納米制造研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展

沈湘　宋秀芳

〔摘 要〕納米制造在信息、材料、環(huán)境、能源、生物、醫(yī)學(xué)和國(guó)防安全等領(lǐng)域有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，是未來制造技術(shù)發(fā)展的重要方向。受控詞通過規(guī)范的語言表達(dá)了一個(gè)知識(shí)單元，通過受控詞索引檢索不僅能提高用戶查全率、查準(zhǔn)率，還能使檢索更方便。本文利用Inspec數(shù)據(jù)庫特有的受控詞索引功能和分析功能，對(duì)1969-2014年期間納米制造研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)量、國(guó)家地區(qū)、作者、來源期刊和研究熱點(diǎn)進(jìn)行了文獻(xiàn)計(jì)量分析，利用邏輯斯特曲線擬合、獲得文獻(xiàn)增長(zhǎng)規(guī)律，并探討了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外納米制造研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。

〔關(guān)鍵詞〕納米制造；Inspec數(shù)據(jù)庫；受控詞索引；邏輯斯特曲線；布拉德福文獻(xiàn)分布經(jīng)驗(yàn)定律；影響因子；文獻(xiàn)計(jì)量分析

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.07.023

〔中圖分類號(hào)〕G250252 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A 〔文章編號(hào)〕1008-0821（2015）07-0126-05

〔Abstract〕Nanofabrication research is valuable and promising in many field such as the information，material，environment，energy，biology，medicine and national security，which is also the future of manufacturing technology.Based on the functions especially the controlled index of Inspec database and the scientific research articles during the period from 1969 to 2014，a large scale of bibliometric study has been made from many aspects as the publication amounts，countries/territories，authors，source journals，key words，and the development of nanofabrication research which was obtained by correlation of the data using Logistic curve，in order to evaluate the general scientific research capability and reflect the current situation and development in the nanofabrication research field.

〔Key words〕nanofabrication；Inspec database；controlled index；Logistic curve；Bradfords law；impact factor；quantitative analysis

納米技術(shù)、生物技術(shù)與信息技術(shù)三大科技是21世紀(jì)高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，而納米制造是支撐這三大科技走向應(yīng)用的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)、器件和系統(tǒng)批量化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是當(dāng)前科技發(fā)展的前沿研究領(lǐng)域[1]。美國(guó)、日本、英國(guó)、法國(guó)和德國(guó)先后對(duì)納米技術(shù)給予了持續(xù)的資金資助，并把納米制造列為重要研究領(lǐng)域。在中國(guó)，國(guó)家自然科學(xué)基金委“十一五”重大研究計(jì)劃“納米制造的基礎(chǔ)研究”于2009年正式展開，在未來6～8年內(nèi)擬資助15億用于納米制造及其相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究。一個(gè)國(guó)家的制造技術(shù)高低是其綜合國(guó)力強(qiáng)弱的重要體現(xiàn)之一，納米制造在信息、材料、環(huán)境、能源、生物、醫(yī)學(xué)和國(guó)防安全等領(lǐng)域有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，是我國(guó)制造技術(shù)發(fā)展的重要方向。

Inspec數(shù)據(jù)庫[2-4]，全名是《物理學(xué)電技術(shù)計(jì)算及控制信息數(shù)據(jù)庫》（Information Service for the Physics，Electro-technology，Computer and Control，簡(jiǎn)稱Inspec），是目前全球在物理和工程領(lǐng)域中最全面的二次文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫之一，數(shù)據(jù)來源于全世界80多個(gè)國(guó)家的3 850種科技期刊、2 000種會(huì)議錄以及大量的著作、報(bào)告和論文，提供涵蓋物理、電子和電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制工程和信息技術(shù)等專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)檢索，是工程技術(shù)研究領(lǐng)域最受歡迎的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫之一。

Inspec數(shù)據(jù)庫不僅以其廣而深的學(xué)科覆蓋廣受歡迎，還以其專業(yè)、多元化的主題索引機(jī)制而著稱[5]。Inspec數(shù)據(jù)庫除了提供基本索引方式（如：主題、標(biāo)題、作者、出版物名稱、出版年和地址等），還提供了受控詞索引（Controlled Index）。受控詞選自Inspec Thesaurus（敘詞表），也稱敘詞，是用來表達(dá)或描述文章的主要概念的關(guān)鍵詞或詞組。在Inspec敘詞表里的受控詞，是以概念為基礎(chǔ)、經(jīng)過規(guī)范化、具有組配性能、顯示詞間語義關(guān)系和動(dòng)態(tài)性的詞和詞組，是描述文獻(xiàn)資料主題的一種標(biāo)識(shí)符號(hào)[6]。一個(gè)受控詞通過規(guī)范的語言表達(dá)了一個(gè)知識(shí)單元，通過受控詞索引檢索能提高用戶查全率、查準(zhǔn)率，省去制作檢索式的過程，使檢索更方便、快捷。

