展與完善,企業之間已經從過去單一化的競爭逐漸轉變為競爭與合作相結合,以此實現全球一體化發展目標。但也應意識到,全球一體化必須奠定在網絡化技術基礎上,才能實現更好的融合發展。
1 具有高科技的機械制造工藝
機械制造工藝是機械制造業發展的核心技術和基礎性技術,是國家工業的基礎和支柱。它是一個由產品設計、生產、加工制造、使用、維修、回收再利用組成的循環大系統,機械制造工藝的主要目標是要提高產品質量、增加投資效益、提升市場競爭力。
因此,機械制造工藝作為衡量國家制造業水平的一個主要標志,高科技的應用是機械制造業發展的必然趨勢。換句話說,高科技和制造業是相輔相成的,機械制造業的發展離不開高科技的應用,高科技的發展也不能沒有機械制造業為其提供平臺。
2 高科技在機械制造工藝中的應用
2.1 激光技術在機械制造工藝中的應用
激光技術已經在諸多行業中得到了廣泛的應用,在機械制造業中也是機械制造工藝中不可或缺的重要技術手段。激光技術在機械制造業中的應用主要體現在兩個方面。
2.1.1 激光熱處理
在機械制造中使用經過熱處理的零件能夠提高零件的使用壽命和機器的性能,尤其是對機械中磨損較多的零件,更有必要對其進行熱處理。給零件表面覆上一層熔點更高的材料來提高耐磨性是熱處理常用的一種處理方式。而激光正具有高溫這一特性,在機械制造中正是利用了激光的這一特性對一些零件進行熱處理,使零件更具耐磨性。另外還可利用這一特性對機械制造中的生產模具進行修復,提高機器的使用壽命,并可保持機器原有的性狀。
2.1.2 快速切割成型
激光的另一特性―――快速切割,在機械制造中可以通過與計算機的CAD模塊相互配合使用,使激光自動快速地對材料進行切割和成型。這一特性的使用不僅能制造所需零件的模型,對一些復雜的零件還可以直接進行制造加工。正是由于這一特性所具有的不可替代的優勢,使激光在機械制造工藝中得到了廣泛的應用,并逐漸得到普及。
2.2 自動化控制技術在機械制造工藝中的應用
自動化控制技術是指在無人操作的情況下,利用外部的控制設備或裝置,使機器、設備或生產過程中的某一工作狀態或參數自動按照預定的設定規律運行的一種高科技技術。這一技術在機械制造工藝中的廣泛應用,使人類從復雜、危險、繁瑣的勞動中解放出來,并大大地提高了機械的使用效率,降低了成本。
2.2.1 自動化制造單元
在機械制造中已得到逐步普及的一種小型自動化系統―――自動化制造單元,它是自動化生產和節約成本相結合的產物,其最大的優勢是可實現單機自動化。自動化制造單元可以加工多種產品,由一臺或多臺的加工設備組成,比如數控機床、物料輸送設備等。
2.2.2自動化制造生產線
在機械制造中另一種比較實用并廣泛推廣的技術―――自動化制造系統,這個系統由多臺自動化設備構成,由計算機系統集中統一控制,通過物料運輸設備,形成一個簡單的加工流水線。這條流水線的形成可以在不停機的狀態下,生產多種小批量的產品。而在此系統基礎上進行改造就可以實現另外一種在機械制造業中比較完善的,且進入實用階段的技術自動化流水線。自動化流水線處于非自動化與中小規模的自動化制造系統之間,它的生產效率有所提高,但對物料輸送設備的自動化要求有所降低,這一技術可以說是較完善與實用的。
2.2.3 自動化制造工廠
自動化制造工廠,從原材料、生產加工、成品等整個生產過程中全部的運轉都是“自動化”的,具有非常高的技術含量,它在全部的制造過程中由多個自動化制造系統聯合起來,再配上具有較高自動化程度的物料運輸系統,并由計算機系統統一調度與指揮。但是,自動化工廠在當今的機械制造業中并不多見。
2.3機械制造工藝中的高精度技術
在現代化機械制造工藝中,精密加工將成為今后發展的必然趨勢,其中涉及到微型機械、超精密切削技術、研磨加工技術以及復合加工技術等諸多方面。當前,納米技術正逐漸在納米電子學、納米材料技術等方面廣泛應用,而納米技術也推動了光學科學、機械科學等高科技水平的發展,機械制造工藝的高精度技術也朝向納米技術方向發展。因此,納米技術與微型機械的發展必將成為今后發展的關鍵技術,而機械制造工藝中的智能技術,也正步入高速率、高精度發展時代。
3 機械制造工藝的未來發展趨勢
3.1 集成化發展趨勢
高度自動化所帶來的是集成化的發展,目前機械制造工藝已經由原來的分散型加工轉變成了集成化、連續性加工和生產。當前的集成化主要是利用機電一體化、制造工藝的連續性一次性加工完成零件的生產,而未來的集成化則是要將整個成品進行集成化生產。
3.2 微納化發展趨勢
使用材料的進步和加工手段的提高是機械制造工藝發展必不可少的,精密化的加工是機械制造業的發展趨勢,隨著納米技術的不斷提高,機械工藝必將完全進入微納化。
3.3 自動化發展趨勢
在未來的機械制造業中自動化設備將成為主導,大規模的產量需要一條更加完善的自動化制造生產線,提高生產線的自動化程度,高效率、準確性是自動化發展的必然趨勢。這一趨勢也將指導自動化機械制造的發展方向,并實現建立完全的自動化制造工廠。
3.4 數字化發展趨勢
機械制造工藝最重要的發展方向就是數字化。在機械制造的整個過程中不僅設計環節要數字化,而且生產過程也要數字化。設計的數字化保證了生產的準確性,生產過程的數字化提高了自動化系統的使用效率,以便更好地完成整個機械制造工藝過程。同時,數字化的管理也是生產與管理的重要基礎,能為企業的發展做出正確的指揮和規化。
結束語
綜上所述,我們也應意識到,傳統技術是機械制造新工藝的基礎,因此在繼承與發展傳統技術的基礎上,全面應用高新技術,極大提高機械制造的效率與質量水平,必將成為今后發展的趨勢。
參考文獻:
[1]劉曉虎.淺析機械制造業現狀和發展趨勢[J].機電信息,2010,(12):146-146.
