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時(shí)間：2023-03-21 17:00:57
序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇納米科學(xué)論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。
NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution
Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
I.引言
納米科學(xué)和技術(shù)所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結(jié)構(gòu)的制備和表征。在這個(gè)領(lǐng)域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財(cái)政年度在納米尺度科學(xué)上的投入要比2000財(cái)政年增長83%，達(dá)到5億美金。有兩個(gè)主要的理由導(dǎo)致人們對納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個(gè)理由是，納米結(jié)構(gòu)（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致非經(jīng)典的行為，譬如，量子限制效應(yīng)和分立化的能態(tài)、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對基礎(chǔ)物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實(shí)現(xiàn)的想法和觀念，例如，單電子輸運(yùn)器件和量子點(diǎn)激光器等。第二個(gè)理由是，在半導(dǎo)體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢。根據(jù)“國際半導(dǎo)體技術(shù)路向（2001）“雜志，2005年前動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預(yù)期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預(yù)期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預(yù)期就會(huì)出現(xiàn)。到2005年類似的問題將預(yù)期出現(xiàn)在DRAM的制造過程中。半導(dǎo)體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術(shù)保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設(shè)計(jì)和制造方案，因?yàn)楫?dāng)MOS器件的尺寸縮小到一定程度時(shí)基礎(chǔ)物理極限就會(huì)達(dá)到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進(jìn)一步縮小，量子效應(yīng)比如載流子邃穿會(huì)造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會(huì)是制造基于量子效應(yīng)操作機(jī)制的新型器件，以便小物理尺寸對器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會(huì)獲益良多。譬如，在電子學(xué)上，單電子輸運(yùn)器件如單電子晶體管、旋轉(zhuǎn)柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數(shù)個(gè)而非以往的成千上萬的電子來運(yùn)作，這導(dǎo)致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關(guān)速度。在光電子學(xué)上，量子點(diǎn)激光器展現(xiàn)出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優(yōu)點(diǎn)，其中大微分增益可以產(chǎn)生大的調(diào)制帶寬。在傳感器件應(yīng)用上，納米傳感器和納米探測器能夠測量極其微量的化學(xué)和生物分子，而且開啟了細(xì)胞內(nèi)探測的可能性，這將導(dǎo)致生物醫(yī)學(xué)上迷你型的侵入診斷技術(shù)出現(xiàn)。納米尺度量子點(diǎn)的其他器件應(yīng)用，比如，鐵磁量子點(diǎn)磁記憶器件、量子點(diǎn)自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經(jīng)被提出，可以肯定這些應(yīng)用會(huì)給我們帶來許多潛在的好處?？偠灾瑹o論是從基礎(chǔ)研究（探索基于非經(jīng)典效應(yīng)的新物理現(xiàn)象）的觀念出發(fā)，還是從應(yīng)用（受因結(jié)構(gòu)減少空間維度而帶來的優(yōu)點(diǎn)以及因應(yīng)半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)減小而需要這兩個(gè)方面的因素驅(qū)使）的角度來看，納米結(jié)構(gòu)都是令人極其感興趣的。
II.納米結(jié)構(gòu)的制備———首次浪潮
有兩種制備納米結(jié)構(gòu)的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預(yù)制好的納米部件（納米團(tuán)簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結(jié)構(gòu)直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個(gè)基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）?！癰uild-up“的優(yōu)點(diǎn)是個(gè)體納米部件的制備成本低以及工藝簡單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學(xué)合成可以用來制備納米元件。目前，在國內(nèi)、在香港以及在世界上許多的實(shí)驗(yàn)室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團(tuán)簇。這些努力已經(jīng)證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點(diǎn)是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當(dāng)大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結(jié)構(gòu)的合成后工藝再加工相當(dāng)困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個(gè)至關(guān)重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團(tuán)簇以及納米線、納米管的有效且簡單的方法?？墒沁@些合成的納米結(jié)構(gòu)直到目前為止仍然難以有什么實(shí)際應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈內(nèi)狈?shí)用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因?yàn)橥瑯拥脑蛴眠@種方法合成的納米結(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當(dāng)差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學(xué)探測器，原因是垂直于襯底生長的納米結(jié)構(gòu)適合此類的應(yīng)用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機(jī)理與現(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術(shù)如分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相淀積（MOVCD）等來進(jìn)行器件制造的傳統(tǒng)方法?！癇uild-down”方法的缺點(diǎn)是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術(shù)路徑來制造納米結(jié)構(gòu)。最簡單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結(jié)構(gòu)來得到量子點(diǎn)或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結(jié)構(gòu)。這兩種技術(shù)都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術(shù)是通過自組裝機(jī)制來制造量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當(dāng)材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長，這時(shí)量子點(diǎn)就會(huì)生成。業(yè)已證明基于自組裝量子點(diǎn)的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點(diǎn)器件的飽和材料增益要比相應(yīng)的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個(gè)量級(jí)。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級(jí)（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續(xù)波量子點(diǎn)激光器也已經(jīng)報(bào)道。無論是何種材料系統(tǒng)，量子點(diǎn)激光器件都預(yù)期具有低閾值電流密度，這預(yù)示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經(jīng)接近或達(dá)到商業(yè)化器件所要求的指標(biāo)，預(yù)期量子點(diǎn)基的此類材料激光器將很快在市場上出現(xiàn)。量子點(diǎn)基光電子器件的進(jìn)一步改善主要取決于量子點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點(diǎn)的尺寸和密度，自組裝量子點(diǎn)還是典型底表現(xiàn)出在大小、密度及位置上的隨機(jī)變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的漲落導(dǎo)致它們的光發(fā)射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優(yōu)點(diǎn)。由于量子點(diǎn)尺寸的統(tǒng)計(jì)漲落和位置的隨機(jī)變化，一層含有自組裝量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中這種譜展寬效應(yīng)可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點(diǎn)可典型地展現(xiàn)出豎直對準(zhǔn)排列，這可以有效地改善量子點(diǎn)的均勻性。然而，當(dāng)隔離層薄的時(shí)候，在一列量子點(diǎn)中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統(tǒng)而帶來的優(yōu)點(diǎn)。怎樣優(yōu)化量子點(diǎn)的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點(diǎn)又同時(shí)保持載流子能夠限制在量子點(diǎn)的個(gè)體中對于獲得器件的良好性能是至關(guān)重要的。
