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国际纳来技术标准化动态
沈电洪王孝正任晓芬
纳米，是十亿分之一米。各国科学家普遍认为，纳米尺度的材料和具有纳米结构的材料的独特性质，可望发展出新型的功能材料和功能器件，以至于形成新型的产业，纳米科技将对21世纪的科技、国民经济乃至人们的生活方式产生重要影响。纳米技术是20世纪80年代发展起来的新兴技术，因此纳米技术和产业还处于起始阶段，纳米技术的标准化是跟随纳米技术的产业化来的，世界各国正在抓紧部署纳米技术的标准化工作。本文简单介绍国际纳米技术标准化动态，还简要介绍与标准化工作有关的纳米测量技术的国际动态。
一、纳米技术标准化的重要性和迫切性
纳米科技越来越受到世界各国的重视和支持，尤其是发达国家的青睐。2003年美国国会以政府行为通过立法确定用37亿美元支持纳米科技的研究与开发。欧盟、日本、韩国等国家都投入大量经费用于支持本国的纳米科技研究领域。纳米技术也在传统材料、医疗器材、电子设备、涂料等行业得到了广泛的应用。在产业化发展方面，除了纳米粉体材料在美国、日本、中国等少数几个国家初步实现规模生产外，纳米生物材料、纳米电子器件材料、纳米医疗诊断材料等产品仍处于开发研制阶段。但是，其发展势头很快，根据2001年3月日本经济团体联合会的估计，2005年全球与纳米技术相关的产业市场将到240亿美元，2010年将达到2700亿美元。届时纳米制造业将占整个制造业市场的6％。由于与纳米技术相关产业的崛起，引起世界各国，特别是发达国家对与纳米相关产业标准化工作的高度重视。
我国纳米材料研究始于80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，国家“863”、“973”新材料专题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。通过这些计划的实施，国家在纳米技术研究方面已投入了大量的人力和物力。据了解，近年来我国纳米技术专利申请数增长迅速，现已排在美国、日本之后名列世界第三，占世界总量的12％。在2001年以前的10多年中，我国申请纳米技术专利总计不到千项；但“十五”以来，我国纳米技术专利申请数增加明显加快，现已拥有2400多项专利。我国在纳米材料的生产及其应用的某些领
域内达到了世界先进水平。但在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家仍有明显差距。
2004年，中国纳米新材料市场总体规模达到29.2亿元，年增长率为18％，连续5年保持了15％以上的增长速度。其中，纳米粉体材料市场达到27.4亿元，占总体市场规模的93.8％，纳米复合材料市场1.8亿元，占总体纳米材料市场规模的6.2％。某类产品，如纳米碳管材料、抗菌材料等在国际市场上很受欢迎。
但是，应当看到我国的纳米技术产品急需用标准来规范，因为技术标准不仪可以规范产品的生产，提高产品的质量和生产效率，它也是沟通国际贸易和国际技术合作的纽带，一个国家标准化的程度直接影响到贸易中技术壁垒的形成和消除。如果说一项专利影响的只是一个企业，那么一个技术标准影响的则是整个产业。因此，跟踪纳米技术标准化的国际动向，加强我国纳米技术标准化工作，对我国纳米产业的发展是非常重要的。
在纳米技术中需要标准化的领域有三个方面：即纳米材料、纳米加工和纳米测量。现举几个实例来说明：
纳米碳管的强度是钢的100倍，它的电子迁移率是常规晶体管的1000倍，它的电子发射能力是普通金属的100倍，热传导率是金刚石的数倍，它可以具有金属或半导体的性质，还有很好的储氢性能，但是它的密度只有铝的一半。由于它能发射高强而稳定的电流(电流密度108安倍/平方厘米)，所以被考虑用在平板显示上。它具有高的热稳定性，可用于机电元件和电子学仪器上，也由于它的储氢性能好，可用在燃料电池上。
二氧化钛具有很好的光催化性，具有自清洁、抗菌防霉和抵御海藻侵袭的功能，可以用在空气和水的净化方面。
在微纳米的加工中，由于材料尺寸的减小，它们的粘附性和摩擦系数将发生变化，且弹性模量、强度和韧性等物理性质等不易测量，根据国际半导体技术路线图计划，到2014年半导体器件的尺寸将做到30纳米，就在2002年IBM公司的MOSFET的源-栅-漏极的结构已经做到100纳米以下的程度。因此，象MOSFET器件的纳米结构、热扩散系数、表面形貌和粗糙度、杂质的分布和浓度以及金属化的形状和深度等都需要有它们的标准。
二、纳米技术的国际标准化动态
