纳米技术研究论文

纳米技术研究论文（精选12篇）

纳米技术研究论文 篇1

1 研究概况

农业航空作业突出优点主要表现在速度快,效率高,质量好,尤其是在地面无法到达或无法进行地面作业的区域,或者突发事件的应急处理,进行航空作业,更加凸显了其优点。此外,与地面人工作业相比,其作业成本较低,特别适合大面积作业。

我国每年粮食作物发生生物灾害面积达3.6亿hm2,虽经防治挽回大量经济损失,但每年仍损失粮食4 000万t。其他农作物如棉花损失率为24%,蔬菜和水果损失率为20%。而据联合国粮农组织(FAO)估计,全世界每年因病虫草害损失约占粮食总产量的1/3,其中因病害损失10%,因虫害损失14%,因草害损失11%。农作物病虫害除造成产量损失外,还可以直接造成农产品品质下降,出现腐烂、霉变等,营养、口感也会变异,甚至产生对人体有毒、有害的物质。我国每年林业生物灾害发生面积0.11亿hm2,直接经济损失和生态服务价值损失880多亿元。因此,农业航空技术的研究与应用,除了在施肥、播种、航测上外,主要是植保,尤其是在大面积暴发性生物灾害的航空防治作业上,防治效果十分明显,其优越性十分明显[1,2,3]。

1.1 主要农用航空器

目前,我国农业主要航空器具有Y-5、Y-5B、N-5A、N-5B、海燕、海鸥飞机等,其他飞机在部分地区也曾使用。除了N-5系列外,其它用于农业航空作业的航空器都是改装的,不是针对农业作业特点专门设计的,在作业过程中,都存在着一定的缺陷。

Y-5即运5飞机,是新中国制造的第一架小型运输机,采用双翼布局,后三点式起落架,一台活塞式航空发动机和一具四叶金属螺旋桨,最大载重1 500 kg,是一种安全可靠、性能良好、多种用途的轻型飞机,并具有经济性好、使用维护简单、安全可靠等特点,不仅能低空飞行,用于植保、播种、施肥、森林消防、地质勘察、探矿等,而且加装涡轮增压器后,还能够进行高空飞行,用于探测高空大气和航空测量,如果加装水上飞行设备,又能作水上飞机使用。

Y-5B继承了Y-5基本型飞机的机体结构和多用途适应性,并采用了抗腐蚀结构和专门研制的任务设备,包括具有应急抛投能力的大型药箱(或水箱)、高流率风动泵、各种规格的喷洒装置;换装了全新的波兰进口动力系统,延长了发动机和螺旋桨的使用寿命;更新并加装了现代化的通信、导航等设备,使通信质量、联络距离、导航能力等方面都达到了比较先进的水平;减轻了飞机的自重,提高了商载能力;采用了现代化的农业喷撒设备,逐步形成了Y-5B农林型、Y-5B(K)客机型、Y-5B(D)多用途型、Y-5B(C)军用跳伞型、Y-5B-100公务型系列飞机,使运-5B飞机成为能够广泛满足通用航空需要的系列化飞机。

N-5系列,又叫农5飞机,具有操纵灵活、维护方便、使用经济、安全可靠等众多优点。N-5A飞机是我国第一架自行设计研制和生产的农林专用飞机,为单发动机、单驾驶、下单翼、固定式前三点起落架飞机,装用美国莱康明公司生产的400匹马力活塞式发动机和美国哈扎尔公司生产的恒速变距三叶金属螺旋桨,备有喷洒液体和播撒粉状或颗粒物料等两种农业设备,可进行播种、施肥、除草、农林业病虫害防治、森林防火等。

N-5B型飞机是在N-5A基础上,对结构、药箱载量、舒适度和作业设备等方面作了改进,配装捷克Walter Engines a.s公司的M601F型涡轮螺旋桨发动机,起飞功率777马力,满载升限6 000 m,主要用于农田播种、施肥、除草、治虫、飞播造林、护林防火等作业项目,经过改装,还可兼顾治安巡逻、救灾指挥、航测航摄、影视制作、宣传广告等。

海燕飞机是洪都集团研制生产的串列双座教练机,该机为全金属硬壳式结构,全金属双梁式下单翼,机翼后缘装有襟翼和副翼:尾翼由水平安定面、升降舵、垂直安定面、方向舵和整流包皮组成;可收放前三点式起落架,前起落架为支柱式,主起落架为半摇臂式,主起落架的减震器适于在草地上起落,主轮可制动;装置一台活塞6星形冷气9缸活塞发动机,与发动机配套的是“奋发”———530自动变距双叶全金属螺旋桨;座舱分为前舱和后舱,前后舱有联动的双重操纵机构和各种指示仪器;飞机上装有高度表、速度表、升降速度表、地平仪、磁罗盘和发动机转速表等飞行仪表,超短波电台和无线电罗盘等无线电设备。该机性能价格比优、经久耐用、安全可靠、便于维护、能在土跑道上起降等,这些特点构成了海燕飞机在该领域强大的竞争优势。

蛟龙—600是一款单船身四发涡轮螺旋桨式综合救援飞机,最大起飞重量为60 t,可以在陆地和水面上起降,拥有执行应急救援、森林灭火、海洋巡察等多项特种任务的强大功能,首架原型机将于2013年首飞。蛟龙—600用在森林防火和城市高层建筑救火上,在水面起降,一次汲水时间不大于20 s,投水高度(相对树梢)30~50 m,投水命中率大于98%,最大平飞速度为555 km/h,起降抗浪高度达2.8 m,最大航程为5 300 km,可在水源与火场之间多次往返,投水灭火。

海鸥300飞机是中国国内首款自主知识产权水陆两栖飞机,2010年8月首飞。海鸥300飞机从技术上已经达到了欧美国家同级别水陆两栖飞机的先进水平,该机选装高性能大功率发动机,配置综合显示仪、雷达和大气数据计算机等先进航空电子设备,可广泛用于公务飞行、客货运输、医疗救护、航空探测、旅游观光等,也可以进行水上巡逻,并有可能在农业领域有较大的应用前景[4]。

1.2 限制性技术因子

就目前技术水平而言,对农业航空作业限制性因子很多,有作业设备上的,有航空器上的,有管理上的。

就航空器而言,目前主要限制性因子是农用专用机型少,农用飞机多是通用运输机改装的,商载量、飞行高度、飞行速度、起飞条件等都不适合恶劣的农业作业条件。农用飞机商载量普遍不大,再加上需要专用机场,调机效率和作业效率很低,直接导致作业成本增高。此外,绝大部分飞机使用的都是专用航空燃油,农业航空作业时加油不方便,同时又提高了作业成本。

就作业设备而言,最不能适应作业要求的主要是植保作业设备。因为航空植保作业受限因素多,不确定因子对作业质量影响大,再加上植保作业季节性强,时间紧迫,如果作业气象条件不理想,就会严重影响作业质量,甚至导致作业失败。从表1中可以看出,不少防治效果低于50%的防治作业,除了其他因素外,主要原因之一就是风速过大,飞行作业高度高,喷洒的药液漂移不能沉降,导致作业失败。

此外,在航空植保作业上,影响作业质量的还有一个因子,就是药剂的使用上没有标准化,多是凭经验或参考地面喷雾确定药剂的使用剂量和配置方法,往往因为用量或配置不科学影响了作业质量,还有的为了追求速效性而使用毒性较大的药剂,对环境造成较大的负面影响。

由此可知,航空植保技术的研究,可以推动整个农业航空技术发展。也就是说,就目前技术而言,限制农业航空发展的瓶颈,是航空植保技术,解决了航空植保技术关键难题,农业航测、播种、施肥、护林巡逻、森林消防等问题,也就迎刃而解。

1.3 航空管理上的障碍

在我国农业航空管理上,主要存在以下障碍:

1)投入不足。首先是研发投入几乎是空白,没有专业的农业航空技术研究机构,致使农业航空设备落后,不能适应农业作业要求。其次是基础设施落后,没有农用专用、兼用或临时机场,农用航空企业飞机陈旧,不能适应农业航空发展的需求。再次是农业航空企业规模小,不能适应市场化竞争的需求,不能实现规模化发展。

2)机制不顺。大部分农业航空机构内部管理带有计划经济色彩,甚至具有浓厚的官商作风,企业内缺少活力。其次,农业航空作业活动没有完全市场化,企业间竞争力弱,经济效益不明显,投资环境差,制约了企业的发展,也影响了新资本的注入。

3)空域管理束缚了农业航空事业的发展。农业航空作业申报审批手续复杂,腐败现象严重,不但提高了农业航空作业成本,还延误了最佳作业时机,甚至导致作业失败。

4)技术标准落后。目前农业航空技术标准很少,尤其是作业技术标准。不同的机型、不同的作业对象,其技术要求不同,我国尚没有制定这方面的技术标准,农业航空作业多是凭经验决策,常常严重影响作业效率和质量。

2 对目前农业航空器的改进

1)在目前现有的机型中,选择不同的、适合农业航空作业要求的机型,并进行适当改进,以适合农业作业需要。

目前较为适合农业航空作业的机型主要有N-5系列和Y-5B,以及蛟龙-600和海鸥300、N-5系列和Y-5B在农业上的应用已经有很成熟的经验,但需要将其经验转换成标准,使得实现作业标准化。蛟龙-600和海鸥300尚未投入应用,农林部门要抓紧时间介入这两款飞机的应用试飞,以便于改进定型形成系列机型,适合农业航空作业。

2)开展直升机农业航空作业试验,在目前国产直升机中选择最适合农业航空作业的机型,进行技术改造,形成系列机型,以适应不同的农业航空作业需求。

3)必要时,引进先进国家的农用飞机,尤其是美国的“空中拖拉机”AT-401B、AT-402A、AT-402B、AT-502A、AT-502B、AT-602、AT-802A、AT-802F等农用飞机,吸收其中先进技术,还可以与发达国家合作,共同开发农用型飞机,学习其中先进技术,由仿制到自主开发。

3 农业航空作业器具开发

3.1 风送静电喷雾设备研发

植保航空作业中的农药的雾滴飘移不仅造成农药浪费,还会减少到达喷雾目标的农药量,降低了病虫害防治效果,并造成不必要的环境污染,损害附近其他敏感作物和人畜健康,常常还会因此造成植保航空作业纠纷,甚至引发环境安全事故。

因此,植保航空施药技术,是植保航空作业的关键技术之一。近几年来,风送式静电喷雾技术(air-assisted electrostatic spraying)在地面施药中的应用越来越多,该技术首先把药液通过压力雾化或旋转雾化方式形成雾滴,经过充电电极使雾滴带电,并在气流的作用下二次雾化,由静电力和气流将雾滴送到植株上。风送式静电喷雾技术具有如下明显优点:(1)利用气流的推动作用,改善了静电喷雾雾滴穿透性弱的不足,有利于茂盛、高大林木病虫害的防治。(2)合理的控制静电喷雾时气流,喷雾飘移损失将会明显减少,环境污染小。(3)带上静电后的雾滴,其表面张力会降低,减少雾化阻力,提高雾化程度,雾滴在植株上不易朝着最小表面积而凝聚,有利于植株对雾滴的吸附。同时,气流更易于使雾滴在叶片及虫体上铺展,将会明显地提高杀虫效果。

风送静电喷雾装置(图1),主机和药液箱安装在货舱内,喷头安装在普通喷杆上。工作时,利用高压空气的下行气流把农药雾滴强制喷洒作物株冠层中,可大幅度降低农药飘失量,还可以提高飞行高度,不影响作业质量。这样,尤其是固定翼飞机,可以在风力较大气象条件下和有较多高大建筑物的作业区内,提高飞行高度进行作业,并保证作业效果。

目前,地面风送式静电喷头技术比较成熟(图2左)[5],但在航空作业上只有静电喷雾装置(图2右)[6],还没有风送式静电喷雾系统。航空风送式静电喷雾系统的研发,可以综合地面风送式喷雾系统和静电喷雾系统,借鉴地面风送式静电喷雾系统思路和技术,进行设计和试验。

3.2 农业航测技术开发

农业航测主要是资源监测与普查、灾害监测。为了降低航测成本,农业航测应该在卫星遥感监测基础上进行。首先,通过对卫星监测资料进行解读,筛选除不需要进行航测的区域,只对其中需要进行进一步大面积调查的局部区域进行航测。有必要时,通过互联网会议系统(如国家林业局森林医院,PPMeet),组织专家对飞机航测的实时录像资料进行会商,对需要进行更详细调查的,进行补充航测,或者派人员携带图像设备进行设计和试验。

(左:地面风送式静电喷头,齐永胜,2008;右:航空静电喷头,茹煜,2009)[5-6]

农业航测还可以与现有的农产品标识溯源系统、森林防火远程视频监控系统、国家森林医院等联网,建立农林立体监测网络[7,8,9]。

无论是航空监测还是航天监测,关键技术是遥感。对于农业遥感,应该加强以下几个方面基础理论和应用研究:

1)加强农业遥感基础理论的研究,尤其是遥感图像信息提取技术的研究,要充分利用现有的遥感资源,开展植被长势遥感监测技术研究,通过植被长势监测,估测农作物产量,监测气象灾害和生物灾害,进行资源普查等。通过现有遥感资源的使用,探寻适合农业遥感的技术手段,逐步发展农业遥感。

2)建立资源实时监测智能系统。综合现有的航天、航空、地面监测技术,建立立体监测网络和专家信息库,建立基于Web-GIS平台的应用系统,实现远程监测、专家会商、智能检索和信息发布。

3)光谱反射率分析技术。既要研究植被生长的外在光谱特性,也要研究灾害导致植物体内生理生化变化的光谱特征变化,将光谱特征与植被长势、生态系统健康状况的生态指标和生理生化指标建立对应关系,实现农业遥感的量化监测。

4)回归模型分析技术。遥感的实质是反演,反演可以通过反演模型来实现。通过回归模型反演生态系统健康状况,并将其与地面生态环境因子监测相结合,实现生态系统健康状况实时、定量监测,提高灾害的预测预报精度。

5)植被指数分析技术。根据植被光谱特性,将可见光和近红外波段进行组合,形成各种植被指数。目前虽然构建了较多的植被指数,但构建方法与标准都不统一,普适性差。今后的研究中要建立统一的植被指数构建方法和标准,将其应用到农业遥感监测中,可提高监测的灵敏性和准确性。

6)光谱微分技术。光谱微分技术因其能消除土壤等低频背景噪音,可提高对植被监测的精度,我们要将其扩展到所有农业遥感监测研究,提高生态系统的识别精度。

7)基于光谱位置变量的分析技术。光谱位置变量指在光谱曲线上具有一定特征的点(最高点、最低点、拐点等)的波长,其中最常用的是红边效应和光谱吸收特征分析技术,各种环境胁迫,如缺氮、干旱、病虫害等均会使植物的反射特性发生改变,从而改变红边位置。另外,植物光谱维方向的特征信息主要集中在由植物叶片中生物化学成分含量的变化形成的吸收波形处,因此当植物受到病虫危害时光谱吸收波形处也会发生变化。目前的研究多运用光谱位置变量分析技术分析植物病虫害光谱特征位置的特征,用于对病虫害的识别,但不能反映植物受病虫危害的全波段光谱信息,不能快速识别病虫害的种类。

8)遥感影像分析技术。遥感影像分析技术主要包括数据压缩、混合象元分解、光谱匹配、降维运算、光谱植被指数等,将其与地面非成像光谱数据处理方法相结合,将大大提高农业遥感监测的实效性和普适性。

9)多角度遥感分析技术。多角度遥感技术主要指在地面BRDF和多角度卫星方面的应用研究技术。与传统的垂直观测遥感方式相比,多角度遥感追求的不仅是地面目标的平面位置和大小,而且是目标在三维空间的结构特征的获取,运用多角度遥感监测技术,是是生态系统健康状况遥感监测的新途径。

10)高光谱分辨率遥感。又称成像光谱学(HRS),是指利用很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获取有关数据。它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域获取许多非常窄且连续的图像数据的技术。成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息,能产生一条完整而连续的光谱曲线,因此,人们从高光谱图像上可以获取连续的光谱信息,这种信息能用于多学科的研究和应用中,能为我们探测植被形态和活力、监测土地覆盖变化和估计生态系统的生物物理和生物化学参数提供方便[10,11,12]。

