納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)：現(xiàn)狀、研制路徑及挑戰(zhàn)

Current Situation， Development Path and Challenges of Nanomaterial Specification Standards

ZHANG Donghui TIAN Guolan （National Center for Nanoscience and Technology）

Abstract：Duringthecriticalperiodoftheindustrializationofnanotechnology，thenanomaterialspecifcationstandardsare of greatsignificancetothe developmentofthe newmaterial industry.Thispaperreviews thecurrntsituation，development pathways，andchallengesofnanomaterial specificationstandards.Chinahas takenanearlystartinthis fieldandachieved remarkableresults ininternational standards.Whendeveloping nanomaterialspecification standards，atentionshould bepaid to marketresearch，analysis ofexisting specifications，andcharacteristicsof materials.Theclasificationandscopedefition of materials，selectionand value of characteristic indicators，as wellascorresponding measurement methods are thecore elements.Amongthem，thecharacteristicsaredividedintotwocategories：keycharacteristicsandadditionalcharacteristics， andtheir measurement methods are basicall determined according to actual needs.The standardscan beclasified into diferenlevelsaccordingtothenormativityandthe“blanknumericalvalue”modeleectivelyenhancesthefexibilityofthe standards.Atpresent，thisfeldisfacedwithchallengessuchaslowenterpriseparticipation，diffiultyindefinnghelevel ofnormatiityndisientossisipliarcolboaton.Itisommededtrngtop-elsgnte interdisciplinarycooperation，prioritizethedevelopmentofstandards withhighmaturity，andoptimizethenanomaterial specification standards system.

Keywords：nanomaterials;material specification;standardsdevelopment

1現(xiàn)狀

在工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，標(biāo)準(zhǔn)的形成往往滯后于產(chǎn)品的生產(chǎn)[#；在當(dāng)前的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，領(lǐng)先企業(yè)在產(chǎn)品進(jìn)人大規(guī)模生產(chǎn)前，就試圖制定和控制產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)利益最大化2。目前納米科技已進(jìn)人產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段，納米科技的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益轉(zhuǎn)化為核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提升空間大，競(jìng)爭(zhēng)激烈，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐作用更加凸顯[3]。

在納米材料的典型生產(chǎn)鏈中，頂層為原材料供應(yīng)商，提供納米材料制造所需的原料。納米材料制造商使用原料生產(chǎn)納米材料產(chǎn)品。中間層的制造商采購(gòu)納米材料，生產(chǎn)復(fù)合材料、涂層、薄膜、懸浮液等中間產(chǎn)品。產(chǎn)品制造商使用中間材料制造終端產(chǎn)品，如：電子設(shè)備、交通工具、光學(xué)器件、醫(yī)療產(chǎn)品、食品添加劑、化妝品等。在生產(chǎn)鏈的每一層交易中，買(mǎi)賣(mài)雙方需就產(chǎn)品規(guī)格達(dá)成一致，而納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)則可為每筆交易中的產(chǎn)品質(zhì)量提供技術(shù)依據(jù)。具體的，納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)可以定義下游用戶的需求，量化生產(chǎn)者的質(zhì)量目標(biāo)，建立上下游之間的判定準(zhǔn)則，可用于保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)和使用的經(jīng)濟(jì)效益，建立質(zhì)量信任，破解下游“不敢用、不好用”的難題，對(duì)加速新材料的驗(yàn)證和推廣進(jìn)程具有重要意義。納米材料乃至新材料產(chǎn)業(yè)應(yīng)當(dāng)對(duì)材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)給予高度重視[4]

納米材料規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化指對(duì)納米材料必須要達(dá)到的性能指標(biāo)以及測(cè)定這些指標(biāo)的測(cè)試方法進(jìn)行規(guī)范，需要在各利益相關(guān)方之間達(dá)成一致，研制過(guò)程具有較大的挑戰(zhàn)。一旦形成共識(shí)，其技術(shù)內(nèi)容可直接用于納米材料的貿(mào)易對(duì)接依據(jù)，可謂“一字千金”。國(guó)家的重視加上大量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)工作人員的參與和努力，使我國(guó)在納米技術(shù)材料規(guī)格起步較早，尤其是在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)爭(zhēng)中成為不可忽視的力量，活躍在多個(gè)技術(shù)委員會(huì)中并主導(dǎo)項(xiàng)目，同時(shí)逐漸吸引了國(guó)內(nèi)企業(yè)參與，發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。

