纳米反点阵列技术及其技术标准化的模式探讨

周学礼，祁洪飞

（1.江西省标准化研究院，南昌 330029；2.北京航空材料研究院，北京 100095）

纳米反点阵列技术及其技术标准化的模式探讨

周学礼1，祁洪飞2

（1.江西省标准化研究院，南昌 330029；2.北京航空材料研究院，北京 100095）

本文对纳米反点阵列技术及其市场应用的前景做了简单介绍，并从科技成果转化的角度出发，结合我国纳米科技创新领域中“技术难以顺利转化为产品”的技术壁垒，对纳米反点阵列技术向技术标准的转化模式进行了探讨，为实现纳米技术成果的转化及其标准的制定具有一定的参考意义。

纳米反点阵列；科技成果；技术标准

1 纳米技术及其标准化研究现状

在富有挑战性的21世纪，纳米技术产业发展的水平决定着一个国家在世界经济中的地位，也是我国实现第三个战略目标，成为世界先进国家难得的机遇，是关系到我国在未来世界政治经济竞争格局中，能否处于有利地位的关键问题。当前我国在国际纳米科研界中发表的科技论文数量位于世界前列，在纳米材料制备和合成方法等领域也领先于世界水平[1]。虽然如此，但我国纳米标准起步较晚，目前的成效也不明显。而国际上其他国家对纳米科技成果标准化的工作早已经取得了丰硕成果，如美国很早便授权美国标准研究开展纳米标准的研究和制定，如今处于国际领先地位；至于欧盟各国，由于其纳米科学基础研究实力雄厚，制定标准也有着自己得天独厚的条件。

近年来，“技术专利化”、“专利标准化”、“标准国际化”的现象日渐普遍，发达国家将核心技术转化为专利技术，又将专利技术融入至标准中，并设法在最大范围内推广其标准，从而垄断国际市场[2]。在这种背景下，抢占纳米核心技术标准的至高点，对企业来说显得尤为重要。各省标准化研究机构、科技成果专业转化机构等科技成果转化平台，应亟需对获得科技成果登记和获得发明及实用新型专利授权的企业开展调研和摸底，以了解科研院所、高校与企业开展专利技术、科技创新成果转化为企业标准、地方标准、行业标准、国家标准、国际标准及先进标准工作的现状和潜力。

2 纳米反点阵列技术简介及其应用

本研究工作的纳米反点阵列技术属于北京航空材料研究院纳米技术研究中心祁洪飞导师科研团队中的一部分纳米技术。本研究的纳米反点阵列技术主要包括纳米点阵列自组装技术和纳米点阵列反向复制技术[3-6]。

2.1 纳米点阵列自组装技术

纳米点阵列自组装技术主要包括纳米量级材料微结构的设计、制备与组装研究。纳米粒子的自发团聚和随机分布是目前纳米材料研究领域存在的两大瓶颈技术问题，通过对材料微结构的设计和调控，可将纳米粒子严格限制在预设位置，并使其按照预设结构分布，从而实现纳米粒子准确定位及纳米结构的精确控制，使得“纳米效应”得于凸显。具有有序、可控、可设计的技术特点，辅以成分筛选，可获得高性能的纳米材料。纳米微结构自组装技术包含纳米微结构合成技术和纳米微结构转移技术，如图1、2所示。

图1 液面漩涡法合成纳米微结构示意图

液面漩涡法合成纳米微结构的技术流程如图1所示。该方法主要涉及四个步骤，首先，整个装置置于一个磁力搅拌器上，水面在磁力搅拌的作用下形成稳定的漩涡（图1（a））。将分散均匀的纳米微球乳液利用微量注射器液缓慢滴加于涡旋的水面上，微球将随水流一起运动并向漩涡中心聚集。随着乳液的不断加入，塑料环内部的纳米微球将在水面上不断聚集，直至布满环中液面并形成致密的单颗粒层。涡旋的液面不可避免地会将部分微球带入液面下的水中，使水浑浊，因此紧接的一个步骤就是将浑浊的液体排出（图1（b）），并且注入等量的超纯水（图1（c））。最后将洗净的衬底浸入液面，在一定的温湿度下，利用自制的提拉设备将衬底匀速提出液面，此时密排微球阵列由水面转移至衬底表面（图1（d））。样品在80℃下干燥20分钟。通过变换提拉速率和纳米微球粒径（图2），重复以上工艺，可制备出一系列粒径连续可控的纳米微结构晶体。

