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【创建和谐家园】语录—白春礼解读纳米
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纳米技术的现在和未来
在炎热的暑季大家从不同地方赶来，听这个报告，首先我对各位听众表示欢迎！那么我这个报告题目是纳米科技的现在与未来。
因为这个暑期作一个科普报告，所以我今天这个报告也是从科普的角度上来讲这个问题，报告我想分为这么几个内容，第一我想介绍一下关于纳米科技它的意义和发展过程。
第二介绍一下关于纳米科技的研究领域，它包括哪些研究领域，第三个方面介绍关于纳米科技它的发展的前景和展望。然后第四第五方面简单的介绍一下发达国家在纳米科技方面的研究水平和部署情况，以及我们国家纳米科技一个发展状况。
那么，纳米科技为什么要进行这方面研究，它的意义何在呢，我们知道著名的科学家爱因斯坦曾经说过，他说未来科学的发展，无非是继续向宏观世界和微观世界进军，那么宏观世界是什么，宏观世界就是说我们人类的肉眼可以分辨出来的物体，当然大至宇宙，宇宙的深处。
那么微观世界我们指的是原子分子，以及原子分子以下那些层次，那么纳米大家知道是个长度单位，那么这个长度单位如果说，我们把我们科学家目前所研究的这个物质世界的对象，都给予一个长度单位来表征出来。
比如以米作为单位，那么10个25次方米这个大约十亿光年，这个十亿光年这个范围是我们人类目前已经观测到的，这个宇宙大致的范围。如果减小到10的21次方米，这个大约是十万光年，这个范围我们可以看到银河系的全貌，到10的14次方米，这是一千亿公里，可以看到冥王星的完整轨道，那么到10的7次方米，这是一万公里，我们就可以分辨出地球的一部分，像从航天飞机上可以看到，那么到10的3次方米是一公里，从飞机上，我们看到分辨城市建筑物的排列，街区，到10的1次方米，这是十米，那么我们就可以看到足球场上运动员，看得很清楚，如果说我们把我们目光聚焦在运动员的腿部，膝盖这山，继续缩小我们的观测范围，到10的－2次方米，是一个厘米，就可以看到他腿上汗毛孔了，皮肤表面的皱纹就可以看到。
再继续往下走，到10的－4次方米，是一百个微米，就可以分辨细胞，细胞大小在十几个微米，到10的－6次方米是一个微米，那么我们就可以看到染色体当中，聚集着染色质，如果再继续往下，到10的－7次方米，这是一百个纳米，我们可以分辨染色质的两个部分。
那么再往下到10的－9次方米，这就是一个纳米我们可以分辨出dna里边的分子结构，到10的－10次方米，是一百个皮米，那我们可以看到电子云笼罩下的原子的轮廓，大家学物理的知道，一个原子，它是由原子核和电子构成的，外围的电子它有一个大概的轮廓。
再继续往下，到10的－13次方米，是一百个飞米，那么我们从整体上可以分辨出原子核。继续往下到10的－14次方米，是十个飞米，我们就可以看到，原子核当中的质子和中子，原子核是由质子和中子组成的，再往下到10的－15次方米，是一个飞米，我们就可以分辨出组成质子和中子的夸克 ，六个夸克来组成原子核。
那么再往下，到10的－16次方米，是一百个阿米，我们可以进一步看清夸克，那么一个夸克的大小大概在10的－19次方米，就是0.1个阿米左右。
那么刚才这个就是用一个长度单位，从我们宏观的宇宙深处，一直到我们构成物质最基本的粒子，夸克都可以把它连接起来，那么纳米是处于一个宏观世界和微观世界中间，所衔接点上，交接点上，那么在目前我们以米作为单位这个尺度上，从米分米到下面纳米，那么我们从这里可以看到，一个纳米是10的－9次方米，十亿分一之米，是一毫米的一百万分之一，如果说用它这个单位来表征作为常见单位，这个人一米八，那就是18亿纳米，手指上一点黑色的墨点，就几百万个纳米，所以一个红细胞得几千个纳米，这个dna分子，这个双螺旋，我们知道dna分子的双螺旋，你看螺旋，每一股螺旋的宽度是一个纳米，两个螺旋宽度差不多两个纳米，那么氢原子是最小的原子，氢原子的直径大概一个纳米，这个里边你看这个绿的原子就是氢原子，十个氢原子排成一条线，连在一起就一个纳米长。
那么什么是纳米科技呢，我刚才讲纳米是长度单位，那么纳米科技定义是什么，定义就是指的纳米科技是指再纳米的尺度上，那么这个尺度有一个范围，是1到100个纳米，并不是指的就在一个纳米上，是有一个范围，1到100个纳米，在这个范围上来研究物质的特性和相互作用，那么这个也包括原子分子的操纵。
那么这个特性可能主要是以量子特性为主，由量子特性产生的特性不一样，那么在纳米的尺度上，来研究物质的特性和相互作用，以及利用这些特性的这么一个多学科交叉的科学技术。
纳米科技它使我们人类认识和改造物质世界的手段和能力，延伸到原子和分子，那我们知道现在有纳米热，为什么会出现纳米热呢，这也就是说纳米科技它的重要意义何在，我觉得可以把它分成两个大方面。
一个纳米科技可以促使人类的认知革命，另外一方面纳米科技的发展，会带来一场产业革命，那么什么会促使人类认知革命呢，就是它的科学意义在什么地方呢，刚才我前面我做了一个介绍，就是说纳米科技，就是说一个长度单位可以表示宏观到微观。
在宏观上研究比如地球，我们人类研究宇宙研究天体，我们有很多的理论，包括牛顿的力学，包括我们现在研究的天文学，地球物理，物理学、地质学等等，有很多理论，研究原子核微观的我们有量子理论，也有很多研究，通过高能物理的现象，粒子物理研究原子核以下层次的基本粒子。
那么在宏观和微观的理论充分的完全之后，那么在纳米的尺度上，还有很多新的现象，新的规律，有待发现，新的理论有待建立。那么这个新的规律，新现象的发现，和在纳米尺度上新理论的建立，它也并不是一个仅仅是基础科学的问题。
