纳米科技领域涌现行业领头羊

8月29日，中国科学院科技战略咨询研究所和国家纳米科学中心联合发布了纳米研究的尖端分析报告。 报告采用内容分析、文献测量和领域分析相结合的方法。 通过对美国、英国、法国、德国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国、印度、澳大利亚和我国纳米技术的比较分析。 结果表明，各国对纳米技术的信心普遍增强，研究人员的数量和相关企业的数量普遍增加。 纳米技术被纳入促进经济和社会发展和解决重大问题的关键技术领域。 从单一的纳米材料制备和功能控制到纳米技术的应用和商业化，通过公共研发平台工业园区促进产学研合作与其他领域的融合。 缩短从尖端研究到工业化的时间。 开展EHS(环境健康与安全)和ELSI(道德限制社会项目)的研究，以及国际标准和规范(ISOIEC)的制定。 重视纳米技术的基础教育和高等教育. 报告显示，中国在纳米科技领域形成了一批优秀的研究方向和优秀的团队。

纳米技术是一种战略尖端技术，具有广泛的应用前景。 本研究采用内容分析、文献测量、地图视觉等分析方法，结合专家和领域情报人员的研究。 对美国、法国、德国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国、印度、澳大利亚以及中国纳米技术的战略规划和布局进行了调查和分析。 在高引文的基础上，形成纳米技术尖端科学地图，揭示了纳米技术的尖端方向，比较了主要国家的高引文数量。 并选择了锂电池太阳能电池纳米药物纳米试验纳米仿生孔纳米催化剂和测量标准9个尖端研究领域进行了分析和解释。 这项研究得出了以下结论。

1.通过比较和分析主要国家的纳米技术研究和开发方案，发现：(1)国家对纳米技术的信心普遍增强，资本投资和人员投资普遍增加。 第二，纳米技术在促进国民经济发展和解决重要问题的关键技术领域尤为重要。 3.纳米技术研发重点从原来的单一纳米材料制备和功能控制转向纳米材料的应用和商业化;(4)通过公共研发平台工业园区。 促进产学研合作与其他领域的融合;(5)社会研究和国际标准和规范的制定，如环境健康、安全和道德限制。 纳米技术相关产业得到社会各界的广泛关注，6.

2.基于11814年研究前沿的科瑞伟安科学科学技术数据库。 对1391篇文章的引文和出版时间进行了筛选，选择了41个热点尖端和37个新兴尖端。 1391篇关于美国和中国6639篇文章的前沿研究远远领先于其他国家。

3.美国在太阳能电池纳米药物纳米试验中，纳米仿生孔的安全性和测量标准在七个尖端研究领域排名第一。 锂电池和纳米催化剂的数量在第二位。 中国在锂电池和纳米催化学两项研究中排名第一。 太阳能电池纳米药物纳米检测纳米安全5项研究中排名第二，在测量标准中排名第四，纳米仿生孔需要改进。

4.在纳米科技领域，我国已经形成了一批优秀的研究方向和优秀的团队，达到了世界领先水平。 例如，南开大学，华东理工大学，北京大学，中国科学院，在太阳能电池领域。 上海高等研究所和上海科技大学在高效合成低碳烯烃领域取得了突出的成果。

纵观纳米研究的尖端分布和变化，我们相信纳米技术正深入到技术和社会变革的范围内，以促进国际前沿和国家需求的巨大发展。 中国在世界竞争模式中的优势地位和改变未来发展秩序的潜力。

2001年，美国率先制定了国家纳米技术计划。 英国、德国、俄罗斯、欧盟、中国、日本、韩国、印度、澳大利亚等国家随后制定了纳米技术发展计划。 在本世纪的第二个十年里，所有国家都更新和调整了原来的计划。

在全国范围内，纳米技术研发计划具有共同的特点和重点。 共同之处至少包括以下六点：(1)对纳米技术的信心普遍增强，增加了核心科研人员和相关企业的数量。 第二，纳米技术在促进国民经济发展和解决关键问题的关键技术领域尤为重要。 3.研发重心已从原来的单一纳米材料制备和功能控制转变为纳米材料的应用和商业纳米技术。 4.通过公共研发平台工业园区促进产学研合作与其他领域的一体化，缩短从建议到产业化的时间。 (5)开展EHS(环境健康与安全)和ELSI(道德限制社会项目)的研究，以及国际标准和规范(ISOIEC)的制定。 促进纳米技术的新产业得到了社会的认可，第六，重视纳米技术的基础教育和高等教育。

首先，各国计划的总体方向和目标是不同的。 作为纳米创新战略的领头羊，美国的纳米战略和目标更加具体。 近年来，对纳米纤维素商业化和纳米技术在水资源可持续利用领域进行了研究。 同时，它的战略规划更致力于通过多学科整合来解决诸多重大挑战，比如2015年纳米技术带来的重大挑战：未来计算。 日本的战略规划强调利用纳米技术的尖端化和融合，进一步系统地促进纳米技术的发展，以满足社会的需要。 韩国的战略规划强调在继续重视战略纳米技术基础研究的同时，促进纳米技术的产业化。 实现信息技术一体化新兴产业未来发展动力清洁便捷环境卫生长寿和安全放心社会五大国家战略技术目标.. 德国的纳米研究计划侧重于现有研究成果的有效转化，以提高德国公司的竞争力。 近年来，欧盟一直致力于石墨烯的研究、开发和应用，特别是在能源领域。 澳大利亚的纳米战略计划希望解决能源、环境、卫生、国家安全和振兴制造业等重大挑战。 至于中国，除国家自然科学基金委员会外，其他有关机构尚未为纳米科技制定单独的全方位规划。 国家自然科学基金委员会的规划更多地集中在纳米制造、测量和机制的研究上。 然而，大多数应用研究的前沿离真正的商业化或产业化还有很长的路要走。

