林鸿溢：我的纳米技术研究感悟

我从南京大学物理学系毕业后，进入中国科学院，从事科学研究，后来为了照顾我家住中关村的方便，转入北京理工大学，从事大学教学和科学技术研究。我先后承担国家前沿科技课题和国防预先研究项目。本文不涉及具体项目课题，只写一点我在科学研究历程中一点体会感悟，与朋友们交流。

一  纳米科技，文化氛围

 我所承担的课题是国防科工委、总参谋部、工程物理研究院、航空科学基金委、国家自然科学基金委等的项目，是纳米技术在国防和航天领域的应用，任务重，有时限，参与项目的成员都很辛苦，有一段时间我因为赶任务而病倒住院。

科研过程也不全是辛苦，常常也非常有乐趣。记得在物理研究所低温物理实验室，做电子自旋共振研究时，参与实验的各位同仁，都在实验中高兴地考察电子的神秘行为和运动规律；近距离亲眼看到氢气从气态氢突然变成液态氢，瞬间，液态氢又固化成固态氢，如冰凌，似白玉，很神奇！全过程是运用真空系统降低液态氢的蒸汽压而实现的。那晶莹剔透的固态氢，恰似琳琅美玉。一种美学境界，展现在我们面前，美极了！刹那间，实验温度骤然降到零下260摄氏度极低温，实验成功了！团队朋友们都不约而同，兴高采烈，相拥欢呼！

科学实验过程充盈着文化的氛围。从广义说，文化是人类在社会历史发展过程中，所创造的物质财富和精神财富的总和。从狭义说，是指意识形态所创造的精神财富，包括科学技术、学术思想、文学艺术、制度法律、宗教、信仰、风俗习惯、道德情操等。所以在社会生活中，无论你从事哪项工作，都要对祖国的文化传统有深刻的了解，这样对所从事的工作会有促进和推动作用，从而事业会更加成功。

二十世纪九十年代，我们的科研项目着重于国际上新掀起的高技术——纳米技术，根据长时间的科学技术积累，我激情地投入了纳米技术研究。诺贝尔物理学奖获得者罗雷尔（Rohrer）指出：“150年前，微米成为新的精度标准，奠定了工业革命的基础。最早学会使用微米科学技术的国家，都在工业发展中占据了巨大的优势。同样，未来的巨大发展将属于那些明智地接受纳米作为新标准，并首先学习和应用纳米科学技术的国家。”

可以预期纳米技术将在人类社会的众多领域发挥关键作用。从饮品到食品药品，从剃须刀到人造卫星，从车床加工到3D打印技术，从国际旅游到星际航行，从互联网到物联网……都将发生创新性的深刻变化。

举一个具体例子，纳米探测器具有很高的灵敏度，当人体刚刚产生癌细胞，只有几个细胞大小时，就能探测到。然后，医生派遣一个纳米机器人，注入人体抵达癌变部位，把癌细胞完全挖掉就可以了，就彻底消灭了癌魔。

科学实验研究过程，有时严肃，有时欢快，有时寂静，有时美好，有时震撼，有时惊奇，有时失望，有时欣喜……在我们实验室，记得有一次做纳米半导体硅薄膜实验时，当在实验系统中施加射频电磁场时，在通有实验气体的低真空室中，瞬间产生色彩艳丽的辉光！极美丽，赛极光，超彩虹！是我从来未曾见过的极其美妙的辉光！这就是实验室美，科学美！她给我心灵带来的快乐是无与伦比的。

众所周知，太阳光谱由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光组成，波长范围从770纳米到390纳米。阳光通过三棱镜立即展现鲜艳的七色光带，璀璨绮丽，十分动人。

