二 國際奈米技術術語標準化

1. 國際標準化組織(ISO)

2005年ISO成立了奈米技術委員會(ISO/TC229)。成立之初就把術語和命名法的標準化放在重要的位置,設立了第一工作組:Terminology and Nomenclature。2006年IEC(國際電工組織)的奈米技術委員會TC113成立之後,為避免重複,與ISO/TC229成立了聯合工作組,共同制定奈米技術的術語和命名法標準。

該工作組的召集人為加拿大人Clive Willis,秘書為Brian Haydon。參加成員來自加拿大、中國、德國、法國、日本、荷蘭、挪威、南非、瑞士、英國、美國等國家,也有協作組織成員,如OECD(經合組織)、ANF(亞洲奈米論壇)、CEI―Italy等。他們包括奈米科技研究人員、標準化專職人員、工程師、產業界代表、語言學家、律師、各國標準局官員等。

由於參加人員來自不同的領域,知識結構差別很大,第一工作組的進展來之不易。2008年釋出了第一項技術規範(TS, technical specification),2010年即將釋出一個技術規範和兩個技術報告(TR, technical report),另外兩個TS將很快進入投票階段,有四個TS進入委員會草案(committee draft)階段。

第一工作組目前有11個工作專案:

①ISO/TS 27687:2008 nanotechnologies―terminology and definitions for nanoobjects―nanoparticle, nanofibre and nanoplate (奈米技術 ―― 奈米物體的術語和定義 ―― 奈米粒子、奈米纖維和奈米板)

這個專案由英華人Mark Gee主持,2006年立項,2008年完成並由ISO釋出。最早的名稱是vocabulary―nanoparticles (奈米粒子詞彙),是英國標準學會(BSI,British standard institution)於2005年5月釋出的BSI PAS 71納入ISO工作範圍後內容的進一步豐富。後來將奈米粒子(三維都在奈米尺度)、奈米纖維(二維在奈米尺度)和奈米板(一維在奈米尺度)統稱奈米物體。

②TR: framework for core concepts (核心概念的分類框架)

該專案由加拿大負責,目前已到DTR (draft technical report) 階段,預計於2010年上半年出版。它和第5項是互為補充的兩個部分。它實際上是基於ISO對建立術語體系的規定(如ISO 704―terminology work―principles and methods),由核心概念出發得到核心詞彙,再加以定義。這種先從語言學的角度對技術領域內的術語進行分類和建立關聯的方法值得我們學習。

該專案是由日本的阿部(Shuji Abe)擔任負責人,規定了碳奈米管、富勒烯等奈米材料的術語。

④TR: outline of a method for nanomaterials classification (奈米材料分類方法總則), 即將釋出。

⑤TS: terminology and definitions―core terms(奈米技術核心詞語)

該專案也是由加拿大負責,核心詞彙在建立術語體系中佔有重要地位,根據這些核心詞彙可以衍生出所有的其他詞彙,所以數量上不能太多。奈米領域最核心的詞彙就是“奈米尺度(nanoscale)”一詞,目前的定義是:The size range from approximately 1nm to 100 nm. 附加說明(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.

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

其他十大類涉及奈米加工過程的詞語包括:

assembly techniques

biological techniques

nanostructured material synthesis methods

deposition methods

etching methods

nanocomposite manufacturing methods

nanoparticle synthesis

nanopatterning lithography

rollto toroll manufacturing techniques

selfassembly and directed self assembly

⑥terminology and definitions―nanostructured materials (奈米結構材料的術語和定義)

奈米結構材料指的是具有奈米結構的宏觀材料(如多孔材料)。定義工作包括對nanostructured、nanophase、nanocomposite的描述,從三個不同層次進行定義。

⑦terminology and definitions―bionano interface (奈米生物介面的術語和定義)

這個專案是和ISO/TC201(表面分析)聯合,由澳洲的John Milles負責。

⑨terminology and definitions―for medical, health and personal care applications (用於醫藥、健康和個人保健用途的術語和定義)

⑩terminology and definitions―nanomanufacturing processes (奈米加工過程的術語和定義)

B11TR nanotechnologies ―framework for nomenclature models for nanoobjects(奈米物體命名法的框架)

該專案與國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)聯合進行。以奈米粒子為例,命名中應該包含哪些指標(粒徑、成分、表面配體、電荷,等等)需要仔細考慮,這也是學術界一直關心的問題[2]。