第二，各国在研究方向/领域也存在显著差异。 本文分析了生物环境、能源设备和制造测量仪器和设备的标准和安全。

1.生物领域：英国更注重生物纳米技术的产业化，如建立纳米纤维生产平台、设计纳米厂等。 我国高度重视碳纳米材料的生物应用和生物医学材料的开发，澳大利亚重视仿生纳米设备的研究。 印度希望利用纳米粒子开发抗虫植物品种. 纳米植入是俄罗斯、德国、韩国和欧盟的重要研究方向。 美国、俄罗斯、澳大利亚、日本和印度等国将纳米药物的目标运输作为主要支持方向，美国、日本和德国高度重视医疗图像。

环境领域2：欧盟和德国将CO2作为纳米材料对环境的毒性研究的一项重要研究。 日本把物质的去除作为其战略方向之一。韩国更重视大气净化纳米催化剂的研究和开发。 美国、俄罗斯、英国、澳大利亚和日本高度重视纳米水处理技术。

能源领域：美国更重视锂电池固体聚合物电解质热自发电池在纳米储能材料领域的发展。 在纳米发电材料领域，应注意多孔固体氧化物电解质和光伏发电增强材料的开发。 欧盟重视新型可再生能源，包括渗透性发电。 俄罗斯更重视太阳能电池的重型陶瓷磁铁和替代能源材料的研究和开发。英国将重点放在钙钛矿电池模块化上。 日本强调，韩国主要部署了柔性电极、智能窗户和隔热元件。 澳大利亚更重视安全动力电池和太阳能电池的研究与开发。

4.设备和制造业：美国、俄罗斯和欧盟都把纳米传感器的研究和开发作为其战略研究的方向。美国和中国高度重视芯片的开发。 欧盟和中国都包括柔性智能设备非易失性存储器。 美国更重视软物质制造技术。俄罗斯更重视基于忆阻器的电子元器件的研究和开发。 中国更注重极低功耗设备和电路3D打印硅基泰赫兹技术。

5.测量领域：美国关注异质材料的标志。欧盟重视选择性单分子对俄罗斯原子分辨率材料表面成像系统的检测。 中国将把重点放在具有极端分辨能力的地位和测量技术上。

6.仪器和设备领域：欧盟和韩国在柔性显示方面有战略部署。 美国、德国、欧盟、韩国、澳大利亚等重视功能探测器/传感器(如分子探测器、光电探测器、感应传感器)。 欧盟更重视利用泰赫兹技术的相关设备的研究和开发，而德国则更加重视危险物质的检测和救援人员的保护设备的研究和开发。 俄罗斯更重视纳米机器人的研究。中国将纳米绿色印刷和纳米蚀刻作为研究的重要手段。

标准和安全方面：美国强调对石墨烯的监管及其对基因的影响。德国重视纳米技术的必要保护措施和食品材料的创新研究。 韩国建议研究传染性生物物质的检测和监测。中国更重视纳米应用的重要标准和检测技术。 德国、韩国和中国在纳米标准和安全方面的战略部署涉及纳米材料的生物安全技术研究。

科瑞唯安公司数据库基于高被引用论文(Top1%)之间的论文。 聚集在一起形成一些高度被引用的论文，包括相同的研究主题或类似的高度。 本报告基于ESI数据库中11814的研究尖端，通过文献检索专家的选择和纳米的研究前沿。 这篇文章涉及6639篇高级引文。 ESI数据于2016年1月发布，发布时间为2008年和2015年。

为了可视化纳米研究的前沿分布，本报告根据文本矢量空间的相似性，计算了研究前沿之间的相似性。 然后使用openOrd布局算法将研究前沿映射到二维空间，以获得基于研究前沿的科学全景地图(图1)。 地图中的每一点代表一个研究的尖端，尖端的相似性越高，点的距离就越近。 通过不同的颜色来区分纳米在前面的比例。 该报告发现，超过60%的一般比例可以被归类为纳米研究的尖端。 图1基本上反映了纳米研究在整个领域的分布。

这份报告统计了6639篇文章的作者国家案例，如表1所示，美国和中国在前两个国家远远领先于其他国家。

国家纳米科学中心(NamichoCenter)专家命名了1391项研究的尖端。 根据纳米能源纳米生物纳米测量的结果，如表2所示，视觉图2所示。

本报告从1391nm研究的尖端选择了41个热点和37个新兴尖端。 热点尖端的选择主要考虑到尖端文学的数量。 根据表1中的分类，根据研究的前沿，对每个类别(包括其他类别)进行排序，提取最具引文影响力的研究前沿。 然后根据高引文出版年的平均值重新分类，找出最年轻的研究前沿。 每个类别选择10个热点尖端(少于10个)，总共有41个热点尖端。 新兴前沿的选择主要考虑到引用论文的时效性。 首先，选择2014年1月后的平均出版年，然后根据总引文从高到低选择超过60倍的研究前沿。 总共有37个新的尖端。

本报告选择了锂电池太阳能电池纳米药物纳米检测纳米仿生孔纳米安全性纳米催化剂和锂电池太阳能电池纳米药物。 每个领域都有一些研究的前沿。

锂电池领域的研究前沿主要集中在锂离子电池聚合物锂电池锂离子电池的表征上。 如表3所示，中国在这一领域的引文数量最多，在美国和新加坡有显著的优势。

硅基材料是目前负极材料研究的热点之一，因为它具有较低的充放电平台和较低的储量。 在这项研究的方向上，斯坦福大学的崔毅团队表现出了不同的结构，如核壳空心硅纳米球、硅纳米管硅纳米线阵列等。 进一步优化了其电化学性能.. 西北大学黄嘉兴研究小组的表现也引人注目。它的研究重点是利用石墨烯改善硅基负极材料的性能。

