（3）纳米研究
物质在纳米尺度下表现出的奇异现象和规律将改变相关理论的现有框架，使人们对物质世界的认识进入到崭新的阶段，孕育着新的技术革命，给材料、信息、绿色制造、生物和医学等领域带来极大的发展空间。纳米科技已成为许多国家提升核心竞争力的战略选择，也是我国有望实现跨越式发展的领域之一。
重点研究纳米材料的可控制备、自组装和功能化，纳米材料的结构、优异特性及其调控机制，纳米加工与集成原理，概念性和原理性纳米器件，纳米电子学，纳米生物学和纳米医学，分子聚集体和生物分子的光、电、磁学性质及信息传递，单分子行为与操纵，分子机器的设计组装与调控，纳米尺度表征与度量学，纳米材料和纳米技术在能源、环境、信息、医药等领域的应用。
（4）发育与生殖研究
《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006-2020》第五章要点节选
五、前沿技术
1.生物技术
（1）靶标发现技术
（2）动植物品种与药物分子设计技术
（3）基因操作和蛋白质工程技术
（4）基于干细胞的人体组织工程技术
（5）新一代工业生物技术
2.信息技术
（6）智能感知技术
（7）自组织网络技术
（8）虚拟现实技术
3.新材料技术
（9）智能材料与结构技术
（10）高温超导技术
（11）高效能源材料技术
4.先进制造技术
（12）极端制造技术
（13）智能服务机器人
（14）重大产品和重大设施寿命预测技术
5.先进能源技术
（15）氢能及燃料电池技术
（16）分布式供能技术
（17）快中子堆技术
（18）磁约束核聚变
6.海洋技术
（19）海洋环境立体监测技术
（20）大洋海底多参数快速探测技术
（21）天然气水合物开发技术
（22）深海作业技术
7.激光技术
8.空天技术
1.4 光学和光学技术的发展历程
光学既是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的前沿领域。Optics（光学）这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物，光学被看作关于光和视见的科学。今天所说的光学是广义的，是研究从微波、太赫兹波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的、关于电磁辐射的发生、传播和接收、与物质相互作用，以及视见的科学。
光学技术是利用光为人类的生产与生活服务的各种技术，包括照明技术、视见技术、光能利用技术以及光信息技术。其中，光信息技术是基于光学或光子学在信息领域的应用技术，是利用光学或光子学实现对信息的获取、存储、处理、传输和再现等方面的理论和应用技术，是信息技术和信息产业的支柱之一。当今，光学技术已经渗透到人类社会的各个方面，除了工业、农业、国防等国民经济的各个部门和人们的日常需要之外，甚至还渗透到娱乐、保健、环境美化以及人们的精神生活，光学技术无处不在，已经形成了一个庞大的光学产业，在国民经济中具有重要的地位。
1.4.1 光学发展史略
光学的发展历程是人类认识客观世界进程的一个重要组成部分，经历了从不完全和不确切的认识逐步走向较完善和较确切认识的过程。对光学规律的认识和光学理论的建立，有许多直接来自于生产实践，但也有相当多来自长期的系统的科学实验。同对其他物理现象的认识一样，光学的发展总是遵循着这样的规律：在观察和实验的基础上，对物理现象进行分析，去伪存真，由表及里，抽象和综合，进而提出假说，形成理论，并不断反复经受实践的检验。当理论和实践一致时，就循着这条路走下去，发现新的现象使理论不断完善；当理论和实践相矛盾时，就修正、补充理论，使之与实践尽量符合，甚至扬弃原先的理论而建立新的理论。
在光学发展的初期，很难区分光学理论与光学技术。随着光学理论的逐步完善，光学技术得到突飞猛进的发展，逐步开始与光学理论相分离，形成了如激光技术、光信息技术等独特的领域。本节主要讲授光学理论的发展，下一节将讲述现代光学技术的发展。
光学的发展大致可换分为五个时期：①萌芽时期；②几何光学时期；③波动光学时期；④量子光学时期；⑤现代光学时期。
宋代沈括在《梦溪笔谈》中用物动影移说明因光线的直进“为窗所束”而形成倒像的描述。
“若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东，又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂”。
