日前，中科院科技戰略咨詢研究院月國家納米科學中心聯合發布《納米研究前沿分析報告》，報告內容顯示，近年來，全球主要國家納米技術研究投資不斷加大，科研人員數量和相關企業數均大幅增加，在生物醫藥等新興領域受到重視，并且納米技術研究邁向新階段，由單一的納米材料制備和功能調控轉向納米技術的應用和商業化。
報告選擇了“鋰電池”“太陽能電池”“納米發電機”“納米藥物”“納米檢測”“納米仿生孔”“納米安全性”“納米催化”和“測量標準”9個前沿研究領域分別進行分析，其中，納米檢測研究主要圍繞量子點、貴金屬納米簇、上轉換材料等納米探針等技術以及納米生物傳感器幾個方面開展。納米生物和醫學檢測技術的熱點主要集中在用于分子影像診斷的納米探針技術;在貴金屬納米簇納米探針研究高被引論文主要以核苷酸作為保護模板合成熒光銀納米簇探針的研究，以增加其穩定性，并將其用于核苷酸、汞離子及蛋白等的生物檢測。
在 “測量表征”部分，報告指出，納米測量表征技術主要有兩個發展方向，即光干涉測量技術和掃描纖維測量技術。該領域的研究前沿共涉及高被引論文153篇，研究內容包括光譜測量研究、電子顯微測量研究以及利用多種表征手段研究納米材料的表面/界面等。其中光譜測量研究對超分辨成像、納米尺度磁共振研究、表面等離激元共振(SPR)以及表面增強拉曼光譜(SERS)四個研究方向進行了分析，指出當前各研究技術主要進展及研究內容。此外，報告中指出，原位透射電子顯微鏡(in situ TEM)技術實現了對物質在外部激勵下的微結構響應行為的動態、原位實時觀測。該方向的研究聚焦在利用原位透射電子顯微鏡技術對納米電極材料的鋰化和退鋰化過程進行原位表征。
報告全文如下：
納米研究前沿分析報告
中國科學院科技戰略咨詢研究院
國家納米科學中心
2017年8月
《納米前沿分析報告》編寫組
指導顧問
國家納米科學中心 劉鳴華
總體設計
中國科學院科技戰略咨詢研究院 冷伏海 邊文越
國家納米科學中心 吳樹仙
各國計劃分析
中國科學院科技戰略咨詢研究院 張超星
研究前沿解讀
中國科學院科技戰略咨詢研究院 王海名(鋰電池、太陽能電池、測量表征)
中國科學院科技戰略咨詢研究院 邢穎(納米藥物、納米檢測、仿生納米孔、納米安全性)
中國科學院科技戰略咨詢研究院 邊文越(納米發電機、納米催化)
數據分析化與可視化圖譜
中國科學院科技戰略咨詢研究院 李國鵬 王小梅
摘要
納米技術是具有廣泛應用前景的戰略性前沿技術。本研究采用內容分析、文獻計量、圖譜可視化等分析方法，結合專家和領域情報人員的研究，對美國、英國、法國、德國、俄羅斯、歐盟、日本、韓國、印度、澳大利亞以及我國納米技術的戰略規劃和發展布局進行了調研分析;基于高被引論文的共被引關系，形成納米技術前沿科學圖譜，揭示了納米技術的前沿方向，對比了主要國家的高被引論文數量;并選擇了“鋰電池”“太陽能電池”“納米發電機”“納米藥物”“納米檢測”“納米仿生孔”“納米安全性”“納米催化”和“測量標準”9個前沿研究領域分別進行了分析解讀。研究得出以下結論：
1. 通過對比分析主要國家的納米技術研發計劃發現：(1)各國對納米技術的信心普遍增強，資金投入和人員投入普遍加大;(2)各國將納米技術列入促進國家經濟發展和解決重要問題的關鍵技術領域，能源和生物醫藥等領域尤其受到重視;(3)納米技術研發重心由最初單一的納米材料制備和功能調控轉向納米材料的應用和商業化;(4)各國通過公共研發平臺、產業園區等方式，促進產學研合作及與其他領域的融合;(5)各國紛紛開展環境、健康、安全和倫理、限制等方式，社會研究以及國際標準和規范的制定，促進納米技術相關產業被社會接受;(6)各國普遍重視納米技術的基礎教育和高等教育。
2. 基于科睿唯安公司Essential Science Indicators數據庫中的11814個研究前沿，篩選出納米領域研究前沿1391個，綜合考慮論文的被引用情況和發表時間，遴選出41個熱點前沿和37個新興前沿。1391個研究前沿涉及高被引論文6639篇，美國和中國高被引論文數量遙遙領先于其他國家。
3. 美國在“太陽能電池”“納米發電機”“納米藥物”“納米檢測”“納米仿生孔”“納米安全性”和“測量標準”7個前沿研究領域中高被引論文數量排名第一，在“鋰電池”和“納米催化”中高被引論文數量排名第二。我國在“鋰電池”和“納米催化”2個研究領域中高被引論文數量排名第一，在“太陽能電池”“納米發電機”“納米藥物”“納米檢測”“納米安全性”5個研究領域中排名第二，在“測量標準”中排名第四，在“納米仿生孔”方面還有待提高。
4. 我國在納米科技領域已形成一批達到世界領跑水平的優勢研究方向和優秀團隊。例如中科院化學所、南開大學、華東理工大學、北京大學等機構在太陽能電池領域，中科院大連化物所、中科院上海高等研究院和上?？萍即髮W等機構在高效合成低碳烯烴領域，均取得突出成果。
綜觀納米研究的前沿分布和變化趨勢，我們相信：納米科技正在深入到科技與社會的變革領域，向綠色、健康等國際前沿和國家需求的大方向發展，中國在世界競爭格局中逐漸占據優勢地位，并具有改變未來發展秩序的潛力。
由于數據研究和專業水平的限制，本報告可能有些觀點有待商榷，懇請各位專家讀者批評指正。
《納米研究前沿分析報告》編寫組
2017 年 7 月
北京
一 主要國家納米研究計劃分析
2001年，美國率先制定了《國家納米技術計劃》，英國、德國、俄羅斯、歐盟、中國、日本、韓國、印度、澳大利亞等國家隨后也制定了本國或本地區的納米技術發展計劃。進入本世紀第二個十年，各國紛紛對原有計劃進行了更新和調整。
縱觀各國納米技術研發計劃，既有共性又有各自的特色和側重。共性之處至少包括以下6點：(1)對納米技術的信心普遍增強，投資力度普遍加大，核心科研人員數量和相關企業數均大幅增加;(2)將納米技術列入促進國家經濟發展和解決關鍵問題的關鍵技術領域，在能源和生物醫藥等領域尤其受到重視;(3)研發重心由最初單一的納米材料制備和功能調控轉向納米材料的應用和商業化，納米技術的研究走向了新的階段;(4)通過公共研發平臺、產業園區等方式，促進產學研合作及與其他領域的融合，縮短從“提案”到“產業化”的時間;(5)開展EHS(環境、健康、安全)和ELSI(倫理、限制、社會課題)研究以及國際標準和規范(ISO、IEC)的制定，促進納米技術新型產業被社會接受;(6)重視納米技術的基礎教育和高等教育。
