纳米技术的定义（始于 1999 年的“纳米技术研究方向”）

纳米技术是指在 1-100 nm范围内操控原子和分子尺度的物质，并利用这一尺度下单个原子或分子或其集团行为的特性和现象的能力，旨在通过设计其小尺度结构来创建具有全新特性和功能的材料、器件和系统。这是经济有效地改变材料特性的终极前沿，也是制造业和分子医学的最有效尺度。相同的原理和工具用于不同的相关领域将有助于为纳米尺度科学、工程和技术建立统一的平台。从单个原子或分子行为向原子和分子组装集体行为的过渡是一个自然的过程，而纳米技术充分利用了这一天然的界限。

1999 年制订的纳米技术构想推动了美国国家纳米计划(NNI) 和其他国内国际研发规划的设立，激起了全球的纳米技术研发热潮。

图1 分两个基本阶段创建一个新的领域和社区（“NS ＆E”指纳米科学和纳米工程）

在该计划的第一个十年期间，主要工作集中在建立纳米尺度的基础知识。截至2009年，在价值约1万亿美元的全球纳米产品市场上，由新知识产生的产品约占四分之一，其中约910亿美元为美国产品，包括纳米元件。

图2 工业原型开始和纳米技术商业化的时间轴：2010-2020 年新一代产品和生产过程的引入

随着纳米技术的不断发展，到2020年它将成为一项通用技术，这期间会产生四代产品，按其结构和动态复杂性递增的顺序：①被动的纳米结构；②主动的纳米结构；③纳米系统；④分子纳米体系。到2020年，纳米科学和工程知识以及纳米系统的集成将更进一步增加和拓展，纳米技术将大量应用于工业、医药、计算领域，更好地理解和保护大自然。

图3 碳纳米管电缆和片材平台（由 Nanocomp Technologies, Inc. 的 Peter L. Antoinette 以及 R. Ridgley、NRO 提供，2010）

纳米技术在全世界的迅速发展见证了这一概念和趋势的变革力量，并展现出一幅多种科研领域协同创新的宏伟蓝图。

本文在此简要叙述2000年以来NNI在国际范围内发展所获得的经验教训，以及最重要的——纳米技术界应该如何应对未来的发展。

经验教训

经过十年发展后尚未完全实现的目标

2000打破质疑，2010达成目标

十年发展后超出预期的成就

十年的主要经验教训

未来纳米技术研究和发展的愿景

本报告总结了各方对未来纳米技术研究和发展的愿景，从整体和各领域角度出发进行了论述（工具、制造、应用、基础设施、监管等），旨在根据纳米技术界的顶尖专家们提供的咨询，为纳米技术研发提供长期和及时的愿景报告。

整体而言，近十年来，NNI一直是美国乃至全球纳米科学和纳米技术发展与应用的主要推动力，由于意识到该技术的基础科学、经济和社会价值，许多其他国家还将继续快速扩大其纳米技术相关研发项目。

除了产品、工具和医疗外，纳米技术研发无疑还将对教学、成像、基础设施、发明、公众接受程度、文化、法律以及其他各种社会经济因素的架构产生深远影响。1997-2000 年，美国科研机构制定了纳米技术研发愿景，这一愿景在国家纳米计划的第一个十年（2001-2010 年）中已经实现。本报告的目的是将这一愿景延伸到未来十年，即 2020 年及更远的未来。

长期愿景是 NNI 最初发展的主要推动力，目标是探索新现象和过程、开发统一的纳米级科学与工程平台，利用分子和纳米尺度的相互作用从根本上提高生产效率。为了配合这些目标，纳米技术研发作出了广泛的社会承诺，包括预计到2015 年，每年以纳米技术为主导的产品总值将达到1万亿美元，这将需要200万具备纳米技术相关技能的工人。纳米技术论文和专利的数量以每年25%的增长率迅速增加，市场增长率将紧随这一发展趋势，预计到2020年，以纳米技术为主要性能组件的产品总值将达到约3万亿美元。纳米技术市场及相关就业机会预计将每三年翻一番。

纳米技术不断迎来各个领域的新科学和工程挑战，如纳米系统组装、纳米生物技术和纳米生物医学、开发先进工具、环境保护以及社会影响研究。论文、专利和全球投资趋势仍有望实现准指数增长，几年内可能出现潜在拐点。因此需要利益相关方参与持续的长期规划、跨学科活动和采取预见性措施。

未来十年，由于多个主流发展趋势发生了转变，纳米技术的挑战可能会转向新的方向：

虽然我们可能高估了纳米技术在短期内的发展，但如果我们在未来几年内加大教育和社会问题的关注力度，纳米技术在医疗、生产效率和环保方面的长期影响却被低估了。

根据以上所述，我们必须在未来十年内关注纳米技术发展的四个不同方面，包括：①加深对自然界的理解，推动知识进步；②寻求经济和社会解决方案，推动材料进步；③建立可持续发展的国际合作，推动全球进步；④全民参与监管，推动道德进步。