4 新型农业航空器研发

4.1 研发思路

目前,制约农业航空发展的关键因子是作业效率和作业成本,而作业效率与作业成本有密切的关联关系。要降低作业成本,除了要降低作业耗材成本外,如植保作业中的农药与助剂,播种作业中的种子,森林消防中的水,航测中的影像耗材等,更重要的是降低飞行成本,提高作业效率,降低基础设施建设成本。

作业效率一般用作业面积效率和作业时间效率表示。作业面积效率用一个架次作业面积表示:

作业面积效率=商载量/单位面积作业耗材消耗量

如果是播种作业,则为:

作业面积效率=载种量/单位面积播种量

如果是植保施药,则为:

作业面积效率=载药量/单位面积喷洒量

作业时间效率用平均一个架次的作业时间与飞行时间的比率表示:

作业时间效率=作业时间/飞行时间

此外,还可以用调机效率来表示农用飞机使用效率:

(实际)调机效率=飞机飞行天数/调机总天数

绝对调机效率(理论调机效率)=(飞行架次数/理论每天可飞行架次数)/调机总天数

显然,提高作业效率主要是提高作业时间占飞行时间的比率,这需要从两个方面着手,一是缩短起飞地点到作业区的距离,减少非作业飞行时间,二是提高商载量,提高单架次作业面积。

降低飞行成本主要是降低燃油成本和维护保养成本,降低基础设施建设成本主要是降低飞机购置成本和机场建设与维护成本、提高飞机与机场使用寿命。

4.2 固定翼飞机和直升机

1)提高飞机起飞性能。能在简陋的机场起飞,甚至可以在临时开辟的平坦开阔地起飞,或者适宜的简易公路、操场、晒场、水面起飞,或者稍加修整的农田、旱地起飞。这样,可以大大缩短起飞地点到作业区的距离,提高作业时间效率,还可以降低机场建设与维护成本。

2)根据作业对象不同,设计不同的作业机型。对于航测、护林巡逻这样载重量小的飞行作业,可以设计稳定性好的超轻型飞机,甚至使用无人机。而对于植保、施肥、播种等作业,则设计超低空飞行性能好、载重量尽可能大、航程尽可能长的机型。这样不但可以提高作业时间效率,还可以提高作业面积效率。

3)研发普通燃油航空发动机。使用普通燃油的航空发动机,不但可以降低飞行成本,还可以在普通加油站加油,更加方便作业,提高整个作业效率。

4)研发价廉、耐用、低维护成本甚至免维护的农用飞机,以降低飞机购置和维护成本。

4.3 碟形飞行器研发

碟形飞行器是一种新型旋翼式飞行器,相对于固定翼飞机和直升机来说,碟形飞行器结构更为紧凑,升力大,并且可以通过反扭矩作用使飞行器的扭矩平衡。因此,碟形飞行器具有如下5个优点:(1)采用圆盘式结构,诱导阻力极小,各方向中心轴对称受力均匀,可实现任意方向转弯,高速和低速性能俱佳;(2)采用垂直方式起降;(3)可任意对称分布发动机,可安装多个发动机和多方向安装发动机,动力大;(4)侧面投影面积小,雷达反射面积基本可以做到无反射状态;(5)可以作为太空飞行器。

目前国内外碟形飞行器主要包括非共轴式碟形飞行器和共轴式碟形飞行器两大类。非共轴式碟形飞行主要有美国德拉甘飞行公司研制的“德拉甘飞行器3”和“德拉甘飞行器X-Pro”、美国斯坦福大学的Mesicopter、美国克莱斯勒公司为美国陆军研制VZ-7、日本基恩斯公司研制的“交战者GSⅢ”和“陀螺蝶形飞行器ⅡE-570”、上海交通大学的微型直升机。共轴式碟形飞行器主要有美国西科斯基公司研制的“密码”,“密码”除了军用外,在民用上可用于探测地下管道、反走私、森林防火和灾害中的搜救等[13]。

蝶形飞行器要应用于农业飞行,还需要着力解决动力系统和续航时间、稳定性及快速响应能力等关键问题。

鉴于目前尚在试验阶段,研制大功率发动机困难较大,可以先试制轻型、超轻型碟形飞行器,用于航测、护林巡逻,或者采取多方向对称安装发动机,试制较大载重量的碟形飞行器,用于植保、施肥、播种、森林灭火等。

5 我国农业航空管理改革

5.1 制定农用航空管理法,规范农业航空管理

根据现有航空法律法规,由国务院牵头,组织国防部、国家发展和改革委员会、科学技术部、工业和信息化部、财政部、国土资源部、环境保护部、城乡建设部、交通运输部、水利部、农业部、国家林业局、国防科技工业局、测绘局、民用航空局等部门,起草制定农业航空管理法。

在农业航空管理法中,要制定标准化的飞行区域申请与审批程序,统一空军、民航制空权管理和飞行安全管理、机场租用等管理程序和收费标准,确保农业航空作业审批的快捷、高效、公开、透明、简单、廉洁和低费用。

在农业航空管理法中,要制定农业航空作业招标、合同撰写与签订、作业规划设计与质量监管、安全保障等操作与管理办法,确保农业航空作业高质量、低成本和安全可靠。

在农业航空管理法中,还要规定农用航空企业发展与管理办法,国家要扶持农用航空企业发展,大力支持农业航空科技开发和农用航空基础设施建设。

5.2 制定农用航空作业标准,确保农业航空作业质量

国土资源部、环境保护部、城乡建设部、交通运输部、农业部、国家林业局、测绘局、气象局、国防科技工业局、民用航空局等部门联合制定发布农业航空作业标准,明确规定各种机型、不同作业对象的规划设计、质量监督、作业施工等技术规程,推广新的农业航空作业技术,规范作业行为,确保作业质量;制定发布基础设施建设标准和飞行管理标准,规范机型设计、选择、飞行器维护、机场建设、机场维护管理以及飞行员培训与管理、安全生产、经济核算等行为。

制定植保航空作业技术规范,规定植保航空作业起始标准,禁止达不到航空作业标准的进行植保航空作业,造成不必要的面源污染,对生态环境造成不必要的伤害。提倡使用生物农药,禁止使用广谱杀虫杀菌剂,尽量减少对生态系统的扰动。规定植保航空作业间隔期,确保生态系统拥有一定的恢复时间,增强生态系统的抗性,维护生态系统健康。植保航空使用的药剂生产厂家,要进行航空施药剂量试验,并在商品标签上明确注明航空施药量,以保证作业质量与施药安全。

5.3 盘活经营机制,扶持农用航空企业发展

飞行器购置成本和维护成本很高,不适合大量发展农用航空企业。农业部门自己购置飞行器,管理维护以及经营又面临许多困难。因此,农林部门要发展农用航空企业,可以在我国现有的民用航空企业中,选择技术条件、基础设施、安全保障、经营管理好、信誉度高的民用航空企业,联合建立兼用型农用航空企业,适当兼并经营状况差的民用航空公司、农业航空站。与国土资源部、环境保护部、城乡建设部、测绘局、气象局等单位合作,联合购买合适的飞行器,交给上述民用航空企业,由民用航空企业承担飞行作业设计、飞行审批、作业飞行、安全保障以及日常飞行器维护与管理,从而实现农林部门的零成本维护。

机场建设可以结合其他工程建设,如与有关军事、交通、城乡建设、水利等工程建设相结合,建设临时农用机场和简易农用机场,平时作为其他设施使用,只在需要进行农业航空作业时才使用,从而减少机场建设和维护管理成本。

5.4 大力支持农业航空科技研发,提高农用航空技术水平

联合相关院校、研究院所,成立农业航空技术研究机构,国家要大力支持农业航空技术研发,研发有自主知识产权的农业航空产品。

纳米技术研究论文 篇2

研究报告

中国汽车技术研究中心

2011年7月

编制说明

随着我国汽车工业的快速发展，汽车生产量和保有量迅速增长，由此带来的报废汽车处理问题也引起了人们的广泛关注；同时，有关报废汽车回收利用的各项法规也逐步严格。因此，实现报废汽车的回收利用，提高汽车可再利用率和可回收利用率，满足相关法规要求，是汽车生产企业共同面临的问题，也是汽车行业落实节能减排的有效措施之一。

车用材料，尤其是塑料、橡胶、玻璃等非金属材料，不能得到有效地回收利用是阻碍汽车可回收利用率提高的主要因素，因此研究车用材料的可回收性及回收技术是很有必要的。为此，我们组织编写了《车用材料回收利用技术研究报告》，以帮助我国汽车行业相关设计开发人员了解和掌握车用材料的可回收性及回收利用技术。

《车用材料回收利用技术研究报告》介绍了车用金属、塑料、橡胶、纤维、复合材料、玻璃及电子电器、催化剂的回收利用技术，为汽车的设计选材和报废汽车的回收利用工作提供帮助，同时也为相关科研院所与企业提供车用材料回收利用的技术信息。

在本报告的编写过程中，得到了“车用材料回收利用技术工作组”中众多成员单位的大力支持和帮助。其中，重庆长安汽车股份有限公司刘献平先生、李才平先生，浙江吉利汽车研究院有限公司李莉女士、刘光裕先生，上海大众汽车有限公司沈健先生，泛亚汽车技术中心有限公司刘树文先生、徐大伟先生参与了报告的审定工作。在此表示衷心的感谢！

由于时间仓促，难免出现错误和疏漏，敬请广大读者批评指正！

中国汽车技术研究中心

2011年7月

编审委员会

主任委员：

郑继虎

中国汽车技术研究中心 副主任委员：

郑乃金

中国汽车技术研究中心 成员：（按姓氏笔画排列）

山本富二夫

电装（中国）投资有限公司 叶红宇

江铃汽车股份有限公司 冯双生

长城汽车股份有限公司 宁春燕

博世（中国）投资有限公司 刘树文

泛亚汽车技术中心有限公司 刘献平

重庆长安汽车股份有限公司 关

乔

广州汽车集团股份有限公司 孙爽民

深圳市华测检测技术股份有限公司 苏冬梅

神龙汽车有限公司 李

平

东风汽车有限公司

李秋华

大众汽车（中国）投资有限公司 李

莉

浙江吉利汽车研究院有限公司 杨

芳

日产（中国）投资有限公司 何玉松

上海汽车集团股份有限公司 冷

炎

巴斯夫（中国）有限公司 沈

健

上海大众汽车有限公司 宋先志

奇瑞汽车股份有限公司 宋庆源

北汽福田汽车股份有限公司 宋

薇

谱尼测试科技股份有限公司 张文剑

中国第一汽车集团公司 张成刚

广汽丰田汽车有限公司

张善谦

天津一汽丰田汽车有限公司

陆燕芬

奥托立夫（上海）汽车安全系统研发有限公司 苗千秋

一汽大众汽车股份有限公司

郝

慧

德尔福（中国）科技研发中心有限公司 贺朝君

联合汽车电子有限公司

顾

昕

通标标准技术服务（上海）有限公司 徐海娥 徐清魁 唐海勇 梁

鹏 东风本田汽车有限公司 安徽江淮汽车股份有限公司 上汽通用五菱汽车股份有限公司 深圳市比亚迪汽车有限公司

目 录

第一章 第二章 车用材料回收利用现状............................................................错误！未定义书签。车用金属材料的回收利用........................................................错误！未定义书签。

一 二 三 四 五 六 钢铁的回收利用技术...................................................................错误！未定义书签。铝合金的回收利用技术...............................................................错误！未定义书签。镁合金的回收利用技术...............................................................错误！未定义书签。铜的回收利用技术.......................................................................错误！未定义书签。锌的回收利用技术.......................................................................错误！未定义书签。铅的回收利用技术.......................................................................错误！未定义书签。

第三章 车用塑料的回收利用................................................................错误！未定义书签。

一 二 三 四 废旧塑料的鉴别方法...................................................................错误！未定义书签。废旧塑料的分离方法...................................................................错误！未定义书签。废旧塑料回收利用技术...............................................................错误！未定义书签。报废汽车典型塑料零部件的回收利用技术...............................错误！未定义书签。

第四章 车用橡胶和热塑性弹性体的回收利用.....................................错误！未定义书签。

一 废旧橡胶回收利用的主要途径...................................................错误！未定义书签。二 热塑性弹性体的回收利用技术...................................................错误！未定义书签。

第五章 其他车用材料的回收利用........................................................错误！未定义书签。

一 二 三 四 五 六 七 汽车用复合材料的回收利用技术...............................................错误！未定义书签。汽车用纤维和织物的回收利用技术...........................................错误！未定义书签。汽车用改性天然材料的回收利用技术.......................................错误！未定义书签。汽车用玻璃的回收利用技术.......................................................错误！未定义书签。汽车用电子电器的回收利用技术...............................................错误！未定义书签。汽车用催化剂的回收利用技术...................................................错误！未定义书签。汽车用废油液的回收利用技术...................................................错误！未定义书签。

信息技术环境下课堂导入技术研究 篇3

文章首先以江苏某中学的教师、学生和某高校的教育实习生为研究对象，采用问卷调查与课堂观察的形式，对中学课堂导入环节现状展开调研，发现其存在的问题。其次针对其问题，提出建议。最后结合笔者在教育实习中的体会，设计信息技术环境下的课堂导入。本研究旨在利用信息技术促进课堂有效展开，改变传统课堂导入方式，调动学生的学习兴趣，提高教学效率，促进学生学习。

信息技术 课堂导入 导入设计

信息技术环境下的课堂导入是以传统的课堂导入为基础，以学生为中心，充分利用信息化教学资源、教学工具、教学手段等对课堂导入进行全方位的设计，改变学生的学习方式，激发学生探索新知的欲望。

导入是教师运用生动的语言和材料，辅之以相关教学媒体、适当的教学方式和信息手段，设计课堂导入，激发学生学习兴趣，调动学生求知欲，以达到学生自觉学习的目的，变“要学习”为“想学习”。导入是连接新旧知识的桥梁与纽带，在教学中起到承上启下的作用。

导入的功能与作用主要表现为：用旧知识导出新知识，承上启下；设置疑问，引起学生的悬念；把教学目的与意图明确传达给学生，使学生明确新知识的学习内容、目标、教学活动的方向和方式，使学生对新知识学习的重要性与必要性有所领悟，产生对学习的期待；为学生学习新知起铺垫和引导作用，使学生对要学习的课题产生浓厚兴趣，体会思维的乐趣，保持高昂的学习情绪。

由于教学对象、教学内容不同，学生的年龄和心理特点也不同，不同教师也会有不同的处理方法。中学课堂导入方法有以下几种：温故导入，承上启下；开门见山，直接导入；典型事例，经验导入；分析习题，逐步导入。

一、信息技术环境下课堂导入现状调查分析

1.调查对象

对江苏某中学15位教师、随机抽取的150名学生、某高校50位教育实习生作课堂观察与问卷调查。课堂观察主要对15位教师随堂听课，重点观察课堂导入环节，对所听课整理分析，了解初中课堂导入环节现状。设计三份问卷调查教师、学生和实习生：教师发15份，回收有效问卷12份，有效率80%；学生发150份，回收有效问卷140份，有效率93.3%；实习生发40份，回收有效问卷35份，有效率87.5%。

2.调查结果分析

（1）基本情况分析

①教师基本情况分析

年轻教师能积极响应课程教育改革号召，走在教学改革最前沿，学习新技术；年长教师为年轻教师提供宝贵经验，让年轻教师少走弯路，尽快探索属于自己的教学风格。年长教师多是中学高级教师，凭借自己多年教学经验教学，很少再学习新知。

②学生基本情况分析

被调查对象性别构成为男生占52.14%，女生占47.86%；年级构成初一学生占32.86%，初二占34.29%，初三占32.86%。性别方面男女各占比例差距不大，性别差异对问卷回答影响较小；年级方面初一、初二、初三均有涉及，所占比重差距不大。在喜欢学习哪些科目的问题上，喜欢文科的学生较多，喜欢理科的学生较少，但喜欢信息技术的学生相对较多。教师应努力让学生保持对学习的兴趣，让兴趣成为激励学生学习的动力。

③实习生基本情况分析

数据分析发现被调查对象性别构成为男生占40%，女生占60%，被调查对象是江苏某师范大学学生，因此男女比例稍有差距属正常现象。被调查对象年级构成为大三学生占46.67%，大四占53.33%，多数师范生大四实习，只有极少数中文系学生大三实习，因此比例差距也属正常。被调查对象专业与实习科目比例构成基本一致。