在各自特色和側重方面，首先各國計劃的總體方向和實現目標不盡相同。作為納米創新戰略的領先者，美國的納米戰略和研究目標更為具體，近幾年先后制定了關于碳納米管研究、納米纖維素商業化及納米技術在水資源的可持續利用等使命導向型的研究計劃。同時，其戰略規劃更致力于通過多學科融合解決一些重大挑戰問題，例如2015年發布了《納米技術引發的重大挑戰：未來計算》項目。日本的戰略規劃強調利用納米技術“尖端化”和“融合化”的已有成果，將那些能夠應對社會需求的納米技術進一步體系化，促進課題解決型研究的發展。韓國的戰略規劃在繼續重視戰略性納米技術基礎研究的前提下強調促進納米技術產業化，實現信息技術融合型新興產業、未來發展動力、整潔便利環境、健康長壽及安全放心的社會5大國家戰略技術目標。德國的納米研究計劃將研究重點放在了對現有研究成果的有效轉化上，希望借此能提高德國企業的競爭力。歐盟近幾年的納米技術戰略計劃側重于石墨烯的研發和應用上，尤其是其在能源領域的應用。澳大利亞的納米戰略計劃希望在已有研究實力基礎之上實現能源、環境、健康、國家安全及振興制造業等重大挑戰性問題的解決。至于中國，除國家自然科學基金委外，其它相關機構沒有設立單獨針對納米科學和技術的全譜規劃。國家自然科學基金委的規劃更偏重于基礎研究，重在納米制造和測量及機理/機制的研究，部分規劃涉及應用領域，如能源、醫藥、環境等，但多數處于應用研究的最前端，離真正的商業化或者產業化還有較長距離。
其次，各國計劃中具體研究方向/領域也存在著顯著的區別。本文選取了生物、環境、能源、器件與制造、測量、儀器設備、標準與安全7個領域進行比較分析，發現如下特點。
1)生物領域：英國偏重于生物納米技術的產業化，如建立納米纖維的生產平臺，設計納米工廠等;中國較重視碳納米材料的生物應用及具有免疫應答的生物醫用材料的開發;澳大利亞偏重于人體仿生納米器件的研究;印度希望利用納米粒子開發抗蟲害植物品種。俄羅斯、德國、韓國及歐盟等把納米植入材料作為其重要的研究方向;美國、俄羅斯、澳大利亞、日本及印度等把納米藥物的靶向輸送列為重點支持方向;美國、日本、德國等高度重視醫學成像。
2)環境領域：歐盟和德國將CO2的捕獲和利用作為重要的研究方向，英國更為關注納米材料對環境的毒性研究，日本把放射性物質的去除技術作為其戰略方向之一，韓國較為重視大氣凈化納米催化劑研究，中國較為重視極端環境材料的研發。美國、俄羅斯、英國、澳大利亞、日本等高度重視納米材料水處理技術。
3)能源領域：美國在納米儲能材料領域較為重視鋰電池固體聚合物電解質、熱自發電池等的研發，在納米發電材料領域較為重視多孔固體氧化物燃料電池電解質及光伏發電增強材料的研發。歐盟重視柔性電池、輕型電存儲及儲氫系統的研發以及發展包括滲透能發電在內的新型可再生能源。俄羅斯較為重視太陽能電池、重型陶瓷磁鐵及替代能源材料的研發，英國將研發重點放在了鈣鈦礦型電池模塊化上，日本強調對高溫超導輸送電的研究，韓國主要部署了柔性電極、智能窗戶及隔熱元件等研究方向，澳大利亞較為重視安全動力電池和太陽能電池的研發，中國較為重視熱電材料和長續航動力電池的研究。
4)器件與制造領域：美國、俄羅斯和歐盟都將納米傳感器的研發列為其戰略研究方向，美國和中國都很重視芯片的研發，歐盟和中國都將柔性智能器件、非易失性存儲器列入研究方向。美國較為重視軟物質制造技術，俄羅斯較為重視基于憶阻器的電子元件，歐盟較為重視基于石墨烯的集成電路、等離子體光開關及晶體管的研發，中國較為重視極低功耗器件和電路、3D打印、硅基太赫茲技術等。
5)測量領域：美國關注異質材料的表征，歐盟重視選擇性單分子探測，俄羅斯強調原子分辨率的材料表面成像系統，中國將重點研發具有極限分辨能力的表征和測量技術。
6)儀器設備領域：歐盟和韓國在柔性顯示器方面均有戰略部署。美國、德國、歐盟、韓國、澳大利亞等重視功能探測器/傳感器(如分子探測器、光電探測器、感應傳感器)研究。歐盟較為重視利用太赫茲技術的相關器件的研發，德國則較為重視危險物質探測和救援人員防護設備的研發，俄羅斯較為重視對納米機器人的研究，中國將納米綠色印刷和納米刻蝕作為重要的研究方向。
7)標準與安全領域：美國強調了對石墨烯的監管及其對基因等的影響，德國重視應用納米技術時的必要保護措施及對食品材料的創新研究，韓國提出要研究感染性生物物質檢測與監測，中國更為重視納米領域應用的重要標準和檢測技術。美國、德國、韓國、中國關于納米標準與安全領域的戰略部署均涉及納米材料的生物安全技術研究。
二 國際納米研究前沿分析
(一)數據、方法論及可視化圖譜
科睿唯安公司Essential Science Indicators(ESI)數據庫基于高被引論文(Top 1%)之間的共被引關系，聚類形成若干高被引論文簇，每一簇包括研究主題相同或相近的若干篇高被引論文，形成一個“研究前沿”。本報告以ESI數據庫中的11814個研究前沿為基礎，通過文獻檢索、專家遴選等方法篩選出和納米研究相關的研究前沿1391個，涉及高被引論文6639篇。ESI數據獲取時間為2016年1月，高被引論文發表時間為2008-2015年。
為了可視化展現納米研究前沿在全領域研究前沿中的分布，本報告以研究前沿為基本單元，基于文本向量空間相似性計算了研究前沿間的相似性，然后用OpenOrd布局算法將研究前沿映射到二維空間，得到基于研究前沿的科學全景圖譜(圖1)。圖譜中的每個點代表一個研究前沿，研究前沿的相似度越高則點的距離越近。通過不同顏色區分研究前沿中納米領域論文比例的高低。本報告發現，一般比例達到60%以上才能歸為納米領域研究前沿。圖1基本反映了納米研究前沿在全領域研究前沿中的分布情況。
本報告對6639篇高被引論文的通訊作者國別情況進行了統計，如表1所示，美國和中國分居前兩位，遙遙領先于其他國家。
國家納米科學中心組織專家對1391個研究前沿進行了命名。本報告按照“納米制造”“納米能源”“納米生物”“納米測量”對其進行分類，結果如表2所示，可視化圖譜如圖 2 所示。