很清楚納米科學(xué)的首次浪潮發(fā)生在過去的十年中。在這段時(shí)期，研究者已經(jīng)證明了納米結(jié)構(gòu)的許多嶄新的性質(zhì)。學(xué)者們更進(jìn)一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)制造。這些成果向我們展示，如果納米結(jié)構(gòu)能夠大量且廉價(jià)地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。
在未來的十年中，納米科學(xué)和技術(shù)的第二次浪潮很可能發(fā)生。在這個(gè)新的時(shí)期，科學(xué)家和工程師需要征明納米結(jié)構(gòu)的潛能以及期望功能能夠得到兌現(xiàn)。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實(shí)用器件才能實(shí)現(xiàn)人們對納米器件所期望的功能。因此，納米科學(xué)的下次浪潮的關(guān)鍵點(diǎn)是納米結(jié)構(gòu)的人為可控性。
III.納米結(jié)構(gòu)尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
為了充分發(fā)揮量子點(diǎn)的優(yōu)勢之處，我們必須能夠控制量子點(diǎn)的位置、大小、成份已及密度。其中一個(gè)可行的方法是將量子點(diǎn)生長在已經(jīng)預(yù)刻有圖形的襯底上。由于量子點(diǎn)的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發(fā)態(tài)子能級(jí)效應(yīng)，如對于GaN材料量子點(diǎn)的橫向尺寸要小于8納米）才能實(shí)現(xiàn)室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。對于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點(diǎn)的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統(tǒng)光刻所能達(dá)到的精度極限。有幾項(xiàng)技術(shù)可望用于如此的襯底圖形制作。
—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因?yàn)樗^近鄰干擾效應(yīng)（proximityeffect）而嚴(yán)重影響了光刻的極限精度，這個(gè)效應(yīng)造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時(shí)間1小時(shí)，這不適宜于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。電子束投影系統(tǒng)如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發(fā)展之中以便使這項(xiàng)技術(shù)較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前，耗時(shí)和近鄰干擾效應(yīng)這兩個(gè)問題還沒有得到解決。
—聚焦離子束光刻是一種機(jī)制上類似于電子束光刻的技術(shù)。但不同于電子束光刻的是這種技術(shù)并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細(xì)到6納米的圖形，但它也是一種耗時(shí)的技術(shù)，而且高能離子束可能造成襯底損傷。
—掃描微探針術(shù)可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個(gè)原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強(qiáng)的氧化機(jī)制的。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導(dǎo)體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡單易行等優(yōu)點(diǎn)。引入的氧化圖形依賴于實(shí)驗(yàn)條件如掃描速度、樣片偏壓以及環(huán)境濕度等?？臻g分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區(qū)域典型地小于針尖尺寸）。這項(xiàng)技術(shù)已用于制造有序的量子點(diǎn)陣列和單電子晶體管。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級(jí)）。然而，最近在原子力顯微術(shù)上的技術(shù)進(jìn)展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是它的杰出的分辨率和能產(chǎn)生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項(xiàng)能操控單個(gè)原子和分子的唯一技術(shù)。
—多孔膜作為淀積掩版的技術(shù)。多孔膜能用多種光刻術(shù)再加腐蝕來制備，它也可以用簡單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產(chǎn)生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復(fù)制。用這項(xiàng)技術(shù)已制造出含有細(xì)至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術(shù)是一種基于不同聚合物的混合物能夠產(chǎn)生可控及可重復(fù)的相分離機(jī)制的技術(shù)。目前，經(jīng)過反應(yīng)離子刻蝕后，在旋轉(zhuǎn)涂敷的倍塞共聚物層中產(chǎn)生的圖形已被成功地轉(zhuǎn)移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產(chǎn)生；在第二種情況，島狀結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生。目前利用倍塞共聚物光刻技術(shù)已制造出GaAs納米結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向特征尺寸約為23nm,密度高達(dá)1011/cm2。
—與倍塞共聚物圖形制作術(shù)緊密相關(guān)的一項(xiàng)技術(shù)是納米球珠光刻術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路是將在旋轉(zhuǎn)涂敷的球珠膜中形成的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業(yè)化的產(chǎn)品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術(shù)的能力已得到確認(rèn)。納米球珠光刻術(shù)（納米球珠膜的旋轉(zhuǎn)涂敷結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕）已被用來在一些半導(dǎo)體表面上制造空洞和柱狀體納米結(jié)構(gòu)。
—將圖形從母體版轉(zhuǎn)移到襯底上的其他光刻技術(shù)。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復(fù)制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發(fā)。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復(fù)制鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是ellastometric聚合物可被用來制作成一個(gè)戳子，以便可用同一個(gè)戳子通過對戳子的機(jī)械加壓能夠制作不同側(cè)向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術(shù)）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是不需要加熱。納米壓印術(shù)已被證明可用來制作具有容量達(dá)400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進(jìn)行圖形刻制。除傳統(tǒng)的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術(shù)中溫度被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵因素。此外，應(yīng)該選用具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。為了取得高產(chǎn)，下列因素要解決：
1）大的戳子尺寸
2）高圖形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）壓印溫度和壓力的優(yōu)化
5）長戳子壽命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來。已有少量研究工作在試圖優(yōu)化壓印溫度和壓力，但顯然需要進(jìn)行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優(yōu)化參數(shù)。高圖形密度戳子的制作依然在發(fā)展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報(bào)告報(bào)道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進(jìn)行50次的浮刻而不需要中間清洗。報(bào)告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進(jìn)行大約5次壓印后需要更換。值得關(guān)心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續(xù)壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進(jìn)一步的優(yōu)化和改良是必需的，但此項(xiàng)技術(shù)似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過程包括對準(zhǔn)、加熱及冷卻循環(huán)等，整個(gè)過程所需時(shí)間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環(huán)所需時(shí)間，因此可以縮短整個(gè)壓印過程時(shí)間。IV．納米制造所面對的困難和挑戰(zhàn)
上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。目前，似乎沒有哪個(gè)單一種技術(shù)可以用來高產(chǎn)量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：
1．在一塊模版上刻寫圖形
2．在過渡性或者功能性材料上復(fù)制模版上的圖形
3．轉(zhuǎn)移在過渡性或者功能性材料上復(fù)制的圖形。