在那红绿灯闪烁的实验室，当实验区域在射频电磁场的作用下，神奇地将光的深浅浓淡，隐显明暗，自然搭配，神奇组合，变幻成五光十色，千姿百态，绚丽璀璨，绮丽炫目的环形辉光！此时此刻，此情此景，参与实验的人们，无论是年轻的科学家或年长的科学家，毫不例外地承载罕见的震撼；一幅充溢美学境界的画卷展现在实验现场，令人心醉，催人神往！科学美激发了默默从事科学研究的伙伴们无比快乐与幸福。

哲学家、教育家杜威（John Dewey，1859—1952年）认为：在对自然的欣赏中，审美经验明显超越了艺术的限制。审美经验同样发生在对科学与哲学的探求中，在任何行为领域中都能获得审美经验。艺术之所以美，是因为它模仿自然，自然是一切美的源头。美是理想的一种象征，美具有强大的社会力量，是人类生活内在的意义和价值的标志。

在研究纳米半导体硅薄膜时，我们曾经研制了只有100纳米（约为人头发直径的700份之1）的超薄膜半导体硅样品，然后利用电子显微镜观察样品的微观结构。我们在电子显微镜真空室中，对样品从室温到900摄氏度高温，进行变温加热，实时观测样品结构变化的微观景象，同时对实验的全过程进行实时跟踪录像。

微观世界十分奇妙，在几微米见方的小天地里，可以看到巍峨的山峰、流动的江河、飞舞的雪花、美丽的花朵……美妙绝伦的景观，令人无限憧憬。大宇宙是那样的奥秘神奇，吸引着人们永恒探索追求。而我们在电子显微镜下，观察到的小宇宙，也展现特别的奇异美妙；吸引人们反复考察，仔细窥探；记得，有时我会在阳光或激光照射下，观察那奇妙的形象，追寻那特殊的造型；令人惊奇欣赏，令人浮想连翩，促人不禁神驰！

科学美的又一生动事例，出现在我们实验室寻常的纳米科学技术的实验中。神奇寓于寻常，寻常也神奇。

感悟科学美的快乐与幸福，成为我心中永恒的记忆；在时光漫溯历程绽放淡淡甜香，滋润着钟情于科教事业的人们。

 二  科学研究，著书立说 

多年来的科学研究历程，我先后获得部科技进步奖和大学科技特等奖等20多个奖励证书和国家发明专利证书；科研与创作有机结合，我先后编著出版发行13部科技著作：《固体物理学》《分形论——奇异性探索》《高技术前沿》《未来的材料》《诺贝尔奖内涵解读》《神奇的新材料》《新的推动力——纳米技术新进展》《材料新葩》，合作编著《最新科技报告》《最新科学报告》《科学速递》《新型材料——人类文明进步的阶梯》和《分形学导论》等，其中两部又在台湾出版发行，受到社会关注；有的著作还受到欧、美科学家的关注，来信索要而寄往国外，近年又有5本书正在撰写之中，以迎接第六次科技革命的主题——物质科学技术和生命科学技术及其交叉领域开辟新的发展空间——为丛书的主题；在国际和国内学术刊物上发表200多篇学术论文、数十篇普及性科技文章，拥有众多热情的读者。

我撰写出版的十几本书中，大多涉及“纳米技术”，《新的推动力——纳米技术新进展》则是纳米技术专著，受到众多读者欢迎。

我经常收到国内许多读者的来信，有的还寄来自已的习作。其中有的是我的学生，有的是不曾相识的读者。茫茫人世，素昧平生，通过著作，不远千里架起沟通之桥，实现作者与读者之间的真诚交流，确实感到十分高兴，非常快乐，幸福感充盈心间。

书作为精神、社会、科技向度而存在，运用于揭示科学发现、技术发明、工程进展、工艺技术、社会现象、人生丑美、心智高低、情感取向……读书使人变得有意义、有价值、有理想；读书，触摸大千世界，教诲人阅世处世，活跃思维，增长智慧，升华思想，提高才干，继承传统，善于创新，立足发展；一个热爱读书的民族是有希望的民族，必定走向强盛。写书，撰写著作，是精神和体力的苦熬。创作过程是艰难痛苦的，是身心历炼；书著出版发行，拥有众多读者，成果则令人精神极其高兴；内心的愉悦，形成曼妙的气氛，充溢身心，弥漫书房。这就是读书和写书给人带来的快乐与幸福。