（2）课堂导入现状分析

①教师与学生课堂导入现状分析

在课堂导入能否引起学生兴趣与注意力方面，调查发现75%的教师认为他们的课堂导入能引起学生学习兴趣与注意力，很少有教师认为他们的课堂做不到；95%的学生认为大多教师课堂导入能够激发自己的兴趣与注意力，只有3.57%的学生认为教师的导入没有此作用。由此看出，信息环境下大多教师的课堂能吸引学生学习兴趣与注意力。

在课堂导入能否使学生清楚教学目标与学习任务方面，调查发现75%的教师认为课堂导入能使学生清楚教学目标与学习任务，50%的学生认为教师导入后都能明确教学目标，只有极少数学生认为不能。由此可以看出近一半教师在课堂导入时没有真正把它运到实际教学中，致使学生无法明确教学目标与任务。

在课堂导入是否有利于提高学习效率方面，调查发现所有教师都认为课堂导入利于提高学生学习效率，而77.86%的学生赞同此观点，有12.14%的学生认为教师的课堂导入费时、低效。由此可以看出教师的课堂导入并没有达到预期效果。

在课堂导入是否需对学生进行需求分析方面，发现83.33%的教师认为有必要对学生进行分析，16.67%的教师认为非常有必要。76.42%的学生认为教师有必要对他们进行导入需求分析，只有极少数学生认为没必要。因此教师在设计导入时只有对学生进行需求分析才能设计出符合学生学习兴趣的导入。

在课堂导入方法方面，一半以上教师都能使用多媒体设计导入，少数较少使用多媒体；有20%的学生认为教师很少使用多媒体或方法陈旧。这表明在当前信息技术环境下，仍有部分教师不用信息手段设计课堂导入，导入方法仍很传统，极大影响了学生的学习兴趣。

②实习生课堂导入现状分析

在课堂导入重要性方面，90%以上实习生认为课堂导入重要，并在实习中设计导入，调动学生学习积极性。

在课堂导入引起学生注意力方面，86.67%的实习生认为导入能吸引学生注意力，并且所有实习生都能使用信息手段设计导入。

使用短信、微信、QQ等（条件允许）来设计导入方面，66.67%的实习生愿使用它们来辅助设计课堂导入，6.67%的实习生非常愿意使用，并在实习中已尝试使用，也有部分教育实习生并未尝试过。（如图1）

图1实习生是否愿意使用手机、电脑来设计导入

影响实习生使用以上手段进行课堂导入方面，80%的实习生认为导致他们不能使用以上手段进行导入的原因是学校硬件设施条件不足、资源有限；80%的实习生认为自身教学经验、创新意识不足致使他们不用以上手段进行导入设计；33.33%的实习生认为使用以上手段设计导入时间过长，影响教学内容进展（如图2）。

图2影响实习生使用信息技术手段设计导入的原因

3.信息技术环境下课堂导入存在的问题

（1）部分教师教学无导入环节，对导入重要性缺乏认识，没有把导入真正用到实践中，且没有达到预期效果

调查发现几乎所有教师都认为课堂导入重要，平时教学也注重导入并在备课时设计，在教学中能与同行交流经验和看法并征求学生意见，但从学生的问卷发现有部分学生认为教师在课堂中从不进行导入，因此部分教师对导入的重要性缺乏认识。

多数教师对自己的导入设计过于满意，自认为很成功并能够提高学生的学习效率，但有12.14%的学生认为导入浪费时间，课堂效率低下达不到教学要求，说明教师忽视学生看法，以自我为中心，忽视学生的课堂主体地位。

（2）导入方法单调，与课程内容联系不紧密，教师的信息技术能力还有待提高

调查发现16.67%的教师较少使用多媒体，20%的学生认为教师很少使用多媒体且导入方法陈旧，多数教师只采用自己较为习惯的一种或几种导入方法进行导入，导入方法单调，缺乏创新，与课程内容联系不紧密，导入显得“生搬硬套”、“形同虚设”。

笔者分析发现信息环境下中学课堂导入方法与传统课堂导入所差无几，教师仍停留在传统导入方法上，没有充分把握好当前信息技术环境，更没有充分利用充裕的教学资源、先进的教学工具。有些教师即使在课堂上用多媒体来设计导入，也仅是用投影、电脑放PPT、图片、音视频等，这样不仅不能调动学生的积极性，还会使学生产生厌倦心理。

（3）教师设计导入的素材和手段陈旧，缺乏时效性与新颖性

很多教师都是从网上下载素材和案例设计导入，有些素材和案例很陈旧，不再适合现在的教学，严重影响教学质量的提高。

（4）少数实习生不能认识到导入的重要性，在实习期间未使用信息手段设计课堂导入

调查发现少数实习生不能认识到导入的重要性，在实习期间不精心设计导入，没有活跃课堂气氛，激发学生对新课的求知欲。

二、信息技术环境下课堂导入的建议

1.把课堂导入真正用到教学中，突出其功能与作用

多数教师能认识到导入在激发学生求知欲、集中学生注意力、使学生明确教学内容与目标以及建立新旧知识之间联系等方面的功能与作用。但在课堂教学中很难按照原计划实施或即使实施导入也没有达到预期效果，有些教师单纯认为只要设计导入就能达到以上效果，对导入环节过于自信。因此教师在设计导入时需认真思考什么样的导入能最大程度调动学生的学习积极性，凸显导入的功能。

2.导入设计遵循教师主导、学生主体的原则

教师设计导入要体现教师主导、学生主体的原则，需对学生进行需求分析，从而设计出更加符合学生兴趣发展的导入内容以及最符合学生自身发展的最近发展区。

3.学校积极组织教师参加各项培训，促进教师专业理论知识的发展，提高探索精神

在教学实践中，教师需丰富理论知识，用知识武装自己，这样才能在实践中不断进步。学校应积极组织教师参加各类培训与交流活动，教师也应全身心地投入参与，这样教师才能在教学中探索出适合自己的高效的导入方法。

4.教师应跟上信息化节奏，丰富自身技术，根据学生兴趣需求利用信息化教学工具设计导入

调查发现，68.57%的学生使用或偶尔使用手机，69.29%的学生喜欢QQ聊天，85%的学生希望教师使用电脑或手机来设计课堂导入（如图3），若条件允许，75%的教师愿意用短信、微信、QQ等设计导入，但有很多教师对这些软件不了解，16.67%的教师从未想过用它来设计导入（如图4），创新意识不足，无法满足学生的兴趣需求。若教师能使用手机或电脑来设计导入，79.29%的学生会认真听讲服从教师安排。因此教师应紧跟时代步伐，丰富自身知识，充分利用信息化手段，在课堂教学前，通过手机飞信群发、QQ群发、发微博等向学生传递新授知识。一些年长教师更不能封闭自我，拒绝接受新科技手段的熏陶。这样课堂的导入方法才更新颖、多样，更利于学生学习。

图3学生是否希望教师的导入能用电脑或手机来完成

图4若条件允许教师是否愿意使用手机或电脑来设计导入

5.学校加强电教硬件设施建设，确保电教资源通畅使用，为信息技术环境下课堂导入的顺利进行提供良好条件

58.33%的教师认为导致他们不用手机、网络设计导入的原因是学校硬件资源不足，影响他们课堂教学。因此，学校应加快网络资源建设，为教师教学提供更宽广的资源平台。

三、信息技术环境下课堂导入设计

1.信息技术环境下课堂导入的优缺点

（1）优点

传统课堂教学因其固有的弱点而常遭批评。然而在可预见的将来，课堂教学仍是学校教学活动的主要方式。目前国家对教育信息化环境建设已达到一个新的高度，利用信息技术来改进课堂教学是当前学校教育改革的一种重要思路。利用信息技术设计课堂导入能改变传统的课堂教学方式，最大程度发挥学生的学习主体作用，改变学生的学习方式，促进学习成绩的提高，使学生由被动学习变为想要学习、享受学习。同时教师能在信息化环境下丰富自身理论知识，运用新技术，提高教学效率。

（2）缺点

中学生心理与生理发展不够成熟，自我控制力不强，若教师一味地在课堂上用信息手段进行导入，自制力差的学生有可能不服从教师安排，做与学习无关的事，使课堂混乱，耽误教学内容进展，同时影响其他学生学习。

2.信息技术环境下课堂导入设计须把握的原则

信息技术环境下课堂导入设计应把握以下原则：导入目的性、针对性强；导入须注意新旧知识之间的衔接，有关联性；导入尽量以生动、具体的实例为依托，具有直观性；导入具有启发性、趣味性，有一定的魅力；导入须把握好信息化环境，充分利用信息技术手段。

有些课程知识学生学起来枯燥乏味，教师可利用信息手段辅助教学，使学生了解其空间结构，学生不因内容的空洞抽象而形成不了真实的感受。运用计算机、手机、网络教学更使教学锦上添花，使学生具有从形象到理论、从具体到一般的认识。

无论采用哪种导入方法，教师的教学语言都要确切、精炼、朴素易懂。注重借助实物、多媒体等手段辅助教学，主动学习新技术，使之用于课堂。

3.信息技术环境下课堂导入的设计

（1）信息技术课堂导入

当今信息技术飞速发展，计算机应用被认为是人才的必备要素之一。初中信息课程承载着培养学生信息技能，提升学生信息素养的责任，然而这门课程在学生心中往往被定义为“玩”课。学生对信息技术的兴趣来自网络和游戏，而非信息技术课程知识本身。因此在信息技术课堂中要有效利用学生对网络与游戏的兴趣，改变学生对信息技术课的认识，并投入到信息技术的学习中。

信息技术课堂导入方法有开门见山法，多媒体视、音频导入，多媒体图片导入等。很多教师没有充分利用计算机与学生之间的互动来设计，没有把握好信息技术环境，抑制了学生的学习兴趣，课堂上未收到良好的学习效果。

（2）其他课堂导入

根据信息环境下信息技术课堂导入设计及效果，笔者认为其导入方法也适用于学科的其他课堂。学校能提供丰富的教学资源、现代化硬件设施，确保资源顺畅使用；教师丰富自身理论知识，学习新技术，提高自身创新意识；学生能在课堂上服从教师安排，少做与课堂无关的事情，提高自制力；那么信息技术环境下课堂导入将顺利展开并收到良好效果。

随着大数据时代的来临，翻转课堂、慕课的大规模兴起，教育领域掀起了教育改革的大浪潮。同时《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010-2020年）》也提出“信息技术对教育发展具有革命性影响”，要求我们教育教学中要充分利用信息技术开展课堂教学，激发学生学习主动性。“良好的开端是事物成功的一半”，课堂导入的成功与否关系着一节课的成败。在信息技术飞速发展的今天，我们在课堂教学中要充分利用信息手段精心设计课堂导入，将现代信息技术与课堂导入完美整合，使教学进行得更完善，最大程度地激发学生的学习兴趣，保证课堂高效展开，从而培养出更多优秀人才。

参考文献

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[2] 暨洁华.信息技术在高中化学课堂导入中的应用[J].中国现代教育装备，2014（6）.

[3] 吴凤霞.初中英语课堂中导入环节现状调查[D].河南：河南师范大学，2011.

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[5] 陈传光.初中英语教学中的课堂导入策略[M].基础英语教育，2012（4）.

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[7] 陈文翀.高中信息技术课堂导入的策略实践研究[J].中小学电教，2013（1）.

[8] 郭海娟.浅谈课堂导入的作用[J].学周刊，2011（1）.

[9] 杨鸿.如何提高课堂教学技能：一本等你一起来完成的书[M].北京：国防科技大学出版社，2001.

[作者：杨曼（1993-），女，江苏沭阳人，江苏师范大学教育研究院，在读硕士；王运武（1980-），男，山东聊城人，江苏师范大学教育研究院讲师，硕士生导师，北京师范大学教育技术学博士。]

纳米光电测控技术研究 篇4

我国测控领域的科研人员经过四十多年长期探索, 不断研究, 克服了各种困难, 利用光、机、电、算多学科综合, 发展了一整套微/纳米光电测控新技术, 研制出新一代测控仪器, 已经成功地应用于军用、民用很多领域, 取得了明显效果。

一、纳米光电测控技术

纳米光电测控技术以纳米计量光栅为核心元件, 配以光电转换、信号读取、信号处理以及超精机械, 形成各种测量仪器, 可直接用于测量或控制长度、位移等多种几何量。具有测量精度高、量程大、环境适应能力强、稳定性好等优点。该项技术主要由传感器和数显装置两部分组成。利用该项技术所生产的产品具有自动求最大值、最小值、峰峰值、公英制转换、置数、打印、复位、自检等功能, 同时还具有RS232串行通讯接口, 与计算机、单片机等连接后可进行自动测量、自动数据处理和自动控制等优点。纳米测控技术包括纳米级的测量技术和纳米级的定位控制技术两个方面。

1. 纳米测量技术

目前, 纳米级测量技术的主要发展方向有光干涉测量技术和扫描显微技术等, 以表面粗糙度和表面形貌等为测量对象。

(1) 光外差干涉仪

光外差探测是一种对光波振幅、频率和相位调制信号的检波方法, 可以对于光强度调制信号。光外差干涉仪是使用两种不同频率的单色光作为测量光束和参考光束, 通过光电探测器的混频, 输出差频信号 (受光电探测器频响的限制, 频差一般在100兆赫以内) 的仪器。被测物体的变化如位移、振动、转动、大气扰动等引起的光波相位变化或多普勒频移载于此差频上, 经解调即可获得被测数据的仪器。目前, 通常使用的干涉条纹图的测量方法, 在进行纳米级测量时有非常大的局限性。因此利用外差干涉测量技术, 可以得到0。1nm的空间分辨率, 测量范围可达50mm, 促进了纳米技术的进一步发展。

(2) X射线干涉仪

X射线干涉仪以非常稳定的单晶硅晶格作为长度单位, 可以实现亚纳米精度的微位移测量。

可见光和萦外光的干涉条纹间距为数百纳米, 这种间距不易测量。而利用射线的超短波长干涉测量技术, 可以实现0。005nm分辨率的位移测量, 测量范围可达200μm, 是一种测量范围大较易实现的纳米级测量方法。近年来, 又产生了X射线形貌测量仪, 它采用掠人射角的射线来测量超光滑表面形貌。

(3) 激光频率分裂测长

激光频率分裂的值与分裂元件的位移有关。通过测频率测位移, 精度已达到1nm, 进一步稳定激光频率可达到0.01nm, 测量范围为150μm。

(4) 扫描探针显微 (SPM) 技术

SPM实际上是一个很大的家族, 它包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜、磁力显微镜、激光力显微镜、光子扫描隧道显微镜及扫描近场光学显微镜等等, 利用它们可以用来测量非导体、磁性物质, 甚至有机生物体的纳米级表面。

扫描探针显微 (SPM) 技术是在扫描隧道显微镜 (STM) 发明取得巨大成就的基础上发展起来的各种新型显微镜。它们的原理都是通过检测一个非常微小的探针 (磁探针、静电力探针、电流探针、力探针) , 与被测表面进行不接触各种相互作用 (电的相互作用、磁的相互作用、力的相互作用等) , 借助纳米级的三维位移定位控制系统, 测出该表面的三维微观立体形貌, 在纳米级的尺度上研究各种物质表面的结构以及各种相关的性质。

扫描探针显微技术 (SPM) 具有以下特点: (1) 具有原子级的高分辨率。STM的横向分辨率可达到0.1nm, 垂直表面方向分辨率可达0.01nm, 这是目前所有显微技术当中分辨率最高的。 (2) 可以观察单个原子层的局部表面结构。STM观察的是表面的一个或两个原子层, 即几个纳米的局域信息, 而不是像光学显微镜和电子束显微镜只能获得平均信息。 (3) STM配合扫描隧道谱 (STS) , 可以得到表面电子结构的有关信息, 可以通过调节隧道结偏压来观察不同位置电子态密度分布, 观察电荷转移的情况, 还可以得到电子结构的信息。 (4) STM可以实时、实空间地观察表面的三维图像。而不像其他, 例如各种衍射方法所得到的只是倒易空间的图像, 不是实空间的, 而且只有进行“傅里叶变换”才能得到实空间图像。 (5) STM可以在不同条件下工作, 例如真空、大气、常温、低温、高温、熔温, 不需要特别的制样技术, 而且探测过程对样品无损伤, 因而扩展了研究对象的范围。 (6) STM不仅可用于成像, 还可以对表面的原子、吸附的原子或分子进行操纵, 从而进行纳米级加工, 这是其他技术所不具备的一种功能。

