納米，是十億分之一米。各國科學(xué)家普遍認為，納米尺度的材料和具有納米結(jié)構(gòu)的材料的獨特性質(zhì)，可望發(fā)展出新型的功能材料和功能器件，以至于形成新型的產(chǎn)業(yè)，納米科技將對21世紀的科技、國民經(jīng)濟乃至人們的生活方式產(chǎn)生重要影響。納米技術(shù)是20世紀80年代發(fā)展起來的新興技術(shù)，因此納米技術(shù)和產(chǎn)業(yè)還處于起始階段，納米技術(shù)的標準化是跟隨納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化來的，世界各國正在抓緊部署納米技術(shù)的標準化工作。本文簡單介紹國際納米技術(shù)標準化動態(tài)，還簡要介紹與標準化工作有關(guān)的納米測量技術(shù)的國際動態(tài)。

    一、納米技術(shù)標準化的重要性和迫切性

    納米科技越來越受到世界各國的重視和支持，尤其是發(fā)達國家的青睞。2003年美國國會以政府行為通過立法確定用37億美元支持納米科技的研究與開發(fā)。歐盟、日本、韓國等國家都投入大量經(jīng)費用于支持本國的納米科技研究領(lǐng)域。納米技術(shù)也在傳統(tǒng)材料、醫(yī)療器材、電子設(shè)備、涂料等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，除了納米粉體材料在美國、日本、中國等少數(shù)幾個國家初步實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)外，納米生物材料、納米電子器件材料、納米醫(yī)療診斷材料等產(chǎn)品仍處于開發(fā)研制階段。但是，其發(fā)展勢頭很快，根據(jù)2001年3月日本經(jīng)濟團體聯(lián)合會的估計，2005年全球與納米技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)市場將到240億美元，2010年將達到2700億美元。屆時納米制造業(yè)將占整個制造業(yè)市場的6％。由于與納米技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的崛起，引起世界各國，特別是發(fā)達國家對與納米相關(guān)產(chǎn)業(yè)標準化工作的高度重視。

    我國納米材料研究始于80年代末，“八五”期間，“納米材料科學(xué)”列入國家攀登項目。國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目，國家“863”、“973”新材料專題也對納米材料有關(guān)高科技創(chuàng)新的課題進行立項研究。通過這些計劃的實施，國家在納米技術(shù)研究方面已投入了大量的人力和物力。據(jù)了解，近年來我國納米技術(shù)專利申請數(shù)增長迅速，現(xiàn)已排在美國、日本之后名列世界第三，占世界總量的12％。在2001年以前的10多年中，我國申請納米技術(shù)專利總計不到千項；但“十五”以來，我國納米技術(shù)專利申請數(shù)增加明顯加快，現(xiàn)已擁有2400多項專利。我國在納米材料的生產(chǎn)及其應(yīng)用的某些領(lǐng)域內(nèi)達到了世界先進水平。但在納米電子學(xué)、納米器件和納米生物醫(yī)學(xué)研究方面與發(fā)達國家仍有明顯差距。

    2004年，中國納米新材料市場總體規(guī)模達到29.2億元，年增長率為18％，連續(xù)5年保持了15％以上的增長速度。其中，納米粉體材料市場達到27.4億元，占總體市場規(guī)模的93.8％，納米復(fù)合材料市場1.8億元，占總體納米材料市場規(guī)模的6.2％。某類產(chǎn)品，如納米碳管材料、抗菌材料等在國際市場上很受歡迎。

    但是，應(yīng)當看到我國的納米技術(shù)產(chǎn)品急需用標準來規(guī)范，因為技術(shù)標準不儀可以規(guī)范產(chǎn)品的生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，它也是溝通國際貿(mào)易和國際技術(shù)合作的紐帶，一個國家標準化的程度直接影響到貿(mào)易中技術(shù)壁壘的形成和消除。如果說一項專利影響的只是一個企業(yè)，那么一個技術(shù)標準影響的則是整個產(chǎn)業(yè)。因此，跟蹤納米技術(shù)標準化的國際動向，加強我國納米技術(shù)標準化工作，對我國納米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是非常重要的。

