一、调查情况说明
1.调查背景
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，前5个分支学科主要以纳米材料和纳米器件为研究对象。纳米计量学则以纳米尺度范围内的检测与表征为主要研究内容。纳米尺度范围内的检测与表征既是纳米技术研究必不可少的手段，也是纳米理论与实验的重要基础。
2.调查目的
围绕具体应用目标，秉持为社会公众提供高质量服务的观点，基于纳米技术领域计量是根据新的价值观开发产品或技术，通常没有合适的评价准确性、可靠性的手段和方法。因此，产品或技术的开发者需要自己来准备新的评价方法的计量特点，调研国际、国内纳米计量领域标准物质的现状、发展趋势，比较我国纳米计量标准物质研究的优势和劣势，为我国标准物质研究发展战略提供参考意见。
3.调查范围及对象
为最大限度地全面了解世界各国，尤其是纳米技术先进国家在此领域标准物质的现状及研究情况，调研范围涉及国际计量局(BIPM)、国际计量委员会(CIPM)及五大洲十几个国家/地区的计量院和计量组织，如美国国家标准与技术研究院(NIST)、日本国家计量院(NMIJ)、欧盟ENG(Nanoform)、德国联邦物理技术研究院(PTB)、德国联邦材料研究与测试研究所(BAM)，英国国家物理实验室(NPL)、英国独立化学分析实验室(LGC)，韩国国家计量院(KRISS)以及南非、法国、加拿大、澳大利亚、中国台湾、中国香港等。国内主要调研对象是国家纳米中心、质检单位和各科研院校。
调研对象主要是标准物质尺寸范围≤2μm、薄膜表面材料厚度范围≤2μm以及所采用测量设备是纳米技术常用表征设备的研究对象。其他有机、无机材料组成，磁学、光学、力学单位大于微米级的研究对象没有包括在本调研对象中。
4.调查内容
通过标准物质证书等信息渠道，对标准物质的溯源性、特性量值、定值方法、使用目的进行软评价。由于纳米技术的尖端性及其计量特点，调查内容还包括数据库和有效测量方法。
5.调查方式和调查表
调研方式主要是通过各个国家计量院网站查找标准物质证书等信息渠道对标准物质进行评价。
二、资源介绍
根据纳米技术领域计量产品或技术的开发者需要自己来准备新的评价方法的计量特点，纳米技术领域的研究一反传统产业领域先有成熟的产业，根据产业需求进行计量内容的研究，而是纳米计量与纳米技术产业齐驱并进甚至于超前产业发展。目前纳米技术产业刚刚起步，纳米计量的研究成果相对较少，主要集中在用于纳米粉体材料、表面/界面材料、环境安全评估的标准物质以及数据库的建立。数据库的建立成为纳米计量的一大特点，只有少数发达国家拥有此领域的研究成果。
我国目前在纳米计量研究方面刚刚起步，中国计量科学研究院建立了计量型原子力显微镜纳米测量系统，测量分辨率为(x，y，z)=(1.2nm，0.25nm，0.25nm)，主要用于纳米级台阶、膜厚、线宽和两维纳米结构的测量。参加完成Si上SiO2厚度测量的表面分析比对、Fe-Ni合金薄膜组成的表面分析测量、C膜中N含量的测定等有关纳米计量方面的国际比对，使测量方法和量值获得国际互认。发布单分散微粒粒度标准物质3种，粒径范围为(100～1000)nm。近期，1种比表面积标准物质通过评审。
三、资源分析
1.资源供应状况分析
图1和图2分别是各国发布的用于纳米科技领域的标准物质总量图和品种数量图。从图中可以看出，各国发布的标准物质总量都不大，品种也不是很多，这与纳米科技领域技术、产业处于发展初期的现实有关。美国总量最多，达34个，中国和英国总量最少，只有三四个。美国标物品种也最多，有9种；中国最少，只有1种颗粒尺寸标准物质。总之，目前美国无论从数量上还是品种上都处于领先地位。欧洲各国及日本数量和种类差别不大，韩国虽然在标准物质总量上相对较高，但是品种较少。中国无论从标准物质总量还是品种上都跟发达国家存在很大差距。
<CTSM>图1各国发布标准物质总量图</CTSM>
<CTSM>图2各国发布标准物质品种数量图</CTSM>
表1为各国标准物质的分布情况。从表中可以看出，标准物质的品种主要分布在纳米粉体材料(如粒子直径、比表面积、孔尺寸)及表面化学分析(如溅射深度、薄膜组成、二维光栅)。纳米粉体材料是纳米技术领域目前最成熟的产业，因此标准物质的数量相对较多。表面化学分析是纳米器件构造的基础和最关键部分，涉及技术多，因此对标准物质需求种类也多。特别是美国发布了用于纳米器件构造的二维光栅、用于测量碳纳米管仪器拉曼光谱的标准物质、多个用于测量纳米材料晶体结构仪器X射线衍射仪标准物质、一个关于晶体结构/组成标准物质。中国只发布了与纳米粉体材料有关的粒子直径和比表面积标准物质，其他方面标准物质还是空白。