什么事幾乎都能先知先覺、趕在潮頭浪尖之上的新新一族近一時期常掛在嘴邊的這句話,讓絕大部分人感到莫名其妙,不知道“納米”是何方“神圣”。北京國際周上,“納米”與智能、寬帶等字眼并肩排列,再加上剛出世各媒體一陣“熱炒涼拌”,人們對“納米”只是聞其名卻不知其實。
簡單地說,“納米”是一種極微小的長度單位,一納米等于十億分之一米,也等于千分之一微米,大約是三四個原子的寬度。納米科技是90年代初迅速發展起來的新興科技,其最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子、分子,制造出具有特定功能的產品。納米科技以空前的分辨率為我們揭示了一個可見的原子、分子世界。這表明,人類正越來越向微觀世界深入,人們認識、改造微觀世界的水平提高到了前所未有的高度。有資料顯示,2010年,納米技術將成為僅次于芯片制造的第二大產業。
“清潔衛士”披掛上陣
人們越來越關注室內環境污染。長期在空調環境中工作、生活的人們不知不覺間可能會染上頭痛、胸悶、咳嗽、困乏等“空調病”,納米技術應用于空氣凈化過濾的消息給深受“空調病”困擾的人們帶來一個驚喜。國內首批將納米技術應用于空調機生產的上海歐臣納米稀土空調就借其空氣凈化和水處理的國際技術背景,掀開21世紀健康空調的篇章。納米是怎樣充當“清潔衛士”、成為空氣凈化過濾材料的呢?
據悉,這種特殊材料是由多種稀土金屬、稀有金屬、多種氧化物通過高科技方法合成的,其中加入了特殊的納米材料。在納米材料與多種稀土金屬、稀有金屬聯合作用下,便構成了對各種有機污染物有良好去除效果的微孔活動中心。這個中心在不改變空氣自然狀態的大前提下,過濾空氣中的有害物質,增加室內空氣的含氧量。
經過中國預防醫學科學院檢測,這種合成稀土納米材料對甲醛的去除率超過90%,對苯的去除率為89.8%,對氧的去除率為81.8%,對氮氧化物的去除率高達98%,對香煙煙霧的去除率為60.7%……總之,它能夠對家庭和建筑裝修以后散發的各種有毒、有害、致癌有機污染物進行有效地去除。主要表現在――無毒害、殺菌、吸咐異味、高附著強度等幾個特點上。
“篩子”好使卻有點兒貴
如今,納米技術被較多地運用于一些樓盤的內外墻粉刷上,像作為奧運樣板工程的首都體育館的改造工程;復旦大學研制成功的可以自我清潔的“納米二氧化鈦光催化玻璃”已經運用到醫院手術室器材、汽車后視鏡等方面;在國外,比如日本等地也已將納米技術開發成功并投入使用。最早做戶式中央空調的清華同方人工環境公司表示,下一步他們將研究室內的空氣處理系統,不斷地融合數字控制、納米材料、光電效應、環保介質等現代高新技術,提供溫度、濕度適宜,純凈新鮮的室內空氣。
當更多的商家包括房地產商對“納米”給予越來越多的關,注,并將納米作為一張強檔綠色牌打給購房者時,人們也應該清醒地看到納米的不成熟之處:一是納米產品目前可以說是魚龍混雜,趁許多人還不太了解有關知識,有些產品就硬往“納米”上套;而國內外現在也缺乏真正權威的認證機構,無法進行有法律效力的認證。此外,并不是所有的家用電器或其他產品都適合采用納米技術。最后,要提醒消費者注意的是,由于成本的加大,凡沾上“納米”的東西都會比同類產品價格高一些。例如納米空調比同品質普通空調貴10%到15%,消費者對此要有心理準備。
閱讀訓練
1.人類研究納米技術的目的是什么?(用原文中的句子回答)
答:_________________________________________________________________
2.請根據上下文解釋下面兩句話的含義。
(1)不知道“納米”是何方“神圣”。
答:__________________________________________________________________
(2)(納米材料)剛出世時各媒體一陣“熱炒涼拌”。
答:__________________________________________________________________
3.納米技術凈化過濾空氣的過程是,先與______________聯合作用,然后___________________,最后___________________。
4.指出下列句子運用的說明方法,并談談運用這些說明方法有什么作用。
(1)“篩子”好使卻有點兒貴。
答:_________________________________________________________
(2)一納米等于十億分之一米,也等于千分之一微米。
答:_________________________________________________________
5.“納米”有哪些不成熟之處?怎么理解類似納米的新興科技在發展中的“不成熟”?
答:不成熟:_________________________________________________
理解:_______________________________________________________
6.查閱有關資料,對“納米”和納米技術作一個簡介。(200字左右)
答:_________________________________________________________
7.你還知道納米技術在現實生活中的其他應用嗎?請再舉兩例。
答:__________________________________________________________
8.請簡要談談納米的發展過程對我們有何啟示?
關鍵詞:納米材料;發展現狀;規劃
中圖分類號:TB383 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 24-0000-01
二十一世紀信息、生物技術、能源、環境、先進制造技術和國防高速發展對材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸對材料的尺寸要求越來越小;航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術對材料性能要求越來越高。新材料和新產品的創新,是未來十年對經濟社會發展、國力增強有影響力的戰略研究領域,納米材料將起重要作用。納米(nm)是長度單位,1納米是10-9米(十億分之一米),它是一個很小單位,如人的頭發絲直徑為7000-800Onm,人體紅細胞直徑為3000-50OOnm,一般病毒的直徑在幾十至幾百納米大小,金屬的晶粒尺寸在微米量級;又如原子、分子等以前用埃來表示,1埃相當于1個氫原子的直徑,1納米是10埃。納米材料的條件:材料的特征尺寸在1-1OOnm之間;材料具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。
一、納米材料的性能
使納米材料具有微波吸收性能、高表面活性、強氧化性、超順磁性,以及特殊的光學、催化、光催化、光電化學、化學反應、化學反應動力學和物理機械性質。納米材料的應用將是傳統材料、功能材料的一次革命。