2. 纳米定位控制技术

在纳米级加工与测量中, 需要纳米级的三维定位与控制。目前, 用一个执行元件来实现大范围的纳米级定位是比较困难的。因此, 实际的定位机构多采用大位移用的执行元件和纳米级定位用的执行元件相结合方式来实现。实现三维定位与控制, 目前普遍采用压电陶瓷致动器件, 它在纳米级的极小范围内, 通过控制系统能实现近似的三维驱动。此外, 利用电致材料、静电或磁轴承式结构, 以及静电致动的高精度定位控制技术, 也向纳米级精度发展, 也可采用摩擦驱动装置及丝杠定位元件, 通过特殊的方法进行纳米级的定位。

二、纳米光电测控技术特点

光电测控技术采用的光电自动测量方法是为适应我国高速发展的测控领域的现状而逐步研究、开发形成的, 并以其独特的优点逐步成为当今世界范围内的一种新型、高精度的测试手段。它采用现代高科技手段, 测试精度涵盖了微米、亚纳米及纳米领域。

这种新型测控技术, 具有许多重要的特点:

(1) 首先, 它的应用覆盖面特别宽, 既可用于微米、亚微米量级, 也可用于纳米量级;既可用于传统机械、传统仪器的更新改造, 又可用于尖端科技的高层突破;

(2) 其次, 技术上综合性很强, 光、机、电、算容为一体, 具备了纯机械、纯电学、纯光学等传统测量技术很难达到的优越性;

(3) 再次, 它的应用范围特别宽广, 军用上, 如常规武器的改造提高;航空航天的各种测控等;民用上, 传统产业上的更新改造、制造业的技术提高等。

三、最近研究成果

目前世界上已出现了一些能达到纳米量级的测量仪器, 但在测量范围和实用性上尚不能完全满足实际要求。中国青旅实业发展有限公司所属标普纳米测控技术有限公司开发的两项科技成果在很大程度上弥补了这一领域存在的不足, 对微/纳米测控技术和相关领域的发展起到了促进作用。这不仅表明我国微/纳米光电测控技术处于世界领先水平, 而且对解决目前制约我国高新技术、传统制造业发展及新材料研制过程中的计量问题, 推动世界精密计量仪器的升级换代也具有重要意义, 同时标志着世界微/纳米测控技术向更精微迈进了重要一步。

“纳米测长仪”是一种通用长度传感器, 它的研制成功表明长度通用量具已经提高到了纳米量级, 并且从静态人工读数发展到数字化自动显示。其数显分辨率达到1纳米, 测量重复性 (标准偏差) 为0.8-1.2nm, 在未作误差修正的前提下, 10mm测量范围内示值误差优于±0.06μm。与国际上同类仪器相比, 它在分辨率、重复性、准确度和短时稳定性等主要技术指标上, 都处于国际领先水平。它用途广泛, 技术独特, 生产成本远低于国外同类产品, 推广应用前景广阔。

“量块快速检测仪”是一种新型的量块检测仪器, 它成功的将纳米测长仪应用到量块检测上, 将直接测量与比较测量结合起来, 对名义尺寸10mm及10mm以下的量块实现了直接测量。该仪器测量分辨率达到1nm, 直接测量范围10mm, 比较测量范围110mm, 与国外同类仪器相比, 主要技术指标达到了国际先进水平。该仪器还可以与计算机连接通讯, 实现数据自动处理, 从而提高了量块检验速度, 减轻了检测人员的劳动强度。由于其对环境温度不敏感, 现有基层计量室不必提高温控要求即可推广使用。该仪器经济实用, 适合基层计量室检测三等及三等以下量块。该科技成果在纳米光栅的制造与检测、纳米光栅的信号读取、光电信号的高质量处理和超精机构的加工改进等四方面均具有独创性, 集光学、机械、电子、计算机多学科于一体, 开发难度大。国内外多家科研单位曾致力于该种仪器的研究, 但都没能取得突破性进展。

四、结论与建议

纳米光电测控技术的应用, 将极大地促进我国新材料技术的研发, 对于各种新型材料的加工、检测及生产高精度新型材料的机械设备的制造等都有着举足轻重的意义。同时, 纳米光电测控技术解决了当代高新技术发展在测控方面面临的十分棘手的难题, 具有划时代的意义。

参考文献

[1]曾令儒.纳米技术[J].宇航计测技术, 1999, 19 (5) :43-45.

[2]荣烈润.面向世纪的高科技——纳米技术[J].机电一体化, 2001, 2:12-14.

研究生纳米测量技术课程论文 篇5

摘 要

纳米测量技术是纳米科学技术的基础学科之一。纳米科学技术的快速发展, 不但给纳米测量技术提出了挑战, 同时也给纳米测量技术提供了全新发展的机遇。综述了国内外纳米测量技术发展的现状, 重点讨论了纳米材料、纳米电子学和纳米生物学等领域所涉及的纳米测量与性能表征的难题和挑战, 论述了纳米科技成果给纳米测量技术带来的发展机遇,对纳米测量技术的发展方向做了展望。最后介绍了扫描隧道显微镜的发展历程以及扫描隧道显微镜的工作原理和系统结构。

关键词

纳米科学技术 纳米测量 纳米材料

扫描隧道显微镜

1、引 言

纳米技术作为当前发展最迅速、研究最广泛、投入最多的科学技术之一, 被誉为21 世纪的科学, 并且和生物工程一起被认为是未来科技的两大重要前沿纳米技术是包括纳米电子、纳米材料、纳米生物、纳米机械、纳米制造、纳米测量、纳米物理、纳米化学等诸多科学技术在内的一组技术的集合, 其目的是研究、发展和加工结构尺寸小于100nm 的材料、装置和系统, 以获得具有所需功能和性能的产品。科技发达国家为抢占这一高新技术生长点、制高点, 竞相将纳米技术列为21 世纪战略性基础研究的优先项目, 投入了大量的人力、物力和财力纳米技术对许多工业领域已经开始具有非常关键的作用。它不仅将为许多技术难题提供新的解决方案和思路, 而且会进一步提高人们的生活水平, 并有可能在很大程度上改变人们的生活方式。从纳米精度上的机械零件的加工和装配、电子器件的生产制造、扫描探针显微镜(SPM , Scanning Probe Microscope)的发展、微型机电系统(MEMS, Micro Electro Mechanical 1 Systems)的制造, 到纳米结构材料的加工和生物医学系统的制造等, 纳米技术正在得到广泛的发展和应用。

2、纳米测量技术现状

鉴于纳米测量技术的重要地位, 国外, 特别是美、日、欧等国家均投入了相当大的人力和物力予以重点支持。典型的例子有1982 年发明的扫描隧道显微镜;美国California 大学利用光杠杆实现的原子力显微镜首次获得了原子级分辨率的表面图像；美国国家标准与技术研究院(NIST)研制的分子测量机。日本研制的具有亚纳米级测量分辨率的激光外差干涉仪。英国国家物理实验室(NPL)研制的微形貌纳米测量仪器的测量范围是0.01～3nm;Warwick 大学研制出测量范围在10Lm、nm 精度的X 光干涉仪。德国联邦物理技术研究院(PTB)进行了一系列称为1nm 级尺寸精度的科研项目。

我国对纳米测量技术的研究也相当重视, 并取得了一些显著成绩。清华大学研制成功亚纳米级分辨率的激光双波长干涉仪。中国科学院北京电子显微镜实验室成功研制了原子级分辨率的原子力显微镜。

中国计量科学研究院研制了用于微位移测量标准的法—珀干涉仪。天津大学研制了双法—珀干涉型光纤

微位移传感器。中国科学院化学所对扫描探针显微术进行了一系列的科学研究。概括国内外的纳米测量方法, 可以分为两大类: 一类是非光学方法: 扫描探针显微术、电子显微术、电容电感测微法, 另一类是光学方法: 激光干涉仪、X 光干涉仪、光学光栅和光频率跟踪等。总结现有各种纳米测量方法, 它们的单项参数(分辨率、精度、测量范围)可达到的指标分别如表1 所示。

表 1 各种纳米测量方法的比较

3、纳米测量技术面对的挑战

现有各种纳米测量方法和仪器的不断涌现, 为从事纳米科学技术研究提供了理论依据和有效手段, 但是纳米科学技术研究的快速发展对纳米测量技术提出了迫切的要求。作者主要对纳米材料、纳米电子学和纳米生物学等纳米科技领域中面对的挑战和难点进行论述。

3.1、纳米材料的测量与性能表征

纳米材料的测量与性能表征涉及两个方面的研究内容: 一是纳米材料的尺度测量;二是由尺度效应而导致的纳米材料的性能表征。纳米材料尺度的测量包括:纳米粒子的粒径、形貌、分散状况以及物相和晶体结构的测量, 纳米线、纳米管等直径、长度以及端面结构的测量和纳米薄膜厚度、纳米尺度的多层膜的单层厚度的测量等。适合纳米材料尺度测量与性能表征的仪器主要有: 电子显微镜、场离子显微镜、扫描探测显微镜、X 光衍射仪和激光粒径仪等。

现有纳米测量方法往往测量大面积或大量的纳米材料以表征纳米材料的单一尺度和性能, 所得的测量结果是整个样品的平均值, 因此, 单个纳米颗粒、单根纳米管的奇异特性就被掩盖了。对现有的纳米测量方法来说, 表征单一纳米颗粒、纳米管、纳米纤维的尺度和性能是一个难题和挑战。首先, 因为它们的尺寸相当小, 单一纳米颗粒、纳米管的固定和夹持无法用大尺寸的固定和夹持技术来实现。其次, 纳米结构的小尺寸使得手工操纵相当困难, 需要有一种针对单一纳米结构设计的专门操纵技 术来进行操作。因此, 为了准确测量单一纳米结构的尺度和性能, 开发新的纳米测量方法和手段是十分必要的。

另外, 现有纳米测量方法仅局限于对纳米材料外观或表面尺度的测量, 而无法实现对纳米材料结构内部的测量。例如, 纳米改性纤维材料、纳米涂料以及纳米油漆等由于掺杂纳米超细粉体以提高或改善其性能, 如何测量与评价这些材料内部纳米粒子的尺度和纳米粒子的团聚过程及其性能的改变是纳米测量技术面临的又一挑战。

3.2、纳米电子学涉及的纳米测量与性能表征

纳米电子学是研究电子在纳米尺度空间中运动的规律, 并利用这些规律制作新型电子器件的一门新型学科。纳米电子器件所涉及的测量与表征技术可分为:(1)纳米电子器件几何尺寸的测量, 如量子点、量子线、量子阱或单电子晶体管等几何尺寸的纳米测量;(2)单量子器件性能表征与测量技术, 如量子点、量子线等量子器件的量子能级分布测量, 单电子晶体管、单原子开关等量子器件的电子输运特性的测量与性能表征;(3)纳米电子器件所用材料的性能检测和缺陷测量与控制技术;(4)集成电路中组件尺寸大范围纳米级测量技术和集成电路制造时所需的大范围纳米级扫描微动工作台技术, 现在集成电路芯片尺寸达50mm ×50mm、线宽最小至0.13Lm(即130nm), 在50mm ×50mm 的范围内实现130nm 线宽的性能检测和测量,好比用1m 的尺子测量500km ×500km 的范围, 可见测量范围之大, 若线宽小至10nm, 则测量范围更大, 确属纳米测量所面临的重大挑战和难题。纳米电子学的另一个重点研究方向是发展具有更高信息存储密度及更快响应速度的超高密度信息存储材料和器件, 现在光存储信息点尺寸达到50nm、磁存储信息点尺寸小于10nm、以及利用扫描隧道显微镜写入的信息点最小尺寸已达0.6nm[15]。因此, 光存储和磁存储同样涉及在大范围内进行信息点特征的纳米测量的技术难点, 另外, 如何测量和评价光存储和磁存储所使用的纳米尺度上平整的大面积、高质量的存储薄膜, 亦是摆在纳米测量科学面前的重要课题。

3.3、纳米生物学涉及的纳米测量与性能表征

纳米生物学的研究对象是纳米尺度的生物大分子、细胞器的结构、功能和动态生物过程。纳米生物学涉及的纳米测量与性能表征技术可归结为以下三个方面:(1)在 纳米尺度上测量与表征生物大分子的结构和功能及其相互联系;(2)在纳米尺度上直接对生物大分子进行操纵和改性;(3)探测生物大分子在生命过程中的行为和功能, 在纳米尺度上获得生命信息。蛋白质和核酸这两种生物大分子是千差万别的生命现象中最本质而又高度一致的物质基础, 因此, 蛋白质和核酸分子结构的纳米测量、蛋白质和核酸分子结构与功能的关系表征, 成为纳米生物测量技术研究的重点和关键。

关于纳米尺度上的生物大分子结构的研究, 以前主要通过电子显微镜观察和X 光晶体衍射等方法来实现, 但是它们各有局限之处, 电子显微镜要求有一定的真空干燥制样条件, 而且在观测中电子束对生物样品有损伤;X 光晶体衍射方法要求样品能够结晶, 获得的实验结果是大范围平均值, 而且需经模拟和计算才能得到高分辨的具体图像。扫描隧道显微镜、原子力显微镜和纳米光镊技术由于具有测量结果直观和纳米级精度等优点, 现在已成为研究生物大分子表面拓扑结构、研究单个生物大分子在生命过程中行为的有效工具。虽然对生物大分子结构的研究已有越来越精细的了解, 然而, 要在生物大分子水平上弄清楚它们在生命过程中的行为和功能, 这些方法仍有相当大的局限性。

纳米生物学对纳米测量技术提出的要求和挑战是:(1)开发适合于对生物大分子在其自然条件下的测量方法, 更有利于对生物大分子结构和功能的精确认识, 而现在对生物大分子的结构和功能进行研究时, 一般要对样品进行处理, 如将DNA 分子沉积在石墨或云母表面, 或者溶在一定液体中, 限制了对其进行准确的测试;(2)纳米测量技术要实现动态研究单个生物大分子生理条件下的结构, 开展结构和功能关系的研究,而现在的测量技术仅局限于对生物大分子结构的静态研究, 涉及结构和功能关系的研究甚少;(3)生物大分子运动学特性、动力学特性和电学特性等性能表征技术和方法;(4)探测单分子水平的生物信号是如何传导的, 以揭示活细胞内分子—分子间生物信号传导的动力学机制及生物学效应;(5)研究生物大分子间的相互作用和分子的合成;(6)测量与表征单个生物大分子在生命过程中的个体及其群聚集体的行为和功能, 认识生命过程的本质。

4、纳米测量技术的发展机遇与展望

4.1、纳米测量技术的发展机遇

纳米测量技术的发展机遇纳米科学技术的发展给纳米测量技术提出了挑战, 同时纳米科学技术的新成果、新技术和新方法的不断涌现以及新理论的建立, 又为纳米测量技术提供了新的发展机遇和有效手段, 例如:(1)碳纳米管具有精细的结构和优异的导电和力学特性, 因此可以用碳纳米管作为扫描探针显微镜的探针, 探测金属膜表面的结构、纳米电子器件的电学特性。

(2)单电子晶体管可用于对极微弱电流的测量;基于单电子晶体管的纳米探针可作为量子器件的电子输运、量子导电效应的测量与性能表征。

(3)纳米光镊技术与扫描探针技术相结合, 具备精细的结构分辨能力和动态操控与功能研究的能力, 可用于在纳米尺度上测量与表征生物大分子的结构和功能的关系, 探测研究在生物大分子水平上的生命信息。

(4)生物芯片具有集成、并行和快速检测的优点,蛋白质生物芯片技术可以实现对蛋白质的探测、识别和纯化, 基因生物芯片技术可以快速分析大量的基因信息, 从而获得生命微观活动的规律。

(5)生物大分子用于制作纳米探针是一种全新的探针探测技术, 由于其具有高选择性和高灵敏度被用来探测细胞物质、监控活细胞的蛋白质和其他生化物质, 还可探测基因表达和靶细胞的蛋白质生成等。

(6)一种用碳纳米管制成的“纳米秤”被用来测量纳米颗粒、生物大分子的质量和生物医学颗粒(如病毒), 可能导致一个纳米质谱仪的产生。

4.2、纳米测量技术的发展方向

纳米测量技术面对的每一个挑战和难点都是纳米测量技术今后应重点突破的研究方向。针对国内纳米测量技术已有基础与现状, 展望未来, 我国纳米测量技术应在以下几个方面予以重点研究:(1)、纳米测量和性能表征新方法、新技术的研究。有三个重要的途径: 一是创造新的纳米测量技术, 建立新的理论、新方法;二是对现有纳米测量技术进行改造、升级、完善, 使它们能适应纳米测量的需要;三是多种不同的纳米测量技术有机结合、取长补短, 使之能适应纳米科学技术研究的需要。

