纳米科技应用方法和思索.docx
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纳米科技应用方法和思索
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纳米科技应用方法和思索
本文作者:
何丹农工作单位:
纳米技术及应用国家工程研究中心
1引言
纳米科技是指在纳米尺度（1到100纳米之间）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用（主要是量子特性），以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。
纳米科技成果拥有科技成果的特征和纳米科技的特点。
科技成果简介
.1成果定义和特征
科技成果是指对某一科学技术研究为内容，通过试验研究、调查考察取得的具有一定实用价值或学术意义的结果，包括研究课题结束已取得的最后结果，研究课题虽未全部结束但已取得的可以独立应用或具有一定学术意义的阶段性成果。
科技成果具有新颖性与先进性、实用性与重复性，有独立、完整的内容和存在形式，应通过一定形式予以确认等特征。
.2科技成果转化描述
科技成果转化是指为了提高生产力水平，对科学研究与技术开发产生的具有实用价值的科技成果进行的后续试验、开发、应用、推广，直至形成新产品、新工艺、新材料，发展新产业的相关活动。
从宏观上来看，科技成果转化是一
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个由科技供给系统、科技转化系统、科技需求系统和科技环境系统构成的大系统。
在微观方面，科技成果转化一般包括实验室研究、中间试验、工业性实验、工厂化生产等诸多环节。
.3科技成果转化三个发展阶段
科技成果产生阶段:
该阶段主要从确定研究开发项目开始，到初步成果形成才基本完成。
科技成果转移阶段:
该阶段主要包括成果进入中试试验和工业化试验等。
科技成果应用阶段;该阶段主要包括成果进入规模化生产，并进入市场等。
.4科技成果转化基本要求
科技成果转化作为一项复杂的社会系统工程，需具备多方面条件，满足多方面要求，如科技成果自身的成熟程度、转化环境，以及相应的政策、社会服务与支持等都是重要的转化条件，是顺利转化的基本要求。
以下分别作说明。
.4.1技术成熟度
技术成熟度，即科技成果适应社会生产发展需要的实际水平，是科技成果转化的最根本的条件。
技术成熟度特征:
完全成熟的科技成果，应当是可以立即生产的;不够成熟的成果则还需再投入进行二次开发，才可能投入生产，所需要投入量越大，表示成果就越不成熟。
技术不成熟原因:
技术认识不同，科技投入不足，使科研条件和科研深度都较为缺
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乏;中试环节薄弱，中试的欠缺使得成果的先进性、适应性、配套性、可靠性达不到要求，难以实现工业化生产的需要。
例如:
长期以来，由于经费短缺，我国中试基地建立的数目较少。
以上海为例，2005年从基础研究到中试再到产业化，投资比例为1:
1.03:
10.55，而较为合理的比例是1:
10:
100。
中试的欠缺使我国科技成果的转化率低，已经成为制约我国经济持续发展的一个“瓶颈”。
结论:
科技成果要实现成果转化，首先要求科技成果技术成熟。
因而需加大投资力度，加强中试试验研究力度，形成成熟的、可靠的科技成果，促进成果的推广。
.4.2转化环境
转化环境主要包括转化的市场需求、政策和意识。
第一，树立以市场为导向的意识。
要从科研源头起与市场需求相结合，以形成产业化为根本目标，针对现有和潜在市场，开发具有市场前景的科技成果，促进科技成果的转化;要避免科学研究与市场脱节，造成成熟的技术也无法进行推广，致使大量的科技成果无法产业化。
例如:
美国仪器制造业对高科技成果的一项调查显示:
11项首次发明的新仪器，思路100%来自用户;66项重大改进，85%来源自用户;85项小改小革，67%来自用户。
结论:
以市场为导向的研究，更容易促进科技成果的转化，科研人员必须始终坚持以市场需求为出发点和归宿。
第二，科技发展政策。
科学技术与政策的关