很顯然第二步是最具挑戰(zhàn)性的一步。先前描述的各項(xiàng)技術(shù)，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術(shù)，已經(jīng)能夠刻寫非常細(xì)小的圖形。然而，這些技術(shù)都因相當(dāng)費(fèi)時(shí)而不適于規(guī)模生產(chǎn)。納米壓印術(shù)則因可作多片并行處理而可能解決規(guī)模生產(chǎn)問題。此項(xiàng)技術(shù)似乎很有希望，但是在它能被廣泛應(yīng)用之前現(xiàn)存的嚴(yán)重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術(shù)則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術(shù)中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術(shù)刻寫的納米結(jié)構(gòu)的形狀非常有限。當(dāng)這些技術(shù)被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點(diǎn)陣列時(shí)，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的圖形。為了能夠制造出高質(zhì)量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉(zhuǎn)移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術(shù)典型地不產(chǎn)生或者產(chǎn)生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樵谘谀０嫦乱欢ǔ潭鹊你@蝕是不可避免的，而這個(gè)鉆蝕決定性地影響微小結(jié)構(gòu)的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術(shù)，譬如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優(yōu)化條件下可以獲得陡峭的側(cè)墻。直到今天大多數(shù)刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關(guān)于刻蝕引入損傷的研究嚴(yán)重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測到刻蝕引入的損傷。當(dāng)器件中的個(gè)別有源區(qū)尺寸小于100nm時(shí)，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因?yàn)樗械募{米結(jié)構(gòu)都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。
隨著器件持續(xù)微型化的趨勢的發(fā)展，普通光刻技術(shù)的精度將很快達(dá)到它的由光的衍射定律以及材料物理性質(zhì)所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學(xué)近鄰干擾效應(yīng)等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術(shù)制備出。然而不大可能用普通光刻技術(shù)再進(jìn)一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術(shù)仍在研發(fā)之中，可是發(fā)展這些技術(shù)遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關(guān)聯(lián)的近鄰干擾效應(yīng)問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術(shù)。掃描微探針技術(shù)提供了能分辨單個(gè)原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項(xiàng)技術(shù)卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達(dá)到可以接受的刻寫速度。利用轉(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術(shù)，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術(shù)則提供了實(shí)現(xiàn)成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點(diǎn)狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術(shù)是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對的問題。需要將圖形從一張模版復(fù)制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術(shù)途徑。模版可以用其他慢寫技術(shù)來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復(fù)制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學(xué)自組裝圖形形成機(jī)制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產(chǎn)率，某些技術(shù)問題如穿刺及因灰塵導(dǎo)致的損傷等問題需要加以解決。對一個(gè)理想的納米刻寫技術(shù)而言，它的運(yùn)行和維修成本應(yīng)該低，它應(yīng)具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應(yīng)有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應(yīng)能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時(shí)至今日，仍然沒有任何一項(xiàng)能制作亞100nm圖形的單項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)滿足上述所有條件?，F(xiàn)在還難說是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會(huì)取代傳統(tǒng)的光刻技術(shù)。究竟是現(xiàn)有刻寫技術(shù)的組合還是一種全新的技術(shù)會(huì)成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。
另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是，為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和知識(shí)，有必要改善現(xiàn)有的表征技術(shù)或者發(fā)展一種新技術(shù)能夠用來表征單個(gè)納米尺度物體。由于自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力對于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對至關(guān)重要的。目前表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(shù)(TEM)能夠用來研究一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關(guān)表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術(shù)（STM）和原子力顯微術(shù)（AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到能仔細(xì)理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時(shí)，它們能給出的關(guān)于局部雜質(zhì)濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術(shù)能夠擴(kuò)展到能夠用來研究單個(gè)納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關(guān)納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。
本書對現(xiàn)代凝聚態(tài)物理學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的各個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域提供了一個(gè)非常及時(shí)與全面的綜述。書中19篇原創(chuàng)性質(zhì)的論文被分成了三個(gè)主要的領(lǐng)域，即無序與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)與玻璃；電性質(zhì)與磁性質(zhì)。這些論文的作者中間就包括了像M?E?Fish-er，A?A?Maradudin，M?F?Thorpe，M?Balkansk，T?Fujiwara這樣著名的科學(xué)家。因此本書非常值得一讀。
本書的卷首是R?J埃利奧特教授的開幕式演講“物理學(xué)中的有序與無序”。其余的文章被分成了三個(gè)部分，共19章。第一部分無序與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，包含第1-5章。1 對有趣但與愿望相違球面模型的反思；2 向量自旋玻璃的相位轉(zhuǎn)換；3 轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)特性與無序從平衡到不平衡系統(tǒng)；4 3分量2維生長與競爭交互作用的混合；5 混沌邊緣玻璃狀的動(dòng)態(tài)特性。第二部分結(jié)構(gòu)與玻璃，包含第6-12章。6 生命分子中的柔性；7 碳納米管的點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)特性；8 由于運(yùn)動(dòng)約束的玻璃狀特性，從拓?fù)鋵W(xué)泡沫到巴加門；9 玻璃轉(zhuǎn)變與急驟冷卻效應(yīng)；10 介質(zhì)損耗作用及為玻璃形成中的馳豫尋求簡單的模型；11 圖靈模式構(gòu)成理論；12 雙八面癸基胺單分子層：非平衡相疇。第三部分電性質(zhì)與磁性質(zhì)，包括第13-19章。13 隨機(jī)粗糙金屬表面光反射二次諧波產(chǎn)生的多散射效應(yīng)；14 大規(guī)模電子結(jié)構(gòu)計(jì)算理論；15 對稱磁團(tuán)簇；16 維半導(dǎo)體量子線中的光學(xué)與費(fèi)米界異常；17 利用疇壁激發(fā)探測多分子層中的磁耦合；18 量子滲透問題中的電子狀態(tài)密度；19 熔化描述動(dòng)力學(xué)作用構(gòu)建中的功率項(xiàng)。
本書可供從事凝聚態(tài)物理及統(tǒng)計(jì)物理的物理學(xué)家及研究生閱讀借鑒。
化學(xué)科學(xué)是研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各種不同尺度和不同復(fù)雜程度的聚集態(tài)的合成反應(yīng)、分離和分析、結(jié)構(gòu)形態(tài)、物理性能和生物活性及其規(guī)律和應(yīng)用的科學(xué)。隨著新世紀(jì)腳步的不斷加快，作為物質(zhì)科學(xué)組成之一的化學(xué)科學(xué)將愈來愈引起世界各國的關(guān)注?；瘜W(xué)中的前沿科學(xué)也將成為化學(xué)工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。
從一定意義上講，科學(xué)論文的發(fā)表是科學(xué)成果被人們承認(rèn)的唯一形式。一定頻次的引用反映了某篇論文重要性的程度，超高頻次的引用，常可認(rèn)為其研究成果引發(fā)了科學(xué)研究的熱點(diǎn)或在科學(xué)研究中取得突破。因此，近期化學(xué)科研論文的引用情況也體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科前沿的科學(xué)研究成果，以及當(dāng)前國際化學(xué)前沿的特點(diǎn)和變化趨勢和研究方向。據(jù)中科院文獻(xiàn)情報(bào)中心的報(bào)道，90年代的化學(xué)研究前沿領(lǐng)域有：