当我们回顾20世纪科技的发展的时候，我们大家都公认，量子论和相对论的诞生，是奠定了我们现在通讯，信息技术，它是基础，尽管它当初是一个纯粹的一个基础科学的发现。我们1953年建立的dna的双螺旋结构模型，那就是一个分子的结构模型，但是，它奠定了现在分子生物学的基础。没有这个dna螺旋结构模型，就没有我们今天的基因技术，所以转基因技术等等都不会有的，基于这么一个dna的双螺旋结构模型。
那么同样在纳米的尺度上，我们发现了新的现象，新的规律，建立了新的理论，它肯定也会是新技术发展的源头，会带来很多新的技术革命，那么很重要一点，纳米科技也是目前引起政府和企业极大关注的一个重要原因，就是说它会引发一场新的工业革命，那么纳米科技它引发的工业革命，最主要的驱动力是来源于我们现在的信息产业。
大家在这一点上意识不足，报纸上炒得或者群众认识，大部分都是关于纳米材料并不知道最最主要的驱动力是来自这个方面，另外我们生命科学研究当追，dna蛋白质，包括生物分子马达，它都在纳米的尺寸上，所以说纳米科技它的发展，是未来信息科技与生命科技进一步发展的共同的基础。
它会对生命科技信息科技产生非常重大的影响，还有一个方面，就是说，纳米科技它不仅仅是一个未来高技术的问题，高新技术的问题，它也可以促进传统产业的技术改造，纳米技术现在已经渗透到一些传统的产业中去，也已经形成了相当的市场规模，1993年我们在北京组织了扫描隧道显微学的国际会议，那么，这个诺贝尔奖获得者，heniroler（罗雷尔），他参加了这个会，这个会议受到江泽民总书记接见，的与会的部分中外代表，那么他回国以后给江泽民主席写了一封信，这个信我翻译了以后，这是其中一段。
他讲他说许多人认为纳米科技仅仅是遥远的未来基础科学的事情，而没有什么实际意义，但我确信纳米科技现在已具有与150年前微米科技所具有的希望和重要意义。150年前，微米成为新的精度标准，并成为工业革命的技术基础，最早和最好学会并使用微米技术的国家，都在工业发展中占据了巨大的优势，同样，未来的技术，将属于那些明智接受纳米作为新标准，并首先学习和使用它的国家，我们应当记住，微米技术曾同样被认为对使用牛耕地的农民无关紧要。
他说的确微米与牛和耕犁毫无关系，但它却改变了工作方式，带来了拖拉机，这个纳米科技的概念最早提出来，是一个诺贝尔奖获得者物理学家，理查德·费因曼，他是美国加州理工学院的教授，他1959年做了一个很激动人心的演讲，他说我们加工材料，来制造装置，他说我们都是从大到小，就是说，我们要加工一个桌子，需要把木头不断的切，磨锯，把它锯掉再刨光，如果说我们加工一个工具，那车磨洗刨都要来做，都是从大往小里做，那么车下来的东西浪费了很多，他说我们知道，人类，目前世界上任何东西，都是由原子分子组成的，包括我们人类自身，包括空气，大气、海洋，桌子，麦克风，包括你的茶水，什么都是原子分子组成的，他说既然都是原子分子组成的，他说我们能不能够通过一个一个的，把原子放在一起，把原子分子就像砖一样，盖房子那样，我就把它盖成任何你想要的东西，就是由下至上，bottom-up，我来做你想要的东西。
如果这样的话，你就没有污染了，因为你需要什么我就拿什么放，对不对，而且非常高效率，而且你要是由上往下加工，太小了没法控制，你可以由下往上长，如果说，一个人，抚养一个小孩，比如从一个受精卵发育到一个孩子，或者从小动物培养，或者你植一棵树从小长到大，这个大家比较容易理解，都但知道这东西自己都能长出来的，但现在我们不了解这东西，那么我们如果了解了，我们就可以控制这个事情，是不是就更好。
那么真正提出纳米技术这个英文词的是1974年taniguchi，他最早用纳米技术这个词，nanotechnlogy，nanotechnology这个词最早使用它完全是为了描述精细机械加工，他说微米，微米技术，微米加工精度不够，得用纳米技术来加工，他只是这么一个含义，那么70年代后期，美国麻省理工学院的德雷克斯勒，他提倡纳米科技的研究，就是指的刚才说的，通过原子分子组装来制备装置。
那么，1990年，第一届国际的纳米科技会议在美国的巴尔的磨，与第五届的国际扫描隧道显微学的会议同时举办，那么纳米技术这个专业的学术刊物，nanotechnology（纳米技术），在1990年创刊，1991年创刊了nanotechnology（纳米技术），这两个专业刊物，那么大家认为，说90年代是纳米科技诞生的时候，90年代初，但是也有人不同意见，像美国科学家，他们认为纳米科技诞生的时候就是1981年，或者1982年，是扫描隧道显微镜诞生的时候，就是纳米科技的诞生之日，有人有这么一个观点。
这是1990年在美国巴尔的磨召开的第一届的纳米科技的国际会议，接着1993年莫斯科，1994年在丹佛尔，1996年在北京，98年在伯明翰，去年在美国波斯顿，目前已经开了六界的纳米科技的国际会议，那么在纳米尺度上，这种多学科的交叉性，展现了巨大的生命力，迅速的形成了一个具有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。
我是把纳米科技的应用领域把它分为三个大的方面，第一个是纳米材料，第二个是纳米装置，第三个是纳米区域的探测和研究，表征分析。
下面我就分别介绍这三个大的领域，这个纳米材料是纳米科技的基础，它的主要类型分为这么四个大的方面，一个是纳米颗粒与纳米分体，就是纳米材料它这尺寸，颗粒或者粉体都在纳米的量级，都是粉状的东西，颗粒状的东西，那么这是第一类。
第二类是以组的纳米材料，就是它有一个方向在纳米量级，比如说碳纳米管，是一个直径再纳米量级，但是非常长的，这么一个管状的东西，或者以维的纳米材料，纳米线，纳米硅之类的，以维纳米材料，就是一个方向上，两个方向上，是纳米尺寸，还有一个方向上是纳米尺寸。