1.萌芽时期
光学是一门有悠久历史的学科，它的发展史可追溯到两千多年前人类对光的研究。
最初主要是试图回答“人为什么能看见周围的物体”之类问题。
约在公元前400多年的先秦时代，中国的《墨经》就记录了世界上最早的光学现象。它有八条关于光学的记载，叙述影的定义和生成、光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文字阐述了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。它比公认的世（公元前468-376年）界光学知识的最早记录（一般认为是古希腊欧几里德）早了大约一百年。从墨翟开始后的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽时期，在此期间光学发展比较缓慢。
中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。它起源于火的获得和光源的利用，建筑在人们对于光学现象直接观察的基础上，并以光学器具的发明、制造及应用为前提条件。
中国古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面，除此以外，还有其他如折射现象、天然晶体的色散等；明清时期，光学从西方传入后，才有了光学仪器的制作等，但这些认识是零散的、定性的，绝大多数都只停留在对光学现象的描写和记载上，很少有系统的、定量的实验并进而升华为理论。
在欧洲，在罗马帝国消亡后的很长一段时间里，科学发展缓慢，光学亦是如此。这段时间对光学的贡献，主要是对直线传播、反射和折射等现象的观察、实验及规律的总结。克莱门德（Clemomedes）和托勒密（C Ptolemy，90-168年）研究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质界面折射时的入射角和折射角。
埃及的学者阿尔哈雷（Alhazen，965-1038年）反对欧几里德和托勒密关于眼镜发出光线才能看到物体的学说，认为光线来自所观察的物体，并且光是以球面形式从光源发出的；反射和入射线共面且入射面垂直于界面；他研究了球面镜与抛物面镜，并详细描述了人眼的构造。
作为光的反射和折射现象的应用，阿尔哈雷首先发明了凸透镜，并对凸透镜进行了实验研究，所得的结果接近于近代关于凸透镜的理论。
培根（R.Bacon，1214-1294年）提出透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜的可能性，并描述了透镜焦点的位置。阿玛蒂（Armati）发明了眼镜。波特（G.B.D.Porta，1535-1615年）研究了成像暗箱，并在1589年的论文《自然的魔法》中讨论了复合面镜以及凸透镜和凸透镜组的组合。
到15世纪末和16世纪初，人们对光的认识和结论是初步的、零碎的，没有形成系统的理论。但是作为技术应用——凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件已相继出现。
2.几何光学时期
进入17世纪，光学发展史出现了转折点。在这个时期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。科学发展的动力首先来自于人们的社会需要，为了提高人眼的观察能力，有人发明了类似光学望眼镜的玩具——“幻镜”，伽利略（Galileo Galilei，1564-1642年）将它改造成了望远镜。为了研究如何改进望远镜的效果，促使人们对光学进行深入研究。荷兰的李普塞在1608年发明了第一架望远镜。开普勒于1611年发表了其着作《折光学》，提出照度定律，还设计了几种新型的望远镜。他还发现当光以小角度入射到界面时，入射角和折射角近似地成正比关系。1621年斯涅耳指出入射角的余割和折射角的余割之比是常数，而笛卡儿约在1630年在《折光学》中给出了用正弦函数表述的折射定律。接着费马在1657年首先指出光在介质中传播时所走路程取极小值的原理，并根据这个原理推出光的反射定律和折射定律。到了17世纪中叶，基本上奠定了几何光学的基础。