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系日益密切。
科学技术的发展越来越依赖国家的支持，国家的科技投入和政策引导成为影响科技发展的重要因素。
需着眼于促进经济建设、依靠科技进步机制的形成和企业技术创新主体地位的建立来制定配套政策，加强政府以科技需求为导向的行为，强化政策的激励引导作用。
政策的制定要从科技成果转化大系统和全过程出发，在促进科技成果供给的政策、促进科技成果转化过程整体化的政策等方面，形成体系上的一体化，避免“头疼医头”、“捉襟见肘”，形成不合力。
例如:
美国是获诺贝尔自然科学奖最多的国家，一方面，美国较高的物质生活待遇吸引了高级人才;另一方面是美国适宜的科技政策和社会文化氛围，推动了科技的发展。
在这个意义上说，比尔•盖茨出现在美国决不是偶然的。
结论:
要有激励的政策，更容易促进科技成果的转化。
第三，科研成果转化意识。
成果转化意识是一切成果转化活动赖以发起的内驱力，是贯穿于成果转化过程的内在动力;低科技成果转化率的一个重要原因在于科技成果转化意识的缺乏，如科技成果的价值意识、商品意识、社会科技开发意识不强。
科技成果拥有者必须有强烈的转化意识，才能从主观上发挥其积极性，促进科技成果转化的进程。
例如:
不少科研单位和科研人员把科研成果的获得作为科研工作的最终目标，不能主动把科研成果作为商品推向社会;同时企业对购买科技成果表现冷淡，因而造成了大量的科技成果的搁置，导致科技
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成果转化率低。
结论:
科研人员具有强烈的成果转化意识，更容易促进科技成果的转化。
.4.3宣传策略
科技成果的推广必须注重市场宣传和推广，一方面加大宣传力度，另一方面注重宣传适度。
主要宣传策略如下:
1.强化组织领导，健全科技宣传网络;2.明确目标责任，强化考核督查力度;3.整合科技资源，拓宽科技宣传渠道;4.加强媒体合作，搞好科技宣传;5.开展科技培训，促进成果推广;6.开展科技活动，丰富宣传形式;7.加强技术交流，建立信息平台;8.注重方式方法，宣传适度确保质量。
.5科技成果应用现状分析
农业、工业、医药、军事、材料、电子、生物、航天等领域的科研成果，大量的成果怎么处理呢,这些都需要进行成果转化，这些新产品、新材料、新工艺，只有进行科技成果的转化才能有真正的作用，同时科技成果也有市场需求。
突出表现出两个特点:
一方面大量科研成果生成，一方面有巨大的市场需求。
.5.1科技成果转化率低
我国每年有2万余项比较重大的科学技术研究成果和5千多项专利，但是其中最终转化为工业产品的成果不足5%，而欧美发达国家转化率则为45%以上。
我国科学技术向生产转化的比例为10%,15%，也远低于发达国家的60%,80%。
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高新技术企业的产值在社会总产值的比例仅为2%，与欧美发达国家的25,30%相比，更是不可同日而语。
结论:
目前我国科技成果转化率低。
2.5.2科技成果转化率低的原因我国科技成果转化率低的原因主要有:
科技成果本身存在先天不足，成熟度低;科技成果系统配套不够;科技成果对企业缺乏吸纳和转化的动力与活力;科技成果转化缺乏资金支持，相应的风险投资基金匮乏;科技成果中介机构不健全，社会服务职能不完善;体制上产学研系统各自独立，科技与生产脱节;市场体制不成熟，法律保障不足。
纳米科技成果及产业
.1纳米科技成果及产业的特点
纳米技术属于高科技领域，因此与高科技成果有着共同的特征:
高风险，高投入;高额的利润前景;巨大的市场需求。
纳米科技为多学科交叉领域，其应用及产业化又具有许多独特的特征:
多学科交叉特性;潜在的高额利润;潜在的市场需求。
.2纳米科技成果市场分析
纳米技术有巨大的潜在市场，它与信息技术、生物技术共同成为二十一世纪社会发展的三大支柱，也是当今世界大国争夺的战略制高点。
据权威的研究报告显示，2000年纳米技术对全世界GDP的贡献为4000亿美元，预测2010年纳米技术对美国GDP的贡献将达到10000亿美元，日本纳米技
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术的国内市场规划也将达到273000亿日元。