筆者發(fā)現(xiàn)，在Inspec數(shù)據(jù)庫主題索引的檢索字段——受控詞索引里有關(guān)于“納米制造”的受控詞nanofabrication。因此，筆者選擇Inspec數(shù)據(jù)庫，檢索式為：受控詞索引=nanofabrication，時(shí)間跨度=1969-2014年，共檢索出103 320篇相關(guān)文獻(xiàn)（截止至2015年1月21日）。

1 發(fā)文趨勢(shì)分析

發(fā)文的數(shù)量及增長(zhǎng)速率能夠反映出本領(lǐng)域的研究水平和發(fā)展?fàn)顟B(tài)。從圖1可以看出，Inspec數(shù)據(jù)庫收錄關(guān)于納米制造研究領(lǐng)域最早的一篇文獻(xiàn)發(fā)表于1991年，該文是中國(guó)科學(xué)院固態(tài)物理研究所的科研人員撰寫的《鈦和鋯納米晶體膜異常結(jié)構(gòu)的研究》（Investigation on the anomalous structure of the nanocrystal Ti and Zr films），發(fā)表在國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)（Proceedings of the SPIE-The International Society for Optical Engineering）上。從1991-2006年，納米制造研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)量都比較少；從2007年開始文獻(xiàn)量迅速增加，在2008年更以直線增長(zhǎng)的趨勢(shì)發(fā)展到2011年（線性相關(guān)系數(shù)為09998，如圖1插圖所示），2011年及以后兩年文獻(xiàn)量皆在2萬條以上（2014年的數(shù)據(jù)收錄不完全），文獻(xiàn)量達(dá)到一個(gè)階段性高潮。endprint

鑒于許多學(xué)科專業(yè)文獻(xiàn)增長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表現(xiàn)為典型的“S”型曲線，普賴斯、弗拉杜茨和納里莫夫等人在20世紀(jì)60年代提出了邏輯斯特曲線（Logistic curve）文獻(xiàn)增長(zhǎng)規(guī)律[7]。邏輯斯特曲線的積分表達(dá)形式是：F（t）= K/（1+ae-bt）；其中，F(xiàn)（t）為文獻(xiàn)累計(jì)量，t為以年（或10年）為單位的時(shí)間變量，K、a、b皆為大于零的常數(shù)。

本文利用Origin 80軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，發(fā)現(xiàn)納米制造研究領(lǐng)域從1991-2013年的文獻(xiàn)量能很好地符合邏輯斯特曲線文獻(xiàn)增長(zhǎng)規(guī)律（曲線相關(guān)常數(shù)為09965），如圖2所示。翟亞銳等[8]通過計(jì)算（lna/b，K/2）來得到曲線的拐點(diǎn)；筆者利用Origin得到該曲線的二階導(dǎo)數(shù)曲線后，再通過Origin的另一功能——數(shù)據(jù)閱讀器（data reader）直接得到F″（t）=0的點(diǎn)的坐標(biāo)為（200946，0），如圖2插圖所示。拐點(diǎn)在2009-2010年之間，也就是說，在2009年以前，Inspec數(shù)據(jù)庫收錄的納米制造研究領(lǐng)域文獻(xiàn)量迅速增長(zhǎng)，在2009年以后其增長(zhǎng)速率減緩。

2 國(guó)家地區(qū)分析

對(duì)國(guó)家地區(qū)的文獻(xiàn)數(shù)量分析，可以了解該領(lǐng)域文獻(xiàn)的重點(diǎn)研究國(guó)家或地區(qū)情況。檢索出的文獻(xiàn)共分布在119個(gè)國(guó)家地區(qū)，其中文獻(xiàn)分布最多的前10個(gè)國(guó)家地區(qū)及文獻(xiàn)數(shù)量如圖3所示。從圖中可以看出，中國(guó)在納米制造研究領(lǐng)域發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)排名第一，是排名第二的美國(guó)在該領(lǐng)域發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量的305倍。因?yàn)镮nspec數(shù)據(jù)庫不提供引文分析功能，所以本文無法對(duì)引用情況進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步討論國(guó)家地區(qū)在此研究領(lǐng)域的影響力。