本報告采用文獻計量學方法從1391個納米研究前沿中遴選出熱點前沿41個和新興前沿37個(詳見附錄)。熱點前沿的遴選主要考慮前沿的施引文獻數量。根據表1中的分類，對每個類(包括“其他”類)中的研究前沿按照施引文獻總量進行排序，提取排在前10%的最具引文影響力的研究前沿，再根據高被引論文出版年的平均值重新排序，找出那些“最年輕”的研究前沿。每個類分別選出10個熱點前沿(不足10個，取全部前10%)，共計41個熱點前沿。新興前沿的遴選主要考慮組成前沿的高被引論文的時效性。首先選取高被引論文平均出版年在2014年1月之后的研究前沿，然后根據總被引頻次從高到低排序，選取被引頻次在60次以上的研究前沿，共計37個新興前沿。
(二)研究前沿分析解讀
本報告從“納米能源”“納米生物”“納米制造”“納米測量”四個大類中選擇了“鋰電池”“太陽能電池”“納米發電機”“納米藥物”“納米檢測”“納米仿生孔”“納米安全性”“納米催化”和“測量標準”9個前沿研究領域進行分析解讀。每個領域包括若干個研究前沿。
1 鋰電池
鋰電池領域的研究前沿共涉及高被引論文413篇，研究內容主要圍繞鋰離子電池、聚合物鋰電池、鋰離子電池表征研究等。如表3所示，中國在該領域的高被引論文數量最多，具有顯著的優勢，美國和新加坡的高被引論文數量分列第2、3位。
(1)鋰離子電池
a.負極材料
硅基材料由于具有高化容量、相對較低的充放電平臺及儲量豐富等優點，是目前負極材料的研究熱點之一。在該研究方向上，斯坦福大學崔毅團隊表現突出，設計制備了核殼、空心硅納米球、中空硅納米管、硅納米線陣列等不同結構，進一步優化了其電化學性能。美國西北大學黃嘉興研究團隊的表現也較為搶眼，其研究聚焦在利用石墨烯改進硅基負極材料的相關性能。
常溫下，鍺擁有比硅更高的電子電導率和鋰離子擴散率，因此鍺是高功率鋰離子電池負極材料強有力的候選者。目前，研究人員嘗試制備各種鍺納米結構材料以改進其電極性能。韓國學者Park等獲得了零維的空心鍺納米顆粒以及三維的多孔鍺納米顆粒，顯示出較好的循環性能。
金屬錫作為鋰離子電池負極材料時的理論容量高達994 mAh/g，但其容量易迅速衰減、循環性能差。近年來研究人員開發出一系列納米顆粒、納米管、納米片、納米纖維、多孔結構等多種形貌的錫氧化物的合成與制備方法，顯著改善了其循環性能和倍率性能。中國科學院、南京師范大學、上海交通大學、浙江大學等在該研究方向表現較為突出。
二氧化鈦是有望替代石墨電極的鋰離子電池理想負極材料。近年來，研究人員圍繞不同形貌納米結構的TiO2負極材料進行了大量的研究工作。新加坡南洋理工大學樓雄文研究團隊在該方向表現突出，通過將TiO2和高導電性的石墨烯復合，獲得了具有較高的可逆比容量、優異的循環和倍率性能的復合材料。復旦大學、中科院金屬所、上海交通大學等均在該方向也取得了若干突破。
氧化鐵由于其理論容量高、資源豐富、價格便宜等優勢吸引了研究人員的極大關注。新加坡南洋理工大學樓雄文研究團隊對α-Fe2O3應用于鋰電池負極材料進行了大量研究，團隊制備的α-Fe2O3納米管、α-Fe2O3納米盤，其中空和多孔的結構一方面增加了儲鋰空間，提高了嵌鋰容量，另一方面對充放電過程中電極材料的體積變化均有緩解作用，從而顯示出較優異的電化學性能。
其他獲得了較多研究的可用作鋰離子電池負極材料的金屬氧化物還包括氧化鉬、銅氧化物、氧化鈷、氧化錳等。研究人員通過制備納米結構的過渡金屬氧化物、與導電聚合物復合、與金屬復合等改善電極材料的電化學性能。浙江大學涂江平教授團隊、新加坡南洋理工大學樓雄文團隊、中科院物理所李泓研究員團隊等均發表了多篇高被引研究論文。
石墨烯具有很高的楊氏模量和斷裂強度，同時還具有很高的電導率和熱導率、優異的電化學性能以及易功能化的表面，這些特點都使石墨烯成為鋰離子電池負極材料的首先研究材料。中國在該領域表現突出，主要研究機構有南開大學、復旦大學、中科院化學所、國家納米科學中心、中科院上海硅酸鹽所、上海大學、浙江大學等。國外方面，美國西北大學、新加坡南洋理工大學、澳大利亞臥龍崗大學等也在該研究領域表現活躍。
二維MoS2納米片作為鋰離子電池負極材料時顯示了較高的電化學儲鋰容量和較好的循環性能。中國研究人員在該領域較為活躍，浙江大學陳衛祥教授研究團隊通過多種手段制備了MoS2/石墨烯復合材料并用作鋰離子電池負極材料，不僅具有較高的可逆容量，而且其循環穩定性和倍率性能也十分優異。
b.正極材料
最具代表性的正極材料LiFePO4是目前鋰離子電池正極材料研究的熱點領域，研究人員致力于研究利用碳包覆、導電金屬離子包覆、金屬離子摻雜和電極材料納米化等方法提高LiFePO4的性能。改性后LiFePO4的放電容量、高倍率放電性能、循環性能均獲得了不同程度的提升。中國科學院、復旦大學、中南大學等國內研究機構在該領域表現活躍。
c.隔膜材料
該方向的高倍引論文集中在系統研究包含二氧化硅、三氧化二鋁涂層的聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等新型鋰離子電池隔膜材料對鋰離子電池的容量、循環性能和倍率放電性能的影響方面。韓國在該研究方向表現較為突出。
d.機理研究
隨著鋰離子電池研究的日益興起，對鋰離子電池電極材料機理的探索也愈發受到關注和重視。美國桑迪亞國家實驗室黃建宇(已經全職加入燕山大學)研究團隊在該領域的表現較為突出。浙江大學、中國科學院等在該領域也發表了多篇高被引論文，但多為合作研究。
e.柔性鋰離子電池
中科院金屬所、半導體所、中國科技大學、北京大學、中南大學、中山大學等在該方向的研究主要聚焦在利用石墨烯泡沫為集流體裝載氧化鐵和鈦酸鋰等材料改進柔性鋰離子電池的性能以及開發基于碳納米管的柔性電極材料等。
(2)鋰硫電池
鋰硫電池具有巨大理論容量和能量密度優勢，但在實際應用中還存在室溫下的電導率極低、充放電過程中正極硫材料容易流失等技術瓶頸。清華大學張強教授研究團隊在鋰硫電池領域表現最為突出，提出具有自分散特性的石墨烯-碳納米管雜化物、柱撐石墨烯等納米碳材料擔載活性材料，進而獲得高面容量的高效正極。加拿大滑鐵盧大學Nazar團隊、斯坦福大學崔毅團隊、德克薩斯大學奧斯丁分校Manthiram團隊較為活躍。
(3)鋰空氣電池
鋰空氣電池的能量密度預計高達600 Wh/kg，但面臨穩定性、效率、實用性和安全性等挑戰。麻省理工學院Yang S. H.研究團隊通過化學氣相沉積過程為存儲固體氧化鋰提供了更多孔隙，因此提升了鋰空氣電池的能量密度;開發出Au-Pt合金納米催化劑，將鋰空氣電池的充放電效率提升至77%。
2 太陽能電池
