2024年9月20日下午，北京大学《彤程材料科学论坛》（Red Avenue Materials Science Forum）第四十八讲在北京大学图书馆科学报告厅如期举行。中国科学院院士、国家纳米科学中心主任、基金委创新群体负责人、科技部纳米重大研究计划首席科学家唐智勇院士带来题为“纳米材料：芥子纳须弥”的精彩报告。北京大学材料科学与工程学院院长邹如强教授主持并致欢迎辞。

（授课现场）

首先，唐院士介绍了国家纳米科学中心的建设历史及其与北京大学、清华大学的渊源，并解释了报告题目“芥子纳须弥”的含义——佛教的芥子是一个“无我”的大千世界，即使一滴微小的水珠也可以折射整个世界。而在现代唯物含义中，宏观世界蕴含着无数微观粒子，其运行法则决定于微观世界下的作用规律，而将微观尺度下的现象与效应加以调节与利用，可得到宏观世界中的新功能。“芥子纳须弥”即认识和利用规律的有机统一。

接下来，唐院士正式带我们走进了纳米世界的大门。唐院士的报告共分为五个部分，分别是“纳米科技简介——走进芥子世界”、“纳米尺度效应——探索微观规律”、“纳米材料概述——构筑精巧结构”、“纳米材料应用——放眼须弥之境”、“纳米产业开发——目标星辰大海”。

（授课现场）

什么是纳米科技？1959年，美国著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼曾发出“如果有一天能按人的意志安排一个个原子与分子，将会产生什么样的奇迹”的“费曼之问”，正式拉开了人们探索纳米世界的序幕。纳米科技是在1-100 nm尺度上研究原子与分子的特性与相互作用并进而研究其应用的学科，利用物质在纳米尺度显示出的截然不同于块体宏观材料的物理、化学、生物性质，理解出现这种性质变化的原因并制造出满足国家战略需求和人民美好生活向往的产品。

纳米尺度的物质具有不同于宏观材料的纳米尺度效应，包括表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应与量子隧道效应。由于纳米材料的表面原子比例更高，使得其表面能、反应活性显著大于宏观材料，原子/分子间更易团聚且熔点更低，呈现表面效应；当纳米粒子尺寸与光波波长、德布罗意波长等物理尺寸相当或更小时，晶态纳米颗粒周期性边界条件被破坏，导致光学、力学、磁学等理化性质变化，呈现小尺寸效应；当纳米粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，能隙变大，引起光学等性质的变化，呈现量子尺寸效应；微观粒子的总能量小于势垒高度时仍能穿越这一势垒，呈现量子隧道效应。总之，物质在纳米尺度上呈现出的独特理化性质是其功能化应用的基础。

早在1960-1970年，纳米材料就已实现可视化研究，并开发出了“自下而上”、“自上而下”两种设计原则。“自上而下”包括机械剥离、激光烧蚀、球磨法、超声研磨等物理方法，“自下而上”包括水/溶剂热法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积、电沉积等化学方法。通过这些材料合成方法，二维石墨烯材料、一维硅纳米线、薄膜纳米材料、银纳米立方颗粒、金纳米笼、量子点等一系列纳米材料不断涌现，极大地拓宽了人们对纳米世界的认知。

近些年来，纳米材料的应用被不断拓展。基于量子隧道效应的扫描隧道显微镜（STM）可以精细地还原样品表面形貌，通过单原子操纵来形成各种微观图案。1993年，晶体硅的表面被写下“中国”。纳米光催化剂可以高效地实现各种催化功能。如在环境催化领域，可将低密度太阳能转化为高密度的氢能；生物催化中可分解各种污染物并杀灭细菌与病毒；在电催化中可大范围改变电化学反应速率，并对电化学反应做出促进与选择；热催化中，可通过加热为催化反应体系提供跨越热力学势垒的能量，极大地提高反应速率，促进反应物向产物的转化。总之，纳米材料可在能源、环境、医学、国防等各个领域发 挥其独特而重要的作用。

（授课现场）

目前，中国纳米科技的产业化现状还面临着一些问题。中国在纳米科技领域拥有的专利数仍落后于美国，产学合作方面，中国企业仍聚焦于传统石油行业，新兴产业动能不足，产业化还处于“追赶者”阶段。2018年，科技日报所刊发的35项“卡脖子”技术中绝大多数与纳米科技相关且可通过纳米科技来攻克，凸显了纳米科技产业应用的重要性和紧迫性。

习近平总书记指出，整合科技创新资源、引领发展战略性新兴产业和未来产业，加快形成新质生产力。而纳米科技显著具有高科技、高效能、高质量三方面特征，具有先进生产力的本质，有望摆脱传统经济增长方式和传统生产力发展路径。结合我国纳米科技领域拥有专利数和产学研合作强度不足等特点，通过加强人才培养、推进产业集群建设以增加产学研强度是必由之路，相信在我们的不懈努力之下，纳米科技将真正引领未来，成为真正的“新质生产力”。

（赠予证书）

报告结束后，邹如强教授为唐智勇院士赠予《彤程材料科学论坛》授课证书并合影留念。