除這些正式立項的專案之外,第一工作組還成立了若干任務組,進行一些特定領域的資訊收集和立項前的準備工作。其中一個是奈米技術整合術語資料庫“Integrated Terminology Database for Nanotechnology”的問題,這個資料庫將在ISO範圍內協同使用,有助於整合不同委員會之間有關奈米技術的術語和命名法標準的建立。在下次TC229 荷蘭馬斯特裡赫特(Maastricht)會議上將提出有關資料庫結構的提案(architecture for the database),這個工作的第一步是建立“The ISO Concept Database”(網址是:cdb.iso.org,2009年10月27日開始啟動)。這一資料庫的建立將有助於從ISO已經發布的標準中遴選一個初步的術語表。

在第一工作組任務中,奈米技術整合術語資料庫的建立和其他專案的實施,將會使過去三年間建立的工作框架更加充實,並且加強與其他委員會的合作關係。其他的合作專案將在化妝品、食品新增劑、營養保健品等方面發揮作用。

與此相關,2008年由召集人內部任務組(Convenors Interim Task Group (CTG))設立的專案“奈米技術本體論方法(ontology)”執行一年後被宣佈停止,認為與the Integrated Terminology Database for Nanotechnology的思路不符。這個專案的申請人是來自一個私人個體諮詢公司的挪威人,並不從事任何具體的科技研究,而僅僅從事資料庫的調研和整理工作,提出的ontology方法也是沒有任何針對性,沒有被認可,只能中途停止。這說明從ISO大局發展需要,不可能支援意義不大的專案。

在前不久召開的TC229以色列全會上,第一工作組作出以下決議:

由伊朗人Ali領銜的專案JWG1TG2 Outline of Nanomaterials Classification (Nanotree)―Applications 將轉移到第四工作組,因其所涉及的內容更加適於後者的材料技術指標(Materials Specification)部分。

伊朗人在波爾多會議上提出Nanotree的專案,並且以樹枝狀分類表形式給出詳盡的與材料製備相關的分類內容,其後又與各國代表多次溝通。

從第一工作組的進展來看,美、加充滿強烈的主導意識,英、德努力推動將本國標準列入國際標準,日本在標準制定中取得實質性進展。

2. 歐美國家的奈米技術術語標準化

1)美國的ASTM/E56

早在2005年E56(奈米技術委員會)成立之初,其優先工作專案就包括在所有利益相關者的需求驅動下,制定一份全球範圍的奈米技術術語標準。奈米結構的特性、合成和應用研究正在以指數級數迅速增長,遠遠超過了對這些新材料化學構成和物理組成進行描述的語言的發展。和ISO/TC220相似,E56的第一分委員會(E56.01)也是資訊學和術語方面。

2006年11月,E56審批通過了該技術委員會的第一個標準:ASTM E 245606 Terminology for Nanotechnology (奈米技術術語)。這份標準是若干組織經過通力合作完成制定的,可以在ASTM/ E56技術委員會網站上 (astm.org/COMMIT/SUBCOMMIT/E5601.htm)免費獲取。該標準規定了nanoscale、nanotechnology等13個術語。

E56技術委員會主席Vicki Colvin說:“這份ASTM術語標準將改變我們與決策者、教師和鄰居們的交流方式。我們將第一次能夠放心使用諸如‘奈米微粒’這樣的關鍵性術語,並且確信自己的用語是精確的,能夠與全球的奈米技術專家交流和共享。更加美妙的是這份文獻是免費獲取的。現在,對奈米技術感興趣的教師和學生們能夠方便地查詢這份術語辭典,自行消化理解我們這個技術在眾多領域的細微差別。”[3]

為了促進術語標準的制定工作,ASTM發起此專案並與很多合作伙伴簽訂了聯合制定標準的協議,包括美國電氣電子工程師學會(IEEE)、美國機械工程師協會(ASME)、美國國家科學基金會(NSF)、日本國家先進工業科技學會(AIST)、國際半導體裝置與材料公司和美國化學工程學會。

ASTM相信透過合作協議可以避免眾多標準組織間的資源重複建設,為專家團提供唯一標準的研發基地,進而制定出一份既包括資訊又包括應用的真正的全球術語標準。

2)英國的PAS

英國標準學會於2008年2月釋出了6項奈米名詞的公開規範(PAS),分別是:

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

PAS 132 Terminology for the bionano 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

這裡的131、132、133、135已經成為ISO/TC229相應標準的基礎檔案,反映出英國在標準制定上的超前意識。

奈米技術（nanotechnology）是用單個原子、分子製造物質的科學技術，研究結構尺寸在1至100奈米範圍內材料的性質和應用 [1]  。

奈米科學技術是以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術，它是動態科學（動態力學）和現代科學（混沌物理、智慧量子、量子力學、介觀物理、分子生物學）和現代技術（計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術）結合的產物，奈米科學技術又將引發一系列新的科學技術，例如：奈米物理學、奈米生物學、奈米化學、奈米電子學、奈米加工技術和奈米計量學等。