图2 液面漩涡法转移纳米微结构示意图

纳米点阵列自组装技术合成的纳米球、空心球和核壳结构具有表面积大、表面能高、表面催化活性位多、吸附能力强等特点，其在隔热材料和贵金属催化等诸多领域具有广阔的应用前景。基于仿生学思想，纳米点阵列球、空心球和反点阵列微结构可制备的三种超疏水材料，在汽车、飞机防雾、防冰等领域也具有广阔的应用前景，可以以贴膜的形式贴敷其上面，如图3所示。

图3 （a） 超疏水结构A

图3 （b） 超疏水结构B

图3 （c） 超疏水结构C

2.2 纳米点阵列反向复制技术

微结构对纳米材料诸多性能具有决定性影响，在纳米微结构中，对于反点阵列结构科研工作者很难做到精确控制，且结构连续变化。因此，开发新型纳米技术，实现纳米反点阵列微结构的高度可控及其微结构尺寸的连续可调，是理解纳米微结构与其特性之间关联性的必要前提，更是实现纳米反点阵列微结构的自由设计、可控合成的重要基础。

纳米反点阵列最为典型的是二维纳米反点阵列结构，其具有高度有序、结构连续可调的特点。纳米反点阵列的是胶体晶体模板结构的反向复制，纳米反点阵列合成技术如图4（a）和（b）所示，该结构可迫使纳米粒子按照预设结构分布，从而实现纳米粒子的准确定位及纳米结构的精确控制，使纳米效应得于凸显。

图4 （a） 二维纳米反点阵列微结构合成示意图

图4 （b） 三维纳米反点阵列微结构合成示意图

纳米反点阵列微结构由于其本身的形状各向异性对磁矩的钉轧效应，反点阵列具有优异的磁学性能，矫顽力和剩磁比可达到其薄膜结构的1倍以上，可大幅度提高磁记录密度，减少磁记录介质的体积。该特性使其在基础物理研究和实际应用领域具有广阔的发展空间，尤其在高密度磁记录领域前景广阔，二维纳米反点阵列微结构如图5（a）所示。三维纳米反点阵列微结构如图5（b）所示，该结构具有光子带隙是很好的光子晶体（蛋白石或反蛋白石结构），其在光电器件、通信、微波天线、光滤波器、光开关等领域具有广阔的应用前景。

图5 （a） 二维纳米反点阵列SEM微结构

图5 （b） 三维纳米反点阵列SEM微结构

3 纳米反点阵列技术转化为技术标准的模式探讨

我国为了抢占世界科技纳米至高点，在纳米科技领域的投入越来越大，科研成果产出也颇为丰盛，基础研究进入世界前沿，应用开发也位于世界前列，但是科技成果转化为生产力的过程不是很顺畅。究其原因，在于我国纳米科技创新领域中存在着“技术难以顺利转化为产品”技术壁垒，形成了“科技研发孤岛、成果转化孤岛和标准研制孤岛”的尴尬局面[7-10]。高校和科研院所与市场产业部门均热衷于各自的循环，很少形成一个完整的发展链条，如高校和科研院均热衷于“申请课题、开展研究、通过评审、再申请课题”的循环，与产业部门对接较少；而产业部门则陷入“引进技术、生产产品、技术落后、再引进技术” 的循环，转化高校和科研院所成果较少，形成科研与产业“两张皮”的现象。

在科技成果与市场产品之间，应发展中间试验环节，采取多种组合措施，重点解决关键纳米技术创新链中的瓶颈制约问题，才能逐步形成“科研促进产业创新、产业支撑科研发展”的良性循环。