在室温下，锗具有较高的电子电导率和锂离子扩散率，因此锗是高功率锂离子电池负极材料的强大候选人。 目前，研究人员正试图制备各种锗结构材料，以提高其电极性能。 韩国学者帕克(Park)获得了零维空锗纳米颗粒和三维多孔锗纳米颗粒，具有良好的循环性能。

作为锂离子电池的负极材料，金属锡的理论容量高达994mAh/g，但其容量容易下降，循环性能较差。 近年来，研究人员开发了一系列锡氧化物的合成和制备方法，如纳米片、纳米纤维多孔结构等。 它的循环性能和倍率性能有了很大的提高。 中国科学院、南京师范大学、上海交通大学、浙江大学等。

二氧化钛是锂离子电池的理想负极材料，预计将取代石墨电极。 近年来，研究人员对TiO2负极材料进行了大量的研究。 新加坡南洋理工大学的雄文研究小组在这一方向上突出了TiO2和高导电石墨烯的结合。 具有较高的可逆比容量和优异的循环性能的复合材料。 复旦大学金属研究所上海交通大学也在这一方向取得了一些突破。

氧化铁以其高理论容量、丰富的价格和其他优点吸引了研究人员的极大关注。 新加坡南洋理工大学雄文研究小组对锂电池负极材料进行了大量研究。 团队制备的Fe2O3纳米管-Fe2O3纳米板，其中空心化和多孔结构，一方面增加了储锂空间，提高了嵌锂容量。 另一方面，电极材料在充放电过程中的体积变化有一定的缓解作用，表现出优异的电化学性能。

其他金属氧化物，如氧化钼，铜氧化物，氧化钴，氧化锰，可作为锂离子电池的负极材料进行更多的研究。 研究人员通过制备纳米过渡金属氧化物和导电聚合物复合和金属复合，提高了电极材料的电化性能。 浙江大学图江平教授团队、新加坡南洋理工大学楼熊文团队、中国科学院物理研究所李红研究员团队等出版了一些高级研究论文。

石墨烯具有较高的Yang模量和断裂强度，具有较高的电导率和热导率。 这些特性使石墨烯成为锂离子电池负极材料的第一研究。 中国在这一领域做得很好。 主要研究机构是南开大学复旦大学中国科学院化学研究所纳米科学中国科学院上海硅酸盐研究所浙江大学。 美国西北大学，新加坡南洋理工大学，澳大利亚卧龙岗大学，也在研究领域非常活跃。

二维MOS2纳米片作为锂离子电池的负极材料，具有较高的电化学储存容量和较好的循环性能。 中国研究人员在这一领域更加活跃。浙江大学陈伟祥教授通过多种方式制备了MOS2/石墨烯复合材料，并将其用作锂离子电池的负极材料。 不仅可逆容量高，而且循环稳定性和倍率性能也很好。

Lifepo4是锂离子电池正极材料研究的热点。 研究人员致力于利用碳涂层导电金属离子涂层金属离子掺杂和电极材料纳米化来提高LifePO4的性能。 改进后，LiFePO4的放电容量和高功率放电性能得到了不同程度的改善。 中国科学院、复旦大学、中南大学等国内研究机构在这一领域都很活跃。

该方向的高功率论文集中在新型锂离子电池隔膜材料，如聚乙烯聚丙烯聚丙烯聚偏氟乙烯，该隔膜材料含有二氧化硅三氧化二铝涂层。 韩国在这项研究中的表现更加突出。

随着锂离子电池研究的发展，锂离子电池电极材料的探索越来越受到人们的重视和重视。 桑迪亚国家实验室黄建宇(全职加入燕山大学)在这一领域的表现更加突出。 浙江大学、中国科学院等在这一领域也发表了一些高度引用的论文，但大多是合作研究。

北京大学中南大学金属研究所半导体研究的重点是利用石墨烯泡沫装载氧化铁和钛。

锂硫电池具有理论容量和能量密度的优点，但在室温下仍存在电导率低、充放电过程中正极硫材料容易丢失等技术瓶颈。 清华大学教授张强教授的研究小组是锂硫电池中最突出的。 提出了石墨烯-碳纳米管复合柱支撑石墨烯等纳米碳材料的活性材料，从而获得了高面容量的高效正极。 加拿大滑铁卢大学纳齐尔团队崔毅团队德克萨斯大学奥斯丁分校曼西拉姆团队更加活跃。

锂空气电池的能量密度预计将高达600公斤，但面临稳定性、效率、实用性和安全性的挑战。 麻省理工学院雅克逊研究小组通过化学气相沉积，为贮藏固体氧化锂提供了更多的缺口，从而增加了锂空气电池的能量密度。 AU-Pt合金纳米催化剂的开发将锂空气电池的充放电效率提高到77%。

太阳能电池领域的研究主要集中在量子点灵敏度太阳能电池、有机太阳能电池、无机太阳能电池等方面。 如表4所示，美国在这一领域的引文数量最多。中国在第二和美国之间的差距很小。 与美国和中国相比，韩国和英国在高引文数量方面有显著差距。

太阳能电池可分为三代：第一代太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅。 第二代太阳能电池主要是非晶硅和多元化合物的薄膜太阳能电池，如GaaasCdte铜和其他材料。 第三代太阳能电池具有绿色环保、成本低、转化效率高等特点。 主要包括有机聚合物太阳能电池染料敏感太阳能电池和钙钛太阳能电池。