（1）富勒烯C60的研究導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了自然界一類新的物質(zhì)――碳的另一種存在形式，并對宇宙內(nèi)碳循環(huán)和經(jīng)典芳香性的關(guān)系這一理論化學(xué)的關(guān)鍵問題有了全新的認(rèn)識(shí)，開辟了新的化學(xué)研究領(lǐng)域。
（2）模擬程序和密度泛函理論的發(fā)展引起整個(gè)化學(xué)領(lǐng)域的革命，使量子化學(xué)成為成千上萬化學(xué)家手中的工具，可用以預(yù)測和闡明物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。
（3）對不同管徑和纏繞角的單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性質(zhì)的研究展示了單壁碳納米管在納米分子電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
（4）人工合成新藥的發(fā)展：天然抗癌藥物的人工合成以及用以開發(fā)新藥的組合化學(xué)方法。
（5）組合化學(xué)新研究領(lǐng)域的發(fā)展打破了傳統(tǒng)藥物開發(fā)的模式，可同時(shí)合成和篩選大批生物活性物質(zhì)，大大縮短了新藥開發(fā)的時(shí)間。組合化學(xué)技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于催化劑的篩選、手性化合物合成等材料科學(xué)領(lǐng)域。
（6）仿生聚合物是一種先進(jìn)材料，它的人工合成向模仿機(jī)體功能的“目標(biāo)”邁進(jìn)了一步。
（7）分析化學(xué)在這一階段已不再僅僅是化學(xué)家手中的工具，它已發(fā)展為一門分析科學(xué)。它一方面為人們提供關(guān)于物質(zhì)，特別是構(gòu)成生命的基本物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)甚至生命過程的信息；另一方面，在精密分析儀器本身的研制上不斷獲得進(jìn)展。
（8）計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展使化學(xué)家的研究手段產(chǎn)生巨大變革。有關(guān)生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸）多維結(jié)構(gòu)圖像實(shí)現(xiàn)和精細(xì)結(jié)構(gòu)表達(dá)的程序及軟件包的研究受到化學(xué)界的極大關(guān)注。
（9）有機(jī)反應(yīng)、不對稱合成及催化是90年代以來的持續(xù)熱點(diǎn)。這是一個(gè)有工業(yè)應(yīng)用前景和巨大市場潛力的、一直很活躍的研究領(lǐng)域。
在經(jīng)歷了20世紀(jì)的空前繁榮發(fā)展后，進(jìn)入21世紀(jì)，化學(xué)學(xué)科面臨著四大難題。第一，合成化學(xué)難題――化學(xué)反應(yīng)理論；第二，功能結(jié)構(gòu)化學(xué)難題――結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系；第三，生命現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)制――生命化學(xué)難題；第四，納米尺度難題。徐光憲院士等科學(xué)家認(rèn)為21世紀(jì)是信息科學(xué)、合成化學(xué)和生命科學(xué)共同繁榮的世紀(jì)，化學(xué)的微觀方法和宏觀方法相互結(jié)合，相互滲透這一潮流將進(jìn)一步向前發(fā)展，并提出了新世紀(jì)的化學(xué)科學(xué)包含了對下列八個(gè)層次的物質(zhì)對象的研究：
（1）原子層次的化學(xué)：其中包括核化學(xué)、放射化學(xué)、同位素化學(xué)、sp區(qū)元素化學(xué)、d區(qū)元素化學(xué)、4p區(qū)元素化學(xué)、5f區(qū)元素化學(xué)、超5f區(qū)元素化學(xué)、單原子操縱和檢測化學(xué)等。
（2）分子層次的化學(xué)：現(xiàn)已合成的2000余萬種分子和化合物，通常分為無機(jī)、有機(jī)和高分子化合物。但近30余年來合成的眾多化合物，如金屬有機(jī)化合物、元素有機(jī)化合物、原子簇化合物、金屬酶、金屬硫蛋白、富勒烯、團(tuán)簇、配位高分子等很難適應(yīng)老的分類法。21世紀(jì)將研究分子的多元分類法，如按照分子片結(jié)合方式和生成的分子結(jié)構(gòu)類型分類，可分為0維、1維、2維、3維分子等。
（3）分子片層次的化學(xué)：原子只有110余種，但分子數(shù)目已超過2000萬種，因此有必要在原子和分子之間引入一個(gè)“分子片”的新層次，在21世紀(jì)應(yīng)該開展分子片化學(xué)的研究。
（4）超分子層次的化學(xué)：其中包括受體和給體的化學(xué)、鎖和鑰匙的化學(xué)、分子間的非共價(jià)作用力、范德華引力、各種不同類型的氫鍵、疏水-疏水基團(tuán)相互作用、疏水-親水基團(tuán)相互作用、親水-親水基團(tuán)相互作用、分子的堆積組裝、位阻和各種空間效應(yīng)等。
（5）宏觀聚集態(tài)化學(xué)：其中包括固體化學(xué)、晶體化學(xué)、非晶態(tài)化學(xué)、流體和溶液化學(xué)、等離子體化學(xué)、膠體化學(xué)和界面化學(xué)等。
（6）介觀聚集態(tài)化學(xué)：包括納米化學(xué)、微乳化學(xué)、溶膠-凝膠化學(xué)、軟物質(zhì)化學(xué)、膠團(tuán)-膠束化學(xué)和氣溶膠化學(xué)等。
（7）生物分子層次的化學(xué)：包括生物化學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、酶化學(xué)、腦化學(xué)、神經(jīng)化學(xué)、基團(tuán)化學(xué)、生命調(diào)控化學(xué)、藥物化學(xué)、手性化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、生命起源、認(rèn)知化學(xué)和從生物分子到分子生物的飛躍等。
（8）復(fù)雜分子體系的化學(xué)。從以上分類可以看出，新世紀(jì)化學(xué)別值得關(guān)注的有化學(xué)信息學(xué)、分子片化學(xué)、超分子化學(xué)、生命化學(xué)、納米化學(xué)、理論化學(xué)和復(fù)雜分子體系的化學(xué)等。
隨著化學(xué)分支學(xué)科的重組及其它學(xué)科的交叉、融合和不斷滲透，21世紀(jì)初化學(xué)學(xué)科的前沿方向與優(yōu)先領(lǐng)域有：綠色化學(xué)與環(huán)境化學(xué)中的基本化學(xué)問題、材料科學(xué)中的基本化學(xué)問題、合成化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)學(xué)、分子聚集體化學(xué)、理論化學(xué)、分析化學(xué)測試原理和檢測技術(shù)新方法建立、生命體系中的化學(xué)過程、能源中的基本化學(xué)問題、化學(xué)工程的發(fā)展與化學(xué)基礎(chǔ)等。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉春萬.研討我國理論化學(xué)跨入新千年發(fā)展的一次盛會(huì)[J].化學(xué)進(jìn)展，2000， 36（2）： 230-232.
關(guān)鍵詞:體育文獻(xiàn)計(jì)量;運(yùn)動(dòng)人體科學(xué);碩士研究生學(xué)位論文;中國
中圖分類號(hào):G804文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-7116(2010)11-0111-04
Analysis of theses written for a Master of Science degree in the human movement science specialty between 1999 and 2009 in China
LIN Hua,XIA Xue
(School of Physical Education,Liaoning Normal University,Dalian 116029,China)
Abstract: By basing their research specimens on theses written for a Master of Science degree in the human movement science specialty between 1999 and 2009 in China, the authors analyzed these theses in terms of thesis topic selection, thesis research subjects, thesis research methods, and application value of thesis research achievements, summed up the characteristics and changing trend of these theses, and revealed the following findings: with the expansion of the scale of recruitment of graduate students studying for a Master of Science degree, in the selection of thesis topics written for a Master of Science degree in the human movement science specialty, there were more fundamental application researches than pure fundamental researches and developing researches, and there were signs of inadequate novelty of topic selection, repeated topic selection, and deviation of topic selection from sports practice; the thesis research subjects are mainly animals, seldom the human body; the thesis research methods were mainly experimental methods and quantitative methods; more thesis research achievements were applied to the competitive sport area than to mass sports fitness and scholastic physical education.
Key words: sports bibliometrics;human movement science;thesis written for a Master of Science degree;China
學(xué)位論文在某種程度上能夠集中反映某個(gè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題和研究現(xiàn)狀,是衡量研究生學(xué)習(xí)、科研能力和培養(yǎng)質(zhì)量的重要指標(biāo)。本文以運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文為研究對象,以中國知網(wǎng)“中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫”為檢索數(shù)據(jù)源,檢索項(xiàng)為學(xué)科專業(yè)名稱,檢索詞為運(yùn)動(dòng)人體科學(xué),檢索范圍從1999~2010年,匹配條件為精確,截止2010年5月12日,由此獲得963個(gè)檢索結(jié)果,其中通過篩選剔除與本研究不相關(guān)的學(xué)位論文35篇,最后將928篇運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)全日制碩士畢業(yè)學(xué)位論文作為本文研究對象。
