张立德研究员：我国纳米产业面临的新转折和挑战

一、飞快发展的全球纳米应用技术 在过去的5年里，纳米科技取得的飞快进步以及它对各个领域的影响得到了世界的公认，从而确立了它在21世纪的战略地位。纳米材料和纳米结构的研究是纳米科技领域起步最早、成果丰富的领域之一。在某种意义上来说，纳米材料和纳米结构是纳米科学技术核心领域之一，对制造业、信息技术、能源、环境、健康医疗、生物技术和国家安全等领域中纳米科技的应用起着举足轻重的支撑作用。因此，先进国家在部署和调整纳米科技发展计划时都把纳米材料和纳米结构的研究放到很重要的地位。     

纳米生物技术和纳米医学

纳米科技和生物技术是二十一世纪的前沿科学技术，文章介绍了两者交叉所形成的新内容：纳米医学、纳米生物材料和纳米生物技术等方面的发展。     

化学工业的纳米时代

在过去的一年中，纳米技术这个名词似乎已经变得家喻户晓。受到始于上个世纪末的纳米科技浪潮的影响，学术界和工业界对于纳米级科学和工程的美好前景充满信心。     

我国纳米科技的现状与展望

本文概述了纳米科技的沿革，及其在国内外发展的情况，并就我国如何进一步发展纳米科技提出了自己的想法。     

纳米科技普遍性原理的探讨

在纳米科技研究中，我们有机会接触多个纳米科技领域的理论，它们都是针对纳米科技的某一领域的某个特殊问题提出，并且适用于该局部领域，例如：金属薄膜电导率尺寸效应理论：半导体表面纳米光催化理论；半导体超晶格物理：纳米结构增强原理；X射线反射多层膜原理；介观物理；纳米多层膜磁阻效应及其信息存储技术原理：纳米结构电磁工程原理；电磁波局域化理论；光子晶体和微腔技术理论。这类理论通常称之为纳米科技的特殊性原理。     

纳米工艺从实验室转入工业生产

当纳米科技在实验室取得不少进展时，一些工作正在转入商业和工业应用。爱达荷的研究人员正在开发纳米产品的工业应用，一家纳米材料生产公司正在研究一种制造碳纳米管的新方法，纳米科技间的合作正为有光明前景的产品提供可能。     

台湾的纳米技术

台湾“经济部”在工业技术研究院建立了“纳米科技研发中心”，投入巨资，从事纳米材料学、纳米电子学、纳米机械学及纳米生物技术产业的“跳跃式突破”，造就一批纳米产业的明星企业，成为纳米技术产业化的世界先导。     

纳米安全性事关重大国家利益

由国家纳米科学中心和中国科学院高能物理所联合举办的“纳米安全性：纳米生物效应与生物医学应用——化学、生物、医学、毒理学、物理学与纳米科学交叉的新机遇”研讨会于1月24日至26日在京举行。中国科学院常务副院长、国家纳米科学中心主任白春礼在会上指出，“纳米安全性一方面是保障纳米科技顺利发展的重要前提；另一方面，它也事关重大国家利益，因为纳米产品和纳米技术的安全性，将成为影响纳米产业国际竞争力的关键因素之一。纳米产品的安全性问题可能成为发达国家限制‘市场准人’的策略”。他认为，纳米安全性是纳米科技的重要组成部分，它能使纳米科技成为人类第一个真正的“绿色科技”，使科学技术能够更有效地造福人类。     

国际纳米技术标准化动态

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，     

中国纳米科技与产业发展路径

纳米技术和信息技术、生物技术被列为21世纪世界经济发展的三大支柱。纳米科技和纳米材料一度成为国内产业热点问题，这两年国内纳米产业的声音稍有降温，大批纳米企业仍然在生存和发展边界线上孜孜以求。如何做大做强中国的纳米产业已成为政府产业决策部门、企业界、科学界共同面临的问题。中国纳米产业应该深入认识产业发展规律，有规划、有目标、有策略地进行产业组织创新、企业商业模式创新，走出中国纳米科技和纳米材料的产业自主创新之路。     

一种基于法布里-珀罗干涉仪的位移测量方法

介绍了一种基于法布里-珀罗干涉仪的位移测量方法,为了克服通常的法布里-珀罗干涉仪在位移测量范围方面的局限,采用两束可调激光分别对法布里-珀罗腔的两个相邻谐振峰的光频率进行追踪测量,能够得到任意时刻法布里-珀罗腔的长度,从而实现对测量镜位移的测量,测量范围可以达到毫米量级。对影响测量精度的主要因素进行了简要分析,结果表明采用本方法能够实现纳米级精度位移测量。     