量子点灵敏太阳能电池(QDSC)由于其制备成本低、工艺简单、量子点本身优异等优点，具有尺寸效应、多激子效应等优点。 近年来受到广泛关注。 加拿大多伦多大学SargentE.H.研究小组美国可再生能源实验室NozikA.J.研究小组和华东理工学院技术研究小组。 Sargent集团在2012年实现了红外量子点电池转换效率的7%。 2013年，华东理工大学钟新华项目以Cdsete量子点为基础，达到6.36%的光电转换效率。 2015年，该小组通过将ZNS和SiO2沉积到TiO2/Cdsete表面，获得8.21%的认证效率。

瑞士洛桑联邦理工学院GrtzelM牛津大学SnaithYoshihyH.J.韩国军事大学ParkN.G研究团队。 目前，它在PSCs研究领域处于领先地位。 2011年，韩国成军大学帕克研究小组优化了TiO2表面和钙钛矿的生产技术。 2012年牛津大学Snaith研究小组将PSCS效率提高到6.5%。 2013年，PSCS的效率首次达到10.9%。 牛津大学Snaith研究小组和牛津大学Snaith研究小组将PSCs的效率提高到15%和15.4%。牛津大学一位30多岁的青年科学家Snai 与英国、瑞士、韩国等国相比，中国在研究方向上的引文相对较少。

20世纪60年代，德国科学家Tributseh首次发现染料吸附在半导体上，在一定的条件下可以产生电流。 它已成为染料精密太阳能电池的重要基础。

瑞士洛桑联邦理工学院的GrtzelM为染料敏感太阳能电池的发展做出了重要贡献。 2011年，Grtzel和其他电池具有12.3%的光电效率;2014年，研究小组再次刷新了13%的染料敏感太阳能电池效率。 此外，Grtzel研究小组还在染料光敏化剂电极等领域取得了一系列重大成果。 中国研究人员在这一领域也表现突出。 代表团队包括中国海洋大学唐群委员会、中山大学光大斌、中国科学院长春英华、大连理工大学马廷丽团队等。 唐群委会研究小组对导电聚合物进行了大量有意义的工作，使用基于高氯酸的聚苯胺纳米颗粒制成染料敏感的太阳能电池。 光电转化效率大于7%。 匡大斌研究小组在染料敏感太阳能电池和光电极研究方面取得了一系列成就。 2009年，王鹏研制了9.8%的染料敏化太阳能电池。

与硅基太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有设备结构简单、重量轻、成本低、规模大等优点。 根据受精情况。 聚合物太阳能电池可分为基于富勒烯受体的聚合物太阳能电池和基于非富勒烯受体的聚合物太阳能电池全聚合物太阳能电池。

对富勒烯聚合物太阳能电池的研究主要集中在受体材料C60衍生物PCBM和导电聚合物聚合物(P3HT)的混合作用。 英国帝国理工学院，美国能源部，加州大学系统，斯坦福大学，中国科学院化学研究所，李永芳院士，在这项研究中发挥了积极的作用。

高性能非富勒烯受体是有机太阳能电池领域面临的一个挑战。 中国和美国是非富勒烯聚合物电池研究的主要国家. 北京大学湛晓伟率先提出了厚环电子受体设计的概念，合成了一系列高性能有机厚环电子受体材料，取得了一系列重大突破。 2015年，研究小组报告了高达6.8%的非富勒烯聚合物太阳能电池。 该小组在2016年报告的电池效率为9.6%，创下了世界上最高效率。 中国科学院化学研究所侯建辉也是研究方向上最活跃的研究小组之一。 2016年，研究小组在小面积非富勒烯聚合物太阳能电池设备(13mm2)上创下了创纪录的11.2%的能量转换效率。 非富勒烯聚合物太阳能电池效率是富勒烯受体的最佳水平。

中国科学院化学研究所李永芳在全聚合物太阳能电池方面表现活跃。 2015年，研究小组将全聚合物太阳能电池的能量转换率提高到8.27%。

除上述外，2016年南开大学(UniversityofAmerica)的陈永胜研究小组还建立了具有宽光谱吸收特性的叠层有机太阳能电池设备。 12.7%的光电转化效率为有机/聚合物太阳能电池转换效率的记录。

加州理工学院亚特瓦特哈。研究小组是研究的主要开拓者。 2010年。 AtwaterH.A.指出，在保证活性层厚度不增加的情况下，有三种有效提高活性层吸收的光捕获策略。 在上述光捕获战略表面等离激源太阳能电池方面，取得了很大的进步。

有许多种太阳能电池。 主要类型包括薄膜太阳能电池，如碲砷化镓铜(CIGS)、铜和锌锡硫(CZTS)等。 2010年，德国太阳能和氢研究中心(CIGS)太阳能电池的光电转换率为20.3%。 2011年，美国可再生能源实验室开发的小面积加胶膜太阳能电池达到28.3%的光电转换效率。 在这项研究中，美国的研究更加突出，包括加州大学系统IBM、劳伦斯·伯克利国家实验室等。 中国科学院、香港中文大学、华东师范大学等国内机构也十分活跃。

纳米发电机领域的研究前沿主要分布在摩擦纳米发电机和压电纳米发电机上。 如表5所示，该领域的高引文基本上来自美国。 其中25人来自中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长王仲林。

