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1、从源头创新，提升我国微纳制造的科学研究水平科学新闻2oo7年第17期观察思考从源头创新,提升我国微纳制造的科学研究水平创新是一个国家发展的灵魂.创新有层次,相对于产品的创新,工具的创新和工艺的创新,学科发展上的创新是更本质,更高层次的创新活动,也是创新型国家持续发展的重要推动力.对于传统的学科,在某些特定的条件下,和另外看似毫无关系的学科联系起来,从本质上找到它们之间的相通之处,是创立新的交叉学科的关键所在,这一创新活动将使传统学科得以延续,并有f能进发出巨大的生命力.制造业是国家的基础,而先进制造业是引领国家
2、发展,确立国家在未来世界地位的基础.由于历史原因,我国在制造业与世界发达国家存在较大差距,表现为产品以低端为主,附加价值不高;产业结构不合理:出口的主要是劳动密集型和技术含量低的产品.在2006年的两会期间,代表们提出了一份《加强支柱产业自主创新,防范经济殖民化》的议案.议案指出:"我国三大支柱产业的产业主权的80%已为外方所控制或主导.2005年我国信息产业(制造业)总产值的77%,增加值的79%为外方(三资企业)所主导,汽车工业(轿车工业)90%的产品为外方所主导,机械工业85%的芯片精密制造设备,70%的
3、数控与机械制造设备,80%的石油化工生产制造设备为国外所占领.这对我国的经济,科技,人才,国防,政治等国家重大安全,都将造成严重威胁."振兴民族工业不仅需要加大传统基础工业的前进步伐,从宏观到微观各个层面鼓励创新,推动创新,促进产业的升级:更要瞄准新兴制造业的发展方向,加强基础研究,支持学科交叉,实现源头上的创新与突破.微制造是先进制造技术的重要组成部分.微电子学,微传感技术和微机电系统等的基础研究有力地促进了微制造技术的发展.然而随着技术水平不断提高,尺寸进一步缩小,制造技术将进入到纳制造的层次.如何在纳制造
4、这一崭新的技术领域开展前瞻性的科学O研究是摆在我们面前的一个重大问题.解决之道在于学科交叉.与谁交叉,如何交叉,则是我们需要回答的具体问题.表面看来,化学与机械学是两个遥不可及的学科.自18世纪70年代的拉瓦锡开始,经过200多年的发展,化学领域的绝大多数分支都已经发展到相当成熟的阶段.因此,从提出和解决化学学科的重要科学题来说,当今的化学家们正面临着前所未有的困惑,压力和危机."我们还能在化学学科中有何突破?""成熟的学科中我们还能做什么?"这一危机已经从很多方面得到体现.《科学时报}2006年6月8日报道了
5、两院院士大会上的院士调杳.调查显示,认为我国能在化学学科取得全面突破的人数所占比例为零.与此形成鲜明对照的是,认为生命科学有突破的是54.84%,信息科学为29.03%,数理学科的比例也高达45.61%.化学家似乎已经失去了对科学的归属感.的确,对于成熟学科的知识创新,哪怕前进一小步,投入和付出无疑都是巨大的.与此相反,新兴的交叉学科则是"遍地黄金"的未开垦的处女地.邪么什么样的学科才是具有生命力的交叉学科,什么样的交叉学科才能体现创新的价值?交叉学科重在学科间的本质联系,在特定的时间或空间,两学科本质相同而两
6、学科的经典方法和理论又在这一时间或空间有缺陷,那么我们就可以说在这个特定的环境下,由两者构造了一个新的交叉学科.微纳制造技术的创新源头在哪里?在于与化学的结合.如何结合?在纳米尺度这个特殊的空间.纳米级通常指1-1OOnm的尺度,lOnm大约含有100个化学键,微纳加工的大部分过程,实质上是化学键断裂和重新形成的不断交替的过程.在纳米尺度上化学键的非周期性将对材料的性质起主要作用.许多传统意义上的机本版责任编辑贺涛实习编辑陈丹电话:82614610械过程,在纳米尺度变成直接对化学键的操作.例如,数十纳米的机械切
7、削本质上是对数百个化学键做断裂操作:纳米焊接或铸造在化学家眼里是连接数十或数百个化学键:而锻造和润滑也是在进行着化学键的弯折或保护.显然,处理化学键是化学家的分内之事,而目的又是机械学人之所求.因此,当加工对象进入到纳米尺度,机械过程和化学过程通过化学键有机地联系起来.在纳米空间,机械学和化学的本质是一致的.连续介质的加工是机械学的事,化学键的操作是化学家的职责.如果我们用纳米分辨率的眼睛来看这个问题,就会惊奇地发现,在纳米尺度机械学家和化学家们正在做着同样的事.因此在纳米制造领域,机械学就是化学,但又与两者的
8、传统含义不同.这便是交叉学科的魅力所在.以纳米制造为中心,包括纳米切削,纳米摩擦,纳米润滑,纳米焊接,纳米铸造等基本制造过程和纳米材料制备,表面纳米修饰与改性,纳米组装等科学问题,就构成了纳米工程学.化学,特别是物理化学又在纳米工程学中起到核心作用.化学,机械学在纳米尺度的有机结合奠定了化学纳米工程学这一新兴交叉学科.它的建立,是机械jJu工向纳米尺度拓展过程中,化学与机械学交叉的必然