纳米科技的健康发展，对二十一世纪的社会和经济发展、国家安全以及人们的生活和生产方式带来巨大的影响。
结论:
纳米技术及产业已成为世界各国抢占的巨大市场。
.3纳米科技成果转化现状
在纳米科技产业化方面，除了纳米粉体材料在少数几个国家初步实现规模化生产外，纳米生物材料、纳米电子器件材料、纳米医疗材料等产品仍处于开发研制阶段，要形成一定市场规模还需一段时间。
目前成果以基础研究为主，纳米技术应用成果处于初期阶段，产业化效果不理想，成果转化率低。
如果将纳米产品的成熟程度按中试、批量生产和规模化生产划分，其分布明显呈剧烈递减态势。
研究开发和规模化生产的距离较大，大约只有5%的实验室成果最终能转化为规模化生产。
.4纳米科技成果转化率低原因
.4.1投入的科研经费不足
成果转化未知因素多，造成研究工作周期长、所需经费多;对科研的投入未考虑中试等应用技术研究，影响科技成果的转化。
.4.2缺乏风险意识和市场服务意识
纳米技术产业与其它高新技术一样都存在投资风险、政策性风险，市场风险和自由竞争风险等。
同时，纳米技术
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还存在着潜在风险。
另外，科研工作者市场服务意识淡薄，缺乏主动为企业服务的意识。
.4.3科研缺乏布局和规划
缺乏制定战略发展规划以及科研与产业的合理布局，造成低水平重复和资源浪费;重视基础性研究，轻视应用性研究，造成科研成果缺乏市场，成果难以被企业吸纳和转化。
.4.4纳米科技成果成熟度低
在研究中，研究人员常常只注重论文，纳米科技成果论文水平很高，但产业化并不理想;注重实验室开发，没有潜心于后续的应用开发和技术支持，造成成果成熟度不够，先天不足，难以转化;大部分企业属于生产型，缺乏持续创新和应用开发能力，只能接受非常成熟的技术。
.4.5缺乏信息沟通缺乏信息沟通，导致产学研系统各自独立，科技与生产脱节。
从事纳米科技研究的人员，分属不同的行业和部门，条块分割，由于缺乏相互交流，更缺乏与一线企业的交流与合作;由于信息不畅，造成成果难以满足需求，以及成果和需求重复现象严重;企业间应用成果壁垒森严，难以推广，导致不少低水平重复，重点不突出，阻碍了整体优势的发挥。
.4.6纳米专业人才匮乏
纳米科技由多学科交叉，因此需要具有多学科知识的复合型人才;纳米科技的迅速发展，需要大量纳米科技领域
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及其相关领域的人才。
而中国传统分门别类教育体制培养的“专业人才”，不能适应拥有多学科知识复合型纳米研发人才的需要。
因此，为推动我国纳米材料产业的发展，需要培养一批复合型纳米科研人员及纳米经营管理人才。
.4.7知识产权意识淡薄
中国纳米技术近几年有了突破性的发展，但知识产权意识在科学界尤其是开发应用领域仍然淡薄。
专利数量有所增加，但是在总量上申请的专利还是很少。
在我国，申请的专利大部分是纳米粉体材料制备方面的专利，而国外的专利很多是纳米应用专利。
.4.8行业标准和技术规范缺乏
目前纳米科技应用研究很热，市场上出现了很多“纳米商品”，然而，很多的“纳米商品”还不是真正意义上的“纳米产品”。
市场上缺乏行业标准和技术规范的约束，一些人热衷于炒作纳米概念，造成初级产品过剩，浪费了社会整体资源;一些生产微米材料的企业，在其产品性能用途完全没变的情况下，贴上纳米标签，摇身一变成了纳米材料企业，误导纳米概念;一些企业在投入少量资金注册了纳米材料公司或纳米材料应用公司后，就开始在经营业绩上做文章，蓄意编造是专门从事纳米科研、生产和应用的实力企业的假象，最终达到圈资、骗政策的目的。
纳米科技推广应用思路
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针对纳米科技成果转化率低及成果推广过程中所存在的问题，促进纳米科技的推广应用，应切实做好以下工作。
.1根据市场需求，选好研究目标
针对我国纳米科技产业化处于初级阶段，纳米科技发展资金投入不足，纳米科技产业化效果不理想等现状，在有限的资金和设施条件下，纳米科技的发展一定要从科研源头上加以调控，科研项目选题要以市场需求为导向，以形成产业化为根本目标，强调创新意识和市场服务意识，发展具有竞争力的新技术和新产品，并推进传统产业的发展，从而促进纳米科技成果更快地得到推广和应用。