(2)、纳米测量的溯源问题, 即能按照米定义精确度量纳米尺度, 建立纳米科技标准。

(3)、大范围超高精度、超高分辨率的纳米测量技术研究。分析当前各种纳米测量方法可知, 现有每种纳米测量方法均存在不能同时实现高测量精度和大测量范围这一矛盾。而实际应用中, 如集成电路芯片表面形貌的测量、光存储和磁存储大范围信息位特征的纳米测量、生物芯片性能表征技术等, 所有这些, 无不均要求在进行大范围测量的同时保证纳米或亚纳米级的高测量精度和超高分辨率。

(4)、纳米测量涉及的微操作技术研究。无论是对单个纳米颗粒、单根碳纳米管、单个单电子晶体管, 还是对单个DNA 生物大分子、单个细胞等进行纳米测量与性能表征研究时, 都涉及对这些单一纳米结构的探测、俘获、夹持和移动等一系列微操作技术。因此, 开发对单一纳米结构的微操作的新方法和技术是纳米测量技术应重点解决的研究课题。

(5)、纳米级运动技术的研究。纳米级扫描微动工作台为纳米科学技术研究提供一维、二维或三维的纳米级的微运动。在为纳米测量技术和纳米微操作技术研究提供小范围(指一百微米以下)纳米级微运动时, 最常见的是以PZT 作为驱动部件的柔性铰链微动工作台。然而, 要为纳米测量技术和纳米微操作技术研究提供大范围(指毫米量级运动范围)纳米级精度的微运动时, 现有微动工作台却不能满足要求。因此, 大范围纳米级精度的微动工作台的研制是摆在纳米测量与微操作技术面前的重要研究课题。

5、扫描隧道显微镜技术

5.1、纳米科技与扫描隧道显微镜

中国科学院院士白春礼曾说:“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程。”，而扫描隧道显微镜测量技术的提高则可以显著提高纳米器件的研制水平，并促进纳米制造技术的发展。扫描隧道显微镜技术是一门综合技术，它随着纳米科技的发展而发展，为了能够深入研究和改进这一技术，就必须对纳米科技与扫描隧道显微镜的关系、扫描隧道显微镜的工作原理和扫描隧道显微镜的系统结构 等理论基础知识有一个清楚的认识。

纳米科学和技术是在纳米尺度上(0.1-100nm之间)研究物质(包括原子、分子)的特性和相互作用，并且利用这些特性的多学科的高科技。其最终目的是直接以物质在纳米尺度上表现出来的特性，制造具有特定功能的产品，实现生产方式的飞跃。纳米科学大体包括纳米电子学、纳米机械学、纳米材料学、纳米生物学、纳米光学、纳米化学等领域。

人类仅仅用眼睛和双手认识和改造世界是有限的，例如:人眼能够直接分辨的最小间隔大约为0.07;人的双手虽然灵巧，但不能对微小物体进行精确的控制和操纵。但是人类的思想及其创造性是无限的。1982年，IBM(国际商业机器)公司苏黎世试验室的葛·宾尼(Gerd BIImig)博士和海·罗雷尔(Heinrich Rohre:)博士及其同事们共同研制成功了世界第一台以物理学为基础、集多种现代技术为一体的新型表面分析仪器—扫描隧道显微镜(Scanning Tunnelling Microscope，简称STM)。STM不仅具有很高的空间分辨率(横向可达0.1nm，纵向优于0.01nm)，能直接观察到物质表面的原子结构;而且还能对原子和分子进行操纵，从而将人类的主观意愿施加于自然。STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质。在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广阔的前景，被国际科学界公认为二十世纪八十年代世界十大科技成就之一。可以说STM是人类眼睛和双手的延伸，是人类智慧的结晶。

基于STM的基本原理，随后又发展起来一系列扫描探针显微镜(SPM)。如:扫描力显微镜(SFM)、弹道电子发射显微镜(BEEM)、扫描近场光学显微境(SNOM)等。这些新型显微技术都是利用探针与样品的特殊相互作用来探测表面或界面在纳米尺度上表现出的物理性质和化学性质。

虽然纳米科技的历史可以追溯到三十多年前著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼在美国物理年会上的一次富有远见的报告，但是“纳米科技”一词还是近几年才出现的，也正是SPM技术及其应用迅速发展的时期。第5届国际STM会议与第1届国际纳米科技会议于1990年在美国同时召开不能不说明SPM与纳米科技之间存在着必然联系、SPM的相继问世为纳米科技的诞生与发展起了根本性的推动作用，而纳米科技的发展也将为SPM的应用提供广阔的天地。

纳米科技是未来高科技的基础，而科学仪器是科学研究中必不可少的试验手段，STM及其相关仪器(SPM)必将在这场向纳米科技进军中发挥无法估量的作用。5.2、扫描隧道显微镜的工作原理

扫描隧道显微镜的工作原理是基于量子力学的隧道效应。对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V。时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不会等于零，也就是说，粒子可以穿过比它的能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应如图1.3所示

图2 量子力学中的隧道效应示意图

扫描隧道显微镜是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时(通常小于1nm)，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极，形成隧道电流，其大小为:，式中Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压，S为样品与针尖的距离，Φ是平均功函数，A为常数，在真空条件下约等于1。

由上式可知，隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数的依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对X、Y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图。

根据隧道电流I和样品与针尖距离S之间的关系，STM主要的工作模式有两种:恒高模式和恒流模式。恒高模式是指保持隧道距离S不变而检测隧道电流I的变化。恒流模式是指保持隧道电流I不变而检测隧道距离S的变化。两种工作模式的示意图如图1.4所示。

图 3 STM的恒高和恒流两种工作模式示意图

5.3、扫描隧道显微镜的系统结构

STM仪器一般由STM头部(含探针和样品台)、三维扫描控制器、电子学控制系统、减震系统和在线扫描控制及离线数据处理软件等组成。系统结构如图1.5所示。

图4 STM系统结构图

探针针尖的结构是扫描隧道显微技术要解决的主要问题之一。针尖的大小、形状和化学同一性不仅影响着扫描隧道显微镜图像的分辨率和图像的形状，而且也影响着测定的电子态。如果针尖的尖端只有一个稳定的原子而不是有多重针尖，那么隧道电流就会很稳定，而且能够获得原子级分辨率的图像。目前制备针尖的方法主要有电 化学腐蚀法(金属钨丝)、机械成型法(铂一铱合金丝)等。由于钨针尖能够满足STM仪器刚性的要求，因而被广泛地使用。但由于钨针尖在水溶液中或暴露在空气中时，容易形成表面氧化物，因此在真空中使用前，最好在超高真空系统中进行蒸发，在空气中使用前，通过退火或使用离子研磨技术中的溅射等方法除去针尖表面的氧化层。为了得到锐利的针尖，通常用电化学腐蚀法处理金属钨丝。与钨相比，铂材料虽软，但不易被氧化，在铂中加入少量铱(例如铂铱的比例为80%:20%)形成的铂铱合金丝，除保留了不易被氧化的特性外，其刚性也得到了增强，故现在大部分人使用铂铱合金作为隧道针尖材料。为了得到锐利的针尖，通常对铂铱合金丝就用剪刀剪切。

三维扫描控制器的作用是控制针尖在样品表面进行高精度的扫描，用普通机械的控制是很难达到这一要求的。目前普遍使用压电陶瓷材料作为X、Y、Z扫描控制器件，压电陶瓷材料能以简单的方式将1mV-1000V的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位移。

电子学控制系统使计算机控制步进电机的驱动，使探针逼近样品，进入隧道区，而后不断采集隧道电流，在恒电流模式中将隧道电流与设定值相比较，再通过反馈系统控制探针的进与退，保持隧道电流的稳定。

在线扫描控制及离线数据处理软件主要用来控制STM的整个连续扫描过程以及测量数据的记录显示和后续处理，是整个系统的核心之一。

减震系统也很重要。由于仪器工作时针尖与样品的间距一般小于Inm，同时隧道电流与隧道间隙成指数关系，因此任何微小的震动都会对仪器的稳定性产生影响。必须隔绝的两种类型的扰动是震动和冲击，其中震动隔绝是最主要的。

5.4、扫描隧道显微镜的优缺点

对于任何仪器来说，必然会既有优点也有缺点。与现有的其他表面分析技术相比，STM具有的如下独特的优点：

(l)、具有原子级高分辨率，STM在平行和垂直于样品表面方向上的分辨率分别可达0.Inm和0.olnm，即可以分辨出单个原子。

(2)、可实时地得到在实空间中表面的三维图像，这种可实时观察的性能可用于表面扩散等动态过程的研究。

(3)、可观察单个原子层的局部表面结构，而不是对体相或整个表面的平均性质，因而可直接观察到表面缺陷。

(4)、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在溶液中，并且探测过程对样品无损伤。

(5)、配合扫描隧道谱STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有关表面电子结构的信息

如上所述，尽管STM具有诸多优点，但它的缺点也是显而易见的主要有如下四点:(1)、能够使用STM进行观察表面形貌的首要条件是样品必须具有一定程度的导电性，这是源于STM工作原理的缺陷，可以使用AFM弥补这一不足。

(2)、STM对工作环境要求非常高，普通STM只有在真空中测得的数据才具有较高的准确度，为普及推广STM可通过改进STM的系统结构来适应大气环境。

(3)、普通STM所测量范围较小，一般在几个微米内，也就无法测量表面形貌起伏波长为几个微米或者更大的微纳器件。

(4)、普通STM难以准确测量样品表面上的沟槽，对具有高深一宽比结构的微纳器件更加难以测量。

6、结束语

纳米技术研究论文 篇6

关键词：高新技术企业；技术研发人员；管理

在科学技术日新月异的时代。只有不断研发和创新，才能保持企业的生命力。而创新的主体是企业的技术研发人员。因此，对于高新技术企业而言，加强技术研发人员的管理对企业发展具有重要的意义。本文首先对高新技术企业及技术研发人员的内涵进行了界定。然后分析了高新技术企业技术研发人员的特点及管理存在的问题，最后提出了高新技术企业技术研发人员管理的策略。

一、相关概念的界定

1、高新技术企业。对于高新技术企业的认识，不同的学者提出了不同的观念。本文认为高新技术企业是指在高新技术产业的领域中运用当代最新的前沿科学技术从事高新技术产品的研发、开发及生产经营活动的企业。它主要包括电子信息、生物工程、新材料及应用等领域。一般来说。与传统企业相比。高新技术企业具有高收益、高创新和高风险的特点。

2、技术研发人员。技术研发人员定义为在企业中负责研制、设计、开发新产品、更新换代产品及提供技术专利或技术支持的人员。作为高新技术企业技术创新主体的研发人员，属于典型的知识型员工。其本质特征是他们拥有企业发展所需要的技术创新知识和创新精神，这种技术创新知识和创新精神与企业的其他资源相结合，能够转化为具有市场价值的产品和服务。为企业带来利润和市场。

二、高新技术企业技术研发人员的特点

高新技术企业的技术研发人员具有以下几个特点：

1、具有较高的个人素质。高新技术企业技术研发人员大多受过高层次的专业教育。具有较高学历，掌握特定的专业知识和技能；同时，由于受教育水平较高的缘故，高新技术企业技术研发人员大多具有较高的个人素质，如开阔的视野、强烈的求知欲和学习能力等。

2、有实现自我价值的强烈愿望。高新技术企业技术研发人员通常具有较高的需求层次，往往更注重自身价值的实现。为此。他们很难满足于一般的事务性工作。而更热衷于具有挑战性、创造性的任务，并尽力追求完美的结果。渴望通过这一过程充分展现个人才智，实现自我价值。

3、高创造性和自主性。与体力劳动者简单机械的重复性劳动相反，与一般脑力劳动者从事的较低层次的脑力劳动不同，高新技术企业技术研发人员从事的是创造性劳动。他们依靠专业知识和运用头脑进行创造性思维，并不断形成新的创新性成果。因此。高新技术企业技术研发人员更倾向于拥有宽松的、高度自主的工作环境，注重强调工作中的自我引导和自我管理，而不愿象流水线上的操作工人一样被动地适应机器设备的运转。受制于物化条件的约束。

三、高新技术企业技术研发人员管理存在的问题

对于高新技术企业技术研发人员的管理，需要建立一套科学的管理方法。目前，我国高新技术企业技术研发人员管理存在的主要问题包括：

1、对技术研发人员的需求把握不准，激励方式需要优化组合。许多高新技术企业没有针对不同技术研发人员的个体差异。进行针对性的调查和需求分析。因此。造成了对技术研发人员的激励重点不突出。对象不明确。企业激励手段缺乏针对性和可操作性，最终导致激励不当和“放空挡”的现象。

2、“马太效应”现象严重。许多高新技术企业对技术研发人员的激励管理中，总是局限在技术带头人或个别优秀人才身上，只要有机会。各种奖励和荣誉都往他们头上戴。这种“马太效应”式的管理，容易使其它技术研发人员心理失衡，挫伤他们的工作热情。

3、以职论赏，行政激励。高新技术企业往往把优秀的技术研发人员调整到管理或领导岗位，这样一方面使这些优秀的技术研发人员放弃了自己的专业。浪费了人才；另一方面，这种以职论赏的管理方式容易造成人才错位，甚至会给企业管理带来更大的麻烦。

4、强调一般使用。忽视培训与开发。高素质的、具有创新能力的技术研发人员是高新技术企业发展的灵魂。在知识经济时代，培训与教育也是高新技术企业吸引人才、留住人才的重要条件。我国许多高新技术企业在对技术研发人员的培养、培训和持续学习上，显得滞后和力度不够，对技术研发人员潜力的开发力度不够。

四、高新技术企业技术研发人员的管理策略

与传统企业相比，高新技术企业的核心竞争力更依赖于企业的研发能力。高新技术企业的科技创新能力和产品研发能力均取决于技术研发人员的状况。由于技术研发人员的鲜明特征，就要求高新技术企业必须通过有效的管理，不断通过技术研发人员构建企业的核心竞争力。对于高新技术企业技术研发人员的管理，既要符合有关企业的基本理论，又要符合高新技术企业的特点，能够反映高新技术企业对技术研发人员的特质要求并有利于充分发挥他们的才智和潜力。

针对高新技术企业技术研发人员的特点及管理存在的问题，应该从以下几方面加强对技术研发人员的管理：

1、形成有效的薪酬机制。国内学者张望军等研究人员从对深圳华为技术有限公司、深圳润讯通信发展公司、中国公用信息网、信息产业部信息化工程总体研究中心的150名技术研发人员实施了“创新型企业员工激励要素调查问卷”。经过统计分析，得出中国知识型员工激励因素第一位的是“工资报酬与奖励”。

因此，在高新技术企业。高薪对技术研发人员的激励意义不容忽视。合理的薪酬制度。不仅是吸引和留住高新技术企业技术研发人员的前提，也是其人力资本不断增值的重要基础。在经济、社会日益发展的今天，薪酬已不再是简单的收入分配问题。而成为人才价值实现的一种形式。高新技术企业技术研发人员的薪酬包括基本工资、业绩奖金、股权报酬等。

2、建立公平、科学的激励机制。虽然少数优秀的技术带头人对高新技术企业的贡献巨大。但是高新技术企业不能忽视一般技术研发人员对企业的贡献。高新技术企业应该依据技术研发人员对企业的贡献。建立公平的激励机制，充分调动每位技术研发人员的积极性。

另外，技术研发人员所掌握的专业技能是其价值所在。如果放弃技术研发人员的核心能力，而将其放在管理或领导的岗位，对高新技术企业来说是巨大的损失。因此。高新技术企业应该科学利用技术研发人员的专业特长，不断挖掘其专业潜能，发挥其核心能力，提高企业的核心竞争力。

3、在高新技术企业发展的不同阶段。实施不同的管理策略。高新技术企业同一般企业一样，发展阶段可分为萌芽期、初创期、成长期、成熟期和衰退期。在不同的发展阶段。企业具有不同的战略重点，因而应采取不同的技术研发人员管理策略。

萌芽期是创业者人力资本的积累期，此时企业只是一个概念并未实际存在。这里不作讨论。

初创期，高新技术企业的战略重心是技术创新。该阶段技术研发人员的工作压力比较大，而且技术研发人员的技术成果将是企业发展的核心所在。因此，在此阶段企业应给于技术研发人员较积极的鼓励政策和较宽松的发展空间。