納米材料用于復合材料中,將使復合材料的發展產生巨大變化。納米復合材料分兩大類:由金屬/陶瓷、金屬/金屬、陶瓷/陶瓷組成的無機納米復合材料;由聚合物/無機、聚合物/聚合物組成的聚合物納米復合材料。用于環氧樹脂納米復合材料的無機納米材料有:SiO2、TiO2、Al203、CaCO3、ZnO、黏土等。納米材料能大大提高環氧復合材料的力學性能、耐熱性、韌性、抗劃痕能力,達到提高耐熱性和韌性效果。當前環氧納米復合材料研究重點是,納米材料在基體中均勻分散方法、復合方法、效應、規律和機理研究;環氧納米復合材料應用研究。納米材料和技術為環氧涂料、膠粘劑、電子材料、塑料、復合材料和功能材料的發展增添了高科技含量,將使環氧材料的發展和應用產生巨大變化。
二、納米材料發展現狀
目前我國在功能納米材料研究上取得了重大成果,一是大面積定向碳管陣列合成。利用化學氣相法高效制備純凈碳納米管技術,該技術合成的納米管,孔徑一致2Ourn,長度1OOpm,納米管陣列面積達3mmX3mm。其定向排列程度高,碳納米管之間間距1OOpm。這種大面積定向納米碳管陣列,在平板顯示場發射陰極等方面有重要應用前景。二是超長納米碳管制備。首次大批量制備出長度為2~3mm超長定向碳納米管列陣,它比現有碳納米管長度提高1-2個數量級。三是氮化嫁納米棒制備。首次利用碳納米管作模板成功制備出直徑為3-4Ourn、長度達微米量級的發藍光氮化像一維納米棒,提出了碳納米管限制反應概念。四是硅襯底上碳納米管陣列研制成功,推進碳納米管在場發射平面和納米器件方面的應用。五是唯一維納米絲和納米電纜,應用溶膠-凝膠與碳熱還原相結合的新方法,首次合成了碳化或納米絲外包覆絕緣體S10Z和TaC納米絲外包覆石墨的納米電纜,以及以S江納米絲為芯的納米電纜,當前在國際上僅少數研究組能合成這種材料。六是用苯熱法制備納米氮化像微晶,發現了非水溶劑熱合成技術,首次在3000C左右制成粒度達3Oum的氮化鋅微晶。還用苯合成制備氮化鉻、磷化鉆和硫化銻納米微晶。七是用催化熱解法制成納米金剛石,在高壓釜中用中溫(700C)催化熱解法,使四氯化碳和鈉反應制備出金剛石納米粉。
三、納米材料存在的問題
目前納米技術還存在著沒有攻克的難題。納米有很多理論上設想的特性沒有開發出來。其瓶頸:怎樣采用有效方法把材料由大顆粒粉碎到納米級的顆粒,雖有電弧法、等離子法,但效果不好,所得到微細顆粒直徑很難分布在一個窄的范圍內,納米級顆粒所占比例不高;即使得到了納米級的顆粒,但在應用過程中顆粒是否還是以納米形式存在,因為納米顆粒表面有很強的活性,顆粒和顆粒之間易粘結到一起,變成大顆粒,失去了納米特性。
這兩大問題制約著納米技術的發展,目前還沒有得到解決。實驗室可以得到小量的納米材料,但不具大量生產能力。有一些產品嘗試納米材料,其中大部分用的不是真正納米材料,而是比納米大很多的微米級顆粒。應用納米技術的產品在實驗室出現了,市場上沒有。
皮膚對納米材料的吸附和毒性;納米顆粒進入飲用水時的后果;納米顆粒對操作者肺部組織影響的研究和在通風道中納米顆粒對動物的影響;已變成海洋或淡水水域沉積物的納米顆粒對環境的影響;在什么條件下,納米顆粒可能吸收或釋放環境污染物。專家認為,美國政府正努力評估納米技術的生物和醫學影響。
四、納米材料的發展
我國納米材料研究始于80年代末,納米材料科學列入國家攀登項目。國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目,組織相關科技人員分別在納米材料各個分支領域開展工作,國家自然科學基金委員會還資助了20多項課題,國家“863”新材料主題也對納米材料有關高科技創新的課題進行立項研究。1996年以后,納米材料的應用研究出現了可喜形式,地方政府和部分企業家的介入,使我國納米材料的研究進入了以基礎研究帶動應用研究的新局面。目前,我國有60多個研究小組,有600多人從事納米材料的基礎和應用研究。
我國納米材料基礎研究在過去十年取得了重要研究成果。已采用了多種物理、化學方法制備金屬與合金氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體,裝備了相應設備,做到納米微粒的尺寸可控,制成了納米薄膜和塊材。在納米材料的表征、團聚體的起因和消除、表面吸附和脫附、納米復合微粒和粉體的制取等方面都有創新和重大進展,成功研制出致密度高、形狀復雜、性能優越的納米陶瓷;在世界上首次發現納米氧化鋁晶粒,在拉伸疲勞中應力集中,區出現超塑性形變;在顆粒膜的巨磁電阻效應、磁光效應和自旋波共振等方面取得了創新性成果;在國際上首次發現納米類鈣鈦礦化合物微粒的磁嫡變超過金屬Gd;設計和制備了納米復合氧化物新體系,它們的中紅外波段吸收率可達92%,在紅外保暖纖維得到了應用;發展了非晶完全晶化制備納米合金的新方法;發現全致密納米合金中的反常效應。
關鍵詞: 納米技術意義展望
一、納米技術的內涵
納米技術是一門在0.1―100nm空間尺度內操縱原子和分子,對材料進行加工、制造具有特定性能的產品,或對物質進行研究、掌握其原子和分子的規律和特征的高新技術學科,被認為是“今后十年最可能使人類發生巨大變化的十項技術”之一。
納米技術包含下列四個主要方面:(1)納米材料。當物質到納米尺度以后,即0.1―100nm這個范圍空間,物質的性能就會發生突變,出現特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子,又不同于宏觀的物質的特殊性能構成的材料,即為納米材料。(2)納米動力學。主要是微機械和微電機,或總稱為微型電動機械系統,用于有傳動機械的微型傳感器和執行器、光纖通訊系統,特種電子設備、醫療和診斷儀器等。用的是一種類似于集成電器設計和制造的新工藝,特點是部件很小,刻蝕的深度往往要求數十至數百μm,而寬度誤差很小。(3)納米生物學和納米藥物學。如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子,dna的精細結構,等等。納米生物學發展到一定技術時,可以用納米材料制成具有識別能力的納米生物細胞,并可以吸收癌細胞的生物醫藥,注入人體內,用于定向殺癌細胞。(4)納米電子學。包括基于量子效應的納米電子器件,納米結構的光/電性質,納米電子材料的表征,以及原子操縱和原子組裝,等等。當前電子技術的趨勢要求器件和系統更小、更快、更冷。更快,是指響應速度要快。更冷,是指單個器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度,納米技術是建設者的最后疆界,它的影響將是巨大的。
二、研發納米技術的重要意義
在充滿生機的21世紀,信息、生物技術、能源、環境、先進制造技術和國防的高速發展必然對材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸等對材料的尺寸要求越來越小;航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術等對材料性能要求越來越高。新材料的創新,以及在此基礎上誘發的新技術、新產品的創新是未來10年對社會發展、經濟振興、國力增強最有影響力的戰略研究領域,納米材料將是起重要作用的關鍵材料之一。納米材料和納米結構是當今新材料研究領域中最富有活力、對未來經濟和社會發展有著十分重要影響的研究對象,也是納米科技中最為活躍、最接近應用的重要組成部分。近年來,納米材料和納米結構取得了引人注目的成就。例如,存儲密度達到每平方英寸400G的磁性納米棒陣列的量子磁盤,成本低廉、發光頻段可調的高效納米陣列激光器,價格低廉。高能量轉化的納米結構太陽能電池和熱電轉化元件,用作軌道炮道軌的耐燒蝕高強高韌納米復合材料等的問世,充分顯示了它在國民經濟新型支柱產業和高技術領域應用的巨大潛力。正像美國科學家估計的“這種人們肉眼看不見的極微小的物質很可能給予各個領域帶來一場革命”。納米材料和納米結構的應用將對調整國民經濟支柱產業的布局、設計新產品、形成新的產業及改造傳統產業注入高科技含量提供新的機遇。
