当前，人们普遍认为纳米科学和技术将最终导致“第二次工业革命”，并带来巨大的经济、社会和技术效益。正因为如此，目前世界上有30多个国家制定了国家纳米科学和技术发展计划，但就涉及的领域范围和投资强度来说，美国国家纳米计划是最庞大的，它不象其它国家的纳米计划定位于特定的国家利益，着眼于补充现有产业优势和提高某些特定领域的能力。那么,美国国家纳米计划目前是一种什么样的情况以及下一步可能怎样发展，本文将予以较详细的说明，以供参考。

历史

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

目前国家纳米计划的管理：

NNI制定之后，白宫就解散了IWGN，随即委托国家科学基金会(NSF)成立纳米科学、工程和技术委员会(英文简称NSET)作为国家科学技术委员会技术委员会的一个分委会。

NSET负责协调联邦政府纳米研究和发展计划的实施。它由各联邦参与机构的代表和白宫科技政策办的官员组成。后又成立了国家纳米技术协调办(NNCO)作为NSET的秘书处，行使对国家纳米技术计划的日常管理工作。NNCO协助NSET组织跨部门研究计划和预算的评估文件，也帮助收集、宣传工业、各州和国际纳米科技研发及商业化活动的信息。目前参与NSET工作的联邦机构有：国防部、能源部、司法部、交通部、农业部、国务院、财政部、环保署、国家航宇局、国立卫生研究院、国家标准技术院、国家科学基金会、原子能管理委员会、中情局、白宫预算管理办和科技政策办。

按照NNI的实施方案，各联邦机构仅支持与实现机构使命有关的项目并根据各自经费情况和NNI的建议控制如何分配资源。各机构按照政府工作和成果法案(GPRA)规定的有关内容和程序在NNI的框架范围内评议自己的研究活动。为了指导各机构在国家纳米技术计划框架下支持有关研究活动，白宫预算办特别制定了纳米技术定义(附后)。NNI的协调工作来自NSET的领导和指示，它指导着参与机构项目官员的相互交流与合作，定期举行管理会议和项目评议会议，以及科学和工程研讨会。白宫科技政策办和NSET与各机构共同商讨制定NNI的研究重点、预算和评估指标。

经费情况

NNI得到了总统和国会的大力支持。从1999财年起，国会给NNI的拨款平均以每年33%速度递增。2002财年，白宫申请了4.85亿美元，但国会批准了6.049亿，比实际申请的高出30%。为2003财年，布什政府申请了7.099亿，国会批准了7.74亿，比申请额高出9%。在2003财年，NNI的工作重点将继续围绕支持基础纳米科学和技术研究，杰出研究中心/网络建设以及新研究基础设施的建立。布什政府为2004财年申请了8.47亿美元。

表一：纳米技术1999-2003财年预计经费(单位：百万美元)

机构a 1999财年 2000财年 2001财年 2002财年预计 2003财年要求

科学基金会/NSF 85 97 150 199 221

国防部/DOD 70 70 123 180 201

能源部/DOE 58 58 88 91 139

司法部/DOJ 1 1.4 1.4

交通部/DOT 2 2

国立卫生院/NIHb 21 32 40 41 43

航宇局/NASA 5 5 22 46 51

标准技术局/NISTc 16 8 33 38 44

环保署/EPA 5 5 5

农业部/USDA 2 1.5 2.5

总额 255 270 464 604.9 709.9

a：新增的四个NNI参与机构(国务院、财政部、中央情报局和原子能管理委员会)经费数据暂缺；b：属卫生部c：属商务部

国家纳米计划的基本构成

NNI的研究活动由分布在不同参与机构的五大主题构成。具体如下：

一、长期基础纳米科学与工程研究(2003财年：2.32亿美元)：

瞄准将导致有关重要领域实现重大潜在突破的纳米尺寸模块基础知识与合成方法。这些领域包括，材料与制造、纳米电子、医学与卫生保健、环境与能源、化学与制药、生物技术与农业、计算与信息技术以及国家安全。这方面将对从事基础研究的个人和研究小组提供持续的支持，促进大学-产业-联邦实验室之间的合作，以及跨部门合作。

二、重大挑战(2003财年：2.04亿美元)：

支持跨学科研究和教育队伍培养，包括从事重要长期目标研究工作的中心/网络。布什政府确定12项重大挑战计划，它们对纳米科学和技术的发展至关重要，包括在原子和单分子水平的纳米材料的设计与制造。这些进展将推动高性能价格比的纳米微电子系统的制造、高效低廉节能和储能设备的发展以及生物传感器在健康保健和探测化学生物威胁方面的应用。这些重大挑战中的很多项与参与NNI不同机构的使命吻合。