同前，与纳米技术标准有关的国际标准化组织是ISO、IEC。除了这些国际组织以外，一些发达国家的标准化组织以及国际性的专业协会也发布标准。
(一)国际标标准化组织(ISO)
现有的围际标准化组织中与纳米技术标准化有关的委员会有IS0/TC201和IS0/TC202。IS0/TC201是国际标准化组织表面化学分析技术标准化委员会，它主要是制定有关表面分析仪器的国际标准。ISO/TC202是国际标准化组织微束技术分析技术标准化委员会，它制定有关分析仪器的国际标准。到同前为止，这两个国际标准化组织已经制定了20多项表面分析和微束分析的国际标准，其中大部分都与纳米分析技术有关。
特别要指出的是，2001年ISO/TC24技术委员会发布的国际标准“ISO/TS13762：2001ParticlesizeanaLysis-SmallangleX-rayscatteringmethod”是由我国钢铁研究总院张晋远研究员主持制定的。该标准是对纳米级颗粒分布测量的方法标准。在该标准修订的基础上，2004年我国颁布了纳米测量方法的标准：“GB/Tl3221-2004纳米粉末粒度分布的测定X射线小角散射法。
(二)国际电工委员会(IEC)
目前还没有纳米技术的国际标准。但根据IEC/SMB的文件，要求制定IEC国际标准2005-2007年发展战略。在我国等国家的建议下，国际电工委员会标准化管理局(IEC/SMB)正在筹备成立纳米材料的标准化技术委员会。
(三)美国
(1)在世界各国对纳米技术越来越关注的形势下，美国于2004年8月．成立了有关纳米标准化的专门小组(ANSI-NSP)，2004年9月召开了关于纳米技术标准化的命名和术语的全国会议，在2005年3月提出了在哪些方面需要建立纳米技术标准的建议。在2005年还要举办讨论关于纳米技术的环境、健康和安全的会议。
他们把纳米术语的标准化分为五个组成部分：
1．材料组成和特征的系统术语；
2．表面化学特性、浸润性等纳米科学和技术的综合术语；
3．测量/分析方法/标准测试方法；
4．毒性效应/对环境的影响/风险评估：
5．制造和加工；
(2)ASTM国际组织
2004年10月1日ASTM和美国国家标准化研究院(NIST)协商于2005年1月18日成立纳米技术委员会，并开始开展活动。该委员会包括下列六个分会：
(i)术语和命名方法；
(ii)性质的测定和计量方法；
(iii)环境和劳动健康、安全；
(iv)国际法和知识产权；
(v)与现有的委员会的分工合作及国际协调；
(vi)管理法和制造产物的管理。
(四)欧盟
由英国出面召集在欧洲标准化组织(CEN)下成立一个工作小组来讨论纳米技术的标准化问题，选举成立了CEN/BTWG166-Nanotechnologies，秘书国是英国标准化协会(BSI)。该组织的主要任务是分析在这个新的领域里标准化活动的必要性和前期需要开展的工作内容，制定出业务计划和战略规划。目前有CEN的10个成员国参加了CEN/BTWG166-Nanotechnologies。
20O4年10月28～29曰在奥地利由欧洲NanoBusiness协会召开的非公开的第一次纳米碳管标准化的工作会议。
(五)日本
日本于2004年11月成立了纳米技术标准化调查委员会，该委员会负责与IS0、IEC、美国标准化组织(ASTM)、欧盟标准化组织(CEN)和欧洲标准化委员会(CENEREC)的联系。
目前，该委员会成立了关于国际纳米技术标准化的路线图的工作组。
(六)国际性的专业协会
IEEE-SA是国际电气和电子工程师协会的标准化协会的简称。IEEE是包括了将近150个国家和有380000组织参加的国际性的专业协会，它为全世界提供了在电子、电气和计算机方面3O％的技术文献。目前已经有一个有关纳米碳管方面的标准：TEEFP1650standard，此外，半导体工业协会(SEMI)和美国电子电气工程协会(IEEE)正共同制定纳米科技与微电子机械系统(MEMS)标准。两协会间的合作将极大地促进SEMI和IEEE制定合适的纳米科技标准。此外，两协会还可能关注的领域包括有机、分子、碳纳米管、硅纳米线设备等。
三、纳米材料的测量技术的国际动态
(一)材料和标准的凡尔赛计划