研究納米材料和納米結構的重要科學意義在于它開辟了人們認識自然的新層次,是知識創新的源泉。由于納米結構單元的尺度(0.1―100nrn)與物質中的許多特征長度,如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當,因而納米材料和納米結構的物理、化學特性既不同于微觀的原子、分子,又不同于宏觀物體,從而把人們探索自然、創造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發現新現象,認識新規律,提出新概念,建立新理論,為構筑納米材料科學體系新框架奠定基礎,也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內涵。世紀之交高韌性納米陶瓷、超強納米金屬等仍然是納米材料領域重要的研究課題;納米結構設計,異質、異相和不同性質的納米基元(零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲)的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當今納米材料研究新熱點,人們可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設計納米結構原理性器件及納米復合傳統材料改性正孕育著新的突破。
納米技術作為一門新興的學科,被譽為21世紀最具有發展前景的技術,是對未來經濟和社會發展產生重大影響的一種關鍵性前沿技術。納米技術在社會上的應用前景非常廣闊,納米技術不僅會推動新產品的開發,而且將為改善人們的生活環境,提高生活質量作出不可估量的貢獻。納米技術將成為21世紀新型技術的發展新方向,相信在不久的將來,我們將跨入一個全新的時代。
三、對納米技術未來發展的展望
納米技術將從根本上改變未來制造的兩種基本類型方式――連續制造和離散制造。連續制造是指批量物質或材料的生產,例如化學品或金屬卷材。離散制造是指單個配件的生產,例如螺栓或元件(集成電路)或組裝系統(計算機)。對于納米尺度制造來說,原子、分子與團簇都是生產“原料”。因此,納米尺度制造的生產工藝和設備與目前應用于大于100nm的微制造工藝與設備將會有很大不同。納米制造未來的研究方向包括以下幾個。
1.材料開發
了解和模擬納米尺度物質合成、操控及監測的現象和工藝,這是開發新型納米制造技術所需的;開發表征、監測、篩選、分離和控制納米結構大小/形狀/多分散性和表面或體積特征的方法。
2.制造納米系統的材料操控與控制
分子、大分子、納米顆粒及納米尺度組件的定位、定向、分散、集群和導向自我組裝,非共價鍵和信息內容是不可或缺的;納米材料的包裝和輸運,如通過超聲和納米流化床;納米自組裝結構融入功能器件和系統。
3.與微觀和宏觀系統相結合
把自下而上和自上而下的制備技術融入低本高效的優化生產制造中;制造技術的尺度放大、并行和集成能力,如平行探針或束陣列等方法。
4.制造工具
改造和控制表面組成/結構,以確保隨后組裝的穩定性和功能性;開發可支撐的、用戶與環境友好、廉價而高產的制圖技術;開發和運用納米結構復制方法;納米制造結構和性能的低本高效清除/修復/接縫技術,等等。
5.測量和標準工具
納米顆粒與結構的化學和結構表征技術(除幾何形狀特征外);開發三維加工和非破壞性表面下探測技術;把在線傳感與監測技術同制造方法融合在一起;遠程制作和遠程表征設備和儀器,等等。
參考文獻:
1、活性炭吸附,活性炭除甲醛是一種比較廉價和實用的方法,特點是物理吸附,吸附徹底,不易造成二次污染。活性炭的物理作用除臭,去毒;無任何化學添加劑,對人身無影響。
2、納米技術吸收分解法,裝修后的方法是使用具有強大捕捉、吸附及消除甲醛功能的產品。利用高科技的納米和納米改性技術,經過多重篩選、組方與活化改性,將數種天然納米級原料與常規氧化劑結合,能有效清除居室環境中甲醛、氨、苯、一氧化碳等有害氣體。不僅僅是針對甲醛更能有效的去除氨、苯、TOVC等有害物質。30平米放一個中度超標可選用此方法。
3、通風法去除甲醛,通過室內空氣的流通,可以降低室內空氣中有害物質的含量,從而減少此類物質對人體的危害。冬天,人們常常緊閉門窗,室內外空氣不能流通,不僅室內空氣中甲醛的含量會增加,氡氣也會不斷積累,甚至達到很高的濃度。
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1962年10月生于吉林九臺,1983年畢業于長春工業大學化學工程系。1984~1993年留學日本,先后獲日本橫濱國立大學碩士、東京大學博士學位。并在日本分子科學研究所完成博士后研究。1993年6月回北京大學化學系工作,同年入選國家教委首批跨世紀優秀人才計劃,1994年獲國家杰出青年科學基金首批資助,1996年入選國家人事部“百千萬人才工程”(第一、二層次),1997年獲香港求是科技基金會杰出青年學者獎和北京大學大眾電腦獎教金,1999年首批受聘“長江學者獎勵計劃”特聘教授。2011年獲中國化學會-阿克蘇諾貝爾獎,同年當選為中國科學院院士。
逐夢納米時代
上個世紀五六十年代開始發展的以集成電路技術為核心的微電子技術,造就了今天這樣一個神奇的電腦時代。但是一旦集成電路的特征尺寸小于0.05微米時,微電子技術就無能為力了。科學家的偉大就在于他們用一個又一個偉大的構想和矢志不渝的努力不斷推進著人類探索未知的進程,并帶給這個世界一個又一個的驚喜。
1959年,物理學家理查德?費曼作了一次題為《在底部還有很大空間》的演講。這位當時在加州理工學院任教的教授提出了一個新的想法:從石器時代開始,人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術,都與一次性地削去或者融合數以億計的原子,以便把物質做成有用的形態有關。費曼認為,物理學的規律不排除一個原子、一個原子地制造物品的可能性。他預言,人類可以用小的機器制作更小的機器,最后將變成根據人類意愿,逐個地排列原子,制造產品,這是關于納米技術最早的夢想。
自上個世紀70年代開始,科學家開始從不同角度提出有關納米科技的構想,1974年,日本科學家谷口紀南最早使用納米技術一詞描述精密機械加工。1982年,國際商業機器公司蘇黎世實驗室的葛?賓尼博士和海?羅雷爾博士合作研制了一臺奇特的儀器――STM(Scanning Tunneling Microscope,掃描隧道顯微鏡),它使人們領略到原子世界的神奇魅力。之所以命名為掃描隧道顯微鏡,是因為賓尼他們從上個世紀20年代量子力學的王國里聽到了“老虎隔山吃人”預言,他們從中得出啟示:無力翻越的高山可以借隧道穿越。他們設計了一枚細得不能再細的探針,那針尖只有一個原子大小,這便是他們假以窺探原子世界的“眼睛”。這雙神奇的眼睛能沿原子邊緣逐個掃視,把它看到的景象傳給電腦,電腦畫出美麗的圖像,告訴人們:瞧瞧!這就是原子的模樣!