成长期，高新技术企业的战略重心是市场创新。该阶段企业处于快速膨胀期，企业的业务量迅速增加，技术研发人员的数量也增加。技术创新仍是该阶段的主要任务。因此，高新技术企业在给予积极的薪酬激励的同时，需要注意薪酬制度的合理性和公平性。

稳定期，高新技术企业的战略重心是管理创新。该阶段高新技术企业日常技术维护的工作量增加，技术研发的工作量相对减少。在此阶段。高新技术企业应该加强企业文化的建设，增强企业发展的持久力。

衰退期，高新技术企业与一般企业一样。保持基本的技术维护工作尽可能获取较多的利润成为重点。在此阶段，企业保留基本的技术维护人员即可。

4、建设优秀的企业文化。培养和造就良好的企业文化，营造宽松融洽的人际关系环境，使技术研发人员能够心情舒畅地投入工作。高新技术企业的文化应该能体现技术研发人员所具有的自主性、创造性和责任感的特点，这种文化应该具有鼓励创新、允许失败、敢于负责的特征。只有在这样的文化环境中，高科技企业的技术研发人员才能放开手脚开拓工作，使自己的潜力得到最大限度的发挥。

另外，高新技术企业应培养学习型文化。创造更多的技术研发人员非正式交流机会，通过多种渠道和平台加强技术交流和情感交流。从而增进他们之间的了解和信任，同时创造更多的隐性知识转移的机会，使技术研发人员所掌握的关键性的隐性技巧、诀窍和经验等。采用个人化的方式与其他技术研发人员共享，从而降低技术研发人员离职带来的风险。

四、结论

新型纳米加工技术的研究 篇7

1 新型纳米加工技术的基本原理

纳米加工技术是为了适应微电子及纳米电子技术、微机械电子系统的发展而迅速发展起来的一门加工技术。目前, 探索新的纳米加工方法和手段已成为纳米技术领域中的热点。随着纳米加工技术的发展, 现已出现了多种纳米加工技术, 新型纳米加工技术利用无机纳米材料及无机—有机纳米复合图形材料制备纳米图形化掩模, 结合纳米刻蚀技术实现小于30 nm的图形结构制备。随着纳米结构图形尺寸小于100 nm后, 不仅缩小了器件的尺寸, 而且由于纳米尺寸效应的影响, 纳米器件被赋予了许多新的特性:计算速度更快、存储密度更高、能耗大大减少等。纳米技术的发展也会对生命技术、环境、能源等很多方面都会产生重大影响, 具有重大而深远的意义。

2 新型纳米加工技术的内容

根据纳米加工技术的发展与应用前景, 我们重点研究小于30 nm的纳米岛、纳米锥等图形加工方法, 特别是基于无机纳米材料自组装掩模的纳米图形排布和转移加工方法。因此, 研究内容主要包括两部分, 即纳米图形化掩模的制备和新型纳米加工方法的研究。

2.1 纳米图形化掩模的制备

纳米材料的图形化研究;纳米材料的表面修饰;纳米材料在有机高分子中的均匀分散和图形化;基底和过渡层的选择。

2.2 新型纳米加工方法和理论的研究

反应离子刻蚀工艺的研究;刻蚀选择性研究;刻蚀深度以及纳米图形在刻蚀过程中的稳定性的研究;刻蚀机理的研究。

3 新型纳米加工技术的方法

3.1 纳米材料在不同基底材料表面的大面积有序排布与图形化控制

有效控制纳米材料大面积均匀有序排布, 实现多样化的纳米掩模板制作是纳米图形转移工艺的关键步骤之一。近年来, 自组装排布技术在纳米材料大面积均匀单层排布中具有广泛的应用。因此, 采用纳米材料的自组装排布技术可以解决纳米掩模材料在基底表面的大面积均匀排布问题。此外, 图形化高分子材料在纳米加工技术中表现出了丰富的图形变化。因此, 利用纳米材料的表面修饰, 结合有机图形化材料, 可望获得更多排列方式和结构的纳米图形掩模, 从而获得更为丰富的纳米图形结构。

3.2 刻蚀过程中纳米图形的稳定性

保持纳米图形在刻蚀过程中的稳定性是实现纳米图形转移又一关键问题之一。这一问题我们从三个方面进行研究。

(1) 通过对纳米材料和基底表面进行不同的表面修饰, 改善纳米材料和基底表面的结合力。

(2) 利用有机高分子材料的引入, 增强纳米图形的稳定性。

(3) 通过选择不同的过渡层来改变纳米图形与基底表面的结合力, 从而实现纳米图形在刻蚀过程中的稳定性。

3.3 纳米图形刻蚀形状与深宽比的控制

纳米图形刻蚀形状和深宽比对纳米加工材料在纳米器件中的性质和应用具有决定性的作用。图形的形状和深宽比主要取决于纳米图形的稳定性、过渡层的不同以及刻蚀条件等因素。因此, 我们将综合上述因素来研究图形的形状和深宽比的控制, 通过增强纳米图形的稳定性、选择不同的过渡层以及刻蚀条件来控制刻蚀的形状和深宽比, 为进一步发展纳米刻蚀工艺和制备纳米器件奠定基础。

3.4 不同基底表面纳米图形的分析和表征

硅、氧化硅及太阳能电池用绒面由于柔性基底表面通常导电性较差, 因此不能利用扫描电镜进行分析, 我们采用原子力显微镜进行测试分析, 从而克服柔性衬底的缺点。

4 新型纳米加工技术的发展潜力

纳米技术是21世纪可能会取得重要突破的三个领域之一。通过新型纳米加工技术的研究, 利用无机纳米材料和无机—有机纳米复合材料的自组装方法实现纳米图形化掩模的制备, 同时结合反应离子刻蚀技术实现小于30 nm的纳米岛、纳米锥等图形阵列的大面积制备和转移, 并对纳米材料的排布以及刻蚀加工工艺和机理进行研究。探索纳米材料图形化有序排布的最佳条件以及图形阵列转移的最佳刻蚀工艺, 为制备高密度、图形化纳米器件奠定理论和实验基础。这一研究成果不仅可以广泛应用于高密度磁存储介质、悬浮栅和单电子器件的制备, 也为克服光刻限制, 实现先进的纳米刻蚀技术提供新的手段。

随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求, 新型的纳米加工方法越来越多地引起人们的关注。新型纳米加工技术的应用非常广泛, 尤其在一些发达国家, 纳米加工技术的开发已经得到广泛的关注并已有多篇专利和文献被发表。如果不发展纳米加工技术, 在未来的科技竞争中就可能陷入被动地位。因此开展纳米加工技术和方法的研究, 不仅可以获得自主知识产权, 而且在未来的科技竞争中也可占据主动。此外, 纳米加工技术在多个领域具有广泛的应用, 如生物、医药、机械、电子等领域。目前世界微纳技术的总营业额将近1000亿美元, 预测未来每年纳米技术的市场总额将达15000亿美元。

我国近年来对纳米加工方面的研究也进行了大力的扶持, 很多科研单位将纳米加工技术列为重点研究项目, 并引进了具有0.13和0.09µm生产技术能力的大型芯片企业, 为提高我国的纳米加工技术和芯片制造水平, 发展信息产业技术, 抢占21世纪纳米科学技术的制高点具有不可低估的作用。目前, 随着纳米加工技术逐渐产业化和日趋成熟, 已经得到市场广泛认可和接受, 其产业化和市场化的前景是十分可观的。

5 结语

新型纳米加工技术的研究已成为21世纪科学技术进步的发展动机。新型纳米加工技术是多领域、多学科、多技术的综合应用, 从而实现优势互补。因此开展纳米加工技术和方法的研究, 需要各学科研究者的共同努力, 才能取得更大的发展。

参考文献

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[3]崔铮, 陶佳瑞.纳米压印加工技术发展综述[J].世界科技研究与发展, 2004, 26 (1) :7.

国外碳纳米技术的研究及应用 篇8

电学领域:高储能电池

碳纳米管具有非常高的表面积、导电性能和良好的机械性能, 是电化学领域所需的理想材料。

铜线一直以来以其成熟的使用历史及良好的导电性能被用于电气系统。但在现代系统中, 伴随功能性需求的增加, 铜导线在重量和易被腐蚀方面存在着明显的缺陷。而由碳纳米管制成的导线, 重量仅是铜的十分之一, 强度却达到铜的30倍。如果将产品中的铜线全部或部分换为碳导线, 对产品性能、载荷、效率的改变将无可估量。据国外媒体今年7月报道, 英国剑桥大学的科学家们已经开发出一种强度极好且十分轻巧的碳制导线, 未来有望成为铜线的有力竞争对手。但与铜线相比, 碳纳米管目前最大的劣势是其导电性:相同质量的铜的导电率是碳纳米管的2.5倍。因此在未来几年, 剑桥大学的科学家们将注重于铜和碳纳米管混合的线路, 计划开发出一种由两者组成的“超级导线”, 集合两种导线的优势, 大幅提升导线的性能。

碳纳米管在锂电池中的应用同样不容忽视。美国麻省理工学院已经开发出了能够极大地提高储能量的碳纳米管锂电池, 该电池同时兼顾锂离子充电电池及电化学电容器二者的性能, 输出比功率是普通锂离子充电电池的10倍, 比能量是普通电化学电容器的5倍, 未来可能用于小型便携式设备中。

此外, 碳纳米管电容器良好的放电性能, 使之能在几毫秒的时间内将所存储的能量全部放出。由于这一特性能瞬间为汽车加速提供能量, 现已在混合电力汽车中开始实验使用。

医学领域:癌症筛检

癌症筛检向来是医疗上相当重要的课题, 若能够及早发现和治疗, 患者不仅可以有更大的康复机会, 也可减轻患者在治疗过程中的疼痛, 更可以有效的节省医疗成本。早前的筛选工具以硅为主要材料, 2011年, 哈佛大学就与麻省理工学院携手, 以碳纳米管为主要材料, 打造出一个不论是在尺寸、效率、精确度上面都更突出的筛选工具。其筛选效率可以达到硅管的8倍。研究人员在利用碳纳米管筛检癌细胞得到初步成果后, 未来也会用其对其它疾病进行筛检 (如HIV) 和进行工具改造。

由于碳纳米管上极小的微粒可以引起碳纳米管在电流中的摆动频率发生变化, 巴西和美国科学家发明了能够称量单个病毒质量的“纳米秤”, 为碳纳米管在医疗领域的进一步应用又增添了一笔。

工业领域:优异复合材料

利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。例如用碳纳米管材料增强的塑料, 力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、可屏蔽无线电波;使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高, 不易对环境造成影响;碳纳米管与陶瓷的复合材料强度高, 抗冲击性能好;碳纳米管上的五元环增强了其反应活性, 在高温和其他物质存在的条件下, 极易被金属浸润、和金属形成金属基复合材料。这样的材料强度高、模量高、耐高温、热膨胀系数小、抵抗热变性能强。这些复合材料将为工业生产带来良好的材料基础。

纳米技术研究论文 篇9

1 纳米制剂的作用

纳米技术是指在0.1~100纳米尺度内对物质进行制备、研究和工业化的一门综合性技术体系。纳米制剂是指粒径在10~1 000纳米的药物。目前常见的纳米制剂类型包括:纳米脂质体、固体脂质纳米粒、聚合物胶束、纳米囊和纳米球。药物粒子纳米化后, 在尺寸效应及表面效应的作用下, 药物往往表现出以下与其他剂型完全不同的理化和生物学效应:

1.1 提高药物生物的利用度

药物的溶解速率与药物粒径密切相关, 而药物的吸收效率又受溶解速率影响。利用纳米技术可将较大的药物颗粒转变为稳定的纳米粒子, 当药物粒径达到纳米水平时, 单位药物总表面积大大增加, 使药物与吸收部位的有效接触面积和接触时间明显增加, 从而可提高药物的溶出速率。而纳米制剂的赋形剂可在消化道中起表面活性剂作用, 也为纳米制剂的溶解提供了有利条件。此外, 纳米级药物颗粒可改变膜转运机制, 从而增加药物透膜性。

1.2 控释作用

纳米制剂不但可提高难溶药物的溶解速率和吸收效率, 还可通过修饰其表面载体达到减慢溶出速率的目的, 从而实现药物在机体中的长循环性。目前常用的纳米制剂载体包括类脂、薄膜、糖脂、亲水性凝胶等。而含药物的纳米制剂在体内随着上述载体的缓慢降解而被逐步溶出, 从而使一些在体内易被快速代谢失效的药物大大减慢溶出速率, 延长药效。

1.3 靶向作用

常规药物颗粒难以进入组织器官及血脑屏障。纳米级药物可透过机体内各类屏障, 达到靶向治疗的目的, 其利用不同大小颗粒在人体内分布的特异性可实现被动靶向。如喜树碱固体脂质纳米粒经静脉给药后大量富集于小鼠脑、肝、心、脾等部位, 其中脑部药物浓度较常规剂型提高4~10倍, 说明固体脂质纳米粒可通过血脑屏障。而对纳米粒进行表面修饰则可实现主动靶向, 使药物到达特定的器官、组织和细胞, 如采用铁磁性载体制备纳米粒, 利用体位磁场效应可引导药物在体内定向移动和集中, 从而提高局部治疗效果。

2 兽药纳米制剂的应用

随着抗菌药与抗寄生虫药在畜牧业生产中的广泛应用, 交叉耐药和药物残留问题日益加重, 而纳米技术的应用可使上述问题得到有效改善。一方面, 原有的兽药经纳米化处理后, 其靶向性、溶解性及缓释性均明显提高, 在保证药效的前提下, 给药剂量大大减少, 从而可减轻或避免药物残留及耐药性的产生;另一方面, 利用纳米技术还可研制更多高效、无毒副作用的新型兽药, 从根本上解决耐药性问题。目前, 利用纳米技术开发出的兽药大致可分为以下几种:

2.1 纳米抗菌制剂

纳米抗菌制剂起源于上世纪80年代, 它对大多数致病菌均有强烈的抑制和杀灭作用。纳米氧化锌是近年来研发的新型纳米抗菌制剂, 具备传统氧化锌剂型无法比拟的抗菌特性, 它可通过与细菌间的强烈氧化反应实现杀菌作用。此外, 在饲料中添加纳米氧化锌可杀灭胃肠道致病菌, 具有用量小、药效强等特点。利用纳米氧化锌的强渗透性, 还可减少胃肠道消化液对药物稳定性的影响, 从而提高药物吸收率。

2.2 纳米抗病毒制剂

纳米制剂在抗病毒方面具有无可比拟的优势, 利用多聚体聚合物或树形单体可构建“纳米陷阱”, 从而明显抑制病毒对宿主细胞的侵袭。纳米陷阱能够在流感病毒感染细胞之前与之结合, 导致病毒丧失致病能力。现有研究认为, 多聚体聚合物所构建“纳米陷阱”的抗病毒效果优于树形单体, 而相同多聚体聚合物所构建“纳米陷阱”对不同病毒的抑制效果也不同, 分析其原因可能与病毒的生长特性和生长环境有关。采用多聚体聚合物作为大分子药物传递运载体, 可精确控制药物尺寸、形状和位置, 对于精确用药具有重要意义。

2.3 纳米中药

中草药是我国特色药物, 它具有独特的安全性和有效性。纳米中药制剂的表面效应、尺寸效应, 以及纳米中药加工过程中的细胞破壁工序, 可使中药中有效成分被大量释放, 更利于机体吸收, 从而大大提高了药物的生物利用度。其次, 由于纳米中药制剂独特的形态、粒径, 极易被肝脏的Kupffer细胞捕捉和吞噬, 使药物在肝脏中聚集后逐步降解释放到血液循环中。

3 问题与展望

纳米片状光亮银粉制造技术研究 篇10

纳米银粉又称银纳米材料,由于其具有特殊的物理化学性质,在电子信息、太阳能电池、厚、薄膜集成电路、传感器、光电元器件等领域有着日益广泛的应用。在电子信息产业中,电子浆料是生产电子元器件的重要材料。银粉作为导电银浆的导电功能相,是用量最大而价格相对低廉的一种贵金属材料。科学技术的发展要求不断提高电子元器件性能的同时尽可能降低其制造成本,因此银粉的粒径细化和呈现片状形貌是达到致密平整印刷效果的最佳选择,这一点已为实践所证明。例如用厚度为纳米级的片状光亮银粉调制的低温固化型银浆,可用于制造碳膜电位器、圆形(或片状)钽电容器、薄膜开关、柔性电路、导电胶等,印刷线路平整,单位耗浆量下降,在低成本高性能方面效果显著。