運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)是體育科學(xué)研究內(nèi)容的一部分,是研究人體從事體育活動(dòng)過程中人體變化規(guī)律的科學(xué),包括運(yùn)動(dòng)生理學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)、運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)心理學(xué)等,基本屬于自然科學(xué)的研究范疇[1]。根據(jù)體育科研成果的性質(zhì)可將體育科學(xué)研究分為基礎(chǔ)性研究、應(yīng)用性研究和開發(fā)性研究3類[2]。其中基礎(chǔ)性研究又可分為純基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究兩類,而應(yīng)用性研究和開發(fā)性研究又常被歸為一類,以“應(yīng)用研究”統(tǒng)稱[3]。
1碩士學(xué)位論文選題
選題是科學(xué)研究工作的第一步,也是最重要的一步。英國著名科學(xué)家貝爾納[4]曾指出:“課題的形成和選擇,無論作為外部的經(jīng)濟(jì)技術(shù)要求,或作為科學(xué)本身的要求,都是研究工作中最復(fù)雜的一個(gè)階段。一般來說,提出課題比解決問題更困難?！币虼?碩士研究生學(xué)位論文的選題具有重要的意義。
2002年以前碩士研究生學(xué)位論文大多是以生物學(xué)傳統(tǒng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、生理生化指標(biāo)測定、技術(shù)動(dòng)作分析等微觀實(shí)驗(yàn)研究為主,而近些年碩士研究生學(xué)位論文逐漸采用一些新技術(shù)手段,如蛋白質(zhì)組技術(shù)、基因芯片技術(shù)、激光共聚焦技術(shù)等,在運(yùn)動(dòng)性心臟、骨骼肌以及運(yùn)動(dòng)性疲勞方面的研究也有所突破,從傳統(tǒng)的生物學(xué)研究向多層次、全方位開展跨學(xué)科研究,以系統(tǒng)整體觀點(diǎn)來綜合宏觀和微觀研究,依托基礎(chǔ)性研究突出應(yīng)用研究。
由表1可以看出,運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文選題,應(yīng)用基礎(chǔ)性研究論文有509篇,占54.85%,應(yīng)用性研究論文次之,有327篇,占總數(shù)的35.24%,而開發(fā)性研究和純基礎(chǔ)性研究論文數(shù)僅占8.19%和1.72%。
結(jié)果顯示,純基礎(chǔ)性研究和開發(fā)性研究選題較少,雖說運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)隸屬于自然科學(xué)范疇,具有應(yīng)用基礎(chǔ)性研究課題的屬性,但其本身還是存在著基礎(chǔ)研究-應(yīng)用研究-開發(fā)研究的內(nèi)在結(jié)構(gòu),只有各研究類型均衡發(fā)展,才能夠有效促進(jìn)整個(gè)學(xué)科研究的進(jìn)步。因此,在研究生學(xué)位論文這個(gè)特殊科研群體中,應(yīng)特別注重科學(xué)研究的均衡發(fā)展。
從運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文的分析來看,研究內(nèi)容豐富,選題方向多樣,能夠體現(xiàn)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)、新問題。運(yùn)動(dòng)生理學(xué)、運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)、運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、體育保健學(xué)等傳統(tǒng)研究方向的研究內(nèi)容不斷深化的同時(shí),一些新型的研究方向也逐漸呈現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文中,如低氧訓(xùn)練的生物學(xué)基礎(chǔ)、高原訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)員機(jī)能監(jiān)控、人體功效學(xué)、生物力學(xué)研究及運(yùn)動(dòng)器材研發(fā)、體育工程學(xué)等。
2002年以前運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)碩士學(xué)位論文研究集中,在骨骼肌生理、心血管機(jī)能、疲勞與恢復(fù)、營養(yǎng)、激素及內(nèi)分泌、機(jī)能評(píng)定、免疫等方面,研究高原訓(xùn)練、代謝方面的論文分別有7篇和6篇[5],而現(xiàn)在碩士學(xué)位論文研究高原訓(xùn)練和代謝的增加到37篇和96篇。如今運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)碩士學(xué)位論文在傳統(tǒng)研究領(lǐng)域更加深入,同時(shí)還有些新的研究內(nèi)容不斷增加,如基因多態(tài)性與運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)聯(lián)性研究、納米技術(shù)、蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)、中醫(yī)保健以及運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建立等。不過,近年一些研究如基于核磁共振的代謝組學(xué)方法、自由基生物學(xué)等生物工程技術(shù)已應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)人體中,但碩士學(xué)位論文中還甚少涉及。
運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)是體育教育訓(xùn)練學(xué)和民族傳統(tǒng)體育學(xué)的基礎(chǔ)[6]。交叉和綜合選題成為運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文中的普遍現(xiàn)象,不僅涉及到同級(jí)學(xué)科不同方向之間的交叉選題,還涉及到同級(jí)學(xué)科之間和跨學(xué)科之間的交叉選題,使研究課題具有更強(qiáng)的生命力。因此,運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)研究生在進(jìn)行論文選題時(shí)要拓寬研究視野,突破思維局限,敢于創(chuàng)新呈現(xiàn)更有價(jià)值的研究成果。
2碩士學(xué)位論文研究對象
研究對象是科研論文根據(jù)研究目的所選擇和組成的客體,本文通過對928篇運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文的梳理,發(fā)現(xiàn)以動(dòng)物模型為研究對象的有409篇,占44.07%;以運(yùn)動(dòng)員為研究對象208篇,占22.41%;以軍人、老年人、患病者等為研究對象的有104篇,占總數(shù)11.21%;以大學(xué)生為研究對象的有93篇,占10.02%;以少年兒童為研究對象有67篇,僅占總數(shù)的7.22%。
由此可見,運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)的碩士學(xué)位論文以動(dòng)物模型為研究對象最多,而以人體為研究對象的論文,選擇的群體相對廣泛,選擇研究對象最多的是運(yùn)動(dòng)員,其次是大學(xué)生,少年兒童相對較少。
3碩士學(xué)位論文研究方法
一門科學(xué)的發(fā)展依賴于研究方法手段,而研究方法的發(fā)展有利于該科學(xué)的發(fā)展,運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)是體育科學(xué)中一門重要的基礎(chǔ)性學(xué)科,它的發(fā)展直接影響著體育科學(xué)研究的進(jìn)程,作為體育科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科,它的發(fā)展同研究方法手段發(fā)展也是分不開的[7]。從本文分析的碩士學(xué)位論文看,大部分論文能夠從多層次、多角度、多學(xué)科的范圍研究問題,采用的研究方法有文獻(xiàn)資料法、調(diào)查法、實(shí)驗(yàn)法、訪談法、測量法等,采用最多的是實(shí)驗(yàn)法,這也符合運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)的研究特點(diǎn)。而與體育人文社會(huì)學(xué)專業(yè)學(xué)位論文多采用文獻(xiàn)資料法,調(diào)查法等[8]不同的是運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)論文的研究習(xí)慣以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),以客觀量化的數(shù)理統(tǒng)計(jì)為依據(jù),以觀察法、訪談法、文獻(xiàn)資料法為輔助研究手段進(jìn)行多種方法綜合運(yùn)用的研究。
從質(zhì)與量的角度可將研究方法分為比較、歸納、分類等的定性分析法,數(shù)理統(tǒng)計(jì)的定量分析法及運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)而仍以定性方法研究的半定量分析法。在本研究中發(fā)現(xiàn),運(yùn)用定量分析法研究的學(xué)位論文占總數(shù)的63.79%,定性分析法研究占13.69%,半定量分析法研究占22.52%。其中運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)、體育測量與評(píng)價(jià)研究采用定量分析法的分別占82.27%、80.53%、70.15%。結(jié)果充分體現(xiàn)研究論文多以定量數(shù)據(jù)分析為主。
4碩士學(xué)位論文的應(yīng)用價(jià)值
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等研究中越來越顯示出它的巨大作用,也成為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的一門主要研究方法,是探討生命奧秘、人類疾病機(jī)制及治療等不可缺少的手段。運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)一樣,同屬于自然科學(xué)的分支學(xué)科。單從研究對象選擇可以看出,運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文多以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為主,大多數(shù)運(yùn)動(dòng)機(jī)制是在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的。近年來,隨著基因技術(shù)的日益發(fā)展,各種基因表達(dá)形式也逐漸成為運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)研究的熱點(diǎn)。