.1.1科研项目选题时应遵循的原则
创新性原则:
强调科技源头创新意识;产业化原则:
以产业化为根本目标，能独立形成新产品、新技术;竞争力原则:
注重可提升产品竞争力的技术及材料，注重与传统产业结合;市场化原则:
以市场需求为导向，加强服务意识，注重市场推广。
.1.1.1强调科技源头创新意识
自主创新已经成为科学技术发展的战略基点和调整产业结构、转变增长方式的中心环节。
十一五发展规划指出:
“科学技术发展，要坚持自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”。
纳米科技属于高新技术领域，因而，必须强调创新意识，研究和开发具有源头创新性的新技术和新产品，
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形成自主知识产权的新技术和新产品，实现技术发展的跨越，实现企业资本、社会资本和知识资本的有效组合及转化增值。
强调创新意识，发展纳米科技，必须以市场为导向，以产业化为根本目标，发展成熟的技术，努力提升其竞争力，吸引企业及其它投资公司的参与和投资。
加强纳米科技源头创新，要以纳米电子学、纳米尺度的加工及组装技术、纳米生物和医学、纳米材料学等科学前沿的理论和方法学为重点，争取取得重大进展，获得具有自己特色的发现和发明创造，促进纳米科技的产业化。
.1.1.2以产业化为根本目标，能独立形
成新产品、新技术选题时要以产业化为根本目标，研究方向要与产业相结合，要策划出一个行业的主体并且形成一个产业链条。
开发市场前景广阔、能够独立成新产品的先进技术，吸引以纳米技术为关键生产技术的企业投资，推动纳米技术的产业化进程。
围绕国家长远发展目标，将纳米技术与信息、环境、能源、生物医药及先进制造、海洋、空间等高新技术相结合，提高纳米技术在这些产业中的含量，建立以纳米技术为主旋律的一批纳米产业及产业链并形成产品、商品，为提高我国的绿色GDP做贡献。
举例1:
信息产业中的纳米技术以纳米阵列体系为基础的量子磁盘，1998年正式问世，存储量高达465Gb/in2，相当于现在磁盘10万个的存储量。
1999年，美国惠普公司在实验室成功制造了
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100×100nm芯片。
正像克林顿所说，利用现代的纳米技术制备的超高密度存储元器件，可以将美国国会所有的信息存储在只有方糖大小的体积内。
2000年，IBM公司通过纳米技术把这种磁盘的存储量提高到1000Gb/in2，相当于100万个现在磁盘的存储量。
利用纳米技术可以将动态随机存储器和电脑CPU缩小到70nm，晶体管的尺寸为100,200nm。
结论:
纳米技术在电子信息产业中的应用，将成为21世纪经济增长的一个主要发动机，其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。
举例2:
生物医药产业中的纳米技术采用纳米超顺磁载体制作的示踪剂使核磁共振检出的癌细胞尺寸大大降低，便于早期诊断、早期治疗;利用纳米技术输送生物大分子药物，可克服其吸收差、稳定性低的缺点，实现其天然、高效等特点，显示出良好的应用前景;根据药物分子的性质设计纳米颗粒表面及内部结构，从而达到人为地设计药物的靶向目标及其释放和作用方式，明显提高药效;利用纳米技术制备支架、骨骼等植入材料，具有很好的生物相容性，并可发挥治疗效果。
结论:
纳米材料技术将在生物医学、药学、人类健康等领域有重大的应用。
预计到2015年，纳米技术在生物医药领域中的应用，全球市场将达到2000亿元。
.1.1.3注重发展提升产品竞争力的新技术和新材料
传统行业的发展需要纳米科技来提升其技术和产品的
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竞争力。
传统产业是国民经济的重要组成部分，这就决定了发展纳米产业应切入传统产业，努力提升对传统产业和产品的更新换代，提高竞争力，同时调整传统产业结构，实现经济增值。
纳米科技的发展需重视与传统产业相结合。