发电机的原理主要有电磁压热电和静电四种。 纳米发电机主要采用压力和静电(即摩擦)两种技术路线.. 王仲林院士对纳米发电机的发展做出了重要的创新贡献。 2006年，王仲林研究小组首次报告说，压电纳米发电机使用压电极电荷和随时间变化的电场来驱动电子在电路上的流动。 2012年，王仲林研究小组首次报告了摩擦纳米发电机。 使用由两种不同材料接触引起的表面静电引起的电场来驱动电子流动。 到目前为止，摩擦纳米发电机已经发展到四种工作模式(垂直接触-分离水平滑动单电极独立等)。 输出功率密度从每平方米3.67毫瓦飙升到300多瓦。它可以将日常环境中的各种机械功率转化为电力，并作为微型和小型设备供电。 作为一种自驱动传感器，用于健康监测、生物传感器、人机交互等. 最近，王仲林研究小组致力于收集海洋能源，并首次将其用于设备(质谱仪器)。 除了应用研究之外，王仲林院士还证明了纳米发电机的理论来源是McSWE的第二个位移电流。 从而促进了压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的基本运输方程。

压电纳米发电机发明较早，但输出电流过低限制了其发展和应用。 核心材料正朝Batio3PZT和其他钙钛矿物质PVDF聚合物MoS2和其他二维材料的方向发展。 该结构具有单维纳米线纳米纤维和二维平面膜.

纳米药物领域的研究前沿涉及488篇高引文，主要围绕纳米药物载体和药物传递肿瘤治疗纳米药物抗菌治疗纳米药物。 如表6所示，美国在美国和中国的表现明显优于其他国家。

近年来，纳米材料和纳米技术越来越受到人们的重视。 临床实践证明，根据纳米材料对肿瘤细胞和肿瘤组织定向设计的纳米药物可显著改善肿瘤治疗。 肿瘤光热治疗技术作为一种新型的治疗策略，引起了癌症治疗的极大关注。 早期光热治疗主要通过高热量直接破坏肿瘤细胞。 近年来，许多研究人员发现，这些纳米材料除了直接杀死肿瘤细胞外，还可以通过抑制肿瘤转移和克服化疗耐药来发挥抗肿瘤作用。 目前，金纳米材料主要集中在金纳米棒、金纳米笼等金纳米材料的肿瘤光热治疗上。 纳米黄金多手段的多功能诊断与治疗，如光控释放和光热治疗。 2008年，佐治亚理工学院EL-SayedMA团队用金纳米芯等离激素光热治疗小鼠鳞片上皮细胞癌。 这篇论文被引用了521次。 2012年，国家纳米科学中心陈春英和吴晓春从双孔二氧化硅袋中获得了395篇成像化疗和热疗论文。 其他著名机构包括德克萨斯大学Andesson癌症中心、华盛顿大学、华东大学、苏州大学、哈尔滨工程大学和南京大学。

近年来，纳米药品载体和药品交付方向发展迅速。 主要用于药物载体的纳米材料包括纳米脂聚合物软件软件软件软件软件软件软件软件软件和纳米球纳米磁体介孔二氧化硅纳米颗粒。 氧化石墨烯具有良好的生物相容性和易于表面功能。 2008年，斯坦福大学(StanfordUniversity)戴宏杰教授率先报告说，使用氧化石墨烯作为芳香结构抗癌药物的载体具有良好的水溶性 可用于难溶性药物的溶解，可有效杀灭肿瘤细胞。 这两篇论文分别引用了1789篇和1533篇。 由于多孔比表面积大，中介孔二氧化硅具有发展前景。 核心论文主要围绕二氧化硅的综合特征和癌症治疗。 主要研究小组包括加州大学洛杉矶分校ZinkJeffreyI.和nelAndreE.团队，美国西北大学步行者。 其中，NelAndreE.团队引用了负载抗癌药物的介孔二氧化硅纳米输送系统，以克服肿瘤的多重耐药性。

近年来，脂质体也是制药系统研究的一个热点。 著名的研究机构包括哈佛大学、得克萨斯大学、澳大利亚哥廷理工大学和南京大学。

纳米生物学和医学测试领域的研究尖端涉及325篇引文。 本研究主要围绕纳米探针技术，如量子点贵金属纳米丛生转化材料和纳米生物传感器。 如表7所示，美国在美国和中国的表现明显优于其他国家。

纳米生物学和医学检测技术的热点主要集中在分子图像诊断的纳米探测技术上。 纳米探针具有图像信号强度高、目标效果好、代谢动力控制好等优点。 近年来，基于贵金属纳米材料(金银等纳米颗粒)量子点荧光纳米探针发育迅速。 它已成为纳米生物医学测试的尖端热点。

本文主要研究核苷酸作为保护模板合成荧光银纳米簇探针，提高其稳定性。 并用于核苷汞离子和蛋白质的生物试验。 佐治亚理工学院DicksonRobertM.团队，阿拉莫斯国家实验室，MartinezJeniferS..