而此時的劉忠范還只是吉林工學院(現為長春工業大學)的一名普通大學生,對于如此尖端的科技他甚至聞所未聞,當時的他無論如何也不會想到納米技術會成為自己留學歸來以后的主攻方向,并取得豐碩成果。2011年末,北京大學納米科學與技術研究中心主任,化學與分子工程學院教授、博士生導師劉忠范當選為中國科學院院士。
執著的追求
2012年初,幾經輾轉,我們總算約到了劉忠范的采訪。
讓我們沒想到的,這次的采訪地點居然是在醫院。因為腰椎間盤突出,劉忠范不得不住院治療。對于他來說,也是第一次在醫院接受采訪。其實早在2年前劉忠范就該治療了,但忙個不停的他一直拖到現在,實在是連走路都直不起腰來,才不得以住進了醫院。他笑著說:“這么多年我從來沒住過醫院,從來沒打過吊瓶。這次都體驗了。”
即便是住院治病,劉忠范也是一有時間就忙工作。對于他來說,工作是快樂之源。在他的辦公室里,書桌上就有他剛回國時寫給學生的一段話:“研究的樂趣在于過程,而不在于結果本身。因為過程當中隱藏著新的發現、新的發明和新的目標,這也是科學家們樂此不疲的奧秘。”
劉忠范說他從小對事物總有好奇心,過了這么多年,仍然保持著。1962年冬,劉忠范出生在吉林的一個農民家庭,他說:“小時候家里很窮,不是農村一般意義上的窮,是特別窮,兄弟姐妹又多,但母親堅持送我們讀書……”劉忠范從小就很聽話,愛讀書,成績一直名列前茅。那時候,他從沒想過當科學家,就是對很多事情都很好奇,沒事的時候愛瞎琢磨,只要在書上看到能做實驗的,他都會去試。有一次看到書上說茄子、辣椒聽了音樂后會長得又快又大。于是一下課,他就趕忙背著借來的手風琴跑到自家地里做實驗,忙活了好幾天,也沒發現有啥變化……
那時候,劉忠范的作業常常用鉛筆寫,因為寫完后還可以用橡皮擦干凈了再用幾次。有一次他和哥哥賭氣撕了1頁,還挨了一次打。高中時期,他沒錢住校,每天來回要走30里路。路上要經過一條河,有一次上學途中下雨了,到了河邊發現河水漲了,他趕忙把衣服和書包頂在頭上游過去,到了學校,他才發現只有他一個學生……
1979年,劉忠范考上長春吉林工學院,在一些同學的眼里,劉忠范有些“怪”:穿得很破,拿個破書包和大茶缸,成天往圖書館和教室跑。
要畢業的時候,一個女老師很神秘地找到他,說要給他介紹對象,當時他很吃驚地說:“我要忙著考研究生,哪有時間談情說愛呢?”回首往事,劉忠范說:“這也跟我個人的性情有關,對感情有點遲鈍。我覺得,年輕時應多一些‘單純’,應有一段‘遲鈍’的時間,安靜無紛擾地用于學習和研究,對將來的發展大有裨益。畢業后我想繼續求學,當時考研究生填表的時候有兩欄,國內研究生和出國研究生。大家都說考‘出國研究生’挺難的,我就選了難的試試,真就考上了。”
1984年10月,劉忠范被公派出國。國家每月給公派留學生8.5萬日元的獎學金,他又通過考試獲得了日本政府獎學金,有17萬多日元。劉忠范說:“拿了錢擱在桌上有一大堆,我從沒那么富有過,都不知道怎么花,感覺到了天堂。”
現在回想起來,劉忠范說:“物質上的滿足,只能帶來精神上的一時愉悅,不再為錢發愁,精神層面的追求也就越高了。現在,當獲得一個好的實驗結果,當看到自己的學生不斷進步,我都會感到欣慰。我覺得上帝是公平的,如果加上時間的標尺。只要認準目標,不懈地努力追求,積極面對困難和挑戰,終會得到回報。”
留學期間開始接觸納米科技
在日本,劉忠范先是在橫濱國立大學攻讀碩士學位。1987年,他以優異成績考入東京大學攻讀博士學位,師從國際著名光電化學家藤昭教授。藤教授對于中國的傳統文化有著深刻的理解,他有一次到中國訪問,看到清代書畫家、文學家鄭板橋題過的匾額“難得糊涂”,對其處世哲學大為贊賞,認為這與自己的教育理念和學術追求很吻合。他認為一個人一生只能做一件事,就像鄭板橋所說的要“難得糊涂“。搞科學研究,就要學學這種人生哲學,一輩子認認真真做好一件事就夠了,對其他的事該糊涂的要糊涂。當時已經年近半百的藤先生從家到學校有近2個小時的車程,但他早上8點半必到辦公室,晚上10點才離開。這樣的治學態度給劉忠范很大影響。
在藤先生的指導下,1987年,劉忠范就開始用掃描隧道顯微(STM)儀器來探索納米級的海量信息存儲技術、STM是納米加工技術中的最新發展,可實現原子、分子的搬遷、去除和排列重組,能實現原子級的精加工。借助STM,他們發明的新型的光電化學存儲方法比光盤容量提高了近萬倍。1990年,他們的研究成果在《自然》上發表,諸多日本主流媒體紛紛給予報道。
留學期間,劉忠范的生活改善了很多,性格也開朗了。從前他只有一個愛好――學習。到日本后,他的興趣廣泛了,尤其喜歡運動:“身體是革命的本錢啊!會積極休息的人才會創造性地工作。”
博士畢業后,導師推薦他到日本分子科學研究所,師從井口洋夫先生做博士后研究。
井口洋夫是一位在世界化學界享有盛譽并有杰出學術成就的日本科學家,劉忠范很慶幸自己能有機會在日本留學期間,師從兩位大師級的科學家。
回國迎來人生新轉折
在日本的科研成果積累日漸豐厚的時候,劉忠范卻做了一個讓他的導師吃驚的決定――回國。
當時,劉忠范本想去美國繼續深造,但遭到美國駐日本使館的拒簽,藤先生得知消息后安慰他說:“沒關系,下次我陪你一起去”。到了第二次簽證時,藤先生親自到美國使館,證明自己的學生去美國的目的就是想繼續深造,但美國使館卻再次拒簽了他的簽證。這一經歷無疑給劉忠范留下了一個心理陰影。
就在此時,劉忠范邂逅了北京大學蔡生民教授。蔡先生是一位國際知名的電化學家,在訪問東京大學期間曾盛情邀請劉忠范到北京大學工作。劉忠范去岡崎日本分子科學研究所工作后,蔡先生又專程前去看望。從東京到岡崎乘新干線列車需要2個多小時。那天,不巧的是新干線列車路上遇到意外,蔡生民教授很晚才抵達。看到蔡先生疲憊的身影映著萬家燈火一點點走近,劉忠范的心也被這樣的場景溫暖著,并深深地銘刻在腦海中。這對比鮮明的一拒一請,讓劉忠范深受觸動:“科學的確沒有國界,但科學家一定要有祖國。我屬于這個地方,這里有我的夢想、我的青春、我的師友……在國外,我總是對這一切魂牽夢縈。我必須回到這里,正如自由的魚兒總要回到賦予它生命的源頭。我只能從這里再出發,再向前。我曾經對日本友人開玩笑說:‘我把最美好的青春都獻給你們的國家了。現在我要回到自己的國家……”
