《纳米材料标准体系综述》

转自：纳米技术及应用国家工程研究中心

    纳米材料是８０年代初发展起来的新材料领域，它具有奇特的性能和广阔的应用前景，被誉为跨世纪的新材料，引起科学界和企业界的极大关注。纳米材料的发现者是著名的美国物理学家，两次诺贝尔奖金获得者Richard Feynmen。他在６０年代曾经预言：如果我们能控制物体微小规模上的排序，将获得很多具有特殊性能的物质。１９８４年，Glecter采用气体冷凝方法，制备成功铁纳米微粉。随后，美国、德国和日本科学家先后制成多种纳米材料粉末及烧结块体材料，开始了纳米材料及技术的研究时代。随着各国科学家不断地发现纳米材料的特殊性能，引起了一些国家政府高度重视，先后将其列入美国的“星球大战”、欧洲的“尤里卡”及日本的“高技术探索研究”等高技术研究计划，使纳米材料的性能开发、制备技术和实际应用得到了迅速发展。我国也及时地编制“863”计划，对其进行跟踪和研究开发，国家火炬计划重点支持研究成果向生产力的转化，特别是 2001年以来，国家科技部将“纳米材料标准及数据库”列入基础性重大研究项目，国家标准化管理委员会也在年度标准制修订项目中立项，这标志着我国纳米材料技术标准的研究工作已提到议事日程上来。编制标准体系表作为科技部基础项目的子课题由冶金信息标准研究院牵头，钢铁研总院、天津化工研究院、有色技术经济研究院等单位也同步开展了工作。经过课题组三年的努力，现提出了标准体系的框架与明细表的初稿，现就有关内容汇报如下：
　　1 标准体系表的作用
　　1. 1 明确纳米材料标准化发展目标以及工作重点
　　我国在发展纳米科技的战略计划中是以纳米材料的研究与应用为主展开的。与国外纳米电子和器件、纳米生物的研究占60—70％有较大的不同。根据我国纳米材料产业化的布局，按照先基础、试验与检验方法、粉体然后纳米电子和器件的总体发展思路编制的纳米材料标准体系表，较好地体现了纳米材料标准化的近期与未来工作任务与制修订项目。我们通过适时地、有序地将纳米材料研究的成果制定成标准，使纳米知识与成果尽快产业化，从而实现其经济价值和社会价值，为提高我们企业与国家未来的竞争优势奠定基础。
　　1. 2 指导纳米材料标准化工作协调发展
　　纳米材料被誉为21世纪具有竞争力的一个新型与交叉学科。标准化工作也受到了我国政府各个部门的高度重视，有关研究单位与企业也积极参与标准化工作。为确保纳米材料标准化协调与健康发展，整合各方面的资源，我们要在标准体系表的框架下，协调有关方面的财力与人力，抓住主攻方向，分轻重缓急，加快标准的制定速度。
　　1.3 为抢占纳米材料的新技术制高点奠定技术基础
　　对标准的竞争，尤其对高新技术标准的竞争，说到底，是对未来产品、未来市场和国家经济利益的竞争。谁抢先制定标准，并把自己的标准变为国际标准，谁就掌握了竞争的主动权。由于我们制订标准体系表反映了纳米材料近中期发展方向与全局，而且在纳米材料的标准的制定方面抢先一步，已经批准发布了7项标准，同时还有30项标准正在开展工作。我们工作组还会按体系表的规划有计划地组织国内有关单位开展纳米材料标准制修订工作。由于我们的纳米材料的标准化工作处于世界领先地位，我们在未来的纳米材料国际标准化中工作中以及国际交往中就有了更大地发言权，也为我国抢占纳米材料新技术的制高点奠定了基础。
　　2 标准体系与标准体系表定义
　　标准体系：一定范围内的标准按其内在联系形成的科学的有机整体[GB／T 13016一91《标准体系表编制原则和要求》]。
　　标准体系表：一定范围的标准体系内的标准，按一定形式排列起来的图表。标准体系表的组成单元是标准，不是产品。 标准体系表包括在一定时期内，一定范围的标准体系应有的全部标准，即包括应该保留的现有标准，以及应该修订和新订的标准[GB／T 13016]。 
　　3 指导思想
　　3.1 加强顶层设计，按形成纳米材料技术产业链来规划现行与未来的纳米材料标准。
　　3.2 打破原有的部门划分与产业界线，提倡纳米材料标准化工作跨学科跨产业的合作与发展。
　　3.3  根据纳米材料的应用目标和产品目标，选准突破口和切入点，本着优先发展基础与检测标准的策略，然后对市场潜力大、技术可行的纳米产品及时制定标准。
　　3.4 纳米材料与传统材料有质的差异，它具有传统材料所不具备的化学与力学性能以及光、电、声等特殊功能，在制定纳米材料标准体系表中充分反映了突出纳米材料的特征与本质。
　　4 编制原则
　　4．1完整性——体系表的组成应完整、配套，要基本覆盖纳米材料已经产业化或在近期能够产业化的领域。
　　4．2 前瞻性——体系表要尽可能反映纳米材料国内外发展现状趋势，尽可能包容国家纳米材料技术攻关的成果。