奈米技術是一門交叉性很強的綜合學科，研究的內容涉及現代科技的廣闊領域。奈米科學與技術主要包括：奈米體系物理學、奈米化學、奈米材料學、奈米生物學、奈米電子學、奈米加工學、奈米力學等 。這七個相對獨立又相互滲透的學科和奈米材料、奈米器件、奈米尺度的檢測與表徵這三個研究領域。奈米材料的製備和研究是整個奈米科技的基礎。其中，奈米物理學和奈米化學是奈米技術的理論基礎，而奈米電子學是奈米技術最重要的內容。奈米纖維1993年，第一屆國際奈米技術大會(INTC)在美國召開，將奈米技術劃分為6大分支：奈米物理學、奈米生物學、奈米化學、奈米電子學、奈米加工技術和奈米計量學，促進了奈米技術的發展。由於該技術的特殊性，神奇性和廣泛性，吸引了世界各國的許多優秀科學家紛紛為之努力研究。 奈米技術一般指奈米級(0.1一100nm)的材料、設計、製造，測量、控制和產品的技術 [3] 。奈米技術主要包括：奈米級測量技術：奈米級表層物理力學效能的檢測技術：奈米級加工技術；奈米粒子的製備技術；奈米材料；奈米生物學技術；奈米組裝技術等。奈米技術包含下列四個主要方面：1、奈米材料：當物質到奈米尺度以後，大約是在0.1—100奈米這個範圍空間，物質的效能就會發生突變，出現特殊效能。 這種既具不同於原來組成的原子、分子，也不同於宏觀的物質的特殊效能構成的材料，即為奈米材料。如果僅僅是尺度達到奈米，而沒有特殊效能的材料，也不能叫奈米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領域，而這個領域實際上大量存在於自然界，只是以前沒有認識到這個尺度範圍的效能。第一個真正認識到它的效能並引用奈米概念的是日本科學家，他們在20世紀70年代用蒸發法制備超微離子，並透過研究它的效能發現：一個導電、導熱的銅、銀導體做成奈米尺度以後，它就失去原來的性質，表現出既不導電、也不導熱。磁性材料也是如此，像鐵鈷合金，把它做成大約20—30奈米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為奈米材料。為什麼磁疇變成單磁疇，磁性要比原來提高1000倍呢？這是因為，磁疇中的單個原子排列的並不是很規則，而單原子中間是一個原子核，外則是電子繞其旋轉的電子，這是形成磁性的原因。但是，變成單磁疇後，單個原子排列的很規則，對外顯示了強大磁性。這一特性，主要用於製造微特電機。如果將技術發展到一定的時候，用於製造磁懸浮，可以製造出速度更快、更穩定、更節約能源的高速度列車。2、奈米動力學：主要是微機械和微電機，或總稱為微型電動機械系統（MEMS),用於有傳動機械的微型感測器和執行器、光纖通訊系統，特種電子裝置、醫療和診斷儀器等.用的是一種類似於整合電器設計和製造的新工藝。特點是部件很小，刻蝕的深度往往要求數十至數百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用於製作三相電動機，用於超快速離心機或陀螺儀等。在研究方面還要相應地檢測準原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進入奈米尺度，但有很大的潛在科學價值和經濟價值。理論上講：可以使微電機和檢測技術達到奈米數量級。3、奈米生物學和奈米藥物學：如在雲母表面用奈米微粒度的膠體金固定dna的粒子，在二氧化矽表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，dna的精細結構等。有了奈米技術，還可用自組裝方法在細胞內放入零件或元件使構成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細粉，也大約有半數不溶於水；但如粒子為奈米尺度（即超微粒子），則可溶於水。奈米生物學發展到一定技術時，可以用奈米材料製成具有識別能力的奈米生物細胞，並可以吸收癌細胞的生物醫藥，注入人體內，可以用於定向殺癌細胞。（上面是老錢加註）4、奈米電子學：包括基於量子效應的奈米電子器件、奈米結構的光/電性質、奈米電子材料的表徵，以及原子操縱和原子組裝等。當前電子技術的趨勢要求器件和系統更小、更快、更冷，更小，是指響應速度要快。更冷是指單個器件的功耗要小。但是更小並非沒有限度。 奈米技術是建設者的最後疆界，它的影響將是巨大的。