1993年,劉忠范回國來到北京大學,與他同行的還有藤和井口兩位導師贈送的60余箱儀器設備,加上他自己省吃儉用購買的一些設備、資料,總價值20多萬美元,這些寶貝為他回國創建自己的實驗室打下了堅實的基礎。
激情燃燒的歲月
在北大,劉忠范親手建立起光電智能材料研究室,這個名稱本身就帶著日本文化的影子。劉忠范說:“我喜歡這個名字。剛回國的時候,的確什么都沒有,完全從零開始做。有2間空房子,每一個插頭在什么地方放著,都是我自己設計以后找人安裝的。桌椅板凳都是自己買的。”
1993年,劉忠范花了50多萬人民幣買了一臺STM儀器,需要為儀器配置防震臺,但是因為資金緊張,劉忠范只好帶著學生到學校附近的工地上找沙子和鋸末,以此作為代替性的防震裝置。劉忠范說:“學校里有個加工廠,我們向工人懇求了好些時間才拿到這些鋸末。沙子和鋸末弄回來以后,還要曬干才能用。我們是7月份開始做這個事情的,正好趕上雨季,一下雨還得搶收這些曬著的寶貝。當時我剛剛30歲多一點,非常有激情,這些事情我都記憶猶新。”
劉忠范提出“一天26小時”的口號,高效率地工作。在每一個實驗室墻上,都貼有一張研究進展表,每隔一段時間,要求有新的進展出現在表上。每個周六晚上都有研究匯報會,要求每個人上臺去匯報自己的課題進展,大家自由地針對某個問題辯論。這樣就促使每個成員去鉆研,去競爭。
剛回國的頭幾年,劉忠范的月工資不到500元,幾乎不足以維護一個教授的尊嚴……即使尷尬,即使不寬裕,他還是留了下來。37歲時,劉忠范被聘為教育部“長江學者”特聘教授,當時長江學者的年薪10萬還算是高收入,有人問這個收入是否能體現他的價值?劉忠范說:“我對有些東西比較遲鈍,年輕時對愛情,現在對錢,都是如此。記得申報‘長江學者’時,我寫的第一句話是:‘我有一個夢’,這個夢很簡單,就是希望能在國內做出一番事業來!如果就想賺錢,我肯定不會回國。10萬夠不夠身價,我先不說,至少500元不夠身價。1996年初我以甲級客座教授身份去日本東北大學作合作研究,月薪折合人民幣近10萬元,我也只待了3個月。比起自己的夢想,錢就是其次了。1999年我被聘為“長江學者”,覺得很幸運。”
納米技術是一項需要龐大投資的高科技,美國、日本等國家都將其列入到國家戰略計劃,但當時我們國家對這一領域的研究卻投資有限,并且納米技術產業化一直是一大瓶頸。
1994年,劉忠范申請了科技部的一個攀登計劃項目,經費500萬。在上個世紀90年代初期,這是相當大的一筆科研經費,劉忠范成為這個項目的首席科學家,也是當時科技部最年輕的首席科學家。他說:“當時是做納米級的信息存儲技術,相當于超級光盤。這個項目共有3個承擔單位,還包括當時的北大電子學系――現在的信息科學學院的吳全德院士和薛增泉教授以及吉林大學化學系的李鐵津教授。吳先生盡管年事已高,但對‘納米’非常敏感。吳老先生和薛教授都是做信息技術的,尤其有感于我國微電子技術發展的曲折和落后現狀。因此,我們之間產生了強烈共鳴,覺得應該醞釀一個計劃,大張旗鼓地在納米領域開拓。這就是北京大學納米與技術研究中心成立的初衷。”
此時,諾貝爾物理獎得主羅雷爾也致信主席:“曾重視微米科技的國家,今天都已成為發達國家,而納米科技則為人們提供了新的發展機遇,今天重視納米科技的國家必將在未來的高科技競爭中獨領。”
天時地利人和,促成了1997年9月27日,中國高校第一個從事納米交叉學科研究的綜合性研究中心――北京大學納米與技術研究中心成立。那時候劉忠范經常接到一些咨詢電話。有人問:“聽說你們搞出一種納米,貴不貴,好不好吃?”劉忠范只好回答他:“納米太小了,不好吃,恐怕你也吃不飽。很多人不知道納米僅僅是個長度單位。一個納米長度相當于十億分之一米。納米技術的確很神奇,用納米技術造出的計算機芯片會非常小,甚至可以植入大腦,這樣就不用背書了;將來也可能用納米技術制成從地球通往月球的天梯……”
攻堅納米材料
物質到了納米尺度之后,物理、化學性質會發生根本性變化。納米材料用到飛機上,可以吸收雷達波,這使得隱形飛機不再是個傳說;在高分子塑料中加入納米材料制成的刀具,比鉆石刀具還硬;將電腦芯片和光盤加工成納米級,其運算速度和記錄密度高出幾個數量級……
納米技術的推廣使得人們的傳統思維受到極大挑戰。回國之后,劉忠范經歷了適應、摸索階段之后,逐步把自己的研究重心放在納米材料和納米化學研究上。近年來在石墨烯、碳納米管等低維碳材料的控制生長、能帶調控以及器件基礎研究方面取得一系列成果。先后以首席科學家的身份承擔了科技部攀登計劃B“超高密度光子-電子型信息存儲材料研究”、“973計劃”“納電子運算器材料的表征與性能基礎研究”、納米重大研究計劃“準一維半導體納米材料的結構調控、物性測量及器件基礎”等科研項目。
劉忠范為中國納米的發展簡單勾勒了三部曲:科學、技術和工程。“納米技術在中國曾經歷了兩個很有意思的極端。剛開始,但凡貼上納米標簽的就被視為高科技,后來,只要什么東西一和納米有關,大家本能地認為這是假冒偽劣。十幾年來,中國納米科技發展得飛快。從數量上看,已經與美國并駕齊驅,論文的檔次也越來越高,盡管原創性和影響力尚有待提高。今后,納米科技要向兩頭進軍,一頭是解決納米中的大科學問題、真正的原創性科學問題;另一頭是納米技術的產業化問題,解決關鍵的技術和工程問題。我們還有許多努力和揮灑的空間,從科學到技術,再到產業是一條崎嶇的攀登之旅,納米技術的真正魅力在于它所蘊藏的巨大生產力。國家需要投入和耐心,最后才能開花結果。”