　　4．3 统一性——体系表内各项标准之间，应尽量做到协调、统一。 
　　4．4 科学性——体系表应分类科学、层次清晰、结构合理，并具有一定的可分解性和可扩展空间； 
　　4．5 实用性——体系表应便于使用和管理，对今后的纳米材料标准化工作给与指导。
　　5  体系表构成
　　5.1 体系表组元
　　纳米材料标准体系表主要有以下两部分组成:
　　5.1.1 标准体系表结构框图[见附件1]
　　结构框图主要是给出各层次和标准项目类别间的纵横关系，主要由三部分构成,分别为A基础标准、B产品标准、C检测标准及标准样品，考虑到今后的发展及特殊情况的出现，每部分设立了“其它类”，预留出很大的发展余地。这三部分根据标准隶属关系、专业特征等，再细化层次、类别。
　　5.1.2 标准项目明细表[见附件2]
　　标准体系明细表是反映体系具体标准项目信息化的明细目录，它将反映出具体标准项目名称、项目相应的国际、国外相应标准及国内该标准制（修）订情况等信息及各类标准的数量，是标准体系的实体组成部分。
　　5.2 体系表组成规则
　　标准体系框图与标准项目明细表的项目代码由英文和阿拉伯数字共5位编码组成。
　　对列入本体系表的每一项技术标准，均赋予唯一的标准体系号。
　　标准体系号由标准体系分类号和标准顺序号组成。标准体系分类号由标准的专业门类编码、专业序列编码和层次编码组成，采用英文字母与阿拉伯数字混合编号形式，即标准的专业门类编码以两个大写正体英文字母表示，专业序列编码以两个小写正体英文字母表示，层次编码以一位阿拉伯数字表示。标准顺序号以两位阿拉伯数字表示。分标准不赋予单独的标准体系号。
　　6  标准层次
　　本体系表将标准分为三个层次：基础标准、通用标准和专用标准，包括三大类：基础标准、产品标准和检测（表征）方法标准。
　　6.1 基础标准。
　　主要包括通用基础标准，如术语、分类、符号、代号、检验的取样、制样基础标准，以及其他基础标准（即不宜归类前两类的标准），为将来发展及需要留有余地。
　　基础标准是指导、规范、统一纳米技术、纳米材料领域的技术基础和技术依据，是重要的标准类别。
　　6.2 产品标准
　　主要列入部分纳米颗粒、纳米薄带（或膜）、纳米纤维、纳米丝、纳米碳管、介孔和复合材料，对于目前极具发展前景的纳米结构组装体系材料，虽有很多研究报道，但鉴于目前仍处于研究阶段，暂未考虑。将来，随着研究的深入，生产、应用逐渐规模化，再逐渐补充、完善标准体系。
从材料层面上涵盖了金属、化工、陶瓷及少量的生物医药材料标准项目，是纳米材料产业化所必需的标准。
　　6.3表征、检测方法标准。
　　表征、检测方法标准方面，重点考虑了表征纳米材料性能特征方面的项目，即关于纳米材料结构和形貌的表征、检测方法标准，还包括部分检验纳米材料的仪器校准用标样项目。
表征、检测方法标准是衡量、比较、鉴别产品性能高低、质量好坏的必要尺度。
　　7 主要工作
　　7.1 准备阶段
　　查询了国际标准(1SO)、国际电工委员会标准（IEC）、欧共体标准(EN)及美国、英国7个国家10个协会标准数据。收集了国际、国外纳米材料及相关标准，这些标准成为编制纳米材料标准体系的重要参考依据。
　　调查了解国内外纳米材料的研发趋势，研制材料生产水平、规模，应用情况以对标准化方面的需求等，做了大量的调查研究。我们先后发函调研近400个单位，并重点走访纳米材料的科研和生产单位，多次参加国内相关的专业会议，进行信息沟通和经验交流。通过调查我们对纳米材料的产业化程度有了全面的了解，从而在体系表中能够全面地反映纳米材料产业化对标准化的要求。
　　在国内标准体系表的编制工作在标准化领域已开展多年。我们在GB／T 13016一91《标准体系表编制原则和要求》》的总体要求与指导下，同时借鉴了原来编制军工、民用体系表的经验，参考了冶金材料标准体系和科工委军用标准体系等资料，提出了标准体系框图、标准项目明细表和体系编制说明等初稿。
　　7.2 论证阶段
　　在前期大量工作的基础上，2002年初，由冶金工业信息标准研究院牵头，先后组织了多次课题组内部的讨论会，提出了4个不同的纳米材料标准体系框架，提交有关领导和专家进行论证。经过专家的反复论证与课题组三次提交修改稿，最终于 2003年2月26日确定了标准体系的总体框架。
　　7.3 编制阶段
　　按照已经确定的标准体系框图，兼顾了标准间的内在联系，按钢铁研究总院、天津化工研究设计院、有色金属技术经济研究院分工黑色、有色与化工主线，编写出了总的纳米材料及相关标准体系项目明细表。完成了标准体系编制工作。
　　8 基本评价
　　8.1较全面地反映了纳米材料的总体发展需求
　　编制的纳米材料标准体系总体情况如下表：