<CTSM>表1各国标准物质分布表</CTSM>
2.资源使用状况分析
除美国1993年和1998年发布的SRM2137和SRM2135c外，其他所有标准物质都是2000年以后发布的，并且大部分标准物质都是2005年以后发布或修订的。因此，调查的标准物质都在有效期内，这些标准物质集中在三四年内发布，这也标志着纳米技术产业在这段时间开始起步。
3.资源质量状况分析
从资源调查表中可以看出，只有6种标准物质为无证标准物质，占标准物质总量的5%，95%的标准物质都为有证标准物质。这6种无证标准物质与纳米计量的定值技术相关，如RM8011-RM8013使粒子直径小于100nm的金纳米粒子标准物质，其定制方法采用了原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、小角X射线散射仪(SAXS)、电喷微分迁移分析仪(DMA)、动态光散射(DLS)。当金纳米粒子尺寸小于100nm时，粒子的形状不再是完整的圆形粒子，粒子排列也不能保证是紧致排列，因此，在小于100nm尺寸范围内的定值不同于传统粒子尺寸定值，有更多的不确定因素，所以采用不同测量原理的测量方法，定值结果有较大差别。这也体现了纳米技术领域标准物质定值的特点。还有一种无证标准物质SEM尖锐度标准物质，其量值为一种图像，而不是一个确定的量，这是纳米技术领域标准物质的另一个特点。
4.资源发展状况分析
(1)标准物质制备技术
鉴于纳米尺寸赋予纳米材料特殊性能，因此，此类标准物质的制备在外部环境支持和设备方面有较高的要求。
外部环境:在超净间进行，确保空气中的杂质不能进入样品；控制环境温/湿度，保证温度、湿度对样品没有影响；有的样品制备要求在惰性气氛中进行。
设备方面:除了粉体材料合成需要的反应釜或高压反应釜等，在薄膜制备、表面刻蚀等方面需要特殊的物理技术和超高真空系统。
(2)标准物质定值技术
纳米计量及测量技术有四大特点:纳米尺寸范围内可见(See)、建模型(Model)、可测量(Measure)、可操纵(Manipulate)。RM8011-RM8013、RM8091等标物的定值方式体现了纳米计量与测量技术的这些特点。纳米计量与测量的技术特点使原子力显微镜、高分辨透射电镜、扫描电子显微镜、小角X射线衍射(散射)仪、中子衍射仪成为纳米计量领域广泛应用的测量仪器。
(3)标准物质量值表达
根据纳米计量及测量技术可见、可操纵、建模、可测量的特点，标准物质的量值表达除了明确的量值外，还出现了新的特点:①用图像表达标准物质量值；②用模型表达标准物质量值；③用图形表达标准物质量值。
(4)标准物质溯源性
大部分标准物质(如尺寸量值的标准物质以及部分晶体组成、晶格参数)都能够溯源到SI国际单位；有些标准物质量值溯源至有效测量方法，如标准物质SRM1878a、SRM1879a、SRM2241、SRM2242；还有以图像表达量值的标准物质甚至不能溯源，如RM8091。
(5)发展趋势
对纳米尺寸范围的目标进行测量，为了保证小尺寸范围内的测量准确度，所采用的光源要求越来越高，除了红外、紫外、激光，更短波长的光源(如X射线、中子等)用来测量纳米材料。另外测量原理越来越复杂，设备配置的程序软件(如积分球、傅立叶变换等)在测量过程中也直接影响测量结果的准确性。目前，标准物质的发展趋势是:①除了继续研发溯源到SI国际单位制的标准物质以外，那些纳米技术领域(如微电子行业)特有的、急需的但是没有溯源源头的标准物质(如栅格锐度标准物质)，以图像作为测量结果成为未来的发展趋势。在这方面，美国首开先河，尝试发布了适应工业需求的此类标准物质RM8091。②由于纳米材料的直接、广泛应用，使纳米材料结构参数标准物质成为未来的研发方向。在这方面，美国和日本已经开始行动起来，发布了标准物质。英国、德国也开始将这类标准物质作为未来的研究方向。③由于纳米材料的尺寸效应使纳米材料在存放过程中易团聚，非常不稳定。所以纳米材料不能长期存放，但是测量得到的结构、性能数据可以长期保存。借助现代电子技术的发展，将得到的结构、性能数据(包括量值、图像、图表)建成电子档案，构成可利用信息时代技术的数据库成为各国计量院的发展规划，也是未来纳米计量的发展趋势。目前，美国、英国、德国、日本等国都相继建立了不同材料的数据库，而中国在数据库建设方面仍属空白。
注:由于纳米计量是计量领域中刚刚发展的一个分支，各国在纳米计量方面都处于规划和起步阶段。在本项目调查过程中，由于通过网上调查，各国计量院对网站建设风格不一，因此调查到的具体内容不是很一致，比如在NIST网站调查到的标物在标物证书中从溯源途径到测量手段都很全面，而在韩国计量院网站上只能检索到标准物质证号，检索不到具体的证书。