對北大納米與技術研究中心,身為主任的劉忠范充滿感情:“北大做納米的人非常多。我們建立這個中心,就是希望搭建一個囊括各個學科的交流平臺,形成北大的特色,為推動中國納米科技的進步作出北大的貢獻。北大的納米研究,總體上還處于納米科學的層面,經過十幾年來的努力,已經取得了長足的進步,在國內外也擁有了一定的學術影響和地位,化學學院、信息學院和物理學院的納米團隊功不可沒。當然,我們還缺少重大的突破,需要從高原到高峰的飛躍。未來的發展需要重視工程和產業化,未來中國的納米產業需要有北大制造的標簽,相信工學院納米團隊的加入會推動這一進程。”
劉忠范說,“我希望在不遠的將來把我們的中心建設成為世界知名的納米科技研究基地,為中國參與未來納米電子產業的國際競爭作出貢獻”。
傳承的力量
“我很喜歡上課,雖然上課很花時間。”盡管劉忠范現在越來越忙,但他對于教學仍然充滿熱情,在給北大元培學院大學一年級的學生上“普通化學”課時,他舉的例子總是和納米有關,他說這是“職業病”。對于學生,劉忠范也很看重他們對科研的興趣和堅持的毅力。“做科研最重要的是好奇心。一個新學生來我這里做科研,我都先問他的特長和愛好是什么,我讓他自己找感興趣的問題。當他不知道對什么感興趣時,我會問他對哪些不感興趣,以盡量避免做自己不感興趣的工作。”“我的生活相對單調,甚至有些刻板。除了外出開會,每天大部分時間都在實驗室里待著。不過,作科研真正入門后就如看偵探小說一樣有趣,因為研究的是未知的東西,你不知道結果會怎樣,只能一步一步探索。某個設想會被證明,或者出現意想不到的結果……”
在劉忠范眼里,研究的一大樂趣還在于和學生一道創造故事。還在做學生的時候,有一次劉忠范做一個很熟悉的光電化學實驗,由于是在暗室操作,黑乎乎的,他扳反了開關,出現了奇怪的現象,劉忠范并沒有扳回去了事,就此研究下去,結果一次實驗失誤,卻讓他發現了一個新的電場異構化反應。當老師后,一個學生一次錯誤的實驗設計帶來了熱化學燒孔存儲技術;另一位同學的頑固不化加上劉忠范的堅持和包容,使得他們收獲了石墨烯的偏析生長方法,進而開啟了石墨烯生長的過程工程學研究之門……
口傳心授,劉忠范的學生常常會被他的科研熱情所感染。他的一位博士后馬上要出站了,她很留戀地說:“劉老師,我在這里才真正喜歡上了科研,以前都是為了學習而學習,現在,我是為了興趣而學習。要是早幾年來就好了!”
“有時候科研上做出一點成績沒覺得怎樣,但教學的過程讓我感受到傳承的意義,這是一種文化。我的學生都很喜歡做科研,我也說不上具體是什么原因。我的學生到現在為止已經有21多個正教授或研究員,副教授和助理教授就更多了,大多數都在名校工作,也包括美國、加拿大的著名高校。”劉忠范說:“成為院士后,最大的責任依然是做好學問,此外,還應該做‘成核點’(觸發晶體生長的關鍵因素),推動學術發展,帶領年輕人成長。”
同學們:
當你們看著可愛的動畫片,玩著迷人的電腦游戲,坐上快速的列車,接聽著越洋電話的時候,……你可曾意識到科學的力量,科學不僅改變了這個世界,也改變了我們的生活,科學就在我們身邊。
翻開20世紀的壯麗篇章,我們發現人類在這百年中不僅經歷了血與火的洗禮,更創造了無數科學奇跡。19世紀法國著名科幻小說家凡爾納的虛構,當時讓人不可思議,他所幻想的登月旅行、飛機、遠射程炮等,在20世紀都一一成為現實。在21世紀的今天,高科技更是無處不在。作為跨世紀的一代,我們又該以怎樣的姿態去適應新世紀,擔起新世紀的重擔呢?
科學技術的日新月異,使得科學不只為尖端技術服務,也越來越多地滲透到我們的日常生活之中,這就需要正處于青少年時代的我們熱愛科學,學習科學。參加科技“五小”比賽、閱讀科技書籍,使我明白了許多道理。精密的機器人,不用燃料的汽車,虛擬的足球賽,高科技信息的傳送等等,一個個生動有趣的現象,激起了我探索科學的愿望。我們每個人都要學習科學,傳播文明,在享受新生活的同時,更要創造新生活,如今,科技產品的更新換代不斷加快,可視電視、電腦上網、心臟起搏器,已經不算新鮮了。從1901年發明的真空吸塵器,到人造地球衛星、載人宇宙飛船,科技在不同領域里顯示出了強大的力量。電子產業、通訊技術的日益普及,納米技術、超導材料的廣泛應用,不久的一天,也許就在你的餐桌上,會出現像太空青椒、人造牛排等生物工程食品。學習科學技術,不僅僅是為了成為科學家,也是為了能適應生活,更為了能成為新世紀的主人,擔起新世紀,為國家建設,為人類文明做出貢獻。
【關鍵詞】藏藥 劑型改進 應用 展望
藏藥是中華民族一顆璀璨奪目的瑰寶,是藏在漫長的長河中不斷創造出來的優秀民族遺產,凝聚著歷代藏醫藥工作者的聰明才智、心血和汗水,在防病治病維護藏民族身體健康和生命安全中發揮著巨大的作用。藏藥以其獨特的理論、優秀的品質正在受到中國和世界醫藥界的矚目,藏藥應用推廣的勢頭正在悄然升起。然而由于歷史和其它許多方面的原因,藏藥在劑型、品種、制造工藝、制劑理論、質量標準等方面的研究還存在著明顯的不足和落后,不能滿足現代的需要和出口的要求,嚴重的制約著藏藥的發展與應用。
一 藥劑的發展現狀
劑型是藥物應用的形式,對藥效的發揮極為重要,過去人們認為化學結構、處方組成是決定藥效的唯一因素,隨著生物藥劑學的發展,人們逐步認識到劑型因素在一定條件下對藥物的藥效有決定性影響,改變劑型可以調節藥物的作用速度,降低或消除藥物的毒副作用,也能達到靶向給藥的目的。這一認識已成為藥物研究、生產時考慮的重要問題。
現代藥物制劑的發展可分為四個時代:第一代制劑為普通制劑,包括注射劑、片劑、膠囊劑、軟膏劑、栓劑等;第二代制劑為緩釋制劑(也稱長效制劑);第三代制劑為控釋制劑;第四代制劑為靶向制劑。目前,包合技術、固體分散技術、微型包囊技術、納米技術、緩釋控釋技術等制劑新技術正在被廣泛的研究和應用于制劑的生產。當今藥物制劑正在向速效、高效、長效、劑量小、毒性小、副作用少、定時、定位、定速、使用方便的智能化給藥系統方向發展。
二 藏藥劑型改進的必要性