太陽能電池領域的研究前沿共涉及高被引論文516篇，研究內容主要圍繞量子點敏化太陽能電池、有機太陽能電池、無機太陽能電池等。如表4所示，美國在該領域的高被引論文數量最多，中國位列第二，與美國的差距較小。韓國、英國在高被引論文數量方面處于第二梯隊，與美國和中國相比有明顯差距。
太陽能電池按照制作材料和發展歷程可以分成三代：第一代太陽能電池主要是單晶硅和多晶硅的硅基太陽能電池;第二代太陽能電池主要是非晶硅和多元化合物的薄膜太陽能電池，如GaAs、CdS、CdTe、銅銦鎵硒等材料;第三代太陽能電池同時具有綠色環保、成本低廉、轉化效率高等特點，主要包括有機聚合物太陽能電池、染料敏化太陽能電池、量子點敏化太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池等。
(1)量子點敏化太陽能電池
量子點敏化太陽能電池(QDSCs)因其制備成本低、工藝簡單及量子點本身的優異性能(如尺寸效應、多激子效應)等優點，近年來受到廣泛關注。加拿大多倫多大學Sargent E. H.研究小組、美國國家可再生能源實驗室Nozik A. J.研究小組以及華東理工大學鐘新華教授團隊在該方面較為突出。2012年，Sargent小組實現了迄今為止紅外量子點電池的最高能量轉化效率7%。2013年，華東理工大學鐘新華課題組合成了基于CdSeTe的量子點，獲得了高達6.36%的光電轉換效率。2015年，該團隊通過對TiO2/CdSeTe表面依次沉積ZnS和SiO2，獲得8.21%的認證效率。
(2)有機太陽能電池
a.鈣鈦礦太陽能電池
2013年以來，以鈣鈦礦相有機金屬鹵化物(CH3NH3PbX3(X = Cl、Br、I))作為吸光材料的薄膜太陽電池(簡稱鈣鈦礦太陽電池，PSCs)因其兼具較高的光電轉換效率和潛在極低的制備成本等優點引起學術界的高度關注?PSCs光電轉化效率的快速提高使得PSCs被Science評為2013年十大科學突破之一?
瑞士洛桑聯邦理工學院Gr?tzel M、牛津大學Snaith, H. J.、韓國成均館大學Park N. G.等研究團隊在鈣鈦礦太陽能電池領域取得了一系列重大成果，目前在PSCs研究領域處于領先地位。2011年韓國成均館大學Park課題組優化了TiO2表面和鈣鈦礦的制作工藝，將PSCs效率提高到6.5%?2012年牛津大學Snaith課題組提出了“介孔超結構太陽電池”的概念，使PSCs效率首次達到10.9%?2013年，Gr?tzel課題組和牛津大學Snaith課題組將PSCs效率提高到15%和15.4%?年僅30余歲的牛津大學青年科學家Snaith也因此被Nature評為2013年十大科學人物之一。和英國、瑞士、韓國等相比，中國在該研究方向的高被引論文相對較少。
b.染料敏化太陽能電池
20世紀60年代，德國科學家Tributseh等首次發現了染料吸附在半導體上在一定條件下能產生電流，成為染料敏化太陽能電池的重要基礎。
瑞士洛桑聯邦理工學院的Gr?tzel M為染料敏化太陽能電池領域的發展做出了一系列重要貢獻。2011年，Gr?tzel等制備出光電效率為12.3%的電池;2014年，課題組再次刷新染料敏化太陽能電池效率，達13%。除此之外，Gr?tzel研究團隊在染料光敏化劑、電極等方面也取得了一系列重大成果。中國研究人員在該領域也有突出表現，代表性的研究團隊包括中國海洋大學唐群委團隊、中山大學匡代彬團隊、中科院長春應化所王鵬團隊、大連理工大學馬廷麗團隊等。唐群委研究團隊在導電聚合物方面做了很多有意義的工作，采用基于高氯酸摻雜的聚苯胺納米顆粒制成染料敏化太陽能電池用對電極，獲得了大于7%的光電轉化效率?？锎蜓芯繄F隊在特殊形貌TiO2在染料敏化太陽能電池中的應用以及光電極研究方向取得了一系列成果。2009年，王鵬課題組率先研制出轉化效率達9.8%的染料敏化太陽能電池。
c.聚合物太陽能電池
與硅基太陽能電池相比，聚合物太陽能電池具有器件結構簡單、重量輕、可低成本大規模制備等突出優點。根據受體情況，聚合物太陽能電池可以劃分為基于富勒烯受體的聚合物太陽能電池、基于非富勒烯小分子受體的聚合物太陽能電池、全聚合物太陽能電池等。
基于富勒烯的聚合物太陽能電池的研究主要集中在以受體材料C60衍生物PCBM和給體材料導電聚合物聚己基噻吩(P3HT)混合作為光活性層而形成的體相異質結結構。英國帝國理工學院、美國能源部、加州大學系統、斯坦福大學、中科院化學所李永舫院士等在該研究方向表現活躍。
發展高性能的非富勒烯受體是有機太陽能電池領域的挑戰性難題。中國和美國是非富勒烯聚合物電池研究方向的主要研究國家。北京大學占肖衛團隊率先提出了稠環電子受體的概念，設計合成了一系列高性能有機稠環電子受體材料，取得了一系列重大突破。2015年，該課題組報道了效率高達6.8%的非富勒烯聚合物太陽能電池。2016年，該團隊報道的電池效率達9.6%，刷新了世界最高效率。中科院化學所侯建輝團隊也是該研究方向最為活躍的研究團隊之一。2016年，該研究團隊在小面積非富勒烯型聚合物太陽能電池器件(13 mm2)中取得了創紀錄的11.2%的能量轉換效率，使非富勒烯型聚合物太陽能電池效率達到了富勒烯受體的最好水平。
在全聚合物太陽能電池方面，中科院化學所李永舫團隊表現活躍。2015年，該團隊將全聚合物太陽能電池的能量轉換效率提高到8.27%。
除上述外，2016年，南開大學陳永勝研究團隊利用寡聚物材料的互補吸光策略構建了一種具有寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池器件，實現了12.7%的光電轉化效率，創造了當時文獻報道的有機/高分子太陽能電池光電轉化效率的最高紀錄。
(3)無機太陽能電池
a.表面等離激元(surface plasmon)增強太陽能電池
加州理工學院Atwater H. A.研究團隊是該研究方向的主要開拓者。2010年，Atwater H. A.等指出在保證活性層厚度不增加的情況下等離激元納米結構存在三種有效提高活性層吸收的光捕獲策略?；谏鲜龉獠东@策略，表面等離激元太陽能電池己取得了很大進展，短路電流密度、功率轉換效率等參數均實現了大幅提升。