目前針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域的納米材料，已發(fā)布和在研的國(guó)際、國(guó)家、行業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)超過(guò)50項(xiàng)，涵蓋了較大的范圍，按成分包括金屬、氧化物、碳材料、磷酸鐵鋰、碳酸鈣等，按功能有抗菌用納米材料、電池添加劑、傳感器、核酸提取用納米材料、空氣過(guò)濾用納米材料、催化劑載體、導(dǎo)熱納米材料等，按材料的形式分為粉末、懸濁液、表面納米涂層等（見(jiàn)圖1）。

隨著納米材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，各國(guó)際和區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)針對(duì)材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)先后開(kāi)展了相應(yīng)材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的研制。2008年ISO/TC229專(zhuān)門(mén)成立了材料規(guī)格工作組（WG4）。截至2025年4月IS0/TC229/WG4有24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目（包括預(yù)立項(xiàng)項(xiàng)目），其中15項(xiàng)已經(jīng)發(fā)布，處于復(fù)審狀態(tài)的項(xiàng)目約占已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的三分之一（見(jiàn)圖2）。值得一提的是，在25項(xiàng)材料規(guī)格ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，由我國(guó)主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量約占到四分之一，且多由我國(guó)企業(yè)牽頭不僅擴(kuò)大了我國(guó)在國(guó)際納米標(biāo)準(zhǔn)框架組織中的影響，還有助于促進(jìn)我國(guó)納米企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)業(yè)鏈的中低端向高端的邁進(jìn)。

除了ISO/TC229外，還有多個(gè)國(guó)際和國(guó)家機(jī)構(gòu)已經(jīng)或可能會(huì)涉及納米材料的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。如：國(guó)際電工組織（IEC）設(shè)立的TC113已發(fā)布跟電子和儲(chǔ)能相關(guān)的材料規(guī)格約13項(xiàng)（見(jiàn)圖3）。其他相關(guān)的區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)組織和機(jī)構(gòu)有歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)納米技術(shù)委員會(huì)（CENTC352）、美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（American Societyof TestingMaterials，ASTM）于2005年成立的納米技術(shù)委員會(huì)E56、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織人工納米材料工作組（OECD/WPMN）等。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)設(shè)立了全國(guó)納米技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC279），截至目前該標(biāo)委會(huì)發(fā)布了31項(xiàng)材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，主要通過(guò)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行（見(jiàn)圖4）。2016年以來(lái)我國(guó)鼓勵(lì)研制團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，涌現(xiàn)了大量團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，其中材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)占了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中的很大比重。

2 納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的研制路徑

根據(jù)ISO/TC229/WG4多年的實(shí)踐，評(píng)估一個(gè)材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)提案是否適合立項(xiàng)，通常會(huì)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)涉及材料的市場(chǎng)調(diào)研，例如，全球市場(chǎng)規(guī)模以及主要制造商，以明確該納米材料的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用階段。這是為了選擇具有工業(yè)重要性的納米材料、識(shí)別有產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景的納米材料作為標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)象。在選擇用于標(biāo)準(zhǔn)化的納米材料時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮那些已經(jīng)商業(yè)化的、具有全球利益相關(guān)性的材料。僅具有學(xué)術(shù)興趣的納米材料應(yīng)被排除在外，而那些從工業(yè)角度來(lái)看被認(rèn)為有前景的納米材料則應(yīng)被優(yōu)先考慮。此外，明確納米材料的主要應(yīng)用也很重要，因?yàn)橐獪y(cè)量的特性取決于應(yīng)用產(chǎn)品的期望性能。（2）調(diào)研市場(chǎng)上該材料的產(chǎn)品/材料規(guī)格，以找出對(duì)下游用戶來(lái)說(shuō)重要的特性（見(jiàn)表1和圖5）。（3）該材料是否表現(xiàn)出納米使能或納米增強(qiáng)的特性？這對(duì)于確定新的提案是否屬于納米技術(shù)委員會(huì)的工作范圍至關(guān)重要。例如，首批納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象涉及納米碳酸鈣、納米氧化鋅和納米氧化鈦，其中納米碳酸鈣主要用作塑料制品、高檔油墨、衛(wèi)生巾、轎車(chē)漆等的添加劑，國(guó)內(nèi)年需求量達(dá)到十萬(wàn)噸。納米氧化鋅材料的生產(chǎn)規(guī)模約為1萬(wàn)噸，納米二氧化鈦則在金屬閃光轎車(chē)面漆中被廣泛應(yīng)用。