3 作者分析

作者在某一學(xué)科領(lǐng)域發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量，在一定程度上反映了作者在這一領(lǐng)域的研究水平。對(duì)作者及文獻(xiàn)量進(jìn)行分析，有利于了解全球范圍內(nèi)納米制造研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物。檢索出的文獻(xiàn)共涉及8萬多名作者，文獻(xiàn)量排名前十的作者情況如表1所示，作者發(fā)表文章9篇及以上的年代在本文中被界定為該作者研究活躍期。文獻(xiàn)量排名前十的作者以中國(guó)人為主，有7個(gè)，其余是1個(gè)馬來西亞人和2個(gè)印度人。作者從2009年或2010年開始研究變活躍；根據(jù)邏輯斯特曲線分析，文獻(xiàn)增長(zhǎng)速率也是在2009-2010年之間最快。需要說明的是，依據(jù)Inspec數(shù)據(jù)庫，本文對(duì)英文名相同的作者進(jìn)行合并統(tǒng)計(jì)，僅供參考。

4 來源期刊分析

通過統(tǒng)計(jì)納米制造研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的來源期刊，可以了解該領(lǐng)域的核心期刊、對(duì)讀者優(yōu)先閱讀哪些期刊提供建議，同時(shí)也可以為論文的投稿做準(zhǔn)備。筆者對(duì)99 261篇期刊論文（占所有文獻(xiàn)量的957%），從布拉德福文獻(xiàn)分布經(jīng)驗(yàn)定律和期刊影響因子兩個(gè)角度，分析了納米制造研究領(lǐng)域的來源期刊。

41 布拉德福文獻(xiàn)分布經(jīng)驗(yàn)定律

根據(jù)1934年布拉德福提出的文獻(xiàn)分布經(jīng)驗(yàn)定律[9]：以論文為統(tǒng)計(jì)單元，某一學(xué)科領(lǐng)域的核心區(qū)與相繼各區(qū)（各區(qū)載文量大致相等）的期刊數(shù)量呈1∶n∶n2。若將納米制造研究領(lǐng)域的期刊分為3個(gè)區(qū)，根據(jù)布拉德福文獻(xiàn)分布定律可以簡(jiǎn)單理解為刊載論文總數(shù)約占3333%的期刊是該學(xué)科的第一區(qū)，即核心期刊區(qū)。檢索到的文獻(xiàn)共分布在1 153種期刊上，表2列出的17種期刊的累積載文比例為3399%。根據(jù)布拉德福定律，可以初步確定這17種期刊是納米制造研究領(lǐng)域的核心期刊。雖然選擇的是期刊論文（Journal Paper）進(jìn)行來源期刊分析，但是這17種期刊中的《Advanced Materials Research》和《AIP Conference Proceedings》卻是會(huì)議論文集。經(jīng)筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這與Inspec數(shù)據(jù)庫的標(biāo)引有關(guān)；Inspec數(shù)據(jù)庫把《Advanced Materials Research》的文獻(xiàn)類型標(biāo)引為期刊論文（Journal Paper），把《AIP Conference Proceedings》的文獻(xiàn)類型同時(shí)標(biāo)引為會(huì)議論文（Conference Paper）和期刊論文（Journal Paper）。所以，《Advanced Materials Research》和《AIP Conference Proceedings》這兩種會(huì)議論文集以論文期刊的形式出現(xiàn)在了分析結(jié)果中。

42 影響因子

影響因子從引文角度評(píng)價(jià)了期刊的重要性與影響力，由美國(guó)科學(xué)情報(bào)所（ISI）《SCI》創(chuàng)辦人加菲爾德（Eugene Garfield）提出，計(jì)算方法是：一種期刊在某年的影響因子等于全部源刊物在某年引用該刊前兩年發(fā)表論文的次數(shù)與該刊前兩年所發(fā)表的全部論文數(shù)之比[10]。

從表2可以看出，根據(jù)布拉德福文獻(xiàn)分布經(jīng)驗(yàn)定律，分析得到的主要來源期刊的影響因子大多在3以下（源自2013年JCR自然科學(xué)版[11]），17種期刊中只有《Journal of Materials Chemistry》、《Nanoscale》、《Applied Physics Letters》和《Carbon》4種期刊的影響因子在3以上。如果以影響因子的高低來表示期刊的質(zhì)量水平和核心程度，納米制造研究領(lǐng)域在影響因子10以上的來源期刊及發(fā)文量情況如表3所示。《Science》、《Nature》以及6種Nature姐妹刊《Nature Materials》、《Nature Nanotechnology》、《Nature Photonics》、《Nature Chemistry》、《Nature Physics》、《Nature Communications》都收錄納米制造研究領(lǐng)域的論文，以《Nature Communications》收錄的論文數(shù)最多，《Nature Physics》收錄的論文數(shù)最少。