b.化合物薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池的種類較多，主要類型包括碲化鎘、砷化鎵、銅銦硒(CIS)、銅銦鎵硒(CIGS)、銅鋅錫硫(CZTS)等薄膜太陽能電池。2010年，德國太陽能和氫能研究中心研究的銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池的光電轉化率達到20.3%。2011年，美國國家可再生能源實驗室研制的小面積GaAs薄膜太陽能電池實現了28.3%的光電轉換效率。在該研究方向，美國的研究實力較為突出，知名研究機構包括加州大學系統、IBM公司、勞倫斯伯克利國家實驗室等;中國科學院、香港中文大學、華東師范大學等國內機構也表現活躍。
3 納米發電機
納米發電機領域的研究前沿共涉及高被引論文有32篇，研究內容主要分布在摩擦納米發電機和壓電納米發電機兩個研究方向。如表5所示，該領域的高被引論文基本都來自美國，其中25篇來自美國佐治亞理工學院教授、中國科學院北京納米能源與系統研究所所長王中林院士。
發電機原理主要有電磁、壓電、熱電和靜電四種類型。納米發電機主要采用壓電和靜電(即摩擦)兩條技術路線。在納米發電機發展過程中，王中林院士做出了重要開創性貢獻。2006年，王中林課題組首次報道了壓電納米發電機，利用壓電極化電荷和所產生的隨時間變化的電場來驅動電子在電路中的流動。2012年，王中林課題組首次報道了摩擦納米發電機，利用兩種不同材料接觸所產生的表面靜電荷所導致的隨時間變化的電場來驅動電子的流動。迄今為止，摩擦納米發電機已發展至四種工作模式(垂直接觸-分離、水平滑動、單電極、獨立層)，輸出功率密度從每平方米3.67毫瓦飆升至300多瓦，可將日常環境中的各種機械能轉化為電能，作為微納電源為微小型設備供電，作為自驅動傳感器用于健康監測、生物傳感、人機交互等。最近，王中林課題組致力于將摩擦納米發電機用于收集海洋能，并首次用于設備儀器(質譜儀)中。除了應用研究，王中林院士還論證了納米發電機的理論源頭來自于麥克斯韋的位移電流的第二項，并由此推導出壓電納米發電機和摩擦納米發電機的基本輸運方程。
壓電納米發電機雖然發明較早，但過低的輸出電流限制了其發展和應用。核心材料從最初的ZnO納米線，正在朝BaTiO3、PZT等鈣鈦礦型材料、PVDF聚合物材料、MoS2等二維材料等方向發展，結構既有一維納米線、納米纖維，也有二維平面薄膜。
4 納米藥物
納米藥物領域的研究前沿共涉及高被引論文488篇，研究內容主要圍繞納米藥物載體與藥物遞送、腫瘤治療納米藥物、抗菌治療納米藥物等。如表6所示，在高被引論文數量方面，美國最多，中國排名第二，美國和中國的表現明顯優于其他國家。
近年來，納米材料和納米技術越來越多地進入到臨床應用階段。經臨床實踐證實，根據納米材料對腫瘤細胞和腫瘤組織靶向性的特性設計出的納米藥物能明顯改善腫瘤治療。其中，腫瘤光熱治療技術作為一種新型的治療策略，已經在腫瘤治療方面引起了高度關注。早期的光熱治療主要通過高熱量來直接破壞、消除腫瘤細胞。近年來很多研究者發現這些納米材料產生的熱除具有直接殺傷腫瘤細胞的作用外，還可通過抑制腫瘤轉移、克服化療耐藥從而發揮抗腫瘤作用。目前研究較多的光熱材料以金納米材料為主，研究內容主要圍繞金納米棒、金納米籠等金納米材料的腫瘤光熱治療，及光聲成像-光控釋放-光熱治療化療等納米金多手段多功能的診療一體化研究。2008年，美國佐治亞理工學院El-Sayed MA團隊利用金納米棒對小鼠鱗狀上皮細胞癌進行等離激元光熱治療，論文被引521次。2012年，國家納米科學中心陳春英和吳曉春團隊把介孔二氧化硅包被的金納米棒用于腫瘤的成像、化療和熱療，論文被引395次。其他知名機構包括美國德克薩斯大學安德森癌癥中心、美國華盛頓大學以及我國東華大學、蘇州大學、哈爾濱工程大學和南京大學等。
納米藥物載體與藥物遞送方向近年發展迅速。主要用于藥物載體的納米材料包括納米脂質體、聚合物膠束、納米囊和納米球、納米磁性顆粒、介孔二氧化硅納米粒等。氧化石墨烯具有良好的生物相容性、易于表面功能化，其巨大的比表面使它具有超高載藥率。2008年美國斯坦福大學戴宏杰教授團隊率先報道了利用氧化石墨烯作為難溶性含芳香結構抗癌藥物的載體，其具有良好的水溶性，可用于難溶性藥物的增溶，并可有效殺傷腫瘤細胞。兩篇相關論文分別被引用達1789和1533次。其中介孔二氧化硅因多孔性、比表面積大、便于修飾性、毒性低等特點，得到廣泛應用，具有極大的發展前景。相關核心論文主要圍繞介孔二氧化硅的合成、特性及癌癥治療等生物醫藥應用。主要研究團隊包括美國加州大學洛杉磯分校Zink Jeffrey I.和Nel Andre E.團隊、美國西北大學Stoddart J. Fraser團隊、中科院理化所唐芳瓊團隊、芬蘭埃博學術大學Sahlgren Cecilia團隊、美國新澤西州立大學Minko Tamara團隊、美國愛荷華州立大學Vivero-Escoto Juan L.團隊、福州大學楊黃浩團隊、新加坡南洋理工大學Zhang Quan和Zhao Yanli團隊等。其中Nel Andre E.團隊關于siRNA修飾的負載抗癌藥物的介孔二氧化硅納米輸運體系以克服腫瘤多重耐藥性的研究被引用455次。
脂質體近年來也是給藥系統研究領域中的研究熱點，已經在許多方面顯示出其潛在的應用價值，知名研究機構包括美國哈佛大學、美國德州大學奧斯丁分校、澳大利亞哥廷理工大學以及我國南京大學等。
5 納米檢測
納米生物和醫學檢測領域的研究前沿共涉及高被引論文325篇，研究內容主要圍繞量子點、貴金屬納米簇、上轉換材料等納米探針技術以及納米生物傳感器。如表7所示，在高被引論文數量方面，美國最多，中國排名第二，美國和中國的表現明顯優于其他國家。
納米生物和醫學檢測技術的熱點主要集中在用于分子影像診斷的納米探針技術。納米探針具有影像信號強度大、靶向效果好、代謝動力學可控等顯著的優點。近年來，基于貴金屬納米材料(金、銀等納米顆粒)、量子點、上轉換熒光納米顆粒的熒光納米探針迅速發展，成為納米生物醫學檢測領域的前沿熱點。
在貴金屬納米簇納米探針研究方向上，高被引論文主要研究以核苷酸作為保護模板合成熒光銀納米簇探針，以增加其穩定性，并將其用于核苷酸、汞離子及蛋白等的生物檢測。美國佐治亞理工學院Dickson Robert M.團隊、美國阿拉莫斯國家實驗室Martinez Jennifer S.團隊和中國科學院長春應用化學所汪爾康院士團隊在該研究方向較為突出。
