何丹农，纳米技术及应用国家工程研究中心主任。

沈应龙，上海市科学学研究所产业创新研究室助理研究员。

纳米材料，是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度（0.1～100纳米）范围或由它们作为基本单元构成的材料。

纳米材料及其相应的制取、组合技术已成为21世纪世界科技发展中的主流方向，也是世界各国最主要的研究热点之一。当前，我国在纳米领域发表的SCI论文累计已经跃居全球第一，同时相关专利的申请量累计达20.9万件，占全球总量的45%。

然而，在美国专利及商标局的专利统计数据中，即使不计美国自身，我国大陆地区的专利数量也居于韩国、日本、中国台湾地区之后，说明我国相关产业参与国际化竞争的程度仍然不够深。

据《前瞻产业研究院纳米材料行业报告》预计，2022年我国纳米材料市场的规模可达1955亿元水平。除了在新材料产业中形成了较为明确的纳米材料板块外，纳米技术还广泛影响了环境、能源、信息、生命健康等诸多其他产业，并且具有极其广阔的发展前景。

未来，以下产业或领域有望通过纳米技术的应用实现技术或市场突破。



材料产业

纳米材料的发展能够带动整个材料产业的结构调整和升级换代，全面支撑国民经济和国防建设的需要。纳米材料产业在未来5～10年预计将可为上海市带来直接经济效益超过50亿元，间接经济效益超过100亿元。

●纳米粉体（颗粒）材料

纳米氧化钛、介孔氧化硅等无机纳米粉体可以用于吸附、催化药物载体等用途。不同材质的纳米粉体可以用作各种不同用途的着色染料，如汽车涂料、塑料加工以及高档油墨和印刷行业的（彩色）金属颜料，高档珠光颜料，新型晶片颜料，玻璃颜料，防伪颜料和红外反射（或透明）颜料等。聚合物纳米复合材料有望替代金属材料，用于发动机齿轮、油过滤器等汽车结构件。

●纳米纤维

窄分布超细微纳米纤维的织物同时具有高效、低阻的特性，并具有空气滑移效应，可以用于各类过滤、防护产品，如防霾口罩、空气净化器用静电纺纳米滤芯、防雾霾纱窗静电纺纳米滤层等，提升产品的性能。

将气凝胶制备为纳米纤维，可以获得高效轻质的保暖材料，能够制备出单件质量在500克以下的超轻纳米纤维保暖服，可用于航空航天、潜水和军事等不同领域。快速可控的光响应、光驱动变形纳米功能纤维，可以用于制备在复杂环境下具有自我保护功能的服饰。

具有持续传输、共价抗菌和组织细胞引导功能的纳米纤维制备的复合功能敷料可用于糖尿病足、静脉溃疡等多种普遍性慢性难愈病症的治疗。纳米级别的陶瓷纤维、二氧化硅纤维具有明显的柔性，是能够用于各类高强、阻燃、高温隔热需求场合的新型复合材料。

纳米纤维防水透湿膜有望突破传统产品耐水压和透湿量难以同步提升的技术瓶颈，同时实现高耐水压、高透湿量的功能。

●纳米功能塑料

具有99.9%高效抗菌性能并可保持2年以上的纳米抗菌塑料有望实现规模化制备，在家用电器、汽车、食品包装、医疗等领域具有广泛的应用前景。利用石墨烯作为填料可使塑料具有导热、导电性能，可替代换热器中的铜管。

●纳米功能涂层

利用纳米技术对涂层表面的微观结构与形貌进行设计，可提高涂层的附着力与功能性，推动海洋重防腐、长效防污、减阻、抗粘、超硬、防覆冰、环保等功能的海洋领域特种涂层涂料的研制。

智能纳米涂料将具有突出的高强度、耐久性，并且可以附加除异味、除甲醛、智能调湿、自润滑、自修复、智能磁性等各种特殊性能。纳米技术还可以赋予汽车面漆及电子产品表面涂层更好的耐水、耐划伤、耐紫外线、耐酸雨等性能。

●先进水凝胶材料

具有纳米结构的新型手性水凝胶可在人体细胞生理和病理研究、医药筛选等研究中用于仿生微环境材料，此外还可以用于化妆品、整容等领域。

环保领域

在环保领域，纳米材料和技术的应用能够提高能源的利用效率，并在空气污染控制、水质控制、土壤污染控制等领域发挥作用。未来5～10年，纳米技术在环保领域预计将可为上海市带来直接经济效益超过20亿元，间接经济效益超过50亿元。

●空气净化

车库、公路隧道等半封闭空间机动车污染物主要包括一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物等。采用纳米技术有望实现以上污染物的低成本快速检测，并通过催化、吸附等方式实现无二次污染的常温净化。

采用纳米技术还可以针对室内空气中常见的低浓度、复合性空气污染物，如挥发性有机物（VOCs）进行有效富集与高效去除。

●水净化

发展高效吸附剂、催化剂、絮凝剂和多功能膜等纳米材料，以及以微纳米气泡为代表的先进纳米技术和联用技术，有望实现江河湖海等自然水体的高效低成本治理。

等离子激元和上转换发光等效应的宽光谱响应光催化氧化纳米材料，将能够在3～5年内实现成本更低、效果更好的环境污染物高级氧化技术应用。快速大容量纳米晶吸附材料能够用于水体的重金属吸附。

●多种污染物快速识别与检测

特殊结构与形貌的纳米材料可用于研发自然水体或工业废水中低浓度抗生素、农药和重金属等的新型快速检测方法。利用不同污染物与纳米材料选择性的作用机制，可实现土壤污染物的分离、检测和甄别。

能源领域

纳米技术是发展清洁低碳能源的重要途径，在太阳能转化为电能、化学能（如氢气、甲醇等），二氧化碳转化为甲烷，热能转化为电能，电解水制氢以及有机小分子高效制氢等方面均有重要作用。