VAMAS的全称是VersaillesProjectOnAdvancedMaterialsandStandards，可翻译成“先进材料和标准的凡尔赛国际合作计划”，也有人称为“国际新材料试验和评价合作开发组织”。VAMAS是一个关注先进材料标准化的预先研究的国际组织，它是在1982年在法国凡尔赛召开的西方7国首脑经济会议(G7)上商定成立的。成员国为美、英、德、法、意、加、日和欧共体。该组织由筹划指导委员会(SteeringCommittee-SC)来管理，其主席原则上由各成员国轮流担任，但是实际上由美英掌管。具体的领导的实体是美国国家标准技术研究院(NIST)、国家物理实验室(NPL)。非VAMAS成员国的研究机构和科学家也可以参加VAMAS的研究工作，但是在成立时是禁止社会主义国家参加该组织的活动。VAMAS的宗旨是通过国际合作提供对于先进材料的测量、测试、规格分类和标准的技术基础，为高技术产品的国际贸易服务。
VAMAS与IS0和IEC建立有正式联系，与之有同等重要作用的是，加入VAMAs的人员同时也参加国内标准以及国际标准的制定。目前已设立了29个TWA，涵盖材料的不同方面。很多IS0的国际标准都源自VAMAS，上述TC201和TC202的创立和研究项目都与VAMAS有紧密的关联。
先进材料包括各种陶瓷材料、高分子及其复合材料、超导材料、纳米材料、薄膜材料和生物工程材料等。同时，对于上述材料的测试方法的标准化也是重要的内容。VAMAS第29工作组开始阶段的任务是：回顾各国纳米尺度材料测量或表征的现状，主要是其力学性质：确定纳米材料或纳米尺度材料体系的分类；汇集和比较当今国际已有的测量方法；发展测量在某一维度上小于100纳米的物质的物理和力学性质的新的测量方法，包括软和硬的材料；提供或推荐纳米尺度材料表征的实用方法。
在国际上已经有这样的共识，即新材料的特性测试标准可以将新材料引入市场。测试标准的存在对推动新材料发展并且为其进入市场铺平了道路。此外，标准为用户提供各种所需的数据，以便使新材料发挥其各种功用。在当今发展如此之快的纳米材料行业加强测试标准的制定和国际合作是推动我国纳米材料发展的必由之路。
(二)有证标准样品(CertifiedReferenceMaterialsCRM)的研制和纳米材料的计量方法
有证标准样品(CertifiedReferenceMaterialsCRM)的研制高精度和高可靠性的测量或表征，不仅是提供研究和开发纳米材料和器件的基础，而且可对生产过程中的产品的质量控制起作用。同样，能溯源的纳米尺度的标准样品可以提供一个公用纳米尺度的标尺，在生产中显现其重要性。美国的NIST、日本的产业综合研究所AIST、英国的NPL和欧盟其他国家的计量研究单位等都开展了纳米材料可溯源的标准样品的研制和纳米材料的物理特性计量等方面的工作。
纳米材料和纳米器件的制造不仅需要知道其尺寸，还要知道纳米材料和器件的其他物理性状，所以必须发展纳米技术和材料的计量方法。目前，纳米计量方法主要可以归纳为：
(1)纳米颗粒的物理性质(包括质量、大小和密度)。这方面的测量对半导体的质量控制和大气环境中的汽溶胶控制有直接作用。美国的NIST和日本的AIST可以提供100纳米和100纳米以下的标准颗粒用作实验室比对测量。要发展一种利用离心力和电场引力的新方法来测定纳米颗粒的质量。此外，需要测量颗粒的分散度和纳米颗粒在溶液中的扩散系数等。
(2)纳米多孔材料的测量。根据半导体工业的路线图计划，下一代的半导体电路可能要在有机高分子的低介电纳米多孔薄膜上配线。因此，纳米孔的大小和分布对质量很重要。目前，正在发明一种测量正电子寿命的仪器来获得这些参数。
(3)薄膜、催化剂和传感器等的表面结构。用X光电子能谱和俄歇电子能谱来测定表面的成分和电子状态的标准方法。发展用同步辐射作为光源的可调谐的光电子能谱技术。
(4)薄膜的热扩散率、比热、热导系数和热膨胀系数的测定是纳米半导体电子器件设计必不可少的参数。此外，还要知道镀层和薄膜间的热扩散率和镀层和薄膜之间的界面的热阻等。通常用秒激光的反射和衍射技术来精确测定。
(三)纳米测量设施的建设
为了制备这些有证标准样品和对样品进行精确测量，必须有合适的仪器设备和场地。参加VAMAS组织的成员国的研究机构都得到了各自政府的充分资助。例如，美国的NIST于2003年建成了一个先进的测量实验室。该实验室耗资2.35亿美金，整个实验楼实行温度、湿度、空气净化和震动控制。进行纳米尺度精确测量的实验室在离地面12米的专用实验室内，其温度控制在±0.01℃，湿度控制在±1％，空气质量是100级，震动控制在O.2um/sec。
由此可见，国家标准体系的建立是一个系统工程，纳米标准的建立必须在大量的实验研究下，在产业发展的需求下才可以得到发展和进步。
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