在量子點納米探針研究方向上，美國海軍實驗室生物分子科學工程中心Mattoussi Hedi、Medintz Igor L.團隊的高被引論文主要研究量子點共振能量轉移，斯坦福大學戴宏杰團隊和中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所王強斌團隊的高被引論文主要研究Ag2S量子點應用于近紅外影像，福州大學池毓務團隊的高被引論文主要研究功能化碳量子點，南開大學嚴秀平團隊的高被引論文主要研究ZnS量子點。
在納米生物傳感器研究方向上，斯坦福大學鮑哲南團隊、加州大學伯克利分校Javey Ali團隊、首爾大學Pang Changhyun團隊、中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所張珽團隊等主要研究用于電子皮膚壓力傳感的生物傳感器，美國西北太平洋國家實驗室林躍河團隊、康涅狄格大學Rusling James F團隊、中國西南大學袁若團隊、清華大學李景虹團隊、南京大學朱俊杰團隊等主要研究免疫生物傳感器。
6 仿生納米孔
仿生納米孔道領域的研究前沿共涉及高被引論文45篇，研究內容主要集中在利用納米孔進行生物大分子分析識別的基礎研究和應用研究。如表8所示，美國在該領域具有非常顯著的研究優勢，高被引論文有23篇，超過了總數的一半;英國和德國分別有8篇和4篇高被引論文，分列2、3位;中國只有1篇高被引論文。
上世紀90年代，科學家提出了將單鏈DNA拉過蛋白孔，檢測堿基穿過時電導的微小改變，進而實現納米孔DNA測序的設想。進入21世紀后，越來越多的科研人員致力于該領域研究，讓納米孔測序成為現實，研究成果也逐步向商業實用方向邁進。開發的納米孔類型主要包括生物納米孔和固態納米孔等，測序主要包括核酸測序(主要是DNA測序)和蛋白質分析等。
生物納米孔利用天然生物學通道，如α-溶血素結構和恥垢分支桿菌孔蛋白A(MspA)等。牛津納米孔技術(Oxford Nanpore)公司Bayley Hagan團隊開發了可商業化的α-溶血素生物納米孔。2009年，該公司發表論文《單分子納米孔DNA連續堿基測序》，實現了堿基連續測定，準確度平均為99.8%。該文被引用677次，是本領域被引頻次最高的論文。此后，牛津納米孔技術公司推出了商業化的納米孔測序儀——MinION和GridION?；诩{米孔的單分子DNA讀取技術不再需要光學檢測和同步的試劑洗脫過程，也被稱為第四代測序技術，相比更早的測序技術有著更快的數據讀取速度和更大的應用潛能。
2010年，美國華盛頓大學的Jens Gundlach首次證明，恥垢分支桿菌孔蛋白A可用于DNA測序，并與阿拉巴馬大學微生物學家Michael Niederweis合作證明MspA孔隙結合“棘輪系統”便可讀取短DNA序列。2012年，該團隊又一次利用MspA和噬菌體Phi29聚合酶相結合，實現單核苷酸的分辨率和DNA易位控制，該成果推動了長期以來生物納米孔遇到的兩個主要障礙的解決。同年，美國加州大學圣克魯茲分校Mark Akeson團隊也利用MspA和Phi29聚合酶相結合，使DNA正向和反向棘輪以每秒2.5-40個核苷酸的速度通過納米孔實現實時單核苷酸分辨率的檢測。
生物納米孔在穩定性、持久性等方面存在不足，難以滿足持續的大規模測序的需求。隨著微加工技術的不斷進步，固態納米孔應運而生。人工制備的固態納米孔具有孔徑穩定、物化性能良好、具有低成本、高讀長、易集成等的優點，被認為是下一代納米孔技術。固態納米孔的材料主要是石墨烯、氮化硅、硅、金屬氧化物等。
石墨烯在檢測DNA上具有出色的潛力。哈佛大學Jene Golovchenko團隊和美國麻省理工學院的研究人員2010年在nature上發表論文證實石墨烯可以制成人工膜材料進行DNA測序，指引了石墨烯納米孔DNA檢測的方向。哈佛大學Jene Golovchenko團隊制備了與DNA分子的直徑緊密匹配的石墨烯納米孔，發現其對DNA具有非常好的靈敏度和分辨率。荷蘭代爾夫特技術大學科維理納米科學研究所的Dekker, C團隊將石墨烯薄片放置在氮化硅膜的微孔上并使用電子束在石墨烯中鉆出納米尺寸的孔來獲得納米孔。在其他仿生納米孔材料方面，德國慕尼黑工業大學、美國哥倫比亞大學的研究人員利用氮化硅修飾納米孔，阿根廷拉普拉塔國立大學的研究人員利用聚(4-乙烯基吡啶)大分子構建塊修飾固態納米孔，瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員將亞納米厚度的單層或幾層厚的剝離的二硫化鉬(MoS2)固定在氮化硅納米孔上，均可以改善DNA的分析。
同時，納米孔的檢測物范圍也不斷擴大，從DNA發展到RNA、蛋白質、金納米顆粒和有毒分子等的分析。如牛津大學Bayley Hagan團隊、美國加州大學圣克魯茲分校Mark Akeson團隊和荷蘭代爾夫特技術大學科維理納米科學研究所的Dekker, C團隊等利用生物納米孔開展蛋白檢測，研究的重點是蛋白質解折疊和易位問題。此外，美國賓夕法尼亞大學Drndic, M 和Wanunu, M團隊利用薄的納米孔快速檢測小RNA分子。英國東英吉利大學利用牛津納米孔技術公司開發的MinION納米孔平臺測序鑒定細菌抗生素抗性島的位置和結構。
7 納米安全性
納米安全性領域的研究前沿共涉及高被引論文157篇，研究內容主要圍繞納米物質和生物體及環境的相互作用，著重研究納米物質的物理化學特性等與生物學毒性效應之間的關系。如表9所示，美國在該領域的高被引論文數量最多，有59篇，明顯高于其他國家;中國在該領域的高被引論文數量排在第2位，有25篇。
碳納米管、介孔二氧化硅、石墨烯等納米材料在醫學檢測、納米藥物遞送、納米治療等方面開辟了新的應用途徑。同時，關于其生物安全性、毒性的研究也逐漸引起關注。該領域研究前沿的高被引論文的主要分為兩個研究方向：納米材料對人體健康的風險研究和納米材料的環境風險研究。健康風險研究主要圍繞肺毒性、皮膚毒性、細胞毒性、生物相容性等，關注的主要納米物質包括碳納米管、納米鋅、納米銀、石墨烯、介孔納米二氧化硅、納米二氧化鈦和納米金等。環境風險研究主要圍繞環境釋放、環境歸趨、生態毒理學、生物降解、植物吸收等。