比如纳米薄膜，纳米薄膜分成几个方面，一个是纳米的颗粒膜，就是说，颗粒大小都在纳米量级，表面上构成一层膜，另外一种膜就是纳米的层状膜，就是涂层的厚度在纳米的量级，一层一层的，纳米薄膜。
第四种是纳米块材，就是把纳米的材料给压制成一个整体的，宏观上看着跟一块一块一样的东西，这是纳米块层，大概分成这么四个大的类。
纳米材料的性能，它是与传统的材料，有非常大的不同，有的是传统材料所没有的，有的是传统材料的特性有了很显著的提高，比如说纳米金属固体的硬度，一般要比传统的粗晶材料，就是不是纳米的，要硬3到5倍，纳米固体铁的断裂应力，它比常规的铁材料会提高近12倍，那么纳米的固体铜，它比一般的铜材料的热扩散增强近一倍，那么纳米的磁性金属的磁化率，是普通磁性金属的20倍。
你想想看，它同样东西，材料品质不变，把它做成一个纳米量级，它很多性能就发生了非常重要的显著的改变，比如说，我们知道，铜或者铝，宏观上铜和铝什么样子，我们都知道，铜线，铝材，铝线，铝材，但是如果你把铜和铝给加工成纳米颗粒时候，你把纳米铜，纳米铝你放到桌面上的时候，它自己会燃烧起来，会着起来，会爆炸，它跟铜和铝宏观就不一样，所以它可以作为火箭推行剂的燃料，你想想这同样是铜和铝。
陶瓷耐高温，很好的硬度，但是它易碎，掉地上会摔碎，但是如果把陶瓷的颗粒，做成纳米量级，或者这里面掺杂一些纳米量级，它具有很高的硬度和耐高温，它同时掉地也不会摔碎，那么这样，比如做陶瓷发动机，它可以耐高温，它就不必像现在的发动机，需要水的冷却，它的热效率会提高。
另外一个纳米材料，纳米氧化物，这个纳米氧化物它可以在电场作用下，可以改变颜色，不同光，不同电场，就改变不同颜色，那么可以丰富多彩，做广告板。
另外像纳米氧化物，在催化及环境保护方面，都有广泛的应用前景，比如说，用纳米的二氧化钛，可以广泛的应用于防晒霜，防晒，化妆品当中，用的纳米二氧化钛，它可以吸收紫外线，防晒，另外它可以做轿车金属色的面漆，可以做高压绝缘材料，做银光管等等。
还有纳米二氧化钛具有催化性质，它可以降解汽车尾气，所以像日本已经在高速公路的两侧，在公路的隧道之内，设置了涂有二氧化钛的这种光催化板来防止汽车尾气，汽车尾气到催化板上，二氧化钛就把汽车尾气可以给它催化，变成性另外一种无毒的东西。
那么自清洁材料，那么这也是一个纳米材料很重要的应用，科学院化学所的江雷，他们做的这个纳米的自清洁材料，通过自己建立一套理论，进行超 的界面材料，这个设计可以设计成，比如说粉色的是输水，绿色的是输油，那么做成这样的材料，表明输水，这样表明输油，但是可以通这样，就是说，这块东西是输水，但是里面这块输油，或者这块输水，这里面这个输油，就使它具有既输水又输油的特性，界面的材料。
那么用这种方法，可以制备一些东西，比如说，这种超的双氢的材料，涂在玻璃上，那么，这面涂了，这面没有涂了，浴室里洗完澡以后，这面没有沾水珠，这面雾气就涂上了，这个不光是说家里镜子上，只是为了洗澡的时候不沾这个雾气，但是还有一种，比如汽车的玻璃，后视镜，你保持清洁，还有窗户，比如窗户玻璃经常脏，北京土也很大，你擦窗户很难，涂上这个东西以后，它有土落上去，那么一下雨，或者拿水一冲它马上下来了，冲完以后玻璃上不留下一圈一圈水印，就不用你再去擦去了，因为我是到他实验室（他实验室）安了这么一块玻璃，玻璃上涂了这么块涂料，我看了看这个确实不错，他拿矿泉水一冲，就不脏，其它地方还有很多水珠，脏东西留在那儿，尤其北京沙尘暴一来擦洗工作量比较（大）。
现在他们正在做瓷砖，表面瓷砖，也是一样，就是说能够有自清洁效果，当然衣服上也可以做，具有自清洁的这种功能，那么这个它仿照，比如说荷叶，荷叶它为什么出污泥而不染，它表面上水不沾，它有很微小的纳米结构，另外纳米塑料也是这样，比如说之我们这个塑料瓶可以装可乐，装雪碧，装矿泉水，但是塑料瓶不能装啤酒，但是啤酒玻璃瓶装，很容易爆炸伤人，玻璃瓶一炸了，把谁眼睛给炸伤了，要索赔，或者很重，运输也很不方便。
那为什么不能拿塑料瓶装呢，就是塑料瓶氧气透过率比较高，一般塑料瓶装啤酒以后，当天变质，马上就坏掉了，但是纳米的塑料瓶它可以有效隔绝氧气的透过率，它可以装啤酒，那么现在据说美国已经有这种纳米的塑料瓶装啤酒，我们国家，化学所已经做出了这种材料，也出口到日本去，现在在合作在考虑能不能把它也作为我们国家的装啤酒的塑料瓶。
但是吹这个瓶的技术，美国人有专利，所以说，这个可能还得看如何突破美国人的专利，所以这里做报告，我就希望我们今天还有很多年轻的科学家，工程师，希望你们特别注重专利的保护，要不然最后你有技术出来以后，专利覆盖了，也没办法。
那么也可以做纳米的尼龙材料，做帘子线，做薄膜等等，还有利用它做一些纳米的管材，具有自阻燃的特性，有些纳米的材料它自己烧不起来，不能燃烧，这样火灾的发生，很多由于它是有毒气体熏死了，而不是真正烧死的，那么塑料的东西，燃烧以后，产生有毒的气体，那么如果这个塑料东西它不着，你做室内装饰材料它就不会产生火灾，造成那么大的危害。
所以在材料的发展上，要想做材料的目标，还是要做更轻，更强可设计的材料，使材料提高它的使用寿命，从而降低维修的费用，那么再一个就是以新的原理和新的结构，在纳米的层次上，来构筑特定性质的材料，或者自然界不存在的材料。
那么做生物材料和仿生材料，还有对材料破坏过程当中，做纳米级的损伤的诊断和修复等等。第二个大的领域，讲纳米器件，刚才讲的是纳米材料，刚才我前面说了，我说纳米科技会带来一场产业革命，很重要一个因素是来源于信息产业对它的需求，器件的发展，是非常重要的，所以说，我们说，如果说将来纳米科技，我们到了纳米时代，纳米技术产生像微米技术这样，对于我们人类的生活和生产方式，产生这样深刻而广泛的影响，那么这才叫纳米时代时候到来了，那么这个到来的标志，就是纳米器件的研制水平，和应用程度。