納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)研制的主要工作包括：（1）對(duì)納米材料分類(lèi)以確定標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象和標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。（2）篩選特性指標(biāo)以確定材料的特性要求。如：物理性能、化學(xué)性能、電磁性能、表面電荷、使用特性、穩(wěn)定性、質(zhì)量等級(jí)等。（3）根據(jù)市場(chǎng)成熟度，選擇標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型和指標(biāo)規(guī)定的嚴(yán)格程度是資料性還是規(guī)范性。（4）針對(duì)篩選出的性能指標(biāo)，確定特性檢驗(yàn)規(guī)則。如：檢驗(yàn)項(xiàng)目、樣品抽樣方式、測(cè)量方法等。（5）產(chǎn)品的標(biāo)志、包裝、貯存和運(yùn)輸?shù)纫?。值得一提的是，材料?guī)格標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)內(nèi)容涉及利益方多，需要平衡各方利益，因此制定過(guò)程顯得冗長(zhǎng)。

納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中納米材料的選擇、材料特性指標(biāo)的篩選以及特性指標(biāo)的測(cè)量方法是3個(gè)重要的技術(shù)要素，下面對(duì)其內(nèi)容的確定進(jìn)行闡述。（1）納米材料。針對(duì)選擇要標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)材料，通常需要規(guī)定目標(biāo)材料的以下屬性：化學(xué)組成、形態(tài)（如：是納米物體還是納米結(jié)構(gòu)材料）以及形式（如：干粉、懸浮液、復(fù)合材料、多孔材料等）。對(duì)于納米物體，其形態(tài)可以進(jìn)一步規(guī)定為納米顆粒、納米纖維或納米片。也可以提及納米物體的表面修飾。針對(duì)納米結(jié)構(gòu)材料，可以根據(jù)納米結(jié)構(gòu)是存在于材料表面還是材料內(nèi)部來(lái)規(guī)定其形態(tài)。還應(yīng)規(guī)定納米結(jié)構(gòu)和基材的材料類(lèi)型，例如，聚合物中的金屬氧化物納米顆粒、纖維素納米纖維、無(wú)定形二氧化硅中的納米孔等。要標(biāo)準(zhǔn)化的納米材料的一般屬性通常在范圍中規(guī)定，而具體屬性則在單獨(dú)的條款中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。（2）材料特性指標(biāo)。要測(cè)量的材料特性指標(biāo)是顯著影響應(yīng)用產(chǎn)品期望性能的納米材料的物理或化學(xué)參數(shù)。目標(biāo)材料的關(guān)鍵控制特性選擇的主要依據(jù)是該特性能否引起其性能增強(qiáng)以及市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果。為確保清晰和科學(xué)準(zhǔn)確性，特性以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞蕉x。它們可以是納米材料的固有參數(shù)，也可以是通過(guò)測(cè)量方法定義的參數(shù)。特性的重要性因目標(biāo)納米材料的應(yīng)用而異。因此，特性可以分為兩類(lèi)：關(guān)鍵特性和附加特性。其中關(guān)鍵特性是指對(duì)一般應(yīng)用普遍重要，必須測(cè)量；而附加特性是指與個(gè)別應(yīng)用特別相關(guān)，建議測(cè)量。（3）特性指標(biāo)測(cè)量方法。測(cè)量方法是指測(cè)量原理以及對(duì)測(cè)量結(jié)果有顯著影響的基本測(cè)量條件。選擇要采用的測(cè)量方法是基于準(zhǔn)確性以及行業(yè)使用和全球商業(yè)可用性。再可能的情況下，優(yōu)先選擇價(jià)格低廉的儀器設(shè)備和簡(jiǎn)單的操作。在納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定測(cè)量方法有3種選項(xiàng)：要求、推薦和信息提供。當(dāng)納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)要求采用特定的測(cè)量方法時(shí)，這意味著排除了其他測(cè)量方法。當(dāng)所要求的測(cè)量方法被認(rèn)為是最適合該納米材料和特性的測(cè)量方法時(shí)，就會(huì)選擇這個(gè)選項(xiàng)。當(dāng)納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)推薦采用一種或多種測(cè)量方法時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的使用者可以從推薦的方法中選擇最適合的測(cè)量方法，或者根據(jù)相關(guān)各方的共同協(xié)議選擇其他方法。當(dāng)納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)提供可能適用的測(cè)量方法的信息時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的使用者應(yīng)根據(jù)他們自己的具體情況選擇測(cè)量方法，或者與相關(guān)各方商定替代的測(cè)量方法。當(dāng)測(cè)量方法的適用性完全取決于具體的納米材料或應(yīng)用領(lǐng)域時(shí)，就會(huì)選擇供需雙方協(xié)商的方式。無(wú)論選擇哪種方式，納米材料制造商在提供納米材料特性的測(cè)量結(jié)果時(shí)，都應(yīng)報(bào)告所采用的測(cè)量方法（見(jiàn)表2）。