研究量子点纳米探针的方向。 美国海军实验室生物分子科学工程中心MattoussiHedintzigorL.团队的主要研究量。 斯坦福大学戴宏杰团队和中国科学院苏州纳米技术和纳米仿生研究所王强斌主要研究AG2S量子点在近红外图像中的应用。 福州大学池玉武团队高引用论文主要研究功能化碳量子点南开大学燕秀平团队高引用论文主要研究ZNS量子点。

在纳米生物传感器的研究中。 斯坦福大学，鲍钦南，加州大学，伯克利分校，首尔大学，苏州纳米技术学院，苏州纳米技术学院， 美国西北太平洋国家实验室林岳河团队康涅狄格大学跑步队中国西南大学袁若团队李景红团队。

仿生纳米孔道领域的研究主要集中在纳米孔生物大分子分析和识别的基础研究和应用。 如表8所示，美国在这一领域有着非常重要的研究优势，其中23篇论文超过了总数的一半;英国和德国分别引用了8篇文章和4篇高篇文章。 在中国只有一篇高级别的论文。

20世纪90年代，科学家们提出了通过电导检测碱基的微小变化，以实现纳米孔DNA测序的想法。 自21世纪以来，越来越多的研究人员致力于这一领域的研究，使Namiko测序成为一项真正的研究，并逐步走向商业实践。 开发的纳米孔类型主要包括生物纳米孔和固体纳米孔，主要包括核酸过序(主要是DNA过序)和蛋白质分析。

生物纳米孔采用溶血素结构和污垢分支杆菌孔蛋白A(MSPA)等天然生物学通道。 牛津纳米孔技术(OxfordNanpore)BayleyHagan团队开发了一种商业溶血素生物纳米孔。 2009年，该公司发表了一篇题为“单分子纳米孔DNA连续碱基测序”的论文，平均碱基准确度为99.8%。 这篇文章被引用了677次，这是该领域最常见的论文。 从那时起，牛津纳米孔技术公司推出了商业纳米孔测序仪、微型和绿色。 基于纳米孔的单分子DNA读取技术不再需要光学检测和同步试剂洗涤过程，也被称为第四代测序技术。 与早期测序技术相比，它具有更快的数据读取速度和更大的应用潜力。

2010年，华盛顿大学的JensGundlach首次证明，Flash分支杆菌孔蛋白A可用于DNA测序。 与阿拉巴马大学(UniversityofAlabama)微生物学家迈克尔·尼德韦斯(MichaelNiederweis)合作，证明了MSPA 2012年，该小组再次使用MSPA和灭菌体PHI29聚合酶，以实现单核苷酸的分辨率和DNA易位控制。 这一结果促进了长期生物纳米洞中两个主要障碍的解决。 同年，加州大学圣克鲁兹分校玛克阿克森团队还使用了MSPA和Phi29聚合酶。 通过纳米孔对DNA的正向和反向棘轮进行了2.5×40核苷酸的检测。

生物纳米孔缺乏稳定性和耐久性，很难满足连续大规模测序的需要。 随着微加工技术的不断进步，固体纳米孔应运而生。 人工制备的固体纳米孔具有孔径稳定、物化性能好、成本低、阅读长等优点，被认为是下一代纳米孔技术。 固体纳米孔主要由石墨烯氮化硅金属氧化物制成。

石墨烯在检测DNA方面有很好的潜力。 哈佛大学JeneGolovchenko团队和麻省理工学院的研究人员在2010年发表了一篇关于Nature的论文，证实石墨烯可以制成石墨烯。 介绍了石墨烯纳米孔DNA试验的方向。 哈佛大学的JeneGolovchenko团队配备了一个石墨烯纳米洞，直径与DNA分子。 结果表明，它对DNA具有很好的灵敏度和分辨率。 荷兰Delft技术大学KovinNami科学研究所的DekkerBook团队将石墨烯薄片放置在氮化硅胶片的微孔上，并使用电子束钻出石墨烯中的 德国慕尼黑工业大学哥伦比亚大学(UniversityofColumbia)的研究人员使用氮化硅对纳米孔进行装饰。 阿根廷拉普拉塔国立大学(UniversityofLapprata)的研究人员使用聚丙烯基吡(4)聚丙烯基吡(聚乙烯)为固态纳米孔装饰。 瑞士洛桑联邦理工学院(LosanInstituteofTechnology)的研究人员将亚纳米厚的单层或几层二硫化钼固定在氮化硅纳米孔上。 可以改进DNA的分析。

同时，纳米孔的试验范围也从DNA扩大到RNA蛋白质金纳米颗粒和有毒分子。 例如，牛津大学贝利哈根团队，加州大学圣克鲁兹分校，马克阿克森团队和荷兰代尔夫特技术大学科维纳米纳米。 研究的重点是蛋白质的折叠和易位。 此外，宾夕法尼亚大学DrndicM和WanununuMouna团队使用薄孔快速检测小RNA分子。 东英吉利大学利用牛津纳米孔技术公司开发的迷你纳米孔平台来识别细菌抗生素岛的位置和结构。

纳米安全领域的研究前沿主要集中在纳米物质、生物质和环境上。 重点研究纳米材料的物理化学特性与生物毒性效应之间的关系。 如表9所示，美国在这一领域拥有最多59篇文章，其中中国在这一领域拥有25篇文章。

碳纳米管介孔二氧化硅石墨烯等纳米材料在医学检测中开辟了纳米药品输送纳米治疗的新应用途径。 同时，对其生物安全毒性的研究也越来越受到人们的关注。 本文主要分为两个方面：纳米材料对人体健康的风险研究和纳米材料的环境风险研究。 健康风险研究主要围绕肺毒性皮肤毒性细胞毒性生物相容性.. 主要纳米物质包括碳纳米管、纳米锌、纳米锌、银石墨烯介孔、纳米二氧化硅、纳米金等。 环境风险研究主要围绕环境释放、环境回归、生态毒理学、生物降解、植物吸收等方面进行。

纳米银的毒性作用研究包括纳米银颗粒的细胞毒性遗传毒性炎症反应和毒性作用机制。 纳米银对癌细胞增殖和枯萎的影响。 2009年由新加坡国立大学ValiyeettilS教授发表的论文引用了银纳米粒子对人体细胞的细胞毒性和遗传毒性。 此外，韩国环境和商品测试研究所、美国空军研究实验室、荷兰国家公共卫生和环境研究所等研究机构也作出了高度的贡献。