3.1 建立以市场为导向的纳米科技成果转化验收机制

科研院校、产业部门及中间专业转化平台应根据纳米科技成果类别，制定针对性的验收机制，并采取不同的鼓励措施。根据国内外的纳米科技产品市场情况，对于具备市场前景且技术成熟的纳米科技成果给予优先鼓励转化为市场产品，如在转化平台、科技人员及科技成果转化引导资金等方面提供支持。引导科技研究人员与相关企业紧密合作，进行市场化运作，现场化指导，从而将理论研究成果转化为现实生产力。对于市场前景不明朗或技术不成熟的纳米科技成果给予孵化指导，或者建议无需进行成果转化，避免浪费不必要的时间和资金投入，只需进行理论研究，完善基础性研究即可。

3.2 深化以市场为目标的科技成果成熟度

目前从事纳米技术研究的高校和科研院所，均在很大程度上依赖国家和地方政府各种计划的资助，却很少切合企业需要开展纳米科研工作，致使缺少解决企业技术难题的动力；而企业缺少技术队伍，且研发成本高，难于承接不太成熟的实验技术，这就形成了高科技企业自主创新的困境，进而形成了技术资源紧缺、发展后劲不足等问题。纳米科技市场应以纳米科技成果专业转化平台为契合点，促进纳米科技企业与政府相关政策的有机结合，致力于纳米科技成果向技术标准的转化，形成企业生产的指导文件，深化科技成果产品化的成熟度，进而真正实现“科技成果向产品转化，产品向商品转化”的科技生产力。

3.3 完善政府相关配套政策及管理制度

政府在推进纳米科技成果转化的进程中，具有特殊的作用。这种特殊的转化促进作用，应是以宏观调控、创造条件、提供服务为主，以多种方式示范、引导科技成果转化为辅，同时要协调政府各部门、各计划之间的关系。政府或由政府支持的科技中介机构对进入市场的重大科技成果特别是具有成果的知识产权、研发状态、技术水平、市场预测、投资估算、风险系数等给予科学评价，建立纳米科技成果转化项目认定制度；鼓励和支持原始创新，对于具有原创纳米科技，有望取得自主知识产权的创新性科研项目从政策和财政上给予重点扶持。另外，纳米科技企业应通过高薪和事业留住从事纳米科研人才，为纳米高科技人才提供纳米科技成果转化为稳定产品的工作平台。

3.4 建立健全科技成果转化平台与专业转化团队

国际纳米科技产业的竞争已经进入标准化时代，拥有纳米技术国际标准是衡量产业竞争力的一个重要表现。我国虽然初步搭建了国家的纳米技术标准化体系，国家层面上的纳米检测标准也比较丰富，但在国家层面上纳米产品标准尚十分缺乏。主要原因是企业标准和国家标准的要求和定位是不同的，二者之间缺少一个过渡的桥梁。国家与政府层面应支持建立机制健全的科技成果转化平台，通过结合纳米产业的发展实际，与标准化机构合作制定出一系列纳米科技成果评价制度及纳米领域的行业标准，进而再上升至国家标准、国际标准，为纳米高科技成果的转化提供政策性制度保障。

4 结论

本文以纳米反点阵列技术为着力点，介绍了纳米反点阵列技术的成熟科技成果及其广泛应用的市场前景。本着科技是第一生产力的重要论断，从科技成果转化验收机制、科技成果成熟度、相关配套政策及专业转化平台四个层面对纳米反点阵列技术转化为技术标准的模式进行了探讨，为实现纳米技术成果的转化及其标准的制定具有一定的参考意义。

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Technology of Nano Anti Dot Array and Discussion on its Mode of Technical Standardization

ZHOU Xue-li1, QI Hong-fei2
(1. Jiangxi Institute of Standardization, Nanchang 330029, China; 2. Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China)

In this paper, the technology of nano anti dot array and its application prospects of market were introducted briefly. From the perspective of transformation of scientific and technological achievements, and combined with the technical barriers of "technical difficult to smoothly into a product" in the field of nano science and technology innovation in our country, we have discussed the conversion mode of nano anti dot array technology to technical standards, and it has a certain reference significance for the transformation of nanometer scientific and technological achievements and its standardization.

nano anti dot array; scientific and technical payoffs; technical standard

G311

A

1672-6286(2017)02-0022-08

周学礼（1988-），男，江西余干人。硕士，主要从事质量与标准方向研究。