关于纳米银粉的制造技术,国内外学者做了大量研究并形成多种工艺方法,如化学还原法、气相沉积法、电化学法、磁控溅射法、射线辐射还原法、激光消蚀法、高能球磨法[1]、微波法[2]等,其中,采用化学还原法制备超细银粉,再进行高能球磨,制得的具有纳米厚度的片状光亮银粉,具有较好的调浆印刷性能,且制造成本较低,适于工业批量生产。Z.T. Zhang等[3]以水合肼为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为保护剂,成功制备粒径为50~10 nm且分散性良好的球形纳米银粉,工艺方法简便易行。

国产纳米银粉与国外同行业的著名企业存在差距,如德国狄高莎(Degussa)公司等生产的纳米银粉在粒度集中度和均匀性、调浆和印刷的工艺性、烧成及导电性能等方面均有尚佳表现,其产品在中国市场畅销多年。国内学者及科技人员对纳米银粉的制造方法、基本物理化学性能的检测及表征、调浆及烧成工艺、产品的附着力及导电性能诸方面做了大量的试验研究,使得国内纳米银粉的质量水平得到迅速提升。

2 影响纳米银粉晶体结构的主要因素

化学还原法制成的纳米银粉,其晶体结构主要受晶核的原型和缺陷,晶种的大小和数量,反应时间、温度、搅拌情况等因素影响[4]。

2.1 晶种

晶种的晶型结构及结晶缺陷,对晶体的最终形貌有很大影响。银是面心立方体,当晶种是单晶时,可以生产八面体、棱柱、立方体的纳米晶;当晶种是多孪晶结构时,未来的结晶体将成为球形、二十面体、十面体、五重孪晶纳米棒;当晶种含有堆垛层错结构时,未来的结晶将生长成纳米片。而晶种的生长受热力学、动力学等反应条件的影响[5,6]。

晶种数量越多,则生长活性基点越多,反应速度越快;外来晶种的添加可促进非均质成核。由于非均质成核所需的自由能小于均质成核所需的自由能,从而提高了成核速率,同样可以达到细化晶粒和提高反应速度的目的。

2.2 表面修饰剂

在晶粒长大的过程中,表面修饰剂,如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等会选择性地包覆在晶核外面的某些晶面上,一方面阻碍晶粒团聚,另一方面导致不同晶面的生长速度不同,使得晶粒生长的形貌得到控制,PVP是聚合物表面活性剂,其氧原子与Ag的[100] 面紧密结合,其他晶面的生长不受其影响。Y. Hey等[7]通过调节PVP/Ag NO3的比例,分别制备了三角形、线性、立方体的纳米银粉。

2.3 还原剂

还原剂的选择将影响生产效率,使用强还原剂,反应速度加快,晶核大量生成,容易产生各向同性的球形纳米银;使用弱还原剂,晶核生成速度减慢,当有修饰剂吸附于晶核的某些晶面时,导致其余晶面缓慢生长,最终生成各向异性的纳米银粉体材料或胶体材料;若依次采用强弱还原剂进行顺序还原,可以依次改变银纳米粒子的结晶形貌。X.Dong[8]在低温时采用硼氢化钠还原Ag+,生成小尺寸银纳米颗粒;在高温时用柠檬酸钠还原溶液中剩余的Ag+,使银纳米颗粒转变为三棱柱形纳米银粉。

2.4 反应体系

制备纳米银粉的反应体系有非水体系(多元醇)和水体系 。采用不 同的修饰 剂、稳定剂 、还原剂,严格控制反应条件,能够生成纳米银线、纳米银片、纳米银球及立方形纳米银粉体材料。A.Siekkien等[9]采用硫化物辅助合成法,在乙二醇中,以PVP作保护剂,还原Ag NO3,制得边长为25~45 nm的银立方体,其中硫化物或硫氢化物的加入缩短了反应时间,因为Ag S的形成降低了Ag+的还原电位,加快了反应速度,并且阻碍了孪晶的生长,使银晶种快速生长成为小粒径的纳米银立方体。在多元醇体系中,引入微量的Ce3+,可以除去孪晶,以单晶为主导;在多元醇体系中,引入Br-,可以去除多重孪晶,留下单晶和单孪晶晶种。

水体系是制备纳米银粉最常用的体系。D.Yu[10]等以传统的银镜反应路线,在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在的条件下,加入适当浓度的银氨络离子、D-葡萄糖,在120℃密闭反应,制备了平均粒径(D50)为55 nm的立方体银粒子。反应中CTAB既是反应 剂 ,又是模板 和稳定剂 ,CTAB胶团引导Ag+成核并长成纳米颗粒。随着CTAB与[Ag(NH3)2]+物质的量之比的增加,银粒子的形状由球形转变为立方形。王悦辉等[11]在适量的银晶种和CTAB表面活性剂存在的条件下,在水溶液中采用抗坏血酸还原Ag NO3生成银纳米立方体。其中关键因素是控制反应体系中的CTAB浓度,以及Ag NO3还原反应速度、温度、反应时间等工艺条件。

3 制备纳米银粉的常用化学试剂

近几年国内外的专家学者对纳米银粉的制备技术进行了大量研究,工艺方法多种多样,从不同角度实现对纳米银粒子的粒径大小、结晶状况及形貌的有效控制,可以制备出一维纳米银线,二维纳米银片,三维纳米柱体、球体和立方体、多面体等。其中,采用化学还原法在水体系或非水体系(多元醇类)中制备纳米银粉是最经济适用的方法之一,适合于工业批量生产。所用化学试剂见表1。

4 纳米片状光亮银粉的制造技术

研究人员对纳米银粉的制造技术做了大量研究,其中以化学还原法加高能球磨法制备纳米级厚度片状光亮银粉最为经济适用。本文基于先前的研究成果,选择设计了一条符合短流程与绿色制造的工艺路线,并着重于低成本产业化生产。根据电子浆料的调制需要,制成厚度为纳米级的片状光亮银粉,可以替代进口。

4.1 化学还原法制备超细银粉

本研究采用化学还原法制备超细银粉,工艺过程如下:

(1)将外购银板(99.90%~99.95%)经刨成碎屑后,溶于硝酸制取Ag NO3,沉淀、过滤,蒸干备用;

(2)将Ag NO3溶于经离子交换处理的纯净水中,以10 kg Ag NO3为一批料,配制成200 L的水溶液;

(3)用无水碳酸钠(Na2CO3)水溶液匀速并搅拌加入Ag NO3水溶液中,沉淀出Ag CO3悬浊液;

(4)调节p H=7~8;

(5)溶液体积约为300 L,按Ag含量的适当比例向溶液中加入分散剂;

(6)用水合肼等还原剂的水溶液均匀加入上述溶液中,并匀速搅拌(还原剂的浓度,加入量及搅拌速度是关键工艺,决定着银粉析出的颗粒大小和形状,操作必须严格按工艺规程要求执行);

(7)将沉淀过滤的银粉进行去离子水清洗;

(8)真空干燥,将洗净的银粉在真空干燥箱内进行常温干燥;

(9)取样进行粒度、形貌测试,按规定进行测试D50和分散度,如有必要还可进行松装密度、振实密度、比表面积等性能的测试。

采用以上工艺制备的超细银粉,形貌如图1所示。

4.2 高能球磨法制备纳米片状光亮银粉

高能球磨能够细化银粉颗粒,并使材料变形储能,被广泛应用于材料加工和低温合金。在高能球磨机中,经过银粉与磨球的摩擦挤压和锻打,极易使银粉颗粒被碾压成片状,并呈现金属银的固有光泽。银晶体属面心立方结构,具有很好的延展性;球磨过程中或因加工硬化而进一步破碎,或因锻焊而形成大片。制得的纳米级厚度片状光亮银粉的形貌见图2。

球磨机的磨球可以采用不锈钢或硬质合金,最好是刚玉球,以减少金属污染。球径大小和配比、球料比、球磨时间和温度,以及采用干磨(空气、N2为介质)或湿磨(乙醇作润滑剂,或以醇类配成的悬浊液作润滑剂)均在工艺规程中严格规定。必要时还需添加分散剂,防止银粉发生团聚,有关工艺参数均需通过工艺试验根据产品要求作相应调整,编制作业指导书指导生产。

为了生产出具有纳米尺度(片状银粉厚度方向尺寸达到纳米级)的片状光亮银粉,原料银粉颗粒粒径必须控制在微米级及亚微米级,一般D50=0.2~5μm,根据产品要求而定,球形银粉的生产工艺也需作相应调整。生产出的片状光亮银粉,经无水乙醇清洗(如用钢球球磨还需经酸洗,以除去金属杂质污染),常温下真空干燥。经外观检查及产品规定的测试项目,合格产品包装出厂。例行实验还要作调浆、印刷、干燥、烧结和电路特性测试,完成稳定生产工艺的例行实验,保证产品出厂质量的一致性[12]。

5 结束语

(1)通过大量的试验研究,采用化学还原法—高能球磨法可以实现纳米片状光亮银粉的产业化批量生产。

(2)纳米片状光亮银粉是电子浆料的基本原料,颗粒均匀细小,厚度50~100 nm,径厚比10~20∶1,粒度分布集中,色泽均匀,产品广受用户欢迎。

(3)纳米片状光亮银粉的推广应用,在提高电子浆料的印刷质量、节约贵金属用量方面为广大用户带来了可观的经济效益。

摘要：本文在总结了纳米片状光亮银粉的制备技术发展概况的基础上,深入研究并实践了化学还原法—高能球磨法制备纳米片状光亮银粉的工艺技术,实现了批量生产。

关键词：化学还原法,高能球磨,纳米银粉

参考文献

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[8]Dong X,Ji X,Jing J,et al.Synthesis of Triangular Silver Nanoprisms by Stepwise Reduction of Sodium Bborohydride and Trisodium Citrate[J].The Journal of Physical Chemistry C,2010,114(5):2070-2074.

[9]Siekkinen A,Mclellan J,Chen J,et al.Rapid Synthesis of Small Silver Nanocubes by Mediating Polyol Reduction With a Trace Amount of Sodium Sulfide or Sodium Hydrosulfide[J].Chemical physics letters,2006,432(4):491-496.

[10]Yu D,Yam V W W.Controlled Synthesis of Monodisperse Silver Nanocubes in Water[J].Journal of the American Chemical Society,2004,126(41):13200-13205.

数字水印技术研究 篇11

关键词 数字水印 攻击 问题

中图分类号：TP391 文献标识码：A

0前言

近年来，多媒体技术和网络技术的迅猛发展，使得互联网上的数字媒体应用正在呈爆炸式的增长，这给人们的生活带来了极大的便利，然而多媒体信息却极易被复制和修改，而且难以追踪修改的痕迹。近年来，具有伪装特点的新兴信息安全技术——信息隐藏技术应运而生，并成为隐蔽通信和版权保护的有效手段，迅速成为国际上研究的热点。

1数字水印特征

嵌入载体中的数字水印应具备以下特性：

（1）嵌入有效性：水印载体是输入到检测器后能检测出水印的载体。根据这种水印载体的定义，水印系统的有效性就是指嵌入水印后能够检测到水印的概率。

（2）透明性：透明性也叫不可感知性或保真度。是指向数字载体中嵌入水印后不会引起被保护作品可感知的质量退化，很难发现水印载体和原始载体的差别。

（3）无歧义性：也叫确定性，要求嵌入的水印信息必须是能够足以证明该多媒体内容所有者的标志信息，该标志信息能够被唯一确定地检测出来，防止版权纠纷，以达到版权保护的目的。

（4）错误检测率：包括虚检率和漏检率，虚检是指在实际不含水印的作品中检测出水印，而漏检是指在实际含水印的作品中没有检测出水印。

（5）鲁棒性：鲁棒性指的是加入载体的水印能够在图像受到某些攻击或变换操作后（噪声、滤波、压缩、数模转换等），不会丢失，在检测提取后仍可以识别。

（6）安全性：是指嵌入的水印能够抵抗各种类型的攻击，并且任何第三方都不能仿造他人的水印信息，而且即使水印信息被非法用户提取出来，也无法识别，也就是说数字水印的信息应该是难以篡改或伪造的。

2水印攻击方法

对含水印图像的常见攻击方法按照对图像的操作目的主要分为两大类：有意攻击攻击和无意攻击。

水印由于它本身的特性必须对一些无意攻击具有较强的鲁棒性，常见的无意攻击有：有损压缩，剪切，增强、模糊和其他滤波算法，亮度和对比度的修改，放大、缩小和旋转，图像传输过程中的噪声干扰等。

而对于水印的有意攻击的一般分类为：

（1）仿造水印的抽取：盗版者对于特定产品生成的一个信号使得检测算子输出一个肯定结果，其中是一个从来不曾嵌入产品中的水印信号，盗版者把它作为自己的水印。

（2）仿造的肯定检测：盗版者用一定的程序找到某个密钥，使水印检测系统能够输出肯定的结果，这个结果作为盗版者声明的自己的水印，该密钥被用于表明盗版者对产品的所有权。

（3）统计学上的水印抽取：当作品所有者在大量的数字作品用同一密钥加入水印时，攻击者可以用统计估计的方法去除水印，这种统计学上的可重获性可以通过使用基于产品内容的水印来防止。

（4）多重水印：攻击者可能会用某种算法在已载有版权标识水印的作品中嵌入他自己的水印，从而使得攻击者和产品的原始所有者，都能用自己的密钥在产品中检测出自己的水印，这时造成的版权纠纷问题难以解决。

3存在问题

数字水印技术按照应用领域可分为脆弱性数字水印、鲁棒性数字水印和半脆弱性数字水印。脆弱水印是将数字水印嵌入到多媒体数据中，当多媒体数据受到怀疑时，提取该水印来鉴别多媒体内容的真伪，并指出篡改位置，甚至攻击类型等。鲁棒水印是添加在多媒体数据中的某些能证明版权归属或者跟踪侵权行为的信息。脆弱水印和鲁棒水印都属于单水印技术，而单水印技术往往存在功能单一的问题。目前的很多重要信号，既要对它们的版权进行保护，又要证明其内容没有被恶意篡改，因此有必要开发出能够同时满足版权保护和内容认证两种要求的水印技术。半脆弱水印技术是解决这个问题的一种方法，它的性能介于鲁棒水印和脆弱水印之间，但很难做到较强的鲁棒性和敏感的脆弱性相结合。近年来出现的双重水印技术解决了这一问题。

双重水印技术是在某个载体中同时嵌入鲁棒水印和脆弱水印，这种方法存在两种水印之间相互干扰的问题。由于脆弱水印对图像修改很敏感，鲁棒水印相对比较稳定，因此目前大部分双重水印算法都是以先嵌入鲁棒水印，后嵌入脆弱水印的方法来减小这两种水印的相互影响。这种方法虽然对水印检测结果影响较小，但不能做到完全没有影响，并且嵌入的双重水印由于嵌入容量大，干扰了图像原有信息，使得原始载体图像失真相对较大。

4结束语

数字水印技术是国际学术界兴起的一个前沿研究领域。它与信息安全、信息隐藏、数据加密等均有密切的关系。特别是在网络技术和应用迅速发展的今天，水印技术的研究更具研究意义。今后水印技术的研究主要还是在认证和版权保护两个大的方面，基于这两个方面也出现了很多新的研究方向。

参考文献

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[3] 王丽娜， 张焕国， 叶登攀. 信息隐藏技术与应用[M]. 武汉： 武汉大学出版社，2009.