碳纳米管的安全研究包括单壁/多壁碳纳米管的生物相容性、慢性毒性间皮损伤和致癌毒性(如长期毒性)。 2008年，苏格兰爱丁堡大学DonaldsonK团队发现，石棉长碳纳米管可能导致老鼠产生一种恶性间皮瘤，这是由石棉引起的。 这篇论文被引用了1329次。 此外，斯坦福大学、麻省理工大学和美国国家职业安全卫生研究所、德国巴斯夫和拜耳北京大学也受到了高度的赞扬。

介孔二氧化硅材料的生物安全性研究包括介孔二氧化硅纳米材料的生物相容性生物分布、细胞毒性和溶血活性(如尺寸、形状、表面等)。 中国科学院物理和化学研究所唐方琼的团队表现更加突出。

纳米金颗粒的分布研究主要集中在金纳米颗粒的分布、粒径和表面电荷等。 主要研究机构包括德国环境卫生研究中心。

纳米材料的估计和环境影响评价研究包括纳米材料在环境多介质中的分布。 主要研究机构包括瑞士联邦材料科学和技术实验室。

氧化石墨烯的毒性和安全评价研究主要集中在氧化石墨烯的毒性和生物安全研究上。

纳米催化领域的研究前沿涉及303篇关于纳米催化剂准备和应用的高级引文。 如表10所示，中国近年来在纳米催化领域有很强的研究优势。 美国的高引文数量接近1%。 其他国家的论文数量相对较少。

纳米催化剂通常由活性组件和载体组成。 常见的活性元素包括金属(化合物)、半导体碳基材料(石墨烯碳纳米管石墨相C3N4)等。 尺寸、外观、结构等是影响活性组分催化活动的重要因素。 对活性组件成本的总体研究趋势是在确保活动的同时尽量减少贵金属的使用。 用低成本的普通金属或非金属代替贵金属。 常用的载体包括氧化物(SiO2TiO2Fe3O4)、碳基材料(石墨烯碳纳米管石墨相C3N4)等。 载体不仅为活动组的高度分散提供了表面，而且还参与了催化过程，如促进光生电荷分离。 对于多孔载体孔道的限制，可以起到形状和催化的作用. 近年来，磁性可回收载体易于分离和回收。

纳米催化剂的特点是相催化和非均相催化。 中国科学院大连化学研究所院士张涛首次发现，单原子催化剂具有与均相催化剂相当的活性。 实验结果表明，单原子可以成为沟通、催化和多相催化的桥梁。

纳米催化反应类型主要分为传统催化剂和光催化剂三大类。 在传统催化中，C1化学占有重要地位，包括Feito合成甲烷转换CO氧化CO2恢复甲醇氧化等。 近年来，我国C1化学取得了一系列重大突破。 中国科学院大连化学研究所的鲍欣和院士组建了一种单中心铁催化剂，在硅化物晶状限制下成功地实现了甲烷的无氧选择。 有效地生产乙烯、芳烃和氢等有价值的化学品。 包新和院士团队还利用自己开发的新型复合催化剂创造性地将合成气高直接转化为低碳烯烃。 乙烯、丙烯和丁烯的选择超过80%，突破了低碳烯烃选择性的58%。 中国科学院上海高等研究所和上海科技大学联合科学研究小组独立开发了Co2C纳米平行六面体结构催化剂结构催化剂结构。 在温和的条件下，烯烃和低碳烯烃的选择性可达60%。 总烯烃的选择性高达80%，烯/烷比可达30%以上。

燃料电池和金属空气电池的阴极氧恢复反应是研究的重点之一。 铂是一种重要的氧气恢复反应电催化剂。 由于白金成本高，催化剂一方面以2元或3元合金的形式开发白金。 例如Pt-FePt-Copt-Fe-Cu等. 另一方面，它向非白金催化剂的方向发展，如钯和它的合金，以及掺氮碳材料(石墨烯碳纳米管)。 电解水是另一种重要的电催化反应。新型析氢催化剂包括硫化钼化合物(MoS2MOS3)和碳纳米管组成的金属催化剂。 新型氧气沉积物包括氮混合石墨烯。 斯坦福大学(StanfordUniversity)戴宏杰团队制备的Co3O4/氮与石墨烯电催化剂混合，同时具有较高的氧恢复和析氧活动。 二氧化碳的转化也是研究的热点。中国科技大学(ChinaUniversityofSchina)的谢毅(SheYi)团队使用了一种新型的钴基电催 他受到国际同行的高度赞扬。

光催化中污染物的降解是研究的重点之一。 常用的催化剂包括TiO2和其他半导体Biox(X=Clbrieni)，AGX(XCl)。 二氧化碳、甲烷、甲醇和其他碳氢燃料正处于研究的热点，同时也可用于降低温室气体。 常用催化剂包括TiO2和其他半导体AG/AX(X≤CLBR)。 光解水一直是光催化研究的重要组成部分。 中国纳米科学中心公公鲁研究员和武汉理工大学的其他国家教授高度关注石墨烯负荷CDS光解氢制氢催化剂。 这篇文章被引用了1000多次。

纳米测量表征技术主要是指纳米尺度和精度的测量技术。 近十年来，随着测量技术的飞速发展，出现了多种技术和仪器。 在不久的将来，纳米测量技术有两个主要的发展方向：光干预测量技术和扫描显微技术。

纳米测量表征领域的研究前沿涉及153篇高级引文。 本研究包括光谱测量研究、电子显微测量研究和多种表征方法对纳米材料表面/界面的研究。 如表11所示，美国在这一领域的高引文数量最多。德国和英国分别排在第23位。与美国相比，中国在高引文数量上存在显著差距。