納米銀的毒性作用研究包括納米銀顆粒的細胞毒性、遺傳毒性、發育毒性、炎癥反應及毒性作用機制，納米銀在生物體內的分布動力學，納米銀對癌細胞系增殖和凋亡的影響等。新加坡國立大學Valiyaveettil S教授團隊2009年發表的論文《銀納米粒子對人體細胞的細胞毒性和遺傳毒性》被引用1153次。此外，韓國環境及商品檢測研究所、美國空軍研究實驗室、荷蘭國家公共衛生和環境研究院等研究機構也有高被引論文貢獻。
碳納米管的安全性研究包括單壁/多壁碳納米管的生物相容性、體內分布循環、細胞內吞、慢性毒性、間皮損傷和致癌性、毒性的影響因素(如長度、尺寸依賴性)等。2008年，蘇格蘭愛丁堡大學Donaldson K團隊研究發現石棉狀長碳納米管可能導致小鼠產生一種以往由石棉引起的惡性間皮瘤，該論文被引用1329次。此外，美國斯坦福大學、麻省理工大學和美國國家職業安全衛生研究所、德國巴斯夫公司和拜耳公司、我國北京大學等也有高被引論文貢獻。
介孔二氧化硅材料的生物安全性研究包括介孔二氧化硅納米材料的生物相容性、生物分布、細胞毒性和溶血活性的影響因素(如尺寸、形狀、表面效應)等，中科院理化所唐芳瓊團隊表現較為突出。
納米金顆粒的體內分布研究主要集中在金納米顆粒在生物體內的分布、累積及粒徑和表面電荷等影響因素研究，主要研究機構包括德國環境健康研究中心等。
納米材料釋放進入環境的估算與環境影響評價研究包括納米材料在環境多介質中的分布、在環境中的排放、歸趨建模等，主要研究機構包括瑞士聯邦材料科學與技術實驗室等。
氧化石墨烯的毒性作用及安全性評價研究集中在氧化石墨烯的毒性作用與生物安全性研究方面，來自中國和美國的研究機構比較活躍。
8 納米催化
納米催化領域的研究前沿共涉及高被引論文303篇，研究內容圍繞納米催化劑的制備和應用展開。如表10所示，我國在該領域的高被引論文數量排名第一，所占份額超過1/3，反映出我國近年來在納米催化領域具有較強的研究優勢。美國的高被引論文數量排名第二，所占比例接近1/4。其余國家高被引論文數量相對較少。
納米催化劑通常由活性組分和載體兩部分組成。常見的活性組分包括金屬(及其化合物)、半導體、碳基材料(石墨烯、碳納米管、石墨相C3N4等)等。尺寸、形貌、結構、組成等是影響活性組分催化活性的重要因素。出于成本考慮，活性組分的總體研究趨勢是在保證活性的前提下，盡量減少貴金屬的使用，用儲量豐富、價格低廉的普通金屬或者非金屬材料替代貴金屬。常用的載體包括氧化物(SiO2、TiO2、Fe3O4等)、碳基材料(石墨烯、碳納米管、石墨相C3N4等)、多孔材料(沸石、介孔材料、金屬有機框架化合物等)等。載體不僅為活性組分高度分散提供了表面，而且還可以參與催化過程，例如促進光生電荷分離等。對于多孔載體，孔道的限域可以起到擇形催化作用。由于易于分離回收，磁性可回收載體近年發展迅速。
納米催化的特點介于均相催化和非均相催化之間。中科院大連化物所張濤院士團隊首次發現單原子催化劑具有與均相催化劑相當的活性，從實驗上證明單原子可能成為溝通均相催化與多相催化的橋梁。
納米催化的反應類型大致分為傳統催化、電催化和光催化三類。在傳統催化中，C1化學占據重要位置，包括費托合成、甲烷轉化、CO氧化、CO2還原、甲醇氧化等。近年來，我國C1化學取得一系列重大突破。中科院大連化物所包信和院士團隊構建了硅化物晶格限域的單中心鐵催化劑，成功地實現了甲烷在無氧條件下選擇活化，一步高效生產乙烯、芳烴和氫氣等高值化學品。包信和院士團隊還利用自主研發的新型復合催化劑，創造性地將煤氣化產生的合成氣高選擇性地直接轉化為低碳烯烴，乙烯、丙烯和丁烯的選擇性大于80%，突破了費托合成低碳烯烴選擇性最高58%的極限。中國科學院上海高等研究院和上?？萍即髮W聯合科研團隊自主研發了暴露面為{101}和{020}晶面的Co2C納米平行六面體結構催化劑，實現了溫和條件下(250 oC、1~5個大氣壓)合成氣高選擇性直接制備烯烴，低碳烯烴選擇性可達60%，總烯烴選擇性高達80%以上，烯/烷比可高達30以上。
在電催化中，燃料電池和金屬-空氣電池的陰極氧還原反應是研究重點之一。鉑是重要的氧還原反應電催化劑。受鉑成本高等缺點影響，催化劑一方面朝著減少鉑的用量方向發展，采用二元或三元合金的形式，例如Pt-Fe、Pt-Co、Pt-Fe-Cu等。另一方面朝著非鉑催化劑方向發展，例如鈀及其合金，以及氮摻雜的碳材料(石墨烯、碳納米管)等。電解水是另一類重要的電催化反應，新型析氫催化劑包括硫化鉬化合物(MoS2、MoS3等)、氮摻雜的碳納米管封裝的金屬催化劑等，新型析氧催化劑包括氮摻雜的石墨烯等。美國斯坦福大學戴宏杰團隊制備的Co3O4/氮摻雜石墨烯電催化劑同時具有很高的氧還原和析氧活性，文章被引次數超過1900次。二氧化碳的轉化也是研究熱點，中國科學技術大學謝毅院士團隊采用新型鈷基電催化劑，將二氧化碳高效清潔轉化為液體燃料，得到國際同行高度評價。
在光催化中，水和空氣中污染物的降解是研究重點之一，常用的催化劑包括TiO2等半導體、BiOX(X = Cl, Br, I)、Ag/AgX(X = Cl, Br, I)、石墨相C3N4等。二氧化碳還原制甲烷、甲醇等碳氫燃料正處于研究熱點，在減少溫室氣體的同時還可提供替代能源，常用催化劑包括TiO2等半導體、Ag/AgX(X = Cl, Br, I)、金屬有機框架化合物、石墨烯、石墨相C3N4等。光解水一直是光催化研究的重要課題，國家納米科學中心宮建茹研究員和武漢理工大學余家國教授合作制備的石墨烯負載CdS光解水制氫催化劑很受高度關注，文章被引次數超過1000次。
9 測量表征
納米測量表征技術主要是指納米尺度和精度的測量技術。近十幾年來，隨著測量技術的飛速發展，至今已經出現了多種可以實現納米測量的技術和儀器。近期納米級測量技術主要有兩個發展方向，即光干涉測量技術和掃描顯微測量技術。
納米測量表征領域的研究前沿共涉及高被引論文153篇，研究內容包括光譜測量研究、電子顯微測量研究以及利用多種表征手段研究納米材料的表面/界面等。如表11所示，美國在該領域的高被引論文數量最多，德國和英國分列第2、3位，中國在高被引論述數量方面與美國相比有明顯差距。
(1)光譜測量研究
a.超分辨成像