比如有科学幻想，预期说将来做纳米的材料，纳米器件，说可以做成微小机器人，到你血管里头爬行，说里面血管内壁有胆固醇，给你清除，或者给你进行微小的治疗，那个时候就是说分子马达是非常重要的，因为分子马达它是不需要外接的电力，或者很粗的东西，它必须靠那个来进行运动，因为在体内就有。
那么用纳米器件制成的计算机，计算能力可以提高上千倍，那么所需功率仅是目前的百万分之一，这个纳米的光电的学可以使通讯带宽增强百倍，那么利用纳米技术也可以使信息存储量成千倍的提高，还有制成集成纳米的传感器等等。
第三个我来介绍一下关于纳米科技前景的展望，这个纳米科技它的应用领域可以分为几个大的部分，比如在材料和制备上面，这个前面我已经讲了应用，将来以后还有更有进一步发展，那么在微电子和计算机技术方面，我也举了它可能发展的例子，那么这里面我就不再讲了。
那么在医学与健康，航天与航空，环境与能源，生物技术，国家安全可以讲一点可能的展望，比如环境和能源，发展绿色能源和环境处理技术，来减少污染或者恢复被破坏的环境，用纳米技术，可以去除水和空气当中极小颗粒的污染物质，说这水脏了，你如何给它去除呢，可以在水当中，小于200个纳米的污染物，和空气当中小于20个纳米的污染物，来同时把它去除掉。
那么另外假如说你要通过纳米技术，把药物，很多人认为药物你吃完以后，实际上很多东西并没有被吸收，排出体外的，如果做成纳米级颗粒以后，会有助于药物的吸收，当然在介入治疗当中也非常有作用，比如说，我举个例子说，关于食道镜，胃镜检测对人损伤很痛苦，现在还没有用纳米技术，用微小制备技术，把检测的这种探头，做成一个药丸那么大，你可以吞下来，吞下来以后，腰带上别一个像bp机那么大的接收机，那么这个东西进到你的食道，胃里头以后，肠道里头以后，它不断向外发射，它这里面观察到图像，这时候你就可以知道，食道，胃里边它的内部的结构，就不需要非常痛苦的来吞食一个非常大的内窥镜检测的，这样给病人自己痛苦的这样一种观察治疗方式。
所以如果把药物或者治疗器械做得非常小的话，可能都不用纳米技术，都会给人类造福，使疾病的检测和诊断起到更好的作用，那么在生物技术上，在纳米尺度上，如何按照预定的对称性，排列来制备具有生物活性的蛋白质，核酸等等，如何加强通过纳米材料和器件中植入生物材料，使其兼具生物功能和其它功能，来打破生命物质与非生命物质的界限，以及生物仿生学药品和生物的可降解材料等等。
纳米技术在这方面也会有所作为，那么航天和航空，那么肯定是一样，你把器件做得非常之小，它不仅仅是减少体积，它会减少能耗，因为很多航天的器件，航空的器件是需要提供太阳能电池，提供能源，耗能越少就会增加航天器的有效载荷，成指数倍的降低耗能指标，像美国nasa（国家航空航天局）就希望，航天器采用纳米材料以后，发射费用，可以从目前的每磅一万美元，降至二百美元，那么，其制造成本也将只需6万美元做一个航天器，体积也会大大减小，缩小。
那么国家安全，就是我们现在这种微电子技术，对我们战争这种方式，对国家安全影响，我们就可以知道，纳电子技术，同样会对国家安全产生非常重要的影响，那么不仅仅是在这方面，就是说它对国家经济安全，和国防安全，都是谁掌握了纳米技术的知识产权，和广泛应用，都会处于非常有利的地位。
那么纳米科技对于维护国家安全的重要性，从当前的微电子技术，对信息战的影响，就可见一般，所以纳米科技的发展，会给未来战争带来比目前信息技术更大的影响，从战场上的大容量信息，包括数据图像的实时传递，战争的指挥，导弹的预警，核武器的防护，到纳米技术制造的微型侦查装置等等。都会对国家安全产生非常重要的影响。
现在美国国家纳米技术倡议，在国家安全方面又包含很多的内容，那么纳米的发展也可能经历过几个阶段，美国一个公司预期纳米科技发展可能经历五个阶段，它说第一个阶段是要准确的控制原子数量，在100个以下的纳米结构物质，这需要使用计算机设计制造技术和现有工厂设备，超精密电子装置，那么这个阶段市场规模大约是五亿美元。
第二个阶段是生产纳米结构物质，这个阶段纳米结构物质和纳米复合材料的制造，将达到实用化的水平，其中包括从有机碳酸钙当中，制取的有机纳米材料等等，这些市场规模，大约在50亿到200亿美元之间，第三个阶段就是大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能，那么这个要求有高级的计算机设计制造系统，目标设计技术，计算机模拟技术，和组装技术等等，这个阶段市场规模将达到一百亿到一千亿美元，到第四阶段就是纳米计算机将得以实现，那么这一阶段的市场规模将达到两千亿到一万亿美元，那么第五个阶段是将研制出能够制造动力源与程序的自律化的元件和装置，市场规模将达到六万亿美元。
他预计在2010年之前，纳米技术有可能发展到第三个阶段，就是超越量子效应障碍的技术，将达到实用化水平，这超越量子效应障碍的技术什么意思，就是前面我讲的，就是说由于微电子技术的发展，量子效应会越来越显著，线条宽度越小的话，那么量子效应对微电子技术的发展，会产生技术局限，或者叫量子效应障碍，那这么一说十年左右时间，超越这个障碍的技术也可以会达到实用化的水平。
任何一个国家，他们都为了争夺纳米技术领域的领先地位，每个国家，都纷纷的实施了纳米科技的研发计划，在不同的方面各有特色，有些方面，比如美国在纳米结构的组装体系，纳米颗粒制备合成，纳米生物学方面，处于一个领先地位，欧共体在纳米器件，纳米仪器，超精度工程等方面具有领先地位，那么德国在分子电子学技术，在纳米材料方面，超薄膜方面有很强优势，那么日本在纳米器件和复合材料方面有较强实力，说每个国家自己优势方面可能不尽一样，他们就是以未来的经济发展和国家安全的需求为目标，来推动纳米科技领域的基础研究，义务研究和开发研究。