近幾年來,在“藥學是一個偉大的寶庫,應當努力發掘,加以提高”的方針指引下,在全國倡導學習中醫,研究新劑型,現已研究出顆粒劑、片劑、涂膜劑、膜劑、氣霧劑、注射劑、眼用制劑、合劑、口服液、栓劑、膠囊劑、軟膏劑、中組方制劑等中藥新劑型。我國2000年版藥典收載的中藥新劑型就有100多個品種,在中成藥的質量控制方面也有很大提高。藏藥和中藥同屬于傳統藥物的范疇,而其目前的劑型主要有湯劑、散劑、丸劑、酒劑等,雖然有些藥廠也生產口服液、硬膠囊劑等其它一些新劑型,但總體而言,劑型種類比較少,生產工藝落后,藥物劑量相對較大,服用不便,吸收緩慢,作用遲緩,生物利用度差,生產自動化成度不高,同一劑型同一品種不同生產廠家的產品質量、療效有很大差別,產品質量波動性大;治療慢性疾病有獨特療效,治療急癥則顯不足,其劑型的研究與開發遠遠落后于中藥,嚴重的影響了藏藥的推廣使用。為了進一步提高藏藥的療效,擴大使用范圍,減少使用劑量,方便給藥,改進傳統藏藥劑型,采用制藥新技術,生產先進,高效、安全、美觀、優質的藏藥新劑型,使藏藥走向全國、走向世界,對藏醫藥事業的發展是十分重要和必要的。
三 藏藥劑型改進的原則
藏藥劑型改進是在傳統藏藥劑型的基礎上,以藏論為,應用現代化藥劑學的技術、方法將藏藥制成適合于現代臨床應用的高效藏藥新劑型。其改進應堅持以下原則:
1 堅持藏藥理論的指導:藏藥劑型改進必須遵循藏醫藥的理論體系,突出藏一醫藥的特點,在藏藥理論的指導下,對長期臨床實踐證明確有獨特療效的藥物,首先進行劑型改進。
2 有揚有棄,繼承和創新并重:藏藥經過長期的臨床應用和歷代藏醫藥家的努力,形成了自己獨特有效的組方和生產工藝,對此必須采取有力措施加以保護和發掘繼承,在繼承的基礎上通過現代化的劑型改進加以提高。
3 提高藥效:經過劑型改進后的藏藥新劑型,必須比原有劑型在療效上保持或有所提高,給藥途徑更適宜、方便,藥物的安全性更高,藥品的質量更好、更穩定,否則劑型改進將毫無意義。
4 以治療急癥重癥為重點:藏藥傳統劑型作用緩和、毒性小、對慢性病有獨特療效,但對急癥重癥的治療則不足,所以劑型改進應考慮對急癥重癥的治療。
四 藏藥劑型改進的方法
進行藏藥劑型改進,首先必須立足于的實際,選擇具有明顯民族特色、療效確切的藏藥進行,如“七十味珍珠丸”、“二十五味珊瑚丸”、“二十五味松石丸”等。其次應選擇對常見病、多發病或地區特有的疾病療效好的藏藥。也可以考慮對民間單方、驗方、祖傳秘方,或能促進入的免疫機能,或能抗衰老延年益壽的藏藥進行發掘。第三、應考慮到自然資源的分布,要選擇地區天然藥物資源豐富、再生能力比較強或可以人工栽培的藏藥,以便于今后規模化生產,爭取規模效益。
進行藏藥劑型改進時,不應以味追求高科技,追求最先進的工藝和劑型,應立足于的實際,借鑒中藥劑型改革的方法和經驗,由易到難,由簡到繁,逐步發展提高。利用現代化的提取、分離技術,選擇合適的生產工藝,將藏藥有效成分最大限度的提取出來,再經過純化,去除無效成分,得到單一有效成分或多種有效成分的混合物,然后再進一步采用現代化的制藥技術制成適合現代臨床需要的多種劑型,這是提升藏藥質量、改進劑型的重要方法。在劑型改進時,對藏藥的組方要遵循藏醫藥的理論指導,但對其處方藥味也不能一成不變,要應用現代藥理、化學方法對其進行拆方研究,優化組合。做到用藥最精,用量最佳,療效最好,毒副作用最小。
五 現代化高科技用于藏藥生產的展望:
藥劑學是以、學、化學、生物化學、微生物學、藥、藥物分析等學科的理論為基礎,結合藥物的性質和醫療的要求,用藥劑學的方法和手段將藥物設計和制成符合臨床需要的藥物型式,它是隨著其他科學技術的發展而發展起來的。目前高新科學技術如:納米技術、基因工程、細胞工程、發酵工程與酶工程、微、新和新能源技術,這一影響21世紀科學技術和國計民生的四大科學技術,在藥劑學的發展上展現了巨大的潛力。下面就其在藏藥制劑上的應用略作展望。
(一)納米技術: 納米技術(Nano-ST)是20世紀80年代末剛剛誕生并在崛起的新科學技術,它的基本含義是在納米尺寸(10-9-10-7m)范圍內認識和改造自然,通過直接操作和安排原子、分子,創新物質。據專家們預測,納米科技必將成為21世紀的主導新技術之一。納米技術在方面的應用前景廣闊。1998-2000年美國專利中涉及納米技術的專利在生物占到了80%以上。國內已將納米技術應用于中藥石決明、雄黃的研究。
藏藥目前應用最主要的劑行為丸劑,屬于固體分散體系的劑型,在固體分散體系中,藥物微粒的大小對藥物的溶解、吸收、生物利用度、藥效等有非常大的影響。據報道灰黃霉素的粉沫被進一步磨細成微粉后,其療效增加一倍。重慶西南制藥三廠試制一種“高效灰黃霉素滴丸”,口服后在血液中的藥物含量比微粉片劑又高出一倍以上,經臨床觀察,其用量僅為微粉制劑的一半一下,療效確切,副作用小。這種滴丸劑型,就是進一步降低了微粒的粒徑。如將微粒粒徑降至納米級,療效會更好,因而在藏藥丸劑傳統制劑工藝的基礎上,針對其組成中的主要藥味,進行納米技術的加工處理,會賦予其新的功效,提高生物利用度,增強靶向性,降低毒副作用,拓寬藏藥的適應癥,提高療效,減少用藥量,節省藏藥資源,特別是珍貴藥物資源。
(二)包合技術: 包合技術系指一種分子或藥物被包嵌于另一種分子的空穴結構內,形成包合物的技術。藥物經包合后溶解度增大,穩定性提高,液體藥物可粉沫化,防止揮發性成分的揮發,掩蓋藥物的不良味道,調節釋藥的速度,提高藥物的生物利用度,降低藥物的刺激性與毒副作用,在藏藥的生產上,可以運用現代化的提取分離技術,對藏藥的復方或單方制劑,進行適當的提取、分離、純化,然后用包合技術進行包合,在進一步制成片劑、注射劑、膠囊劑、口服液等現代的劑型,使藏藥顯效更快、使用方便、外形美觀、用量減少、藥效更高。
除了納米技術,包合技術之外,目前比較成熟的制藥新技術,有固體分散技術、微型包膠技術、微粉技術、緩釋、控釋劑技術、經皮吸收技術、靶向制劑技術等。都可用于藏藥傳統的生產工藝中,也可用于開發研究藏藥的新工藝、新劑型,這將是藏藥現代化發展的重要方向之一。對于提高藏藥的質量水平及療效,擴展其使用范圍有著十分重要的意義。
作者單位:811300 黃南藏族自治州藏醫院
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