    在納米技術(shù)中需要標準化的領(lǐng)域有三個方面：即納米材料、納米加工和納米測量�，F(xiàn)舉幾個實例來說明：

    納米碳管的強度是鋼的100倍，它的電子遷移率是常規(guī)晶體管的1000倍，它的電子發(fā)射能力是普通金屬的100倍，熱傳導(dǎo)率是金剛石的數(shù)倍，它可以具有金屬或半導(dǎo)體的性質(zhì)，還有很好的儲氫性能，但是它的密度只有鋁的一半。由于它能發(fā)射高強而穩(wěn)定的電流(電流密度108安倍/平方厘米)，所以被考慮用在平板顯示上。它具有高的熱穩(wěn)定性，可用于機電元件和電子學(xué)儀器上，也由于它的儲氫性能好，可用在燃料電池上。

    二氧化鈦具有很好的光催化性，具有自清潔、抗菌防霉和抵御海藻侵襲的功能，可以用在空氣和水的凈化方面。

    在微納米的加工中，由于材料尺寸的減小，它們的粘附性和摩擦系數(shù)將發(fā)生變化，且彈性模量、強度和韌性等物理性質(zhì)等不易測量，根據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖計劃，到2014年半導(dǎo)體器件的尺寸將做到30納米，就在2002年IBM公司的MOSFET的源-柵-漏極的結(jié)構(gòu)已經(jīng)做到100納米以下的程度。因此，象MOSFET器件的納米結(jié)構(gòu)、熱擴散系數(shù)、表面形貌和粗糙度、雜質(zhì)的分布和濃度以及金屬化的形狀和深度等都需要有它們的標準。

     二、納米技術(shù)的國際標準化動態(tài)

    同前，與納米技術(shù)標準有關(guān)的國際標準化組織是ISO、IEC。除了這些國際組織以外，一些發(fā)達國家的標準化組織以及國際性的專業(yè)協(xié)會也發(fā)布標準。

    (一)國際標標準化組織(ISO)

    現(xiàn)有的圍際標準化組織中與納米技術(shù)標準化有關(guān)的委員會有IS0/TC201和IS0/TC202。IS0/TC201是國際標準化組織表面化學(xué)分析技術(shù)標準化委員會，它主要是制定有關(guān)表面分析儀器的國際標準。ISO/TC202是國際標準化組織微束技術(shù)分析技術(shù)標準化委員會，它制定有關(guān)分析儀器的國際標準。到同前為止，這兩個國際標準化組織已經(jīng)制定了20多項表面分析和微束分析的國際標準，其中大部分都與納米分析技術(shù)有關(guān)。

    特別要指出的是，2001年ISO/TC24技術(shù)委員會發(fā)布的國際標準“ISO/TS13762：2001ParticlesizeanaLysis-SmallangleX-rayscatteringmethod”是由我國鋼鐵研究總院張晉遠研究員主持制定的。該標準是對納米級顆粒分布測量的方法標準。在該標準修訂的基礎(chǔ)上，2004年我國頒布了納米測量方法的標準：“GB/Tl3221-2004納米粉末粒度分布的測定X射線小角散射法。

    (二)國際電工委員會(IEC)

    目前還沒有納米技術(shù)的國際標準。但根據(jù)IEC/SMB的文件，要求制定IEC國際標準2005-2007年發(fā)展戰(zhàn)略。在我國等國家的建議下，國際電工委員會標準化管理局(IEC/SMB)正在籌備成立納米材料的標準化技術(shù)委員會。

    (三)美國

    (1)在世界各國對納米技術(shù)越來越關(guān)注的形勢下，美國于2004年8月．成立了有關(guān)納米標準化的專門小組(ANSI-NSP)，2004年9月召開了關(guān)于納米技術(shù)標準化的命名和術(shù)語的全國會議，在2005年3月提出了在哪些方面需要建立納米技術(shù)標準的建議。在2005年還要舉辦討論關(guān)于納米技術(shù)的環(huán)境、健康和安全的會議。 
他們把納米術(shù)語的標準化分為五個組成部分：

    1．材料組成和特征的系統(tǒng)術(shù)語；

    2．表面化學(xué)特性、浸潤性等納米科學(xué)和技術(shù)的綜合術(shù)語；

    3．測量/分析方法/標準測試方法；

    4．毒性效應(yīng)/對環(huán)境的影響/風(fēng)險評估：

    5．制造和加工；

    (2)ASTM國際組織

    2004年10月1日ASTM和美國國家標準化研究院(NIST)協(xié)商于2005年1月18日成立納米技術(shù)委員會，并開始開展活動。該委員會包括下列六個分會：