那么重视纳米技术和纳米材料，改造传统产品和产业，产业和产品，提高技术含量，生产能力，那么美国，已经开始推动了一个国家级的纳米科技的研究计划，政府投入将近5亿美元，完全是联邦政府的投入，德国和法国也分别建立了国家级的纳米科技中心，配备了很多的人，给予了很强的投资，德国也有六个中心，美国有十几个中心，日本也是有大的国家计划，另外也推动新的研究中心的建设，那么我们国家，实际上在90年代，就已经通过攀登计划，科学院的部门，基金委就投入了一些钱，来资助纳米科技研究，但是在前一阶段，我们总共投入大概七百万美元，跟发达国家相比，有很大差距，我们国家国际上地位可能在纳米材料方面还比较好，在其他方面比较弱，材料在第四位左右，现在最近又有进展，是95年统计的，最近我们纳米材料领域还有更多进展。
那么国内也成立了很多大学，有大学，科学院成立了一些研究中心，那么两会通过的十五纲要，把纳米材料，纳米科学的进展，作为十五规划当中科技进步和创新的一个重要任务，所以国家也是制定了这方面的计划，现在刚刚发了一个国家级的纳米科技发展的纲要。
我们认为，就是说为了我们国家科技的发展，提高我们国家科技竞争力，我们认为只要我们能够决策得当，决策正确，措施得当，突出重点，我们完全可以在国际纳米科技舞台上，占有一席之地，并且在某一方面实现跨越式的发展。
我们国家目前成吨级以上的纳米粉体的生产线已经有将近20条，现在不完全统计，有300多家企业从事所谓纳米科技的发展，当然90％以上都是50以下的小企业，民办企业比较多，所以我们国家希望通过这个总体的目标，希望能够建成若干具有国际一流水平的科研创新基地，大幅度提高纳米科技的创新能力，能够形成一批具有市场竞争力的骨干企业。
那么，在这方面，我们可能还要围绕国家目标，加强基地建设，同时要把基础研究和应用研究相结合，尤其对市场需求，要以市场需求为导向，加强应用技术的开发，促进产业化，同时还要注重知识产权，知识产权的保护，尤其在纳米器件方面，国外申请了很多很多的专利，那么在这方面我觉得我们国家应该特别注重知识产权的保护，不要再过几年以后，我们自己即使开发出新的技术来，但是已经被人家所涵盖。
国家现在已经成立了国家的纳米科技指导协调委员会，来加强对纳米科技研究与开发的领导与协调，同时准备实施国家的纳米科技专项行动计划，有助于调动各方面积极性，集中精力和条件，能够在某一方面取得重要突破，我想我今天就把关于纳米科技它的概念，它的定义，它的发展的历史，它的研究的领域，以及发展的展望，以及国外国内以及我们科学家对纳米科技发展的一些基本情况，跟大家做了一个简要介绍，我想我就讲到这，谢谢大家！
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【创建和谐家园】语录—陈一坚引航“飞豹”
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主讲人简介：
陈一坚，西北工业大学教授。中国工程院院士，1930年出生，“飞豹”歼击轰炸机总设计师，曾获得国家科技进步特等奖。
内容简介：
飞行器随着技术的发展、科技的发展，飞行器的性能是不断地提高。提高的速度也是非常快，光从速度来看，现在都已经是超音速，都不在话下了。然后要突破热胀，将来要搞高超音速飞行器。所谓高超音速的飞行器m数是5以上，就是高超音速飞行器。从速度这个例子来看呢，它发展非常快。一百年里面跨越很大一个步伐，由于这样一个武器装备性能的提高，影响了军事理论的发展。从第一次世界大战开始，用【创建和谐家园】、用步枪、用机关枪、用手榴弹，作为进攻武器开始，就出现了新的军事思想，就是立体战争、就是制空权的战斗。一直到今天，由于我们飞行器的本领大大提高，军事理论也逐渐得到发展。
战斗机的未来之路也就是高科技的发展之路，是战斗能力更强、战场生存能力更高的发展之路。以信息化为基础的飞行器就把飞机变为网络里面一个接点，再一个趋势就是飞行器本身的各个组成部分都智能化、自动化、集成化，这是将来发展的一个趋势。再一个就是飞行器的无人化、飞机设计的数据化、一体化，这是将来的大方向。再一个就是飞行器的制造全部数字化、精益化，精益化的效率非常高，像美国精益化的设计部件零件可以减少百分之二三十，它的成本降低50％，挺厉害的！精益化三分之二，这个效率非常高！所以高科技有非常高的黄金含量，道理就在这儿。
《战斗机的未来之路》 （全文）
飞行器随着技术的发展、科技的发展，飞行器的性能是不断地提高。提高的速度也是非常快，光从速度来看，现在都已经是超音速，都不在话下了。然后要突破热胀，将来要搞高超音速飞行器。所谓高超音速的飞行器m数是5以上，就是高超音速飞行器。从速度这个例子来看呢，它发展非常快。一百年里面跨越很大一个步伐，由于这样一个武器装备性能的提高，影响了军事理论的发展。从第一次世界大战开始，用【创建和谐家园】、用步枪、用机关枪、用手榴弹，作为进攻武器开始，就出现了新的军事思想，就是立体战争、就是制空权的战斗。一直到今天，由于我们飞行器的本领大大提高，军事理论也逐渐得到发展。