在这段时期，对光本性的认识，是以光的直线传播理论为基础的。虽然从17世纪开始，就发现有与光的直线传播不完全符合的事实，如意大利人格里马第先观察到光的衍射现象；接着，胡克也观察到衍射现象，并且和波义耳独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹，但是直线传播的理论依旧占据着主流。
17世纪下半叶，牛顿和惠更斯等把光的研究引向进一步发展的道路。1672年牛顿完成了着名的三棱镜色散实验，并发现了牛顿环。在发现这些现象的同时，牛顿于1704年出版的《光学》提出了光是微粒流的理论，他认为这些微粒从光源飞出来，在真空或均匀物质内由于惯性而作匀速直线运动，并以此观点解释光的反射和折射定律。然而在解释牛顿环时，却遇到了困难。同时，这种微粒流的假设也难以说明光在绕过障碍物之后所发生的衍射现象。
惠更斯反对光的微粒说，1678年他在《论光》一书中从声和光的某些现象的相似性出发，认为光是在“以太”中传播的波。所谓“以太”，是一种假想的弹性媒质，充满于整个宇宙空间，光的传播取决于“以太”的弹性和密度。运用他的波动理论中的次波原理，惠更斯不仅成功地解释了反射和折射定律，还解释了方解石的双折射现象。
但惠更斯没有把波动过程的特性给予足够的说明，他没有指出光现象的周期性，没有提到波长的概念。他的次波包络面成为新的波面的理论，没有考虑到它们是由波动按一定的位相叠加造成的。归根到底仍旧摆脱不了几何光学的观念，因此不能由此说明光的干涉和衍射等有关光的波动本性的现象。与此相反，坚持微粒说的牛顿却从他发现的牛顿环的现象中确定光是周期性的。
在整个18世纪中，光的微粒流理论和光的波动理论都被粗略地提了出来，但都不很完整。牛顿的弹性粒子说和惠更斯的机械波动说对反射、折射现象都做出了解释。但关于光在介质中的速度，两种假说得出了不同的结论。当时人们认为光要么是粒子，要么是波动，两者不能同时兼得，因而发生了历史上有名的波动说和粒子说之争。但由于当时光速没有准确测定及牛顿的威望，粒子说占了统治地位。这个时期也可以说是几何光学向波动光学过渡的时期，是人们对光的认识逐步深化的时期。
3.波动光学时期
19世纪是光的波动说大发展的时代。1801年，英国物理学家托马斯·杨做了光的双缝干涉实验，并提出了波长的概念，使一度冷落的波动说有了新的发展。1808年，法国的马吕斯发现了光的偏振现象，1817年，托马斯·杨提出了光的横向振动的假说，1818年，法国的土木工程师菲涅耳假定光是一种在连续媒质（以太）中传播的横波，以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯－菲涅耳原理，证明了光的偏振、光的干涉和衍射现象以及其他已知光学现象，也能解释光的直线传播。
1849年，法国人斐索首次在地面上测量了光速，他又和另一位法国科学家傅科测定了水中的光速，1850年5月6日，傅科在其博士论文中宣布：水中的光速比空气中的光速要小，证明了惠更斯原理的正确性，从而使人们终于理解了光是一种波动的概念。
随着光波概念逐步被接受，人们又去研究光波传播的介质——“以太”的性质。
由于光是横波且光波的传播速度很大，要求“以太”是刚劲度比铁大千万倍的固体，但在其中运动又要不受任何阻力；为说明光在各不同媒质中的不同速度，必须假定以太的特性在不同的物质中是不同的；在各向异性媒质中还需要有更复杂的假设。此外，还必须给以太以更特殊的性质才能解释光不是纵波。如此性质的以太是难以想像的。
1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转；1856年，韦伯发现光在真空中的速度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光学现象与磁学、电学现象间有一定的内在关系。
1860年前后，麦克斯韦指出，电场和磁场的改变，不局限于空间的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比值的速度传播着，即是以横波的形式在“以太”中以光速传播。这使光的波动理论又向前发展了一步，即确立光是电磁波，但仍认为光要在“以太”中传播。这个结论在1888年为赫兹的实验证实。1876-1887年间，美国物理学家迈克尔逊和莫雷进行了搜索“以太风”的实验，但他们的实验得到了“负结果”，即没有发现“以太风”的存在。在新的实验事实面前，人们不得不寻找新的出路。