研究動(dòng)物的優(yōu)點(diǎn)在于動(dòng)物具有廣泛的遺傳基礎(chǔ),個(gè)體差異較大,在模擬人體運(yùn)動(dòng)的某些研究中是比較有用的,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也帶有一般性和普遍性,尤其在選擇一些誘發(fā)性動(dòng)物模型時(shí),能夠在短期內(nèi)復(fù)制出大量模型,并能嚴(yán)格控制各種條件,使復(fù)制出的模型運(yùn)用于不同研究目的要求,具有一定的代表性。如能正確的掌握和運(yùn)用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方法,可使實(shí)驗(yàn)者節(jié)省人力、物力和時(shí)間,同時(shí)還能獲得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,減少研究的盲目性。但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)同時(shí)存在著很多缺陷。運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)畢竟是要研究人運(yùn)動(dòng)的一些機(jī)能機(jī)制,動(dòng)物的發(fā)生發(fā)展過程、運(yùn)動(dòng)特征及環(huán)境與所效仿的人類運(yùn)動(dòng)還存在不同程度的差異。在體育領(lǐng)域中,從實(shí)用價(jià)值角度看,人體實(shí)驗(yàn)的研究更能直接說明問題。
縱觀運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文的發(fā)展,根據(jù)科學(xué)研究的目的、任務(wù)和需要,運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)碩士學(xué)位論文研究成果應(yīng)多從研究人類運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā),將基礎(chǔ)理論研究合理運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中。
除了以動(dòng)物模型為實(shí)驗(yàn)對象外的519篇論文中,研究成果與競技體育有關(guān)的論文230篇,其中基礎(chǔ)性研究63篇,應(yīng)用性研究119篇,開發(fā)性研究48篇,主要研究運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能評(píng)定與訓(xùn)練監(jiān)控,運(yùn)動(dòng)員身體恢復(fù)的手段和方法、新技術(shù)、特殊儀器應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練等。如低氧訓(xùn)練是當(dāng)前運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練研究的熱點(diǎn)之一,在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文中有40篇論文與低氧訓(xùn)練的機(jī)制及應(yīng)用有關(guān)。
從多維角度思考,研究成果的“社會(huì)化”既是滿足社會(huì)需要的程度,也是衡量體育科學(xué)研究社會(huì)價(jià)值的最好尺度[9],在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)領(lǐng)域,除服務(wù)于競技體育研究范圍外,在全民健身范圍內(nèi),人類健康與健身運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域也應(yīng)得到重視,大眾體育的發(fā)展,必將接受運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)理論的指導(dǎo),并將體育納入“一級(jí)預(yù)防”的“預(yù)防醫(yī)學(xué)”框架之中。在我國推出《全民健身計(jì)劃綱要》的目的就是為了建立科學(xué)、文明、健康的生活方式,提高全民族的身體素質(zhì)[10]。在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)碩士學(xué)位論文中與群眾體育有關(guān)的研究有115篇,占總數(shù)的22.16%,主要研究包括不同運(yùn)動(dòng)方式對人體身體形態(tài)、機(jī)能及身體素質(zhì)的研究,各種力學(xué)負(fù)荷對人體運(yùn)動(dòng)功能的影響,慢性病患者的運(yùn)動(dòng)健身指導(dǎo)方案,“現(xiàn)代文明病”的根治及抗衰老與體育運(yùn)動(dòng)保健的研究,人體體質(zhì)健康狀況及因素分析,不同人群運(yùn)動(dòng)健身的特點(diǎn)與方法,運(yùn)動(dòng)與營養(yǎng)膳食處方的指導(dǎo)等。
近年來我國的肥胖癥患病率呈上升趨勢,肥胖少年的增長比例更大,成為兒童時(shí)期一個(gè)重要的健康問題,兒童單純性肥胖可作為高血壓、高血脂、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病等誘發(fā)因素之一。學(xué)校體育也成為現(xiàn)在體育科學(xué)研究的領(lǐng)域之一。學(xué)位論文的研究涉及到學(xué)校體育的有174篇,其中包括對學(xué)生的體質(zhì)健康水平狀況、兒童青少年生長發(fā)育狀況、不同運(yùn)動(dòng)對學(xué)生生理機(jī)能評(píng)定、體育院校學(xué)生專項(xiàng)教學(xué)訓(xùn)練素質(zhì)等。
5小結(jié)
運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)是一門綜合應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科,通過對運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文的分析,發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)研究生論文選題多以應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主,純基礎(chǔ)研究及開發(fā)性研究比例相對較少,選題方向不均衡,但隨著體育科學(xué)研究領(lǐng)域研究內(nèi)容日益發(fā)展,創(chuàng)新性研究課題也將成為研究生學(xué)位論文的選題的必然趨勢。
運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文的研究對象大多以動(dòng)物模型為主導(dǎo),繼承自然科學(xué)研究傳統(tǒng)的研究模式,但為了能更好在體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域發(fā)揮運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)研究的作用,直接采用人體實(shí)驗(yàn)將是運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)實(shí)踐的突破點(diǎn)。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),采取合適的研究對象是科研論文成敗的關(guān)鍵,在碩士論文研究中應(yīng)重點(diǎn)考慮如何將人體實(shí)驗(yàn)與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢相結(jié)合。
運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文的研究方法,還是以傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究與定量分析法為主流驗(yàn)證結(jié)論,定性研究與定量研究相結(jié)合的多元綜合方法應(yīng)用將在今后運(yùn)動(dòng)人體領(lǐng)域科學(xué)研究穩(wěn)步發(fā)展,移植更新更有效的研究方法必將成為體育領(lǐng)域科學(xué)研究的重點(diǎn)。
從運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文整體分析來看,其學(xué)位論文的研究成果應(yīng)用價(jià)值更多的還是局限在競技體育范圍內(nèi),應(yīng)用于大眾運(yùn)動(dòng)健身以及學(xué)校體育領(lǐng)域相對較少。
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專利權(quán)人發(fā)明人
引文網(wǎng)絡(luò)合作網(wǎng)絡(luò)
[分類號(hào)]G350
社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析(social network analysis，SNA)是對社會(huì)關(guān)系結(jié)構(gòu)及其屬性加以分析的一套規(guī)范和方法，在社會(huì)學(xué)研究中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，然而，將社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法引入專利分析的國內(nèi)外研究工作相對較少。2008年，德國學(xué)者Sternitzke等指出，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法才剛剛開始進(jìn)入專利分析領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊：；Chang等指出，專利網(wǎng)絡(luò)分析是一種先進(jìn)專利分析技術(shù)，由Yoon和Park在2004年正式提出。
1專利引用網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展
專利引用網(wǎng)絡(luò)中的“節(jié)點(diǎn)”即各件專利；“連接”即在專利引用網(wǎng)絡(luò)中各專利自引和他引的關(guān)系，包括引用連接和被引連接。Hsueh等指出，基于網(wǎng)絡(luò)分析的引用分析是專利引文分析的一種替代方法?；趯＠墨I(xiàn)的引用關(guān)系，可以延伸出對專利權(quán)人和發(fā)明人之間的引用關(guān)系，以上專利文獻(xiàn)、專利權(quán)人和發(fā)明人等的引川都可歸類為“直接引用”網(wǎng)絡(luò)；此外，還可以構(gòu)建專利文獻(xiàn)、專利權(quán)人、發(fā)明人等的共引、專利耦合網(wǎng)絡(luò)等。
1.1專利引文網(wǎng)絡(luò)
專利引文網(wǎng)絡(luò)是專利引用網(wǎng)絡(luò)研究的主體，可以用于研究不同學(xué)科主題之間的跨學(xué)科引用網(wǎng)絡(luò)或?qū)W科內(nèi)部的引用網(wǎng)絡(luò)，包括隨著時(shí)間發(fā)展的演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)或知識(shí)流網(wǎng)絡(luò)。例如，Wartburg等通過多級(jí)專利引文分析方法對技術(shù)演進(jìn)進(jìn)行了研究；Gress通過對1963―2002年美國專利的引文分析發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的增長々利引用及專利數(shù)呈現(xiàn)出爆炸式增長，引文網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)塊狀(clumpy)特征，即一些引文網(wǎng)絡(luò)區(qū)域連線緊密，而有些區(qū)域則稀疏，其原因之一是由于不同學(xué)科類別之間存在引用關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)致塊狀結(jié)構(gòu)的形成。