而且现在的战争越来越是不对称的、非接触的，所谓非接触就是看不见了。你在哪儿、我在哪儿你都不知道。过去肉搏的时候，是面对面的，枪对枪刀对刀。后来格斗还看得见，或者说远距离格斗，看不见，我还用雷达来瞄准。现在的战斗越来越发展为非接触的，另外就越来越是非对称的。非对称的概念很广泛，实际上最简单的概念就是技术上的差距太大了。所以说从这个角度来看呢，再加上现代信息科学的发展，使过去单机与单机，编队与编队的制空权作战，发展为空、天、地、海、电五维立体战争。从过去单机对单机，编队对编队，发展到今天体系对体系的战争。所以说航空器在军事领域里面的贡献，那是非常重大的。这是什么意思呢？大家都知道c4isr，就是美国人开发的一个通讯联络系统，实际上它就是指挥、控制、通讯、计算、情报、监督、侦查还有对抗。这五六个功能在整个系统里面都体现出来了，将来是怎么样一个局面呢？就是天上有卫星、空中有预警机、有加油机、有电子对抗机、还有我们的战斗机、攻击机、轰炸机、运输机、海面有军舰、有潜艇、地面还有防空的雷达、雷达站、有指挥部、有陆军指挥部、有空军指挥部、有海军指挥部、有总指挥部，就是这么一个整个立体的系统。都要把它串起来，有了信息以后，就有可能把它串起来。串起来通过什么手段呢？实际上就是信息里面的一个组成部分，就是一个数据链，用数据链把信息串起来。以信息作为载体，数据链作为一个手段，把这么多东西包括空间、地、海全部把它连在一起，那效率就非常高。就是说我飞机是一个载体，也是一个信息载体，也是一个信息的接点。它在天上看见敌人有一个目标，它可以把实时敌人的目标传到指挥部去了。或者说看到敌人有一个军舰编队，就传给我们的海军的军舰，就实时的把信息都传给它了。这样子的话呢，就可以减少很多人为的环节，大大节省时间。加快了战斗的决策，加快决策的时间和它的力度。这样子的话，就是打胜仗就有了保证。时间在战争的概念里面比经济的概念还要厉害，它是争分夺秒的一个概念，你抢了一分钟，你抢了一秒钟，你就抢了主动权。所以今天的战争已经跟过去大不一样，是一个五维的立体战。因此我们要在整个飞机、或者攻击机、或者轰炸机等等都作为立体里面的一个组成部分。因此现在设计飞机，不能像过去那样子，只考虑到自己飞机的性能就完了。它应该放到整个五维的立体里面去考虑飞机性能应该是怎么样，应该是怎么设计它。就是我数据链，上下行数据链我应该是怎么设计？接口怎么设计？和机体里面的计算机怎么匹配？这些问题是很大的一个题目，可能一个人搞一辈子也不一定能搞得好。
第二个飞行器和航空、航天过去好像分得比较开，为什么？过去我们航空高度基本上是二十公里以下，作为我们的领域在那儿奋斗。航天一般在四五十公里以上，接近地球轨道作为航天部门的一个领地，他们在那儿攻克它的难关。因此当中有一个断档，从高度上有一个断档，现在航空的发展呢，它往高发展。那就要占领三十、四十公里高度的领域。这样航空和航天由于信息的基础有了，因此我们高度再提高一点，通过信息呀，就把航空跟航天的界限就模糊化了。这样，航空和航天就融合了。你譬如空间飞机，实际上既是航空的也是航天的，这是由于有了信息这个手段以后，你飞得高，就有这种可能。
第三个，就是机载设备全部信息化，大家都知道机载设备很多，大概主要的是三个系统，一个雷达火控系统，再一个就是综合电子系统，再一个就是电子战的系统。战斗机或者战斗轰炸机还有很多系统，但是这三个系统是最突出的，跟信息有联系的，可以建立立体战的一个手段。这个也把信息数据的技术都融化在许许多多的系统里面去，大大改善了系统的性能。所以飞行器的设计，飞行器的使用对军事作战的影响，将会以五位的立体战作为考虑，这是我要讲的趋势第一个问题。
第二个问题呢，就是飞机一体化的设计技术。我是搞飞机设计的，飞机设计应该说是随着科学技术的发展，它在不断地变化。我搞“飞豹”飞机的时候，最后句号划在“飞豹”飞机上，搞“飞豹”飞机设计呢，那就是一个专业一个专业大家分头去设计、分头去优化。比如说我搞雷达的，我把雷达设计得最好、功能最多、最准确、最好操作、最好控制，每人都有每人专业，自己都把自己专业设计最好，这是每人必然的一个趋势。让你干活你肯定想干得最好，在这样一个基础上，由各级总师，最后由总设计师协调这里面所有专业的谁应该服从谁，谁应该砍掉一点，做一个协调和取舍。这里面呢，就比较多了，有一些主观的臆断在里面。所以没有一体化综合设计的，这么一个概念是不行的。大家都知道数学上面、优化理论里面实际上已经说清楚了，就是很多局部的东西，局部的专业，所有专业都优化完了之后把它加起来，变成一个飞行器，它不一定是最佳。这飞行器不一定最佳，就是局部最佳的机械之和，不等于说总体最优。因此今天由于有了计算机技术，有了信息技术，我们就可以把许多专业分开优化，变成一体化的优化。说简单一点，就是综合设计。
我举几个例子，过去设计飞机单搞飞机，设计发动机单搞发动机。现在设计的时候飞机和发动机就可以一起优化，发动机设计到什么样的油耗？什么样的推力？什么样的重量？能够满足我这个飞机的需要。还有你譬如说飞机发动机加上飞行控制系统，我这个总设计师要求这个飞机有多少个控制率，这个都定下来了。然后你飞机和控制系统就可以集体去优化它，因此在这地方大家就可以看，气动布局加上动力，再隐身。这些东西呢，就是飞机的几个主要的总体布置的几个主要的一些需求，把它综合到一起，搞一体化设计。正因为有了计算机、有了软件，过去人不可能综合，人用那个手摇计算机都解决不了，回答不了这个问题。那个方程式太大了，解不了，我举这么个例子。
后面当然还有很多了，大家看，结构、强度、工艺制造一体化，将来我这个设计院，设计出来的这个结构图纸通过计算机网络就给了工厂，工厂接到这个数据流以后，它就变成它的工艺装备的一个设计依据，这就连起来了。过去不是，过去是我们把图纸发过去，它再消化图纸。再把图纸变成它的加工依据，那不但效率低，而且错误多。还有就是飞机的性能，飞行的控制系统，飞机的作战方案，武器这五个一体化。那就是使我们的火控系统效率大大提高，发挥集体的优势。再一个就是机载电子系统、电子战、人机工程，显示一体化。这几个专业都给飞行员提供信息的，过去我们也是分开干，各干各的，将来就是一体化了。