根據(jù)規(guī)范性程度分層級(jí)。根據(jù)納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中特性指標(biāo)、量值和測(cè)量方法規(guī)定的嚴(yán)格程度，將規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)分為不同層級(jí)，對(duì)于快速發(fā)展迭代的納米材料來(lái)說(shuō)，這種靈活的處理方式對(duì)迅速推出一批產(chǎn)業(yè)急需的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)很有幫助。

此外，由于納米材料的技術(shù)迭代速度快、應(yīng)用場(chǎng)景多樣化，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定模式往往難以適應(yīng)其發(fā)展需求，甚至阻礙新材料和新技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的進(jìn)程。在納米新材料標(biāo)準(zhǔn)制定中采取了更為靈活的方式，即在關(guān)鍵特性指標(biāo)的數(shù)值留白方面，達(dá)成了廣泛共識(shí)，納米技術(shù)材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域過(guò)去二十多年的實(shí)踐也見(jiàn)證了該方式的有效性。通過(guò)關(guān)鍵特性指標(biāo)的數(shù)值留白，標(biāo)準(zhǔn)能夠隨著技術(shù)進(jìn)步和新材料的發(fā)現(xiàn)保持有效性和動(dòng)態(tài)適用性。標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值留白不僅為供需雙方提供了靈活性，還促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作與創(chuàng)新。供需雙方可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景調(diào)整和約定特性指標(biāo)的技術(shù)數(shù)值，從而推動(dòng)新材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，在核酸提取用納米磁珠等新材料的標(biāo)準(zhǔn)研制過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)文件并未對(duì)關(guān)鍵特性指標(biāo)的具體數(shù)值進(jìn)行硬性規(guī)定，而是采用了“留白”的方式。即，對(duì)特性指標(biāo)并未設(shè)定具體數(shù)值，而是提供了材料的關(guān)鍵特性指標(biāo)及其測(cè)試方法（見(jiàn)表3）。這種模式為不同應(yīng)用場(chǎng)景下的材料性能技術(shù)要求提供了靈活性，同時(shí)也為未來(lái)的技術(shù)拓展應(yīng)用預(yù)留了空間。建議在未來(lái)的新材料、新技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研制中，推廣數(shù)值留白的模式，特別是在新興產(chǎn)業(yè)和前沿技術(shù)領(lǐng)域。這種模式能夠有效應(yīng)對(duì)技術(shù)快速迭代和多樣化應(yīng)用場(chǎng)景的挑戰(zhàn)，確保標(biāo)準(zhǔn)的靈活性、前瞻性和動(dòng)態(tài)適用性。

3 挑戰(zhàn)及建議

納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域總體態(tài)勢(shì)是且行且清晰，但仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。（1）材料規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化與企業(yè)利益密切相關(guān)，直接影響納米市場(chǎng)貿(mào)易，本身要求企業(yè)的參與度較高。但因納米科技是新興產(chǎn)業(yè)，大部分企業(yè)是中小微企業(yè)，在標(biāo)準(zhǔn)方面投人人力不多，亟需提高企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)和參與度。（2）納米科技處于發(fā)展的初級(jí)階段，材料規(guī)范要把握尺度，既要積極地引導(dǎo)市場(chǎng)又要防止過(guò)于嚴(yán)格，妨礙市場(chǎng)的發(fā)展。（3）如果是添加納米材料、使用納米工藝從而增強(qiáng)某些特性和功能的中間產(chǎn)品或終端產(chǎn)品，如：部件、組件、手機(jī)、電視等，相應(yīng)的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)需要由納米技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)聯(lián)合相關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)開(kāi)展制定，方便產(chǎn)業(yè)鏈條之間的對(duì)接。

針對(duì)以上挑戰(zhàn)，建議今后納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃和研制中要考慮以下幾個(gè)方面：（1）按形成納米材料產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)規(guī)劃現(xiàn)行與未來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)。（2）打破原有的部門(mén)劃分與產(chǎn)業(yè)界線，提倡納米材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)跨學(xué)科跨產(chǎn)業(yè)的合作與發(fā)展。（3）根據(jù)納米材料的應(yīng)用鏈條和產(chǎn)品目標(biāo)，選準(zhǔn)突破口和切入點(diǎn)，本著優(yōu)先發(fā)展產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)成熟度高的材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的策略，在標(biāo)準(zhǔn)體系中應(yīng)充分反映突出納米材料的特征與本質(zhì)。

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