这些重大挑战包括(在此仅列9项)：

1、设计出的”纳米结构材料(更牢固、更轻、更坚硬、自我修复、更安全)

2、米电子、纳米光电子、纳米磁学

3、先进保健、治疗法和诊断

4、用于改善环境的纳米技术应用

5、高效节能与储能

6、微型航天器太空探测及其产业化

7、用于传染性疾病和探测生物威胁的生物纳米传感器

8、经济和安全交通上的应用

9、国家安全，与本土防务有关的工作，包括化学、生物、辐射以及爆炸监测和预防

三、杰出研究中心/网络(2003财年：1.19亿美元)：

建立10个杰出研究中心/网络，在5年内每个单位获得300万美元的支持。如通过中期评估，每个中心可获得续签五年合同。这些中心在实现NNI重点目标方面(基础研究、重大挑战和对未来科学家和工程师的培养)，以及开发和利用特定纳米研究工具以及促进研究合作伙伴关系方面发挥重要作用。布什政府期望，这些中心/网络的建立将推动纳米科学和技术跨部门和跨领域的研究和教育的密切结合，包括大学、联邦实验室和私营部门。同时期望，在政府、大学和企业参与者之间开展的跨领域研究活动将创造从基础研究到开发特定纳米技术器件和应用的垂直有机布局。

这些中心/网络包括：

1) 国家纳米制造用户网络(National Nanofabrication User Network)

2) 计算纳米技术网络(Network for Computational Nanotechnology)

3) 康奈尔大学纳米生物技术中心(Nanobiotechnology Center, Cornell University)

4) 纽约州立纳米技术研究所(Albany Institute of Nanotechnology)

5) 加州纳米系统研究所(UCLA & USCB: Caligornia NanoSystems Institute)

6) 普渡大学纳米技术中心(Purdue Univeristy: Nanotechnology Center)

7) 南卡大学纳米中心(University of South Carolina NanoCenter)

8) 海军实验室纳米研究所(Institute of Nanoscience, The Naval Research Laboratory)

9) 东北大学纳米制造研究所(Northeastern University: Nanomanufacturing Research Institute)

10) 圣玛利亚大学纳米制造中心(Notre Dame University: Center for Nano Science and Technology)

四、研究基础设施(2003财年：1.2亿美元)：

支持建立一整套包括检测、仪器制造、模拟的研究基础设施。为了在纳米尺度开展研究工作，必须开发新的研究工具，例如：新型印刷术、计算能力和调试仪器。这些新建、拥有这些仪器设备中心将对大学、产业界和政府实验室的研究人员开放。最终目的是使美国工业界实现产品商业化。NSET代表称，如果不能够很好地解决从知识到产品转型所需仪器和能力的需求，美国将不能够在此领域保持国际竞争力。

表二：NNI五大主题领域2001财年(NNI头一年)的经费分配(单位：百万美元)

机构 基础研究 重大挑战 杰出研究中心/网络 研究基础设施 社会效应 机构总额

科学基金会/NSF 84 8 26 17 15 150

国防部/DOD 20 58 24 21 0 123

能源部/DOE 25 34 14 15 0 88

国立卫生院/NIH 9 19 1 9 2 40

航宇局/NASA 4 11 2 5 0 22

标准技术局/NIST 0 16 9 8 0 33

环保局/EPA 0 2 2 1 0 5

司法部/DOJ 0 1 0 0 0 1

交通部/DOT 0 0 0 0 0 0

农业部/USDA 2 0 0 0 0 2

总额 144 149 78 76 17 464

注：2002财年数据尚不全

五、伦理、法律与社会影响及职工教育和培训(2003财年：3500万美元)：

这一努力旨在协同大学的研究活动对技术工人进行教育和培养，让他们灌输理解纳米科学飞速发展所需要的综合知识。研究人员也将研究纳米科技对伦理、法律、社会和劳动者将产生的潜在影响。