近年來隨著超分辨熒光顯微術的興起，研究人員研制了多種突破衍射極限的超分辨光學顯微鏡，分辨率可達約20 nm左右，某些情況下甚至可小于2 nm。這些超分辨顯微鏡主要分為兩類：一類以Stefan W. Hell發明的受激輻射耗盡(STED)顯微鏡為代表，通過調制光照明方式來實現超分辨;另一類是基于單分子定位的超分辨顯微鏡，通過對具有光開關功能的熒光基團進行單分子成像和定位而實現，光活化定位顯微術(PALM)技術、隨機光學重構顯微術(STORM)技術、熒光活化定位顯微術(fPALM)技術均是這一技術方向的研究熱點。2014年諾貝爾化學獎授予發展超分辨率熒光顯微成像技術的3位科學家，分別是美國霍華德·休斯醫學研究所教授Eric Betzig(PALM技術)、德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所教授Stefan W. Hell(STED技術)和美國斯坦福大學教授William E. Moerner。
b.納米尺度磁共振研究
當前通用的磁共振譜儀受制于探測方式，其成像分辨率僅為毫米級。納米尺度弱磁探測技術將磁共振技術的研究對象推進到單分子，成像分辨率提升至納米級。
2008年，德國斯圖加特大學Wrachtrup團隊和美國哈佛大學Lukin團隊首次報道了利用金剛石中的氮-空位色心(NV)進行納米尺度弱磁探測的工作，開創了納米測磁研究方向。此外，哈佛大學Yacoby研究團隊、Walsworth研究團隊，中國科技大學杜江峰研究團隊均是該方向中最為活躍的研究團隊。2008年以來，杜江峰研究團隊陸續取得了微波場的百納米級分辨率矢量重構、繪制世界首張單個生物分子的磁共振譜等重大研究突破。
c.表面等離激元共振(SPR)
光(或電磁波)與金屬納米粒子相互作用能夠在納米尺度范圍聚焦很強的電磁能量，突破傳統光學中的衍射極限，即表面等離激元共振(SPR)現象。該方向的研究主要集中在氧化鎢、硫化銅、硒化銅、金納米顆粒、多種膠體納米顆粒的表面等離激元共振和局域表面等離激元共振性質研究以及基于表面等離激元光鑷系統對金屬納米顆粒和生物分子的穩定捕獲和動態操控能力研究等。
d.表面增強拉曼光譜(SERS)
當分子接近或吸附在貴金屬納米材料表面時，其拉曼信號能被放大多個數量級，因此近年來表面增強拉曼光譜(SERS)作為一種快速、靈敏的檢測技術已獲得廣泛認可。該方向的研究主要聚焦在基于納米材料(主要是金納米粒子)的拉曼基底的研發以及SERS在生物檢測領域的應用。美國杜克大學和西班牙維戈大學在該方向研究較為活躍。
(2)電子顯微測量研究
原位透射電子顯微鏡(in situ TEM)技術實現了對物質在外部激勵下的微結構響應行為的動態、原位實時觀測。該方向的研究聚焦在利用原位透射電子顯微鏡技術對納米電極材料的鋰化和退鋰化過程進行原位表征。美國能源部桑迪亞國家實驗室黃建宇(已經全職加入燕山大學)研究團隊在該研究方向非?；钴S。黃建宇等人首次實現了在透射電子顯微鏡下搭建鋰離子電池體系，研究納米線在鋰化過程中的形貌變化和作為鋰離子電池電極的鋰化機理。此外，桑迪亞國家實驗室Liu Xiao Hua團隊、佐治亞理工朱廷研究團隊等也是該領域中的重要研究隊伍。
三 總結
本報告通過納米領域各國發展規劃調研和文獻計量分析，結合領域情報人員的研究，得出以下發現。
1.通過對比分析美國、英國、法國、德國、俄羅斯、歐盟、日本、韓國、印度、澳大利亞以及我國的納米技術研發計劃，發現各國規劃具有以下共同之處：(1)對納米技術的信心普遍增強，投資力度普遍加大，核心科研人員數量和相關企業數均大幅增加;(2)將納米技術列入促進國家經濟發展和解決關鍵問題的關鍵技術領域，在能源和生物醫藥等領域尤其受到重視;(3)研發重心由最初單一的納米材料制備和功能調控轉向納米材料的應用和商業化，納米技術的研究走向了新的階段;(4)通過公共研發平臺、產業園區等方式，促進產學研合作及與其他領域的融合，縮短從“提案”到“產業化”的時間;(5)開展EHS(環境、健康、安全)和ELSI(倫理、限制、社會課題)研究以及國際標準和規范(ISO、IEC)的制定，促進納米技術相關產業被社會接受;(6)重視納米技術的基礎教育和高等教育。
2.基于科睿唯安公司Essential Science Indicators(ESI)數據庫中的11814個研究前沿，通過文獻檢索、專家遴選等方法篩選出和納米研究相關的研究前沿1391個，涉及高被引論文6639篇(2008-2015年)。在高被引論文數量方面，美國和中國分居前兩位，遙遙領先于其他國家。綜合考慮論文的被引用情況和發表時間，從1391個納米研究前沿中遴選出41個熱點前沿和37個新興前沿。
3.選擇了“鋰電池”“太陽能電池”“納米發電機”“納米藥物”“納米檢測”“納米仿生孔”“納米安全性”“納米催化”和“測量標準”9個前沿研究領域進行分析解讀(每個研究領域包括若干研究前沿)。在高被引論文數量方面，美國在“太陽能電池”“納米發電機”“納米藥物”“納米檢測”“納米仿生孔”“納米安全性”和“測量標準”7個研究領域中排名第一，在“鋰電池”和“納米催化”中排名第二。我國在“鋰電池”和“納米催化”2個研究領域中排名第一，在“太陽能電池”“納米發電機”“納米藥物”“納米檢測”“納米安全性”5個研究領域中排名第二，在“測量標準”中排名第四，在“納米仿生孔”中未進入前五。
4.我國在納米科技領域已形成一批達到世界領跑水平的優勢研究方向和優秀團隊。例如，(1)太陽能電池：中科院化學所侯建輝研究員團隊2016年在小面積非富勒烯型聚合物太陽能電池器件中取得了創紀錄的11.2%的能量轉換效率，使非富勒烯型聚合物太陽能電池效率達到了富勒烯受體的最好水平;南開大學陳永勝教授團隊2016年創造了文獻報道的有機/高分子太陽能電池光電轉化效率的最高紀錄12.7%;華東理工大學鐘新華教授團隊2016年創造了量子點太陽能電池11.6%的效率紀錄;此外北京大學占肖衛教授團隊、中科院化學所李永舫院士團隊等也非常突出;(2)C1化學：中科院大連化物所包信和院士團隊成功實現了甲烷在無氧條件下選擇活化，一步高效生產乙烯、芳烴和氫氣等高值化學品;包信和院士團隊還將煤氣化產生的合成氣高選擇性地直接轉化為低碳烯烴;中科院上海高等研究院和上?？萍即髮W聯合科研團隊實現了溫和條件下合成氣高選擇性直接制備烯烴。