明朝于谦在《观书》中，关于读书的一首诗，感悟深刻；记录下来，作为勉励：

 书卷多情似故人，

晨昏忧乐每相亲。

眼前直下三千字，

胸次全无一点尘。

 在科学研究和著书过程中，深深感悟，深邃思维十分有意义。思维是人对客观事物的理性认识过程，是人类大脑的特殊功能，是人同客观世界相互作用中的信息增值。思维是人类智慧的源泉。思维方式有：系统思维、交叉思维、逆向思维、优化思维、模糊思维、灵感思维、创新思维等。

创新思维的特征，是提出与众不同的目标和蓝图，追求独到、新颖的路径，寻找新的解决方法；使达到目标的过程具有超常规性，把逻辑分析与直觉或幻想相结合，通过改变条件，使似乎不可能的事变为现实。探索未知事物，取得突破性成果的思维过程和思维方式就是创新性思维。这是在我的科学研究历程中常常涉及的，对出现的新问题的思索和化解过程。想象是创新的先锋，深刻的体验产生想象力，想象促使体验深入。

灵感思维具有偶然性、突发性和创造性，其特征是人同客观世界相互作用中信息的高速增殖。我们在学校时，常常有经过反复思索而不得其解的疑问，突然受到某一具体现象的启发，而茅塞顿开，使问题得到化解。例如答疑课，我有时有经过钻研而没有解决的问题，正要去问老师呢，快来到老师跟前了，突然顿悟了，问题解决了，这应是灵感思维的实例。这是生活中常常发生的事，所以，出现新问题，善于多多思考，对问题的解决肯定是有好处的，有时会在某一个场合突然顿悟而使问题得到解决。

我想在我们日常生活中，有意识地关注重视创新思维和灵感思维，可能对我们解决问题、获得答案是好的选择。

三  微纳技术，专家组织

 二十世纪末，纳米科学技术作为一门崭新的学科。作为独立的学科，我首先提出1990年是纳米科学技术诞生之年，得到学术界的认同。这一年纳米技术国际会议在美国巴尔的摩召开，《纳米技术》国际刊物创刊。1990年，我在北京理工大学实验室，基于非晶态半导体研究的基础，开始在国内率先开展纳米半导体薄膜和器件研究，预期在国防武器上将得到应用。先后发表研究论文，还向中央有关机构提出建议，阐明开展纳米技术研究的必要性和重要性。其实，纳米技术首先在技术先进国家的国防领域成为绝密技术，并发挥重要作用。

1995年，我收到国防科工委用毛笔书写的邀请函，成为国防科工委微纳技术专家组成员。专家组对我国纳米技术的发展，特别是在国防领域的创新性进展，起到组织推动的有效作用。在专家组第一次会议上，国防科工委科技委主任王寿云将军与我单独见面谈话，最后他说：“你作为专家组成员，我们没有选择错。”可见国防科工委是经过在全国有关单位认真选择后，才确定专家组成员的。王将军很高兴接受我送他的《分形论——奇异性探索》著作和论文“纳米技术新发展”。论文在国防科工委的刊物上发表后，还给我高额稿费。专家组成员有科学院院士、北京大学王阳元教授，清华大学周兆英教授，北京理工大学林鸿溢教授，上海交通大学陈迪教授等。国防科工委很重视专家组的工作，每次专家组会议，科工委主任丁衡高上将都亲自参加；丁将军有很高的战略眼光，十分重视纳米技术在武器上的应用，为增强国防实力做出卓越的贡献。