在白宫递交给国会的2002年预算建议中也包括2002年和未来几年预计的国家纳米计划的主要成果。具体如下：

1、2002财年：

★加强基础研究、重大挑战、基础设施、教育培训以及纳米技术社会影响方面的研究与开发，以应对引入的公开竞争和定期项目评议。

★加大追踪机构使命目标的团队和中心的工作力度

★建立10个新的具备整套纳米测量与制造设施的研究中心/网络

建立3个涉及交通领域纳米技术研究与应用的研究联合体

★开始集中研究纳米尺度试验和制造工具

2、2003财年：

★制定半导体纳米结构、芯片实验室(lab-on-a-chip)技术、纳米磁学以及纳米系统的标定和质量保证分析方面的新参考标准

★通过利用NNI中25%的经费与各州、大学以及私营部门合作加强研发投入和协作并建立新的产业中心

3、2004财年：

★开发纳米表征、纳米操作以及纳米装置的标准化、可重复、微制造方法

★开发纳米装置、纳米操作、纳米表征以及纳米磁学的定量测试方法

★开发原子或近原子空间分辨率水平的物理和化学属性三维测量方法

4、2005财年：

★确保研究机构50%的教职员工和学生能享用整套纳米研究设施

★使研究型大学至少25%的学生能够接受纳米科学与工程方面的教育

★推动形成若干依赖三维纳米结构的商业市场

★开发更高速度和更高精确度的纳米结构三维模型，以满足实际系统和构造设计的需要

5、2006财年：

★纳米电子：首次在实验室演示万亿字节(terabit)容量芯片

★在三种新技术中引用纳米尺度制造。

★监测空气、水及土壤中的污染物，以改善环境质量和降低污染排放

★整合10个研发中心的纳米和微型测试及制造设施

★开发用于结构分析的方法、工具和计算工具，以从自然纳米材料和机器中获取信息

★将生物分子融入电子装置中，在机器中模拟生物结构，并将生物信号处理方面的知识融入电子系统逻辑运算

★进行微秒(百万分之一秒)级的纳米测量，以为开发运行复杂功能的纳米器械和合成分子处理器提供蓝图。

★将植物中的光电蛋白质(从光能中获取电能)或昆虫听力器官(具备很高的声源方向定位敏感度)作为可实现其它功能的纳米系统的模型或部件。

为了促进不同机构之间的合作，NSET和其办公室也一直在寻求和确定最有意义的合作领域。按照NNI的说法，机构间合作的重要目的是协调提供给杰出研究中心的经费支持，共同承担昂贵研究计划的费用，研究采用纳米技术所产生的潜在社会影响，同时避免可能的研究重复。

国际合作

美国政府认为，在纳米科学和工程的基础研究、教育和认识其潜在社会影响方面积极开展国际合作十分有益于纳米科学和技术的发展，因为很多纳米科学问题十分复杂，国际合作能够加快这些问题的解决和有助于把研究成果应用到产品开发中去。同时认为，在欧洲和其他国家积极寻求国际合作的情况下，如果美国不积极参与，将难保持自己在这一领域的国际领袖地位，因为各国的研究计划都有自己的长处。

美国政府也认为，在这方面开展必要的国际合作有益于美国的国家安全。美国中情局曾做出这样的估计，大约在每四个纳米新技术中就有一个可能到2015年将构成对美国政治、经济和军事的威胁。通过合作与交流，可以加深理解，在知己知彼的情况下，可以培养友谊和相互信任，避免猜疑和敌视。同时，也希望通过公开的国际合作和对成果的分享，向其他国家显示，这些技术并不是为了攻击目的而开发的。

美国一直在积极跟踪国外纳米科学和技术的发展，比如美国海军研究部在伦敦的办公室随时都在跟踪欧洲的研发情况；对于亚洲的研发活动则主要通过商业方式搜集，比如通过亚洲技术信息专刊。美国认为，这些信息对认识本国各类计划和项目相对优势和竞争位置十分重要。

在合作形式上，美国积极鼓励个体科学家之间的合作，如支持本国科学家利用假期到国外实验室工作，资助学生到日本、欧洲和其他国家的实验室访问和交流。自2000年起，美国已与欧盟、日本、韩国、印度、瑞士、德国和拉美一些国家建立了双边或多边协议合作关系，也在与中国启动相关的合作计划。

美国科学院的建议

2002年年中，美国科学院根据国家纳米计划启动时克林顿政府和其他联邦参与机构的委托，组织有关专家对该计划的实施和进展情况进行了评估。在充分肯定由国家科学基金会(NSF)牵头领导的跨部门纳米科学、工程和技术分委员会(NSET)在制定研究重点、确定重大挑战项目和广纳美国科研单位参与方面所起到了重要作用的同时，评估小组向国家提出了如下10条建议：

建议一、白宫科技政策办公室成立一常设独立的纳米科学和技术咨询委员会(NNAB)，就资助政策、战略、项目目标和管理程序向NSET成员提供建议。就纳米科学和技术实际上在每个工业领域都有潜在的应用前景和可能发现新的应用目的而言，纳米科学和技术无疑将是推动未来经济发展的最主要因素之一。成立这样的咨询委员会可以推动和协调不方便放在一个单一联邦机构进行的研究工作。它应由不同学术背景的工业和学术界领导人组成，包括科学、技术、社会学和研究科学方面。

建议二、NSET制定简明扼要，有指导意义和通观全局的战略计划。该计划应阐明短期(5-10年)，中期(6-10年)，长期(10年以上)的目标和方向。应强调长期目标是商业化实验室成果、使其服务于社会发展。应包括加速科学研究成为商业应用的机制和确定纳米科技可能得到首先试用的项目。应包括每个研究主题和重大项目的预期成果参考表和实现这些目标的预计时间表和审核标准。

