纳米技术领域科技术语的标准化

葛广路 朱星,2

(1.中国科学院纳米检测与标准重点实验室,国家纳米科学中心,北京 100190; 2.北京大学物理学院,北京 100871)

纳米技术领域科技术语的标准化

葛广路1朱星1,2

(1.中国科学院纳米检测与标准重点实验室,国家纳米科学中心,北京 100190; 2.北京大学物理学院,北京 100871)

术语和命名方法是标准化的重要工作内容。针对纳米技术的快速发展和纳米产业的不断扩大,各国和各大标准化组织都开展了纳米科技术语的标准化工作。文章主要介绍这方面的动态和进展,以期为从事纳米科技领域的专家学者和开发人员提供参考。

纳米技术,标准化,国际标准化组织

前 言

统一的命名方法和术语体系对于任何一个科学研究领域来说都是至关重要的。化学家和生物学家要使用成千上万的分子和物质,很难想象没有科学的名词体系,化学和生物学能发展到今天。纳米技术是从 20世纪 80年代末兴起的,是对纳米尺度的物质进行表征、操纵和加工的技术,被广泛认为是继信息技术和生物技术之后能够改变人们生活的技术之一。作为一个成长迅速的学科领域,迫切需要统一术语,以保证纳米科技和纳米产业中的语言沟通,以及推动公众对纳米科技的理解。

对纳米技术涉及的术语进行标准化存在如下困难：(1)纳米科技是一个学科高度交叉的领域,涉及化学、物理、生物、工程等多个学科,衍生出纳米生物医学、纳米器件加工、纳米表征测量等分支领域,来自不同学科的研究人员会从各自的角度出发对纳米材料进行命名。因此,结合已有的术语体系,建立统一的命名法,难度很大。(2)纳米科技正处在飞速发展阶段,很多新材料、新现象、新手段层出不穷,甚至一些已经相对成熟的术语也随着学科发展需要不断修订,这也对建立一个力求完整的术语体系提出了挑战。(3)纳米尺度既是长度单位,又蕴涵性质的突变,而这种突变对不同性质来说又是在不同长度上发生,所以定义纳米尺度及纳米性质既需要科学准确,又需要高度凝练,不能过于繁复[1]。

正因为术语对纳米科技研究本身以及纳米产品和市场都有重大的意义,几年来国内外都开展了纳米科技术语标准化的工作。本文介绍该领域的最新进展,以期为从事纳米科技领域的专家学者和开发人员提供参考。

一 国内纳米技术术语标准化

2005年 4月我国颁布第一批七项纳米领域的国家标准,其中就有《纳米材料术语》(GB/T 19619—2004,terminology for nanomaterials)。这项标准规定了纳米材料一般概念和按技术分类的具体概念的术语。分为一般概念、纳米材料的种类、特性、制备方法、处理方法和表征方法 6类,共 68个术语。其中对纳米尺度的定义是在 1到 100纳米范围的几何尺度,没有涉及性质变化。

与纳米材料相关的其他术语标准有 2008年发布的《颗粒系统术语》(GB/T 16418—2008,particle system—vocabulary)。该标准适用于任何固体颗粒、液滴或气泡的颗粒系统,也包含传统上称为超微颗粒的纳米颗粒,以及可以用于表征纳米颗粒的X光小角散射,光子相关光谱法等术语。

二 国际纳米技术术语标准化

1.国际标准化组织 (ISO)

2005年 ISO成立了纳米技术委员会 (ISO/ TC229)。成立之初就把术语和命名法的标准化放在重要的位置,设立了第一工作组：Terminology and Nomenclature。2006年 IEC(国际电工组织)的纳米技术委员会 TC113成立之后,为避免重复,与 ISO/ TC229成立了联合工作组,共同制定纳米技术的术语和命名法标准。

该工作组的召集人为加拿大人 Clive W illis,秘书为Brian Haydon。参加成员来自加拿大、中国、德国、法国、日本、荷兰、挪威、南非、瑞士、英国、美国等国家,也有协作组织成员,如OECD(经合组织)、ANF(亚洲纳米论坛)、CEI—Italy等。他们包括纳米科技研究人员、标准化专职人员、工程师、产业界代表、语言学家、律师、各国标准局官员等。

由于参加人员来自不同的领域,知识结构差别很大,第一工作组的进展来之不易。2008年发布了第一项技术规范 (TS,technical specification), 2010年即将发布一个技术规范和两个技术报告(TR,technical report),另外两个 TS将很快进入投票阶段,有四个 TS进入委员会草案 (committee draft)阶段。

第一工作组目前有 11个工作项目：

①ISO/TS 27687：2008 nanotechnologies—terminology and definitions for nano-objects—nanoparticle, nanofibre and nanoplate(纳米技术 ——纳米物体的术语和定义 ——纳米粒子、纳米纤维和纳米板)