为了推动全国开展纳米技术研究与开发应用，促进高技术产业的战略性进展，在中国电子学会等机构的主持下，我们组织了多次全国纳米技术与应用学术会议，先后在厦门、宁波、北京、上海、重庆、西安等城市召开。我总是被推选担任程序委员会主席或组织委员会主席，负责会议的组织工作。第一届全国纳米技术与应用学术会议，我提议在厦门召开，由厦门大学承办。一个新兴学科的第一届学术会议在家乡福建召开，我自然很高兴。2000年11月11日在厦门大学开幕，会议由我主持，得到厦门市领导的高度重视，市长、市人大主任到会祝贺，各媒体全程报道，会议很热烈，很成功。国家一级学报《半导体学报》特别为会议分别出版了中文和英文专刊。

我先后担任博士后导师、纳米技术学科带头人、纳米技术研究所所长、国防科工委微纳专家组成员、全国纳米技术与应用学术会议程序委员会主席、全国电子测量与仪器会议组织委员会主席、全国纳米测量技术会议组织委员会主席、国际纳米科技西安研讨会程序委员会主席、北京大学与上海交通大学联合国家重点实验室学术委员、清华大学纳米技术研究中心学术委员、北京科技研究院特聘纳米技术首席专家、全国性科技刊物《纳米科技》主编等职，为我国纳米技术蓬勃发展尽微薄之力。

四  科学研究，造福民生

 对纳米技术进行多年研究，获得成果和专利的基础上，我经过深入调研首先将纳米技术推向社会产品应用领域，提出“纳米技术嵌入传统产业”的设想，我认为只有这样，才能实现纳米技术与社会生活相结合、与国家经济发展相结合，推动国民经济持续发展，稳定增长。事实表明，这是可以实现的，可以打开纳米技术实际应用的大门，实现纳米技术产业化。为大众、为企业、为国家，创造高效益、大财富。

纳米技术是一项高技术。产业引入高技术存在“三高”：“高投入、高风险、高效益”。然而，我们有办法选择原材料，资源丰富，价格低廉，制造简易，消费市场大的产品；所以，虽然引入高技术，却可以做到“两低一高”：“低投入、低风险、高效益”；而且保证企业可以实现以质量和效益为中心，在高水平上进行运营。总之，我希望以“科技创新”，为各类企业的优化升级或转型升级，为国家经济发展做出实实在在的贡献。

高技术是20世纪50年代兴起的。高技术是具有前瞻性、先导性、探索性的重大技术，是新兴产业发展的基础；是国家创新能力的综合体现，是国际竞争力的标志。高技术对社会经济和生活将产生巨大的影响；是人们用当代最新科学成就，有目的地改变世界和认识世界的物化形式；是以人的智力和能力为主导，形成新兴技术领域，强有力地开创新兴高技术产业。高技术产业具有如下显著特点：产品质量高，大众获益高，企业效益高。

这里要特别指出，产业引入纳米技术，已经成为技术先进发达国家经济发展的重大战略，这是值得我国重视的，一定要抓住这一具有时代性的战略性的发展态势。潮流挡不住，毕竟向东流。谁抓住了历史机遇，谁就可能获得成功。有智慧有远见的企业家，应该大胆地引入纳米技术，独立拓展产业，自主做强做大，大力发展实体经济。

在日常科学研究过程，我常常思考一个问题：科学如何为人类造福？

我长期从事纳米科技研究，纳米技术涉及国家特别是国防重大技术，但是心态平和，常常想将纳米技术嵌入生活之中，为勤劳勇敢的人民造福。于是，我在纳米技术为国家前沿科技研究和国防技术预先研究的基础上，开发纳米技术的产业发展，我首先提出把纳米技术嵌入传统产业，为国家经济，为人民生活，做出创新性贡献。

所谓传统产业，就是长期以来生产广大消费者普遍需求的产品，也是当今和未来消费者普遍需求的。所以，我们把纳米技术嵌入这类产品中，大幅度提高产品的科技含量，从而大幅度提升产品质量，大幅度提高企业的经济效益，推进企业优化升级，或转型升级。实现企业以“质量”和“效益”为中心，也就是实现企业家雄心壮志的梦想——企业有高质量受大众欢迎的产品，有持续的高经济效益。