目前針對專利文獻(xiàn)引文網(wǎng)絡(luò)中間中心性(betweeFt.ness)較高的節(jié)點(diǎn)的重要性研究還非常少見，直到近幾年，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和演進(jìn)層面的工作才逐步增多。Hung等在2008和2010年分別基于LCD和RFID專利，對專利引文網(wǎng)絡(luò)的小世界現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)，專利引文網(wǎng)絡(luò)確實(shí)可以成為小世界網(wǎng)絡(luò)，此外，專利引文網(wǎng)絡(luò)還具有冪律分布特征。
專利直接引文網(wǎng)絡(luò)是一種有向網(wǎng)絡(luò)，Smilkov等對美國專利引文有向網(wǎng)絡(luò)的rich-club和page-club系數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，核心專利更傾向于被其他核心專利所引用。Bommarito等指出，專利引文網(wǎng)絡(luò)是一種重要的無圈有向圖(acyclic djgraphs)，對通過學(xué)術(shù)引用的思想傳播、創(chuàng)新傳播研究具有重要價(jià)值，他們利用距離測量(distance measure)和層次聚類算法(hierarchicalclustering algorithm)對美國專利動(dòng)態(tài)引文網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分析。
1.2專利權(quán)人引用網(wǎng)絡(luò)
通過對專利權(quán)人的引用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，可以檢測核心專利權(quán)人、發(fā)現(xiàn)潛在競爭對手等。例如，Sternitzke等研究發(fā)現(xiàn)，LED領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人引用網(wǎng)絡(luò)分析可以用于解釋專利權(quán)人的市場行為，如合作和專利侵權(quán)訴訟等。
通過專利權(quán)人耦合網(wǎng)絡(luò)的研究，可以發(fā)現(xiàn)引用相同專利的專利權(quán)人組合，進(jìn)而對不同專利權(quán)人進(jìn)行分類。例如，Huang等利用專利耦合方法對臺(tái)灣高技術(shù)公司的引用網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)，可以將臺(tái)灣高技術(shù)企業(yè)聚類成6大簇，包括半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)設(shè)備、掃描儀、筆記本／顯示器、系統(tǒng)和IC設(shè)計(jì)／封裝。
1.3專利引證絡(luò)
早在1995年，Narin等通過針對美國專利引證科學(xué)論文的研究發(fā)現(xiàn)，美國技術(shù)與公共科學(xué)之間的關(guān)聯(lián)越來越強(qiáng)；然而Meyer在2000年針對納米技術(shù)的研究卻發(fā)現(xiàn)，基于專利引文分析很難發(fā)現(xiàn)被引論文與引證專利之間的直接連接。但科學(xué)計(jì)量學(xué)界對此方面的研究熱情卻依舊不減，如Acosta等通過專利引證淪文對西班牙科學(xué)一技術(shù)流進(jìn)行了研究。最近，有少量工作開始采用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法對專利引證論文進(jìn)行研究，如Gao等采用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法，分析了美國專利數(shù)據(jù)庫中的中國專利所引用的中國科技期刊共引網(wǎng)絡(luò)。
1.4專利耦合網(wǎng)絡(luò)
文獻(xiàn)耦合研究最初用于論文研究，最早提出將文獻(xiàn)耦合思想用于專利計(jì)量分析的是Narin，有代表性的工作包括：Huang等利用專利耦合方法對臺(tái)灣高技術(shù)公司的引用網(wǎng)絡(luò)分析；Kuusi等利用專利耦合網(wǎng)絡(luò)對納米技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)預(yù)測研究。
與專利耦合研究原理相近，Weng等在專利引用網(wǎng)絡(luò)中引入了結(jié)構(gòu)等價(jià)(structural equivalence)的概念，采用塊模型(blockmodel)對專利進(jìn)行分組研究。所謂結(jié)構(gòu)等價(jià)，即指在專利引用網(wǎng)絡(luò)中擁有相同位置的兩件專利擁有結(jié)構(gòu)等價(jià)性，此時(shí)擁有結(jié)構(gòu)等價(jià)性的兩件專利會(huì)被分到一個(gè)塊(block)中，一般情況下?lián)碛薪Y(jié)構(gòu)等價(jià)性的兩件專利在技術(shù)上相近或擁有相近的知識(shí)基礎(chǔ)。
1.5專利引用分析用于研究知識(shí)流
知識(shí)流研究包括三個(gè)層面：國家層面的知識(shí)流(macro)、工業(yè)層面的知識(shí)流(meso)和企業(yè)層面的知識(shí)流(micro)，目前研究較多的是macro和micro兩個(gè)層面，如Shih等基于專利引用分析了國家之間的技術(shù)分布及知識(shí)流情況，而對meso層面的研究較少。
理解工業(yè)間的知識(shí)流有助于構(gòu)建知識(shí)簇和設(shè)計(jì)國家創(chuàng)新系統(tǒng)(national innovation system，NIS)，知識(shí)流可以分為實(shí)體知識(shí)流(embodied knowledge flow)和無形知識(shí)流(disembodied knowledge flow)，前者通過包含新技術(shù)的機(jī)器設(shè)備或元件的購買進(jìn)行流動(dòng)，后者則通過人員流動(dòng)和研究溢出而產(chǎn)生。基于專利引文的知識(shí)流分析則屬于無形知識(shí)流的范疇，也是目前專利引文分析的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，下面介紹兩個(gè)富有代表性的研究成果。
Hu等采用雙指數(shù)知識(shí)擴(kuò)散模型研究東亞國家之間的知識(shí)流發(fā)現(xiàn)，在東亞7國或地區(qū)(中國大陸、香港、韓國、馬來西亞、新加坡、中國臺(tái)灣和泰國)中，中國臺(tái)灣已成為東亞經(jīng)濟(jì)知識(shí)擴(kuò)散的源頭，韓國和新加坡對臺(tái)灣專利的引用頻率比對美國專利的引用頻率更高，臺(tái)灣對韓國專利的引用高于對日本和美國專利的引用，中國和馬來西亞對臺(tái)灣和韓國專利的引用高于對日本和美國專利的引用。
Igami等對納米技術(shù)歐洲專利的引用演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，不同納米技術(shù)子領(lǐng)域之間的知識(shí)流現(xiàn)象比較少，每個(gè)子領(lǐng)域的發(fā)展似乎更多地依賴本領(lǐng)域自身的推動(dòng)。
1.6功能與作用辨析
盡管上述專利引用分析方法在一定程度上能反映
出專利文獻(xiàn)、專利權(quán)人或發(fā)明人的技術(shù)影響力、研發(fā)競爭行為等特征，但如果要借助這些信息直接對機(jī)構(gòu)的技術(shù)影響力進(jìn)行判斷，還需慎重。首先，盡管一些研究結(jié)果證明專利引用可以用于表征知識(shí)流，但也有針對專利引用分析作為專利分析指標(biāo)的批評(píng)。其次，Alcacer和Gittelman強(qiáng)調(diào)，美國專利商標(biāo)局和歐洲專利局的審查員在審查發(fā)明專利申請時(shí)的方法完全不同，從而對每件專利的相對引文數(shù)量產(chǎn)生了強(qiáng)烈的影響。而且，美國專利商標(biāo)局與歐洲專利局所依據(jù)的不同法律也影響了專利引文的數(shù)量。Michel和Bettels指出，美國專利商標(biāo)局的引用數(shù)量是歐洲專利局的3倍。最后，研究人員還發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人更傾向于引用地理位置相對接近的發(fā)明人的專利，這也會(huì)影響到引用數(shù)據(jù)的變化。
2專利合作網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展
2.1專利權(quán)人合作網(wǎng)絡(luò)
度數(shù)相關(guān)性(degree correlation)是研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效_[具之一，lnoue等對日本專利權(quán)人的合作網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn).專利權(quán)人合作網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)度數(shù)之間呈現(xiàn)零相關(guān)；此外，節(jié)點(diǎn)度數(shù)分布滿足冪律分布特征，節(jié)點(diǎn)簇系數(shù)之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。
在研究網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)度數(shù)分布特征時(shí)，通常情況下，研究人員采用最小二乘法用于擬合和估算冪律分布的斜率，該方法有兩個(gè)致命的瑕疵：①人們無法確定節(jié)點(diǎn)度數(shù)分布是否真正滿足冪律分布；②無法確定哪部分分布符合冪律分布特征。為此，Clauset等提出了一種將最大似然法和基于K-s檢驗(yàn)的適合度測試方法整合在一起的方法，首次解決了上述兩個(gè)難題。
專利權(quán)人合作網(wǎng)絡(luò)具有無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的特征，在研究無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的增長模型時(shí)，Barab6si和Albert在1999年提出的偏好依附模型(preferential attachmentmodel)最為常用，新節(jié)點(diǎn)選擇現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接的概率是n(k(mi)=k/∑=(mi)k(mi)，其中k(mi)，是節(jié)點(diǎn)的度數(shù)。基于此模型得到的節(jié)點(diǎn)分布函數(shù)滿足p(k)。ck(h3)。然而，該增長模型并未考慮連接的距離因素，為此，Inoue等在2010年又采用對偏好依附模型的改良增長模型(gTowlh model)對日本專利權(quán)人合作網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)行r研究。他們采用的算法是：從一個(gè)擁有m(mn)個(gè)節(jié)點(diǎn)的完整網(wǎng)絡(luò)出發(fā)不斷增JJIJ節(jié)點(diǎn)，增加m個(gè)連接，連接增加的概率公式為tl(k(mi)，d(mij))。ck(mj)/d(mij)，其中i代表新增節(jié)點(diǎn)，j代表已有節(jié)點(diǎn)，k(mi)是節(jié)點(diǎn)j的度數(shù)，d(mij)是節(jié)點(diǎn)i和j之問的地理距離，a和σ是常數(shù)。
2.2發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展