建议三、国家纳米计划长期稳定地支持纳米科学和研究，以最终实现可能带来的好处和实际应用。建立纳米科学和技术长短期计划之间的平衡对与实现其全部潜能十分关键。对于能够真正带来革命化变革的科学，需要给予持之以恒的支持才可能实现重大突破。

建议四、NSET给多家从事纳米技术和生物学交叉领域研究工作的联邦机构增加经费。国家纳米计划对生物学、生物技术和生命科学的重要意义无论怎么讲都不为过。细胞的生命过程是固有的纳米现象。我们开发纳米尺度下调控物质的能力将挑战我们建造类似细胞那样的能够复杂运行的微型器件和系统。虽然我们还远不能够建造这样的复杂器件和系统，我们已经可以看到纳米科学和技术对生物技术和医学将产生的重要影响了。必须克服开展机构间和跨学科合作的诸多障碍才能够推动这一工作的发展。

建议五、NSET制定有关开发计划，开发和制作纳米科学进步所需要的新仪器。历史上，科学领域的很多重大发现和发明是在相关的研究仪器发明后做出的。NSET应提出有关计划，研制在纳米尺度下进行模拟、调控、制作、标定和探测的分析仪器。

建议六、建立总统资助专项基金，由白宫科技政策办公室负责管理，支持与纳米科学和技术发展相关的跨部门研究项目。这项基金应全部用于支持跨部门界限的实质性跨领域合作，特别是在国立卫生研究院，能源部和国家科学基金会之间的合作。虽然各机构从本部门利益出发布置研究是合理的，但是鉴于国家纳米计划涉及的领域和影响太宽，从新材料的开发到量子计算，从细胞微生物到国家安全，各机构在纳米科学和技术研究方面有必要建立实质性合作。

建议七、NSET在国家纳米计划中积极支持跨学科文化的建立。纳米科学和技术指导着研究人员沿着由众多学科领域思想汇集而成的方向开展，这些领域包括生物学，物理学，化学，材料科学，机械工程和电工学。迄今为止，NSET的会员机构已经在鼓励跨学科合作，但还需要制定更为积极的项目以鼓励可控的跨学科小组工作。

建议八、鼓励和培养国内外的工业合作伙伴，加速国家纳米计划研究成果的商业化。NSET应建立相应的机制，协调和推动区域性竞争纳米科学和技术研究中心的建立。纳米科学和技术的发展最终意味着工业竞争力的提高，随着新技术和产品从实验室向市场的转移，纳米科技发展的定义是以经济方式表现的。而商业化成功的关键是建立加速纳米技术概念转变为商业主流的机制，如此也可以及时回报社会的投入。

建议九、NSET制定新的资助战略，确保对纳米科学和技术对社会的影响也作为资助的重要组成部分。这是很关键的，因为我们成功地开发、应用和利用这些纳米技术要求我们以同步创新的姿态教育和培养我们的劳动队伍，管理好研发体系，为新技术将带来的可预和不可预社会和经济影响作好必要准备和心理调整。对这方面研究工作的支持对确保这场“第二次工业革命”带来好的社会、经济和技术效果有重要意义。

建议十、NSET组织制定工作进度测定标准以评估国家纳米计划在实现目标和方向上的效果。这项工作应在白宫科技政策办公室的领导下进行，可测定的内容包括质量，相关性，生产力，资源和研究结果向应用的转移。这些内容应在征求有关咨询委员会的情况下做出，也许应征求拟议的纳米科学和纳米技术咨询委员会(NNAB)的意见，并结合其他联邦参与机构的意见。

根据以往美国科学院评估报告一般会对美国政府的决策起到影响的事实，有理由相信，上述建议中的有些内容会被政府所采纳。

纳米技术定义的英文原文

Nanotechnology definition (NSET, February 2000)

Research and technology development at the atomic, molecular or macromolecular levels, in the length scale of approximately 1 - 100 nanometer range, to provide a fundamental understanding of phenomena and materials at the nanoscale and to create and use structures, devices and systems that have novel properties and functions because of their small and/or intermediate size. The novel and differentiating properties and functions are developed at a critical length scale of matter typically under 100 nm. Nanotechnology research and development includes manipulation under control of the nanoscale structures and their integration into larger material components, systems and architectures. Within these larger scale assemblies, the control and construction of their structures and components remains at the nanometer scale. In some particular cases, the critical length scale for novel properties and phenomena may be under 1 nm (e.g., manipulation of atoms at ~0.1 nm) or be larger than 100 nm (e.g., nanoparticle reinforced polymers have the unique feature at ~ 200-300 nm as a function of the local bridges or bonds between the nano particles and the polymer).