    (i)術(shù)語和命名方法；

    (ii)性質(zhì)的測定和計量方法；

    (iii)環(huán)境和勞動健康、安全；

    (iv)國際法和知識產(chǎn)權(quán)；

    (v)與現(xiàn)有的委員會的分工合作及國際協(xié)調(diào)；

    (vi)管理法和制造產(chǎn)物的管理。

     (四)歐盟

     由英國出面召集在歐洲標準化組織(CEN)下成立一個工作小組來討論納米技術(shù)的標準化問題，選舉成立了CEN/BTWG166-Nanotechnologies，秘書國是英國標準化協(xié)會(BSI)。該組織的主要任務(wù)是分析在這個新的領(lǐng)域里標準化活動的必要性和前期需要開展的工作內(nèi)容，制定出業(yè)務(wù)計劃和戰(zhàn)略規(guī)劃。目前有CEN的10個成員國參加了CEN/BTWG166-Nanotechnologies。

     20O4年10月28～29曰在奧地利由歐洲NanoBusiness協(xié)會召開的非公開的第一次納米碳管標準化的工作會議。

    (五)日本

    日本于2004年11月成立了納米技術(shù)標準化調(diào)查委員會，該委員會負責(zé)與IS0、IEC、美國標準化組織(ASTM)、歐盟標準化組織(CEN)和歐洲標準化委員會(CENEREC)的聯(lián)系。

    目前，該委員會成立了關(guān)于國際納米技術(shù)標準化的路線圖的工作組。

    (六)國際性的專業(yè)協(xié)會

    IEEE-SA是國際電氣和電子工程師協(xié)會的標準化協(xié)會的簡稱。IEEE是包括了將近150個國家和有380000組織參加的國際性的專業(yè)協(xié)會，它為全世界提供了在電子、電氣和計算機方面3O％的技術(shù)文獻。目前已經(jīng)有一個有關(guān)納米碳管方面的標準：TEEFP1650standard，此外，半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(SEMI)和美國電子電氣工程協(xié)會(IEEE)正共同制定納米科技與微電子機械系統(tǒng)(MEMS)標準。兩協(xié)會間的合作將極大地促進SEMI和IEEE制定合適的納米科技標準。此外，兩協(xié)會還可能關(guān)注的領(lǐng)域包括有機、分子、碳納米管、硅納米線設(shè)備等。

    三、納米材料的測量技術(shù)的國際動態(tài)

    (一)材料和標準的凡爾賽計劃

    VAMAS的全稱是VersaillesProjectOnAdvancedMaterialsandStandards，可翻譯成“先進材料和標準的凡爾賽國際合作計劃”，也有人稱為“國際新材料試驗和評價合作開發(fā)組織”。VAMAS是一個關(guān)注先進材料標準化的預(yù)先研究的國際組織，它是在1982年在法國凡爾賽召開的西方7國首腦經(jīng)濟會議(G7)上商定成立的。成員國為美、英、德、法、意、加、日和歐共體。該組織由籌劃指導(dǎo)委員會(SteeringCommittee-SC)來管理，其主席原則上由各成員國輪流擔(dān)任，但是實際上由美英掌管。具體的領(lǐng)導(dǎo)的實體是美國國家標準技術(shù)研究院(NIST)、國家物理實驗室(NPL)。非VAMAS成員國的研究機構(gòu)和科學(xué)家也可以參加VAMAS的研究工作，但是在成立時是禁止社會主義國家參加該組織的活動。VAMAS的宗旨是通過國際合作提供對于先進材料的測量、測試、規(guī)格分類和標準的技術(shù)基礎(chǔ)，為高技術(shù)產(chǎn)品的國際貿(mào)易服務(wù)。

    VAMAS與IS0和IEC建立有正式聯(lián)系，與之有同等重要作用的是，加入VAMAs的人員同時也參加國內(nèi)標準以及國際標準的制定。目前已設(shè)立了29個TWA，涵蓋材料的不同方面。很多IS0的國際標準都源自VAMAS，上述TC201和TC202的創(chuàng)立和研究項目都與VAMAS有緊密的關(guān)聯(lián)。