五  纳米技术，嵌入产业

 我应邀去了许多省市，特别是家乡莆田，为推广纳米技术在传统产业中的应用，为经济社会的持续发展、技术转型与升级做点实事。我思考的问题之归宿，就是缩短梦想与现实的距离。我们开发的纳米技术嵌入传统产业的实例如下。

1.医疗医药产业

A.量子纳米中药逾渗仪——高技术与中华医学，跨越5000年的创新有机结合，抓住人体重要系统（经络系统、微循环系统等）实施调治。激光技术、纳米技术与针、灸、拔罐、膏药融汇于一体，形成一系列专用逾渗治疗仪。充分发挥中医药在医疗、保健、养生、养老领域的特殊作用。

B.中药纳米化技术——实验表明，人对纳米药物吸收效率与微米药物比较提高15—250倍。所以，纳米技术引入中医药产业，将大大提高疗效和药材资源的利用效率。

C.中药单方保健品——人参（包含茎、叶、花）、党参、三七、枸杞、当归、黄芪等的纳米化处理技术。

D.智能金银首饰、智能黄金腕表——首创市场目标产品，是可穿戴量子智能健康佳品。

2.功能食品产业

A.海洋食品——海带、紫菜、鮑鱼壳……。海带含有多种维生素、多种氨基酸微量素；资源多，价格低；经纳米技术处理后，价值将提高20倍。可以形成多种产品，可以添加到各种食品中，成为系列营养食品。

B.山林食品——木耳、香菇、竹荪……

C.珍果食品——荔枝、桂圆、枇杷、余甘、花生……。珍果的壳、核，经过纳米技术精细加工后，都是高级营养品；而且可以添加到各种食品中，使普通食品提升为营养食品。余甘核的硒含量，是水果中最高的，是防癌佳品。

D.保健食品——灵芝、莲子、人参及其茎、叶、花……

E.杂粮食品——薏米、玉米、燕麦、豆类……

F.种子饮——首创纳米保健饮品。

3.环保产业

A.空气净化技术——居家、汽车、医院、影剧院、车间、办公室、候车室、空港等，降解有害气体，产生负离子，清新空气。

B.空调与空气净化联合智能机——对有害气体和菌体，进行智能降解和杀灭。

C.纳米电子鼻——测量、监控室内空气质量。

D.养殖场、养殖池水质量净化，环境治理。

E.饮用水净化技术，污水纳米技术处理工程。

F.水果蔬菜表面净化技术。

4.化妆品、金银饰品、化工产品

A.智能美容化妆品（美白、防晒、消痘、洁净、吸油、凝湿）、牙膏、肥皂、洁净液等。

B.智能涂料技术，橡胶、塑料纳米技术提高性能。

C.智能金银饰品腕表。戴者在身体周围约一米厚的空间，可以消除雾霾保持空气洁净，这是一种量子过程，作用极其迅速，瞬间完成。

5.建材业

A.木材防腐、防霉、提高强度。

B.陶器、瓷砖、洁具，表面更光洁，性能更优秀。

C.建材、家具生产环境治理，保护工人健康。

6.优化饲料

纳米技术嵌入饲料，优化饲料具有广谱抗菌优势，是新一代饲料，取代以前添加抗生素的缺点；添加的纳米粉体配方所含的元素是人的必须微量元素，对动物有防疾病、促生长的功能。

7.功能纺织、服装、鞋业

抗菌抗污，防紫外，产负离子，反射红外线，夏防热，冬保暖。用于工作服、医院用布。防运动鞋异味等。

8.生态农业产业

新一代有益无害、抗菌、灭病虫害纳米喷雾技术，用于农作物、果园和花卉等；还有养殖场环境和水质的纳米净化技术。

（文/林鸿溢，北京理工大学信息与电子学院教授）

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