纳米技术研究论文 篇12

1 ITO的定义

外包的英文本意是外部资源利用,是相对于传统的企业内部资源而言的。Prahalad等[1]于1990 年在《哈佛商业评论》上发表The Core Competence of the Corporation ( 《企业的核心竞争力》) 一文,首次对“外包( Outsourcing) ”这一概念进行了阐述。

在20 世纪末和21 世纪初,国内外就有不少学者提出过外包的定义,在这些定义中,基于客户视角研究最多,基于社会分工与资源利用视角次之,基于服务商视角最少。信息技术外包( Information Technology Outsourcing,ITO) 最早由Grover等[2]在1996 年提出,目前已经成为外包领域最主要的研究内容之一。ITO早期狭义的概念集中于微观某一功能、要素和环节,后期广义概念则上升为宏观战略、资源利用、核心竞争力等领域。国外学者的研究明显早于国内学者,但国内学者综合前人和国外学者研究成果给出的概念诠释往往更具体和深入。

国内外学者对ITO的描述虽然侧重点不同,但其实质内涵大同小异,多以资源利用视角出发,以整合、利用外部最适合的信息科技专业化资源为手段,以降低成本、改进方式、提高效率、发挥核心竞争力和应变能力为目的。ITO主体一般包括一个客户( 委托方) 和一个服务商( 受托方) ,对于大型ITO项目也可能涉及多个客户和多个服务商。

在ITO的2 个交易主体中,客户行业属性一般是固定的,服务商的主业总体上也是明确的,即以IT技术为主,但服务商为更好地得到客户认可,往往对客户所属行业也有一定的知识和经验积累,有些甚至非常专业。如果我们给某一行业ITO定义,一般在ITO定义基础上赋予行业属性,便可得到该行业ITO定义。在我国,从可查阅资料来看,银行业主管部门对其所在行业ITO进行了定义。中国银行业监督管理委员会对银行业外包及ITO进行了明确定义,根据中国银监发[2010] 44 号文, “外包是指银行业金融机构将原来由自身负责处理的某些业务活动委托给服务提供商进行持续处理的行为。服务提供商包括独立第三方,银行业金融机构母公司或其所属集团设立在中国境内、外的子公司、关联公司或附属机构”。根据中国银监发[2013] 5 号文,“信息科技外包是指银行业金融机构将原本由自身负责处理的信息科技活动委托给服务提供商进行处理的行为,包含项目外包、人力资源外包等形式。”

综合国内外ITO的定义,比照中国银监会的定义,可将地质信息技术外包( Geological Information Technology Outsourcing,GITO) 定义为: GITO是指地质单位( 地质主管单位、科研院所、企业及相关单位) 为专注于地质核心业务,而将地质信息的采集、传送、存储、处理,以及与之相关的IT系统、IT设备、IT运行环境、IT运行维护和安全管理全部或部分委托服务提供商完成的行为。在GITO过程中,地质单位一般以合同的方式,在规定的服务水平基础上,委托服务商向其提供部分或全部的信息功能。

2 ITO的分类

关于外包的分类,依据不同的划分标准可以有不同的划分方法。从大的方面,一般将外包分为信息技术外包、业务流程外包和知识流程外包。其中,信息技术外包重点考虑技术和效率问题,业务流程外包重点考虑业务流程优化问题,知识流程外包重点考虑价值链高端的知识创新问题。对于上述划分,也有学者有不同看法,如刘星[3]认为在某种程度上3 种外包互相包含,没有明确界限。本文认为三者确实有着密不可分的联系,但就地质企业来看,3种外包形式还是有着本质性的区别,在制度要求上也不属于同一范畴,所以本文仅就普通的ITO进行相关研究。

ITO分类研究是ITO研究的基础,对于进一步开展ITO模式研究、ITO绩效研究、ITO评估与评价研究、ITO治理及管控研究意义重大。目前关于ITO的分类,学术界还没有公认权威的分法,一般研究的目的不同,选择的分类标准不同,得出的分类结果也不同。归纳起来,一般有以下一些分法,如表1 所示。

在上述外包中,得到认可度较高,研究最多、引用最多的是前4 类。在按外包程度划分为整体外包和部分外包时,业界有一个默许的判断标准,一般认为IT职能的80% 或更多外包给服务商为整体外包,少于80% 为部分外包。按外包关系对ITO分类,最早由Klepper等[4]于1995 年提出,其将ITO划分为市场关系型外包、中间关系型外包和伙伴关系型外包,并于1999 年在上述分类基础上增加内包一类。从国内实践来看,IT内包越来越得到一些客户的重视,因其在外包的同时增加了外包质量的可控性和风险防范的有效性。按外包载体划分,是基于IT的属性将ITO划分场地租用外包、设备租用外包、系统租用外包、人员租赁外包,其中系统租用最为普遍,其次是设备租用,场地租用和人员租用也越来越受到重视和发展。按外包价值分类方法由Loh等[5]提出,普遍受到学界关注,其被引用次数也较多,该种分法体现了我们选择外包的本意,即控制成本,使成本最小化、提高服务质量并最大限度地降低风险、依托信息技术创建新的业务增长点以及获得不断增长的收入和利润。

近年来,境内外包和离岸外包、托管外包和非托管外包、驻场外包和非驻场外包也受到了学界和业界重视,并在理论和实践中都得到了一定发展,如中国银行业监督管理委员会于2014 年7 月出台了旨在加强银行业信息科技非驻场集中式外包风险管理制度,对非驻场集中式外包的认定、管理和风险防范进行了明确要求。

3 ITO的主要研究成果

分析现有研究成果,对ITO研究体现 “四多四少”,即对微观层面ITO某一方面和相关要素研究较多,对ITO治理层面、顶层设计和制度安排研究较少; 对客户和服务商某一方的研究较多,对双方交易合作关系研究较少; 基于客户对服务商研究较多,对客户一方研究较少; 对风险和评价研究较多,对外包模式和决策机制研究较少。整理相关文献,现有研究主要包括以下6 个方面,如表2 所示。

注:根据中国知网数据统计得出,统计时间为2015年10月26日

现有研究成果中,关于ITO风险研究最多。这一方面因为风险事件的客观存在及其危害性,另一方面是关于风险研究的理论较为成熟。按照风险识别、检测、评估及管控的一般逻辑,对ITO风险研究的核心问题是关于ITO风险评估研究,尤其是定量评估研究,这也是受ITO风险不确定性、模糊性和复杂性的特点所确定的。在这一领域,比较有代表性的研究方法有两类: 一类是基于层次分析法( Analytic Hierarchy Process ,AHP) 的研究,AHP在ITO领域的研究应用不仅在理论方面研究较多,在实务领域的应用也较为成熟,如我国银行业机构在开展ITO风险评估大都采用此方法。另一类是基于模糊粗糙集理论的研究,如丛国栋[26]在 《IT服务外包风险管理理论、方法与实践》一书中对ITO风险形成机制、控制策略和监控措施进行了阐述,并重点对ITO风险评估、评价进行了研究,基于交易成本理论( Transaction Cost Theory,TCT) 对风险传导机制进行了研究,并提出了基于模糊粗糙集和模糊群决策的风险评价群决策方法; 为提高评价的鲁棒性、可靠性,降低评价和决策风险,研究了在分类错误可变情况下的ITO风险评价问题,并提出了变精度模糊粗糙群决策方法; 为解决ITO控制策略存在机理不清晰、针对性不够的问题,按照策略组合逻辑对风险控制进行了研究。

业界除了关心ITO风险之外,关心最多的必然是ITO质量和绩效问题,这也是ITO绩效研究较多的合理解释。关于ITO绩效研究,主要是研究在ITO要素发生变化情况下如何影响ITO绩效,并通过调整和改变相关要素来达到控制绩效的目标。贾树辉等[34]以商业银行为例,从ITO模式、ITO管控和ITO关系3 个切入点展开分析,研究形成了ITO绩效影响因素的概念模型,并通过进一步分析各个影响因素的作用机制,形成了整体模型和研究假设;进一步的,通过商业银行的实际数据进行了实证检验分析,重点考察了外包模式、外包管控和外包关系对绩效的影响,并对绩效管控给出了建议。

知识转移是ITO过程中必然面对的一个问题,尤其是对于ITO过程中产生创新成果并具有增值机会时,双方如何分享知识产权及所产生的价值是关键。王琦[35]在 《IT外包项目中知识转移影响因素的多案例研究———基于IT外包服务提供商的视角》一文中,从ITO服务供应商的视角,就如何提升ITO项目中从客户方到ITO服务商的知识转移效果,如何实现更深层次、更高效率的知识转移进行了研究,把ITO服务商的团队特征、客户方特征、外包控制机制以及双方互动关系等因素纳入整合的框架中,以成功的知识转移为导向,构建了一个知识转移的影响因素模型,并在此基础上通过对实证数据的回归分析与结构方程模型分析,为ITO项目中知识转移的影响因素提供了更深层次的理解。卢新元[32]在《IT外包服务中的知识转移风险研究》 一书中,按照知识转移的过程和流程,构建了SRTAF知识转移风险评估模型,并在评估的基础上针对不同风险要素,并借助不同的模型,就知识转移中风险规避与控制问题进行了深入研究。

在外包决策研究方面,很多研究者采用层次分析法进行外包决策的选择,如王建军等[36]提出了基于借助层次分析法和偏好顺序结构评估法相结合的外包决策模型; 王永庆[12]提出采用AHP决策模型和模糊综合评价模型对IT外包商进行选择; 索玮岚[37]提出了多因素关联分析方法来选择外包商。

对ITO模式选择问题的研究,理论界的研究不多,但在银行业实施外包之前必然要认真对待这一问题,因此在银行实际操作中有所涉及,但目前上升到理论的不多。戎志刚[8]通过复杂适应系统理论CAS构建了ITO模式的动态选择概念模型,对这一问题进行了初步探讨和研究。

结合到行业的研究,目前研究最多的是银行业,其次是电子政务和电信行业,在其他行业研究较少,尤其是地质行业至今无人问津。ITO在银行业的研究源于3 个方面原因: 一是我国银行业ITO比较普遍,规模较大,影响深远; 二是银行业在ITO过程中机会、风险并存,在给银行业快速发展带来机会的同时,失败的案例教训促使银行业加大对这一问题的探究; 三是银行业主管部门就加强这一问题监管出台了一系列的政策措施,以推动这一行业健康发展,并有组织地通过课题评审,鼓励银行机构开展对相关问题的专题研究。从研究内容来看,银行业机构研究基本涵盖上述全部7 个领域,并且与实践结合较为紧密。

此外,关于ITO治理与管控问题,现有研究成果中虽有所涉及,但系统地对这一问题进行研究的很少,尤其是关于ITO治理架构、ITO管控模式、ITO制度体系设计及ITO政策传导机制方面的系统研究几乎没有。

4 现有研究成果对GITO研究的意义和启示

经过对部分GITO失败案例的梳理,可得出目前GITO发展中主要存在2 个方面问题: 一是GITO管理不到位。诸如选择什么样的ITO模式、如何管理ITO活动、如何防范ITO风险、如何做好ITO过程中知识产权保护等都没有规范的参考,导致整个GITO的发展在盲目、无序中前行。二是GITO发展环境不健全。一方面我们大的经济、社会、法律和信用环境还存在诸多不利GITO健康发展的因素,随意违约、违反知识产权保护等行为时有发生; 另一方面行业主管部门和自律组织也未出台相关政策,未就GITO的市场发展进行培育、疏导和规范,GITO健康发展的监管环境急需建立。

针对GITO发展中存在的问题,从现有ITO研究的内容来看,有些研究成果具有一定借鉴意义,但需要结合地质行业的特点加以改进和进一步深入研究。本文认为研究GITO的关键问题在于4 个方面:

一是GITO模式选择问题。开展GITO模式研究,首先要研究分析地质行业特性和两个外包主体,并根据外包主体要素、外包交易行为和交易标的建立有效的机制,通过分析相关要素,构建相关指标和模型来确定科学、合理的外包模式。从目前理论和实务界公认的自由外包、租赁外包、战略联盟、关联外包、自控公司和内包6 种模式来看,如果地质企业要主动适应其中的一种,则不仅要在企业内部进行适应性改制,地质行业主管部门也要从宏观改革层面上加强引导,通过改革创造条件,推动这一模式健康发展。

二是GITO质效评价问题。没有规矩,不成方圆,没有好的质量和效益评价机制、评价标准和评价方法,GITO很难得到健康发展。科学、合理、有效的评价机制和评价标准需要通过理论研究和实践探索2 个阶段才能达到目的,因此地质行业主管部门、相关科研院所和企事业单位要形成合力,有计划、有步骤地开展此项工作,要借助全社会力量加强研究和探索与实践。

三是GITO风险评估问题。不断出现的ITO失败案例和不断上升的经济损失规模说明ITO风险管控的重要,GITO风险评价研究的关键是评级要素的分析和评价指标的提炼,以及科学、合理的评价方法选择。目前关于这一领域的研究已有一些成果可以借鉴,但针对地质行业的研究仍没有学者涉及,因此要进一步加大针对地质行业特性的ITO质效评价研究。

四是GITO治理管控问题。地质行业主管部门要做好顶层设计,尽快制定规范和引导GITO健康发展的短期、中长期规划,尽快建立健全相应的法律法规和制度,依托行政力量加强管理和引导。地质企业也要从公司治理角度规范自身对ITO风险管控行为。当然,GITO治理管控方式、方法,如何进行顶层设计、制定科学有效的规划,以及企业如何加强ITO治理,乃至地质主管部门监管政策如何传导等,都需要进行深入研究和探索。

除解决好上述4 个需要进一步研究的问题之外,有4 点启示需要政府主管部门、客户和外包服务商协同来解决:

启示一,法律法规体系建设迫在眉睫。目前,关于GITO的法律法规依然处于空白,甚至还没有引起相关部门的重视,从地质行业主管部门的规章制度来看,还找不到相关制度甚至是条款,因此制定法律法规体系建设迫在眉睫,而且任重道远。地质行业主管部门可学习和借鉴银行监管部门、商务主管部门的经验,由主管部门牵头,组织GITO相关单位和企业通力合作,有计划、有步骤地制定适合地质行业外包的制度体系和管理体系。

启示二,外包环境体系规范非常重要。要从法律环境、信用环境、市场环境、政策环境以及人才环境来入手,建立适合GITO健康发展的环境体系。就法律环境而言,政府主管部门需要尽快出台相应的法律法规以明确外包各参与方的权利义务及纠纷解决机制,为营造良好的外包良性竞争市场提供法律保障。就信用环境而言,要加快全社会信用体系建设,通过多层次的信用环境建设,借助社会监督压力,实现外包市场健康发展。就市场环境而言,监管部门应以促进外包发展为目标,打破行业垄断,扶持中小外包服务提供商,建立信息技术服务市场评价机制,通过规范外包服务提供商市场的有序运作、减少市场中的不合理垄断因素,显著降低中小客户信息科技外包风险。就政策环境而言,政府部门可以考虑出台相应的优惠政策及配套措施,对外包服务提供商给予税收等方面的优惠支持,促进中小外包服务提供商的壮大发展,丰富外包市场以营造良性竞争环境; 可以考虑进一步扩大 “服务外包基地城市”范围,通过提供相应的专项基金以支持外包基地在基础设施和投资环境方面的建设,并间接达到对中小客户ITO风险防范的目的。就人才环境而言,不仅全社会要重视相关人才,加大人才培养,企业也应制定人才培训目标,为外包市场构筑良好的人才支撑,鼓励引进国外业务外包管理高端人才的同时积极吸取学习相关先进技术,提供高质量外包服务的同时实现ITO的标准化风险管理; 也可通过与高校合作建立人才培训基地,秉承理论与实践相结合的思路,为我国中小客户ITO市场储备专业人才,为完善外包市场竞争环境奠定人才基础。

启示三,外包服务市场培育需长期努力。由于地质信息技术专业性较强,需要地质、数学、计算机技术等多领域技术,企业进入门槛高、成长难度大,从目前国内市场看,掌握信息技术,熟悉地质行业知识的企业和人才非常短缺。资源的稀缺性要求全社会要形成合力,制定长远规划并积极培育这一市场,对地质行业主管部门,要会同国家有关部门,通过政策扶持、税收和利率优惠、技术和业务指导等多个方面加大支持力度; 同时要科学谋划,建立明确的市场培育机制,通过政府、科研院所和企业共同来推动这一市场的发展,尤其是要发挥科研院所在这一领域研究的作用,通过产学研机制推动地学技术与信息技术的深度融合,推动这一市场的健康发展,并加大复合型人才培养。

启示四,标准规范制定需共同推进。科学合理的GITO标准规范对明确GITO交易双方职责、规范交易双方行,以及评判双方是否履职或违约、评定GITO质效是否达到预期目标,乃至评定双方纠风均非常重要。标准和规范也是引导行业健康发展重要的举措之一。目前在地质行业,相关标准规范还是空白,也未见提上议事日程。制定GITO标准规范是一个长期复杂而系统的工程,需要在地质行业主管部门的组织下,借助研究机构和产业机构力量来共同完成,任务非常艰巨。

摘要：按照外包、信息技术外包(Information Technology Outsourcing,ITO)、地质信息技术外包(Geological Information Technology Outsourcing,GITO)这一逻辑,在梳理现有ITO概念研究成果基础上给出GITO的概念;比较11类ITO分类研究情况,分析7个方面ITO主要研究成果,为GITO的研究内容给出4点建议和3个方面的启示。