    先進材料包括各種陶瓷材料、高分子及其復(fù)合材料、超導(dǎo)材料、納米材料、薄膜材料和生物工程材料等。同時，對于上述材料的測試方法的標準化也是重要的內(nèi)容。VAMAS第29工作組開始階段的任務(wù)是：回顧各國納米尺度材料測量或表征的現(xiàn)狀，主要是其力學(xué)性質(zhì)：確定納米材料或納米尺度材料體系的分類；匯集和比較當今國際已有的測量方法；發(fā)展測量在某一維度上小于100納米的物質(zhì)的物理和力學(xué)性質(zhì)的新的測量方法，包括軟和硬的材料；提供或推薦納米尺度材料表征的實用方法。

    在國際上已經(jīng)有這樣的共識，即新材料的特性測試標準可以將新材料引入市場。測試標準的存在對推動新材料發(fā)展并且為其進入市場鋪平了道路。此外，標準為用戶提供各種所需的數(shù)據(jù)，以便使新材料發(fā)揮其各種功用。在當今發(fā)展如此之快的納米材料行業(yè)加強測試標準的制定和國際合作是推動我國納米材料發(fā)展的必由之路。

    (二)有證標準樣品(CertifiedReferenceMaterialsCRM)的研制和納米材料的計量方法

    有證標準樣品(CertifiedReferenceMaterialsCRM)的研制高精度和高可靠性的測量或表征，不僅是提供研究和開發(fā)納米材料和器件的基礎(chǔ)，而且可對生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品的質(zhì)量控制起作用。同樣，能溯源的納米尺度的標準樣品可以提供一個公用納米尺度的標尺，在生產(chǎn)中顯現(xiàn)其重要性。美國的NIST、日本的產(chǎn)業(yè)綜合研究所AIST、英國的NPL和歐盟其他國家的計量研究單位等都開展了納米材料可溯源的標準樣品的研制和納米材料的物理特性計量等方面的工作。

    納米材料和納米器件的制造不僅需要知道其尺寸，還要知道納米材料和器件的其他物理性狀，所以必須發(fā)展納米技術(shù)和材料的計量方法。目前，納米計量方法主要可以歸納為：

    (1)納米顆粒的物理性質(zhì)(包括質(zhì)量、大小和密度)。這方面的測量對半導(dǎo)體的質(zhì)量控制和大氣環(huán)境中的汽溶膠控制有直接作用。美國的NIST和日本的AIST可以提供100納米和100納米以下的標準顆粒用作實驗室比對測量。要發(fā)展一種利用離心力和電場引力的新方法來測定納米顆粒的質(zhì)量。此外，需要測量顆粒的分散度和納米顆粒在溶液中的擴散系數(shù)等。

    (2)納米多孔材料的測量。根據(jù)半導(dǎo)體工業(yè)的路線圖計劃，下一代的半導(dǎo)體電路可能要在有機高分子的低介電納米多孔薄膜上配線。因此，納米孔的大小和分布對質(zhì)量很重要。目前，正在發(fā)明一種測量正電子壽命的儀器來獲得這些參數(shù)。

    (3)薄膜、催化劑和傳感器等的表面結(jié)構(gòu)。用X光電子能譜和俄歇電子能譜來測定表面的成分和電子狀態(tài)的標準方法。發(fā)展用同步輻射作為光源的可調(diào)諧的光電子能譜技術(shù)。

    (4)薄膜的熱擴散率、比熱、熱導(dǎo)系數(shù)和熱膨脹系數(shù)的測定是納米半導(dǎo)體電子器件設(shè)計必不可少的參數(shù)。此外，還要知道鍍層和薄膜間的熱擴散率和鍍層和薄膜之間的界面的熱阻等。通常用秒激光的反射和衍射技術(shù)來精確測定。

    (三)納米測量設(shè)施的建設(shè)

    為了制備這些有證標準樣品和對樣品進行精確測量，必須有合適的儀器設(shè)備和場地。參加VAMAS組織的成員國的研究機構(gòu)都得到了各自政府的充分資助。例如，美國的NIST于2003年建成了一個先進的測量實驗室。該實驗室耗資2.35億美金，整個實驗樓實行溫度、濕度、空氣凈化和震動控制。進行納米尺度精確測量的實驗室在離地面12米的專用實驗室內(nèi)，其溫度控制在±0.01℃，濕度控制在±1％，空氣質(zhì)量是100級，震動控制在O.2um/sec。

    由此可見，國家標準體系的建立是一個系統(tǒng)工程，納米標準的建立必須在大量的實驗研究下，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求下才可以得到發(fā)展和進步。