近年来，随着荧光显微镜分辨率的增加，研究人员开发了多种突破衍射极限的超分辨率光学显微镜。 在某些情况下，它甚至可以小于2nm。 这些超分辨率显微镜主要分为两类：一种是由STEFANW.Hell发明的激素辐射耗尽(Steed)显微镜所代表的。 另一种是基于单分子定位的超分辨显微镜，它通过调节光开关功能对荧光基团进行单分子成像和定位。 光活化定位显微术(Palm)技术随机光学重构显微术(Storm)技术荧光活化定位显微术(FPALM)技术是这一技术的方向。 2014年，诺贝尔化学奖获得了三位科学家，他们开发了超分辨率荧光显微镜技术。 霍华德休斯医学研究所教授EricBetzig(Palm)、德国马克斯普朗克生物物理化学研究所教授斯蒂芬·

目前，通用的磁共振谱仪受到成像分辨率仅为mm的检测。 纳米尺度弱磁探测技术将磁共振技术的研究对象提高到单分子成像分辨率到纳米水平。

2008年。 德国斯图加特大学(UniversityofStugateUniversity)的WrachTrup团队和哈佛大学的卢金团队首次报告称，钻石中 开创了纳米磁性测量的研究方向。 此外，哈佛大学Yacoby研究团队Walsworth研究团队是该方向上最活跃的研究团队。 自2008年以来，杜江峰研究小组在微波领域取得了重大研究突破，如100纳米分辨率矢量重建和绘制世界上第一个生物分子的磁共振谱。

光(电磁波)和金属纳米粒子可以突破传统光学中的衍射极限。 也就是说，表面等离激元共振(SPR)现象。 该方向的研究主要集中在氧化钨、硫化铜、硒化铜、金纳米颗粒等离激元共振和局域表面等离激素共振的研究。

当分子接近或吸附在贵金属纳米材料的表面时，拉曼信号可以放大多个数量级。 因此，近年来，拉曼光谱(SERS)作为一种快速而敏感的检测技术得到了广泛的认可。 这一方向的研究主要集中在纳米材料(主要是金纳米粒子)的Raman基础的研究和SERS在生物测试中的应用。 杜克大学和西班牙维戈大学更加活跃。

原透射电子显微镜(InsituTEM)技术实现了对物质在外部激励下的微结构响应的动态原始观察。 该方向的研究重点是利用原始透射电子显微镜技术对纳米电极材料的锂化和锂化进行原始表征。 美国能源部桑迪亚国家实验室黄建宇(全职加入燕山大学)研究小组在这项研究中非常活跃。 黄建宇等人首次在透射电子显微镜下建立锂离子电池系统，研究锂化过程中纳米线的外观变化和锂离子电池电极。 此外，桑迪亚国家实验室LiuxiaoHua团队佐治亚理工学院朱婷研究小组也是该领域的一支重要研究小组。

1.通过对美国、英国、法国、德国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国、印度、澳大利亚和中国纳米技术的比较分析。 结果表明，各国的规划具有以下几个共同点：(1)对纳米技术的信心普遍增强。 第二，纳米技术在促进国民经济发展和解决关键问题的关键技术领域尤为重要。 3.研发重心已从原来的单一纳米材料制备和功能控制转变为纳米材料的应用和商业纳米技术。 4.通过公共研发平台工业园区促进产学研合作与其他领域的一体化，缩短从建议到产业化的时间。 (5)开展EHS(环境健康与安全)和ELSI(道德限制社会项目)的研究，以及国际标准和规范(ISOIEC)的制定。 促进纳米技术相关产业的普及，(6)重视纳米技术的基础教育和高等教育。

2.基于11814年数据库中的11814年研究前沿。 通过文献搜索专家的选择和其他方法，筛选出与纳米研究相关的1391篇文章，涉及6639篇文章(2008-2015年)。 就高引文数量而言，美国和中国远远领先于其他国家。 从1391nm的研究前沿选择了41个热点和37个新的尖端。

选择锂电池太阳能电池纳米药物纳米试验纳米仿生孔纳米催化剂和测量标准9个尖端研究领域进行分析和解释。 就高引文数量而言，美国在太阳能电池纳米发电机纳米药物纳米检测纳米仿生孔纳米安全性和测量标准方面排名第一。 锂电池和纳米催化剂排名第二。 中国在锂电池和纳米催化学研究领域排名第二，在太阳能电池、纳米发电机、纳米药品、纳米安全试验等五大研究领域排名第二。 在测量标准中排名第四，在纳米仿生孔中排名第四。

4.在纳米科技领域，我国已经形成了一批优秀的研究方向和优秀的团队，达到了世界领先水平。 例如(1)太阳能电池。 2016年，中国科学院化学研究所侯建辉在小面积非富勒烯聚合物太阳能电池设备中获得了创纪录的11.2%的能量转换效率。 非富勒烯聚合物太阳能电池效率是富勒烯受体的最佳水平。 2016年，南开大学陈永胜教授创下了有机/聚合物太阳能电池光电转换效率记录的12.7%。 2016年，华东理工大学钟新华教授创下了量子点太阳能电池效率的11.6%。 此外，北京大学占晓伟教授团队中国科学院化学研究所李永芳院士团队也非常突出，(2)C1化学。 中国科学院大连化学研究所的鲍欣和院士小组成功地实现了甲烷在无氧条件下的高效生产。 鲍欣和院士小组也选择性地将气化引起的合成气高转化为低碳烯烃。 中国科学院上海高等研究所和上海科技大学联合科学研究小组在温和的条件下，直接制备了烯烃。