表 1

如上表所示：基础标准、产品标准、检测标准及标准样品三者的组成比例比较客观反映了目前纳米材料规范市场与产业化的要求；就标准数量与项目覆盖了黑色金属、有色金属、有机、无机、生物医药材料等方面标准，较全面地反映了纳米材料的总体发展需求。
　　8.2具有前瞻性
　　考虑已有一定规模产品标准化的基础上,对目前尚处于研发阶段、但具有发展前景良好的标准化对象，部分纳入了标准体系明细表；另外对难以明确、具体化的项目,亦采用装口袋的方式,纳入标准体系明细表,待今后随着纳米材料发展、条件成熟后再具体化。为今后制定标准计划确定了明确目标。
　　8.3 提供了国际、国外相应标准信息
　　凡是国际、国外标准项目与我们设想大体一致的项目都列入标准体系表，尤其是基础和方法标准。
　　项目明细表中与国际、国外已有标准项目类同的项目有18项，占体系项目整体的7%；提供国际、国外相应标准36项，占体系项目整体的14%，为纳米材料标准化工作与国际、国外接轨提供了有利的信息支持。
　　9　需说明事项
　　9.1  具有不完整因素
　　体系表中的项目涉及的领域主要是金属（有色、黑色）、化工（有机、无机）材料及少量生物医药材料，以及相关的主要基础标准、表征和检验方法标准；从产品形状（即维数），标准体系中项目主要是颗粒（零维）方面的材料标准及部分纤维（一维）和薄膜（二维），即体系的涵盖面不均衡，有待今后随着纳米技术、纳米材料的发展和需要，不断增补生物医药、建材、环保及纳米组装材料等方方面面标准项目，逐渐充实、完善。
　　9.2 具有不确定因素 
　　本标准体系与其它标准体系开展的工作基础不同，其它传统材料标准体系都是在相关标准已大量制定的基础上进行的，传统材料标准体系主要对现行标准进行清理整顿、补充、完善、理顺关系。本标准体系的编制，是在我国仅仅有1项粒度检验方法标准、少数超细粉产品标准的基础上开展的，体系中的绝大部分标准项目，都是预计在纳米材料方面需要统一的标准，如基础标准、方法标准，或是目前国内外有一定的研究基础、将来在国内有可能形成产业规模的标准，或是国防以及其它领域需要的重要产品标准,就是说体系中的标准项目不是十分确定的项目，存在着较大可变的因素;像体系中的标准名称、部分项目的标准名称很可能不准确,将来根据标准适用范围和内容需要进行修改。因此标准体系应随着纳米技术、纳米材料的发展，通过今后纳米材料标准化工作的开展，需要不断修改、补充与完善有关内容、调整标准体系结构等，使标准体系逐步合理、固化。
　　9.3 动态性
　　任何标准体系都具有动态的属性，本体系的研究对象是新兴的纳米技术和产业，虽然我国在纳米材料的基础研究、材料研究、工艺装备和应用开发等方面已取得一系列令人瞩目的科研成果，而且部分成果已经产业化，但毕竟起步晚，发展历史短，特别是正处在全方位、多领域发展的阶段，随着纳米技术更广泛地应用于改造传统材料以及纳米新材料的应用，我们要不断地对本体系表加以完善，以便较全面地、准确地反映了纳米材料的总体发展需求。

扩展阅读：

纳米技术及应用国家工程研究中心（简称“纳米中心”）是经国家发展和改革委员会于2003年10月批准成立的，专门从事纳米技术研发、工程化应用、技术集成和成果推广的国家工程研究中心，中心依托由多所全国重点高校和科研院所以及企事业单位共同出资成立的“上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司”进行管理。

中心成立的主要任务是，以国家战略和市场需求为导向，立足于纳米技术研发与工程化平台，致力于纳米技术在环境治理、功能材料、生物医药、新能源、信息技术等领域的应用研究与开发，通过自主研发、产学研联合、引进吸收等多种模式，研究开发产业技术进步和结构调整所急需的关键共性技术，实现科研成果放大以及产业化，搭建产业与科研之间的“桥梁”。