纳米技术在传统产业的应用具有投入少、见效快、市场前景广阔等特点，因此，将纳米科技与传统产业结合，可以有力促进纳米科技的推广应用。
加强与传统产业合作，必须以市场需求为导向，发展具有市场潜力的产品和技术，通过纳米技术显著提高传统产品的竞争力。
加强与传统产业合作，从一开始，就要积极吸纳企业的参与投入，发展能显著提高传统产业和产品的新技术和新材料。
举例1:
纺织行业中的纳米技术纳米催化剂在化纤原料涤纶聚酯合成中的应用，将使生产效率提高5倍以上，大大降低了生产周期和成本，这项技术在化纤行业的推广可带来数十亿元的收益;利用纳米技术对各类化纤进行改性，使之具有功能性，如吸水吸湿纤维、变色纤维、芳香纤维、磁性纤维、防辐射纤维、远红外纤维，还可采用复合纺丝法来生产功能化织物;纳米功能氧化物填充到纤维中可制得各种差别化、功能化纤维，为纤维的发展带来一场健康革命，其市场规模也超过二十亿元。
结论:
纳米技术的应用将对纺织行业的发展起到巨大的推动作用。
举例2:
建材行业中的纳米技术纳米技术在建材领域的应用:
利用纳米材料的自洁功能可开发的抗菌防霉涂料、PPR供水管;利
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用纳米材料具有的导电功能可开发的导电涂料;利用纳米材料屏蔽紫外线的功能大大提高PVC塑钢门窗的抗老化变形性能;利用纳米材料可大大提高塑料管材的强度等。
另外，纳米抗菌不锈钢塑料复合管、纳米抗菌PPR管是在管材内层塑料中添加纳米级抗菌材料，经共挤出而制成具有抗菌、卫生自洁功能的管材。
仅以PVC塑钢门窗为例，近几年我国每年城乡工业和民用建筑的建造量平均约12亿平方米，需要门窗3亿平方米，年需塑钢门窗约3000万平方米，年需硬PVC异型材约30万吨。
结论:
纳米材料在建材中具有广阔的市场应用前景和巨大的经济、社会效应。
.1.1.4以市场需求为导向，加强服务意识，注重市场推广
以市场成熟代替技术成熟是发展纳米技术的最佳方式。
改变传统的“技术导向”为“市场导向”，始终坚持以市场需求为出发点和归宿，以市场需求为拉动机制，着重推动具有应用前景的新技术和新产品的开发，注重对传统产业的改造和提升，提升产品的竞争力，推动纳米科技的产业化。
着重发展有重大影响的方向与领域，注重纳米技术与各个行业的交叉融合，使纳米技术和产品能服务于各个行业。
注重纳米技术的市场推广，加强纳米科技与各个行业领域间的交叉融合，加强科研成果和企业及投资商之间的交流合作，建立信息交流平台，创建科研成果转化的渠道，为纳米科技发
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展提供有力服务和支持。
.2注重技术集成，实现自主创新
“创新”是科技发展的生命力所在。
对于纳米科技的发展，需加强新技术和新产品的原始性创新，提升产品和技术的竞争能力。
同时在重视原始性创新的基础上，更应该注重具有重大应用价值的集成创新，通过对集成要素的优势整合，提升集成整体的竞争能力，实现更大的市场价值。
.2.1技术集成创新有利于形成市场竞争力
长期以来，人们比较注重单项技术继发展，这是技术开发初级阶段的必然过程。
但从科技与经济结合的内在要求来看，单项技术的研究开发，因为缺乏与其它相关技术的衔接，在当前很难形成有市场竞争力的产品或新兴产业，这就造成我国每年所取得的数万项科技成果最终束之高阁，削弱了我国科技创新的基础。
.2.2技术集成创新将提高产业核心竞争力
核心竞争力的形成，不仅仅是一个创新过程，更是一个组织过程，使各种单项和分散的相关技术成果得到集成，其创新性以及由此确立的企业竞争优势和国家科技创新能力在价值上远远超过单项技术的突破。
加强技术集成创新，是企业实现自主创新的新思考，也是企业获得竞争优势、适应知识经济发展的关键。
.2.3纳米技术的集成主要内容
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.2.3.1纳米科技成果的集成
将分散的技术集中，形成一个可达目标功能的技术体系，即组合应用性技术成果，也称为技术捆绑或技术整合。
纳米科技成果的集成应注意以下几点:
注重主题的策划，选好技术与成果，实现目标显示度。