2 m激光干涉测长基准装置

阐述了2 m激光干涉测长基准装置工作原理及系统组成,以线间距测量功能为基础,研究了接触式和非接触式的几何测长对准方法,实现了其测长功能拓展应用。介绍了实现纳米精度测长的技术措施。对称布局的双光电显微镜同步扫描测量接长的方式实现2 m刻线间距测量,信号处理系统具有标准间距位置脉冲发生功能,可以实现位移传感器动态触发校准和其它应用。对于高质量的线纹尺,2 m激光干涉测长基准装置单次测量刻线间距的最佳瞄准精度优于10 nm(1σ),1 m测量范围内的线纹测量不确定度U=（20+40 L） nm （k=2）。     

激光干涉仪在纳米测量中的典型应用

激光干涉仪具有测量分辨力高、测量结果可溯源等优点,在纳米测量中的应用日益广泛。介绍纳米测量机和低膨胀材料线膨胀系数测量装置中应用的迈克尔逊型激光干涉仪以及在高准确度位移测量装置中应用的法布里-珀罗型激光干涉仪,并结合这些实例对激光干涉仪光学系统设计、测量环境控制、迈克尔逊干涉仪非线性误差补偿以及法布里-珀罗干涉仪量程扩展等方面的关键问题进行分析和总结。所述原则和方法对实现纳米级测量准确度具有重要意义,可为高准确度激光干涉仪的研制及其在纳米测量中的更广泛应用提供技术参考。     

高精度衍射光栅干涉仪的研制

提出了一种新型的激光衍射光栅干涉仪测量系统,以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础,配合正交信号的解相位细分原理,使得该系统可以达到纳米级分辨率.由于光栅干涉测量系统以光栅栅距作为测量基准,相对于传统干涉仪,光栅尺系统受环境因素造成的测量误差影响较小.通过实验校正,得到不同行程范围内光栅干涉测量系统的纳米级重复性误差,新型的激光衍射光栅干涉仪测量系统适合于较长行程的高精度位移测量.     

斐索型自聚焦棒测振干涉仪量程的扩展

本文报导斐索型自聚焦棒干涉仪测量微小振动的振幅范围从纳米量级扩展到微米量级的研究工作,介绍测量原理,并给出实验结果。     

提高CCD分辨率的一种尝试

微／纳米技术是当前科研领域的一大热点，作为微／纳米技术的一个重要分支——微／纳米级测量技术自然也受到了广泛的重视。本论文的研究目的在于探索运用ＣＣＤ器件进行微／纳米量级测量的一种新方法。ＣＣＤ的测量分辨率受到其像元间距的限制，为欲突破这种限制，我们在运用数字图像处理技术的基础上，探讨了一种新的图像处理方法，为进一步提高ＣＣＤ检测的分辨率和精度作了一些理论及实践性的尝试     

Mirau干涉型微纳台阶高度测量系统的研究

为了实现纳米量级到微米量级的微观三维台阶样板高度的快速测量,在普通光学显微镜的基础上改造完成了一台微纳台阶高度测量装置,设计了整体硬件结构,编写了测量控制软件和数据处理软件,并结合Hilbert变换和小波变换实现三维表面形貌测量。使用不同高度的台阶样品进行测试,测试结果表明:系统测量准确度较高,测量重复性较好,垂直测量范围大于50 μm。     

用于微位移测量的迈克尔逊激光干涉仪综述

迈克尔逊干涉术测量微位移可实现纳米甚至更高的分辨力,并且具备能直接溯源至激光波长等诸多优点,是目前微位移测量的重要技术手段。以限制迈克尔逊干涉仪品质提高的非线性误差为主要切入点,对目前各种基于迈克尔逊干涉原理的激光干涉技术进行了分类介绍,主要讨论了微位移测量中实现高精度和高分辨率的干涉测量技术,最后展望了激光干涉法测量微位移的近期发展趋势。     

超微粒乳剂中粒子大小的测量

在纳米乳剂的制备和研究中,用X射线衍射法测量超微粒子的大小,是一种操作方便、简单有效的方法,本文简明地介绍了此方法的原理和应用实验及计算。     

论纳米光栅测量技术

作者及其同事们经过20多年努力将计量光栅技术提高到了纳米量级和亚纳米量级，并进行了大面积推广应用，形成了一整套纳米光栅测量技术，该文为对这套技术的综合论述．首先回顾了刻线技术的发展历史，指出中国古代曾作出杰出贡献．归纳了发展计量光栅技术的5个阶段和4项内容．给出纳米光栅的定义和两个特点，并通过作者和同事们的光栅制造过程说明，纳米光栅实质上是一种刻录、固化到光栅基体上的光波波长．它为纳米测量领域提供了一种新途径、新方法，与激光干涉仪等现有纳米测量方法相比，具有自己独特的优点．文中讨论了纳米光栅的读取技术与信号处理技术，提出了纳米光栅细分误差的错位测量法．还讨论了与纳米光栅相关的纳米机械，介绍了作者和同事们的科研成果，圆柱、导轨等的机械精度已经进入了纳米量级．最后讨论了纳米光栅与激光干涉仪以及高等级量块的比对结果．