第三个就是超音速巡航，过去我们民用飞机除开“协和”号以外，基本上都是高亚音速的。军用飞机我们现在能够超音速，但是不能够超音速巡航，就是我这个超音速时间有限制。过去的飞机，第三代以前的飞机它这个阻力特性，就是气动效率还不足以长时间超音速飞行，再加上发动机性能不能够支持超音速长时间的巡航，到了今天，气动效率大大提高，大家都知道，过去我们声阻比七、八，已经搞得很了不起了，现在声阻比都是十几啊，十二、十三，预测二十年左右，大概声阻比就可以达到二十，气动效率大大提高了，再加上发动机也很争气，它这个推重比也很大，因此就有可能提供超音速巡航的这种可能性，大家都知道，亚音速的阻力和超音速的阻力，基本上是一倍的关系，亚音速0.0021，超音速是0.004，这个阻力系数大概是这么个量级，就是一倍的关系，所有的先进技术用上去以后，发动机不推加力，它就可以超音速飞行，而且是长时间。像美国的f22飞机，它就可以在马赫数1.5的情况下长时间的飞行，这优越性大了。
第三，在相同的载油条件下，有超音速巡航能力的飞机，可以飞得更远。第四，在空军作战里面，有了超音速巡航能力，它的飞行半径就可以扩大很大。如此等等，有很多的优势。因此超音速巡航是第四代歼击机和超音速战略轰炸机一个追求的目标。再一个就是超机动能力，这个机动大家都知道，飞机作战的时候，都是你追我打，对不对？敌人在前面我在后面，很多因素决定它机动的特性。我举两个例子，一个爬升率，“飞豹”飞机爬升率是每秒二百米，要是敌人飞机的爬升率每秒180米的话，我就比它多了二十米，那肯定我占优势。我早就占领有利的地域来瞄准你，来发射导弹打你。第二个就是盘旋半径，过去格斗，近距离格斗的话，还是你追我打，尾追攻击为主。要是我的盘旋半径很好，你的盘旋半径很小，那我一下兜到你后面去，尾部攻击马上就成功。
再下面是高超音速飞行器，这刚刚已经说过了，飞机大概要突破几个障碍，一个低亚音速，然后高亚音速，然后是通过音障，m数等于1，这些都已经解决了。后面就m数到了2.5的时候，就遇到了热障。热障什么意思呢？是m数2.5以后呢，它气动加热很厉害，一般“鼻子间”和机前缘温度都达到220度到250度这个范畴。在这个温度底下铝合金基本没有多少强度了，所以说就出现了热障。就是你材料要不过关，你超过m2.5不可能。因此就出现了热障，现在热障呢，问题也解决了。
美国人在七八年以前，就开始搞m15到20的叫做超音速洲际轰炸机，那就比音速大15倍到20倍的速度，这种武器那是非常可怕的。就是比那个洲际导弹还厉害，洲际导弹它还有一个过程。，它是可以高可以低可以有人操纵、可以无人操纵，带了很多精确制导武器，那就是很有作用的。因此由于高超音速飞机，出现了像乘波飞机。什么叫乘波飞机？大家都知道，激波是一个消耗能量，是一个坏事。激波对气动力来说，本来是个坏东西，现在要把坏事变好事，把乘波的能量打到机翼上面，提高机翼的升力，坏事变好事。它呢还不增加阻力，所以声阻比猛地又提高一个台阶。因此这个飞机美国人正在做，我们也有这种远景的规划。由于高超音速飞机，基本上最大的两个问题，一个是动力，一个是材料。刚刚我已经说过了，马赫数越高，温度越高，这个问题就要解决。除非你不进大气层，在外面那跟卫星一样。你一进大气层，就有气动加热的问题。因此材料的问题很重要。第二问题就是发动机很重要，我们将要发展超音速的超燃冲压发动机，还发展超音速的燃气喷流发动机。我们现在喷气式发动机，它加热以后，燃烧以后那个喷流一般都是亚音速的，在m数0.5、0.4。这个喷流要是能够大于m数1的话，那推进效率就高得多。后面还发展脉冲爆震发动机，它是用的热力学脉冲波的原理产生推力。它这个压力，可以达到十到一百个大气压。燃烧温度可以到2800度，爆震波的频率大概是一百到一百二赫兹，m数可以飞到大于四大于五都可以。最大的优点就是它可以在速度零的时候，就可以启动。火箭倒是可以速度零上去，但是火箭要带助燃器，重量大一倍。这个冲压发动机马赫数不到四，它是点不了火的。因此它是在马赫数三、四以后才能用冲压发动机，而在爆震发动机m数等于零的时候，它就可以点火，就可以产生很大推力。高超音速飞行的时候，它这个推力越来越好。因此将来高超音速飞机的推力它的推重比可以达到二十以上，在五十公里以下m数可以从零飞到十，做洲际攻击用。
再一个就是隐身技术，大家都很关心隐身，像f117和b2，这是第一代隐身。我刚才说了飞机有四代，俄罗斯五代，相当于美国的四代。实际上世界上公认的就是四代，隐身飞机又有两代，f117、fb2，基本上是隐身飞机的第一代。然后f22和f35是隐身飞机的第二代。第一代是为了追求隐身，牺牲了气动特性。f117带棱带角的，那阻力非常大，所以f117只能亚音速飞行，它没法超音速飞行。到了第二代f22，它把隐身和气动力兼顾，因此它既能超音速巡航，也能高超音速飞行。隐身的手段有哪些呢？第一就是刚刚说的气动布局上面做了很多文章，使敌人的雷达波大量丧失掉了，回不到敌人的雷达站。因此敌人就看不见你，这就叫隐身。很简单，但是技术很复杂，这是一种手段。第二种手段就是表面涂一个吸收雷达波的材料，基本上是氧化铁之类的东西。它什么机理呢？就是敌人的雷达波到了这个涂层以后，它就变成热能了，把雷达波的能量都消耗掉了。因此它回去的雷达波很微弱，敌人也看不见我。实际上就是激活表面电荷，衰减雷达反射信息的强度。简单一点说定义就是这个定义，就是涂层的定义。第三个就是红外隐身，刚才我说了，飞机超音速飞行有热度，因此就有红外。发动机射流两千多度，这个温度很高，那敌人红外的仪器一下就抓到你了，红外导弹一下抓到你了。因此我要想办法在喷流里面加入一些特殊的一些东西，使喷流温度下降。还有就是把发动机背在背上，下面看到至少隔了一层飞机。对不对？它红外的信号就衰弱了很多，还有就是用燃油冷却的办法，使喷流的温度降低下来，然后燃油又回去点火。