注重主题的策划以市场需求为导向，关注市场需求的多样化，强化产品的竞争意识;以纳米技术或产品为关键要素，解决需求中的重大问题，具有行业导向性与共性;拓展解决方案的丰富性，注重外部资源的易取性;强化研发时间的迅捷性，凸显研发质量的配比性。
选好技术与成果始终坚持把市场需求作为出发点和归宿点，选择具有市场前景的技术和成果，选择具有竞争优势的纳米材料或技术为关键技术要素，具有前景的技术与成果，注重其成熟度和可靠性。
同时加大中试研究力度、中试研究领域和资金投入，注重集成要素中技术和成果的协调与融合，优势互补，使集成整体具有新的价值。
实现目标显示度注重目标功能的实现，不仅要实现各项集成要素的功能目标，还应实现集成系统的整体功能目标。
集成要素和集成系统的功能定量指标应具有竞争性，以实现其产品的显示度，有利于产品的推广。
.2.3.2注重技术集成创新
从纳米科技发展到产业链上的集成协作在产业链的衔接上，由于纳米技术的跨学科性，急需将努力的方向由“单
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打独斗”转向“集成协作”。
实验和技术上存在局限性，而研究的广泛和复杂，造成设施难以完备;技术的成熟度不够;研究成本高和周期长，造成产业化难度大。
因此，仅依靠某一个工业部门或者研究机构，将无法加快推动纳米科技的应用和产业化的步伐。
结论:
要实现和促进纳米技术的产业化发展，需要采用合理的产业化与投融资模式，推动纳米技术产业链的全方位发展。
这就是所谓的为了构筑我国纳米产业发展的大战略，也是目前国内众多研究机构、企业正在的探索大联合的适当途径。
纳米科技发展产业链上的集成协作方式第一，建立国家级研究开发平台，充分发挥国家级研究开发平台的作用，推动各研究部门之间的交流合作，实现软硬件资源共享，避免重复建设。
第二，建立产业孵化基地。
“科研-孵化-企业”一条龙式的产业化模式，有利于推动科研成果产业化，因此，在有条件的地方应建立纳米科技孵化基地。
第三，加强产学研的合作。
积极推进产学研一体化的进程，把研究、开发和应用过程的各个阶段建成一个系统，使之紧密衔接、相互交替，保证从科研到生产整个过程的连续性，从而使科研单位前期的研究、开发优势与企业工业化生产优势融为一体，促进科技成果的转化。
各领域科学研究人员间的协作从目前情况看，我国从事纳米科技的研究人员，分属不同的行业、部门，彼此之间信息沟通不畅，研究人员之间也缺乏必要的交流，致使研究力量大大分散，而且各地研究
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所重复研究、重复建设严重。
纳米科技属于多学科交叉的前沿研究领域，要动员和组织信息、物理、化学、生物、医药、材料等学科的专家参与纳米科技的研究开发，抓好多学科在纳米科技方面的集成。
结论:
纳米科技的多学科交叉特性必然要求加强各领域科学人员之间的协作。
.2.3.3纳米科技推广注重技术集成创新的应用案例分析
应用1:
“以应用纳米技术打造新世纪康居商住楼”思路为了贯彻《国家中长期科学和技术发展规划纲要》以及“十一五”规划中的要求，促进生态人居环境和绿色建筑的发展，提出集成整合最先进的纳米技术研究成果，积极推动健康、环保的生态建筑技术的应用与推广。
为打造康居示范工程提供有力的技术支持和保障，致力于搭建三大公共技术平台，即居住环境健康性和安全性公共技术平台;建筑物与居家用品节能和环保性公共技术平台;资源综合利用公共技术平台。
应用纳米技术打造新世纪康居商住楼，可以体现在环保、健康、节能等方面的优势上。
具体应用可以包括外墙涂料、内墙涂料、变色玻璃、地毯地板门、厨房、家用电器、卫生洁具、床上用品、窗帘、玩具及衣物等。
面向生态人居环境和绿色建筑的发展的需要、面向《国家中长期科学和技术发展规划纲要》以及“十一五”规划中的要求，新世纪康居楼的打造将对该行业及人们生活产生很大影响，将形成一
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个完整的产业链条，引导该行业的发展。
以纳米材料或技术为关键技术要素，具有竞争优势;选择具有很好市场前景的纳米改性内外墙涂料、纳米改性纺
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