这个项目由英国人Mark Gee主持,2006年立项,2008年完成并由 ISO发布。最早的名称是 vocabulary—nanoparticles(纳米粒子词汇),是英国标准学会 (BSI,British standard institution)于 2005年5月发布的BSI PAS 71纳入 ISO工作范围后内容的进一步丰富。后来将纳米粒子(三维都在纳米尺度)、纳米纤维(二维在纳米尺度)和纳米板 (一维在纳米尺度)统称纳米物体。

②TR：framework for core concepts(核心概念的分类框架)

该项目由加拿大负责,目前已到 DTR(draft technical report)阶段,预计于 2010年上半年出版。它和第 5项是互为补充的两个部分。它实际上是基于 ISO对建立术语体系的规定 (如 ISO 704—terminology work—principles and methods),由核心概念出发得到核心词汇,再加以定义。这种先从语言学的角度对技术领域内的术语进行分类和建立关联的方法值得我们学习。

③TS：terminology and definitions—carbon nanoobjects(碳纳米物体的术语和定义)

该项目是由日本的阿部 (Shuji Abe)担任负责人,规定了碳纳米管、富勒烯等纳米材料的术语。

④TR：outline of a method for nanomaterials classification(纳米材料分类方法总则),即将发布。

图 1 纳米尺度领域分类

该项目也是由加拿大负责,核心词汇在建立术语体系中占有重要地位,根据这些核心词汇可以衍生出所有的其他词汇,所以数量上不能太多。纳米领域最核心的词汇就是“纳米尺度 (nanoscale)”一词,目前的定义是：The size range from approximately 1nm to 100 nm.附加说明 (note)：Properties that are not extrapolations from larger size will typically,but not exclusively,be exhibited in this size range.For such properties,the size limits are considered approximate.

经过代表们在历次会议上非常详尽的讨论,已经接近共识的词语有：

nanotechnology, nanoscience, nanoscale phenomena,nanoscale properties,nanomaterial,manufactured nanomaterial,incidental nanomaterial,nanostructured material,nanomanufacturing processes

正在讨论中的通用词语 (general terms)包括：nanofabrication,self-assembly,lithography,bottomup process,top-down process

其他十大类涉及纳米加工过程的词语包括：

assembly techniques

biological techniques

nanostructured material synthesismethods

deposition methods

etchingmethods

nanocomposite manufacturingmethods

nanoparticle synthesis

nanopatterning lithography

roll-to to-rollmanufacturing techniques

self-assembly and directed self assembly

⑥ terminology and definitions—nanostructured materials(纳米结构材料的术语和定义)

纳米结构材料指的是具有纳米结构的宏观材料 (如多孔材料)。定义工作包括对 nanostructured、nanophase、nanocomposite的描述,从三个不同层次进行定义。

⑦ter minology and definitions—bio-nano interface(纳米生物界面的术语和定义)

对于如何区分纳米技术词语、生物技术词语,从而选出与纳米—生物交界的关键词语需要深入讨论。

⑧ter minology and definitions—nanoscale measurement and instrumentation(纳米测量和设备的术语和定义)

这个项目是和 ISO/TC201(表面分析)联合,由澳大利亚的 JohnMilles负责。

⑨ ter minology and definitions—for medical, health and personal care applications(用于医药、健康和个人保健用途的术语和定义)

⑩terminology and definitions—nanomanufacturing processes(纳米加工过程的术语和定义)

该项目与国际纯粹与应用化学联合会 ( IUPAC)联合进行。以纳米粒子为例,命名中应该包含哪些指标(粒径、成分、表面配体、电荷,等等)需要仔细考虑,这也是学术界一直关心的问题[2]。

除这些正式立项的项目之外,第一工作组还成立了若干任务组,进行一些特定领域的信息收集和立项前的准备工作。其中一个是纳米技术集成术语数据库“Integrated Ter minologyDatabase forNanotechnology”的问题,这个数据库将在 ISO范围内协同使用,有助于整合不同委员会之间有关纳米技术的术语和命名法标准的建立。在下次 TC229荷兰马斯特里赫特 (Maastricht)会议上将提出有关数据库结构的提案 (architecture for the database),这个工作的第一步是建立“The ISO Concept Database”(网址是：cdb.iso.org,2009年 10月 27日开始启动)。这一数据库的建立将有助于从 ISO已经发布的标准中遴选一个初步的术语表。

在第一工作组任务中,纳米技术集成术语数据库的建立和其他项目的实施,将会使过去三年间建立的工作框架更加充实,并且加强与其他委员会的合作关系。其他的合作项目将在化妆品、食品添加剂、营养保健品等方面发挥作用。

与此相关,2008年由召集人内部任务组(Convenor's Inter im Task Group(CTG))设立的项目“纳米技术本体论方法(ontology)”执行一年后被宣布停止,认为与 the Integrated Ter minology Database for Nanotechnology的思路不符。这个项目的申请人是来自一个私人个体咨询公司的挪威人,并不从事任何具体的科技研究,而仅仅从事数据库的调研和整理工作,提出的 ontology方法也是没有任何针对性,没有被认可,只能中途停止。这说明从ISO大局发展需要,不可能支持意义不大的项目。