再一个呢，就是等离子隐身，等离子就是把飞机，里面搞这个等离子发生器，使飞机的周围被等离子包围了。大家知道等离子云对电波来说是一个非常大的吸收的东西。据说美国b2是用这个办法，所以你看b2就是一个飞翼。光溜溜的一个飞翼，它没有气动力特殊的措施，但是它是用的等离子隐身的办法。等离子体本身是能够吸收电磁波的，这样就能达到隐身的目的。
再一个呢，就是目光隐身。目光隐身大家都知道，陆军穿迷彩服就是保护色，飞机也喷迷彩的涂层，也是为了使白天的时候人家看不见你。不是完全看不见你，而是看见你很慢、很晚。还有一种做法就是把隐身的一些材料搞一个导电，这个涂层导完不同电压，它会变颜色，变成变色龙了。这样子就可以起隐身的作用，所以隐身现在是非常宽的范围，从雷达波一直到可见光，这个频带里面都有隐身技术。当然也有防隐身技术，就是“魔高一尺，道高一丈”，也很多。我随便举个例子，我们空气里面基本上是充满了电磁波的，要是说一个雷达我发现不了，我要是两个雷达、三个雷达，定点雷达。这个飞机飞过电磁波的时候，就把电磁波加以扰动。扰动以后，三个雷达测出来的量是不一样的，由这样一个原理我就可以用三个雷达或者两个雷达，就把敌机的位置给它定下来。首先要打它首先要定位，你既然看不见它，我用这个办法定它的位。定它的位我就可以引导导弹去打它，隐身效果大概一般是这样子。举个例子，f22在雷达上面就相当于一个玻璃弹球，我小的时候也打过玻璃弹球。大家都知道，就这么大。现在f22的rcs，就是隐身的指标，就跟玻璃弹球一样大。
下一个就是微型飞行器，微型飞行器就是这些东西。它的定义多大，它的定义就是大小不超过十五厘米，巴掌大，手掌可以托起来的。我给它起了一个名字，叫做手掌型飞机。到了纳米级的飞机呢，就变成昆虫一样、跟苍蝇一样大小，那就是昆虫型的微型飞机。它最大的重量是一百克以下，有效的载重呢，大概是五十克。它的速度是二十米以下，每秒二十米以下，作战半径是十公里以下，价格单机价格就是一千美元。那你说f22是两亿美元，它一架微型飞行器就一千美元，那便宜得很。那就可以大量用，将来步兵，所有的士兵手上都可以拿这个东西。揣口袋里，需要的时候拿出来。你譬如说你的敌人躲在墙根后面，我看不见你，那没办法了。那我把这个小型飞行器拿出来一飞，马上就看见了。它上面有实时侦查，实时就报回来。士兵这个笔记本就看见墙后面的敌人是什么个状态，是吧！这是非常有用的，第二个呢，就是可以搞个信息的中继系统。那就是它飞到某个地方去，它可以拐弯了。可以把信息通过它来给我中继，还有一种呢，就是特殊情况下，你比如核环境，生化环境、化学战的环境，这个人进不去，那只能派它。它没有人就可以进去了，它可以把实时的情况都报回来。
更大一个就是情报，搞间谍活动。那将来就是跟苍蝇似的，也没有声音。就落在你的窗台上，你里面开会的所有声音它全部实时都传回去了。间谍活动，过去大家都知道，间谍活动是因为我们这个房子可以搞电磁屏蔽，可以搞很多。但是我讲话，那个玻璃总要震动吧。对不对？过去的间谍就把激光束瞄准玻璃，然后把玻璃震动接收下来，然后转换成声波，这是过去的间谍活动。现在有了这么个小家伙，那我随时都可以发出去，随时都可以收到，很多。我们想得到其他手段得不到的东西，进不去！小家伙可以进去。再一个就是说你这个小东西还能够带高爆炸的弹药，现在有一种弹药爆炸力非常大、非常轻，它可以带五十克，一个微型飞行器带五十克。我洒出去一千个，那威力就非常大了，敌人一片它就可以把你都炸平。这无非就是一千乘一千，一千美元一个。
无人机技术是现在发展的趋势，大家都知道，无人机有几个优点：它因为没有人，对不对？那就是把这个空间和重量就可以装很多测试设备。第二个优点就是它没有人后可以过载。过去飞机有人，过载只能到八到九，这还得穿抗核服。飞机还要穿抗荷服才能飞，才能拉过载。不然的话一拉过载，血都从脑袋都到脚底下去了，马上就晕，就失去知觉了，没法操纵飞机。这就是人受不了那么大的机动，搞了无人飞机，没有人，所以它就可以过载。
材料的趋势，一句话：钛合金和复合材料含量大大提高，钢和铝逐渐降低，但是铝合金里面的铝锂合金比重提高。
多电飞机，那就是过去操纵飞机的时候搞液压和空气系统，以后全都用电。这个多电系统可以发几兆瓦的电，将来我这个飞机上面要搞激光器，激光最耗能量了，没有全电的新的发动机不行。有一种新的发电机，叫做磁阻开关稀土发电机。和飞机发动机轴连在一起，它的转速一般都可以到每分钟五六万转。这样一个发电机就可以提供大量的能源，可以使我们飞机机载激光的系统得到实现。
最后总结一下，飞机发展的趋势，大概有这么几条，第一从大小来看，往两极发展。你看大的像安225飞机，550吨起飞重量，商载250吨，你看多厉害！第二个从高度来看我刚刚已经说过了，从低空到高空，和航天器接轨，模糊航空航天的界限，这是我们的方向趋势。从速度来看，从低速每秒钟二十米、十米的飞行速度，一直到高超音速m15，大于音速的二十倍，往两头发展。以信息化为基础的飞行器就把飞机变为网络里面一个接点，再一个趋势就是飞行器本身的各个组成部分都智能化、自动化、集成化，这是将来发展的一个趋势。再一个就是飞行器的无人化、飞机设计的数据化、一体化，这是将来的大方向。再一个就是飞行器的制造全部数字化、精益化，精益化的效率非常高，像美国精益化的设计部件零件可以减少百分之二三十，它的成本降低50％，挺厉害的！精益化三分之二，这个效率非常高！所以高科技呀，有非常高的黄金含量，道理就在这儿。我今天给大家讲了这么一些东西，仅供大家参考。就是希望能够对大家将来的学习和工作开一点眼界，航空工业的前途是绝对光明远大，有待诸位的努力。我希望将来有不少的院士、有不少的总设计师出现在你们之中。
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【创建和谐家园】语录—洪昭光与健康手拉手