筆者從表3中發(fā)現(xiàn)，自然科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)著名的綜合性期刊《Journal of the American Chemical Society》（簡(jiǎn)稱JACS，2013年影響因子為11444）的文獻(xiàn)量為0，覺得這樣的情況不太可能發(fā)生。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，Inspec數(shù)據(jù)庫中該期刊的收錄年限是1969-1992年，1992年之后沒有再收錄JACS期刊的論文。納米制造研究領(lǐng)域在1992年之前沒有在JACS期刊上發(fā)表文章；所以在Inspec數(shù)據(jù)庫中，該研究領(lǐng)域在JACS期刊上發(fā)表的文獻(xiàn)量才為0。endprint

5 研究熱點(diǎn)分析

對(duì)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以了解研究熱點(diǎn)。現(xiàn)在有各種工具和軟件（如：Citespace、TDA）可以實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)題錄信息的挖掘及可視化，進(jìn)行關(guān)鍵詞分析。但是，同一關(guān)鍵詞或詞組通常有多種拼寫方式，如：掃描電子顯微鏡可以寫成Scanning electron microscope、Scanning electron microscopes、Scanning electron microscopy以及縮寫SEM；同一含義通常也有多種表達(dá)形式，如：納米制造可以用nanofabrication表示，也可以用nanomanufacture表示。常用的文獻(xiàn)題錄信息挖掘工具通常都無法實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信息的自動(dòng)歸并，解決“多詞一義”、和詞義含糊的問題。

Inspec數(shù)據(jù)庫的受控詞索引很好地解決了這些問題，因?yàn)镮nspec中的受控詞是由具有學(xué)科專業(yè)背景的數(shù)據(jù)庫技術(shù)人員選擇的高度相關(guān)的詞或詞組。這些詞或詞組被選用在最恰當(dāng)?shù)乃?，用來表達(dá)或描述文獻(xiàn)的主要概念（一篇文獻(xiàn)通常包含多個(gè)概念），詞或詞組的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、拼寫和專有名詞都被高度規(guī)范化。

在Inspec數(shù)據(jù)庫里對(duì)納米制造研究領(lǐng)域的控制詞索引進(jìn)行分析，共有3 789個(gè)控制詞，按控制詞在所有文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻次排列，排名前三十的控制詞統(tǒng)計(jì)情況如表4所示。

X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、紅外光譜、可見光光譜、紫外光譜、傅里葉變換光譜和拉曼光譜，這些表征方法關(guān)鍵詞說明在納米制造研究領(lǐng)域常用這些手段對(duì)納米顆粒、納米材料、納米器件進(jìn)行結(jié)構(gòu)、顆粒大小和表面形貌等不同形式的表征。在納米制造研究領(lǐng)域，目前研究得比較多的金屬材料有鋅、鈦和金，研究得比較多的半導(dǎo)體材料是以硅和Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體為主的寬禁帶半導(dǎo)體材料，研究得比較多的其他材料有填充聚合物、碳納米管、納米線和薄膜，常用的制作工藝是催化、退火、自組裝和氧化。此外，納米制造研究領(lǐng)域?qū){米磁學(xué)也比較關(guān)注。

6 總 結(jié)

根據(jù)上述對(duì)Inspec數(shù)據(jù)庫中納米制造研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的定量分析，可以看出，從2007年開始，經(jīng)過近些年的迅速發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于納米制造的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究已頗具規(guī)模，到達(dá)了一個(gè)階段性高峰。

納米制造作為現(xiàn)代先進(jìn)制造科學(xué)技術(shù)，不同于傳統(tǒng)制造的理論和技術(shù)范疇，更多依靠于新的科學(xué)原理和理論基礎(chǔ)。揭示納米制造中原子遷移機(jī)制與納米尺度下物質(zhì)結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律、實(shí)現(xiàn)納米尺度下結(jié)構(gòu)和性能的精確測(cè)量和制造裝備的高精度控制以及建立批量化納米制造的新原理、新工藝、新方法，使納米制造從實(shí)驗(yàn)室走向廣闊的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，將是今后納米制造研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

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（本文責(zé)任編輯：馬 卓）endprint