在前不久召开的 TC229以色列全会上,第一工作组作出以下决议：

由伊朗人Ali领衔的项目JWG1-TG2 Outline of Nanomaterials Classification (Nano-tree)—Applications将转移到第四工作组,因其所涉及的内容更加适于后者的材料技术指标 (Materials Specification)部分。

伊朗人在波尔多会议上提出 Nano-tree的项目,并且以树枝状分类表形式给出详尽的与材料制备相关的分类内容,其后又与各国代表多次沟通。

从第一工作组的进展来看,美、加充满强烈的主导意识,英、德努力推动将本国标准列入国际标准,日本在标准制定中取得实质性进展。

2.欧美国家的纳米技术术语标准化

1)美国的AST M/E56

早在 2005年 E56(纳米技术委员会)成立之初,其优先工作项目就包括在所有利益相关者的需求驱动下,制定一份全球范围的纳米技术术语标准。纳米结构的特性、合成和应用研究正在以指数级数迅速增长,远远超过了对这些新材料化学构成和物理组成进行描述的语言的发展。和 ISO/ TC220相似,E56的第一分委员会 (E56.01)也是信息学和术语方面。

2006年 11月,E56审批通过了该技术委员会的第一个标准：AST M E 2456-06 Terminology for Nanotechnology(纳米技术术语)。这份标准是若干组织经过通力合作完成制定的,可以在AST M/E56技术委员会网站上 (http：//www.astm.org/COMM IT/SUBCOMM IT/E5601.htm)免费获取。该标准规定了 nanoscale、nanotechnology等 13个术语。

E56技术委员会主席 Vicki Colvin说：“这份AST M术语标准将改变我们与决策者、教师和邻居们的交流方式。我们将第一次能够放心使用诸如‘纳米微粒’这样的关键性术语,并且确信自己的用语是精确的,能够与全球的纳米技术专家交流和共享。更加美妙的是这份文献是免费获取的。现在,对纳米技术感兴趣的教师和学生们能够方便地查询这份术语辞典,自行消化理解我们这个技术在众多领域的细微差别。”[3]

为了促进术语标准的制定工作,AST M发起此项目并与很多合作伙伴签订了联合制定标准的协议,包括美国电气电子工程师学会 (IEEE)、美国机械工程师协会 (AS ME)、美国国家科学基金会(NSF)、日本国家先进工业科技学会 (A IST)、国际半导体设备与材料公司和美国化学工程学会。

AST M相信通过合作协议可以避免众多标准组织间的资源重复建设,为专家团提供唯一标准的研发基地,进而制定出一份既包括信息又包括应用的真正的全球术语标准。

2)英国的 PAS

英国标准学会于 2008年 2月发布了 6项纳米名词的公开规范(PAS),分别是：

PAS 131 Terminology for medical,health and personal care applications of nanotechnology

PAS 132 Terminology for the bio-nano interface

PAS 133 Terminology for common nanoscale measurement terms including instrumentation

PAS 134 Terminology for carbon nanostructures

PAS 135 Terminology for nanofabrication

PAS 136 Terminology for nanomaterials

这里的 131、132、133、135已经成为 ISO/ TC229相应标准的基础文件,反映出英国在标准制定上的超前意识。

三 结论与展望

纳米技术领域的术语体系建立和标准化是一个紧迫的任务,同时又是一项系统工程,ISO/TC229正在进行的术语标准化工作集合了各方面的专家,保持与各标准组织密切协作,参照其他传统领域的成熟经验,并严格遵循 ISO规定的科学方法,值得我们认真借鉴。

[1]W ills C.Nanotechnology—The terminology challenge[J]. ISO Focus,2007(4)：26-27.

[2]Gentlemen D J,ChanW CW.A systematic nomenclature for codifying engineered nanostructures[J].Small,2009,5 (4)：426-431.

[3]AST M标准化新闻.[EB/OL].(2006-12-01)[2009-12-05].http：//www.cssn.net.cn.

The Standardization of Ter minology in Nanotechnology

GE Guanglu,ZHU Xing

Te rm inology and nom enc la ture a re imp ortant p a rts of s tanda rd iza tion.W ith the fas t deve lopm ent and indus tria l g row th of nanotechnology,s tanda rd iza tion organiza tions a round the w orld have s ta rted working on this asp ec t.This a rtic le introduces the current s ta tus in this fie ld,and p rovides inform a tion for both academ ia and R&D sec tors.

nanotechnology,s tanda rd iza tion,ISO

N04

A

1673-8578(2010)01-0026-05

2010-01-12

葛广路(1970—),山东济南人,副研究员,现在国家纳米科学中心纳米标准研究室工作,主要从事纳米材料和纳米测量技术的标准化研究;朱星(1950—),北京人,北京大学物理系教授,国家纳米科学中心副主任,主要从事近场光学和扫描探针显微学研究。通信方式：gegl@nanoctr.cn。