發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的研究包括發(fā)明人在合作網(wǎng)絡(luò)中所處的位置研究、發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的小世界現(xiàn)象與創(chuàng)新的關(guān)系研究等。主要的研究方向包括以下幾個(gè)方面：
?發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的小世界現(xiàn)象。Fleming等采用多維分析方法研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人之間合作網(wǎng)絡(luò)的小世界現(xiàn)象促進(jìn)了科技創(chuàng)新。Chen等通過對1975-2006年16個(gè)國家的美國專利研究發(fā)現(xiàn)，主成分的規(guī)模越大將明顯增強(qiáng)國家的創(chuàng)新生產(chǎn)力，發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的小世界現(xiàn)象有助于國家創(chuàng)新，但這種正而作用儀限于一定范圍內(nèi)，超過這個(gè)范圍則起到反作用.此時(shí)路徑長度與創(chuàng)新產(chǎn)出能力成反比。
?發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的地理空間分布差異性及關(guān)系研究。Wilhelmsson發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的空間分布具有非均一性，其空間分布受就業(yè)密度和產(chǎn)業(yè)多樣性影響，在人口密集、產(chǎn)業(yè)多樣性豐富的區(qū)域更易形成發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)。然而，市場規(guī)模卻對發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)有負(fù)面影響，在大都市地區(qū)發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)相對減弱，人口稠密區(qū)的研發(fā)人員不僅傾向于更多的合作，而且還會(huì)和空間距離更遠(yuǎn)的合作者進(jìn)行合作。
?有關(guān)發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的研究被用于分析不同簇的拓?fù)鋵W(xué)特征。例如，He等對美國新澤西州和田納西州電信企業(yè)的發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)情況的研究發(fā)現(xiàn)，地理區(qū)間簇的拓?fù)鋵W(xué)特征直接決定了發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的特征；同時(shí)，發(fā)叫人合作網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征也會(huì)隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)條件的改變而變化。Lobo等采用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法對1977-2002年之間美國不同城市發(fā)明人之間的跨地區(qū)合作以及城市內(nèi)發(fā)明人凝聚現(xiàn)象進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，城市內(nèi)發(fā)明人的凝聚現(xiàn)象對專利產(chǎn)出的貢獻(xiàn)要明顯強(qiáng)于發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，孤立發(fā)明人的凝聚對專利產(chǎn)出有正面促進(jìn)作用，而合作網(wǎng)絡(luò)的密度對專利產(chǎn)出起負(fù)面作用。
?在發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)分析中，更多的關(guān)注點(diǎn)集中在針對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度數(shù)的研究上。特別是中心節(jié)點(diǎn)對知識(shí)傳播所起到的關(guān)鍵作用，如中心節(jié)點(diǎn)對新的弱連接產(chǎn)生的影響等；反過來也可以通過發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)中心節(jié)點(diǎn)，包括度數(shù)中心節(jié)點(diǎn)、鄰接中心性節(jié)點(diǎn)和中間中心性節(jié)點(diǎn)，位于中心節(jié)點(diǎn)位置的發(fā)明人多數(shù)都是優(yōu)秀的工程師，他們位于內(nèi)部交流網(wǎng)絡(luò)的核心位置。例如，有研究發(fā)現(xiàn)，位于不同發(fā)明人團(tuán)隊(duì)之間或研發(fā)部門之間的中間發(fā)明人具有更高的々利產(chǎn)出數(shù)及被引頻次。說明處于不同研發(fā)背景團(tuán)隊(duì)之間中介地位的發(fā)明人受益于團(tuán)隊(duì)問信息流所帶米的益處，對其專利產(chǎn)出的數(shù)量和質(zhì)量產(chǎn)生正面影響。同時(shí)發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的中心性節(jié)點(diǎn)也具有更高的被引頻次特征。Breschi等通過對科學(xué)家與發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的分析，也發(fā)現(xiàn)了那些鏈接科學(xué)家合作網(wǎng)絡(luò)與發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)簇的橋點(diǎn)在科技創(chuàng)新中的重要作用。
?基于發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)分析是當(dāng)前訂的研究熱點(diǎn)之一。Fleming等以美國1975-2002年的發(fā)明專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究了硅谷和波士頓地區(qū)發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)情況，發(fā)現(xiàn)硅谷發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)在1989年出現(xiàn)了急劇的聚集現(xiàn)象，而在波士頓地區(qū)的聚集現(xiàn)象則晚于硅谷，且聚集程度不如硅谷劇烈。通過與合作網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵發(fā)明人進(jìn)行面談，發(fā)現(xiàn)硅谷新建公司間的持續(xù)人員流動(dòng)促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的快速聚集現(xiàn)象。該項(xiàng)研究采用逆向時(shí)間序列方法，采取敲除每件專利來觀察成分的分裂指數(shù)(D)，進(jìn)而分析發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中起到?jīng)Q定性作用的專利。
2.3檢測合作網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型
Betteneourt等在對8個(gè)科學(xué)領(lǐng)域從產(chǎn)生到成熟的作者合作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行演進(jìn)分析時(shí)，引入了尺度指數(shù)(scaling exponent)的概念(edges=A(nodes)，其中為尺度指數(shù))，用于評(píng)估合作網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型。雖然專利網(wǎng)絡(luò)與絡(luò)存在不同的特征，但將尺度指數(shù)引入專利合作網(wǎng)絡(luò)的研究仍具有實(shí)際意義，Chen等在對中國科學(xué)院院屬研究所的專利合作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行演進(jìn)分析時(shí)，引入了尺度指數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，與上述Bettencourt等分析的8個(gè)科學(xué)領(lǐng)域不同，中國科學(xué)院院屬研究所的
專利合作演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)擁有更大的a值。
3專利主題網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展
專利文獻(xiàn)的分類體系，如國際專利分類號(hào)(IPc)、美國專利分類號(hào)(USPC)、德溫特專利分類號(hào)(DPC)等是分析專利技術(shù)主題的主要切人點(diǎn)。
3.1專利主題詞網(wǎng)絡(luò)
Yoon等利用專利主題詞向量的歐幾里得距離計(jì)算專利文獻(xiàn)之間的距離，建立專利間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用以下量化技術(shù)進(jìn)行主題網(wǎng)絡(luò)分析：
?技術(shù)中心度指數(shù)(technology centrality index，TCI)，用于發(fā)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或簇水平的相對重要專利。TCI，=c(mi)/(n-1)，(c(mi)=∑r，r指專利i的連接數(shù)，n指專利數(shù)目)。某專利的TCI值越高，說明該專利對其他專利的影響越大。
?技術(shù)周期指數(shù)(technology cycle time index，TCT)，用于測定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展趨勢。TCT。：Median((mj)){IT(mi)-T(mj)l，(T(mi)和T(mj)分別指專利i和j的申請日期)，TCT即兩件相關(guān)專利i和j申請時(shí)間差的中位數(shù)。
?密度指數(shù)(density index，DI)，用于對不同的簇進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)每個(gè)簇的網(wǎng)絡(luò)連接特征。DI=T/[n。(n(mc)-1)]，(T(mc)和n(mc)分別代表簇中連接和節(jié)點(diǎn)的數(shù)量)，DI測量的是每個(gè)簇的內(nèi)部連接性。簇的DI值越高，說明擁有越多的連接技術(shù)包，反之亦然。
Chang等利用該算法研究了碳納米管場發(fā)射顯示器(CNT-FED)領(lǐng)域的專利聚類和發(fā)現(xiàn)核心專利。
3.2主題相似度網(wǎng)絡(luò)
通過基于專利分類號(hào)的分布，可以計(jì)算不同經(jīng)濟(jì)體、不同地區(qū)和不同專利權(quán)人的技術(shù)相似度。例如，Hu等采用非向心相關(guān)性(un.centered correlation)來研究東亞不同國家之間基于美國專利分類號(hào)的相關(guān)性。
此外，Dou等基于歐洲禽流感專利，研究了各種相關(guān)lPC小類之間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。楊璧嘉等則基于IPC計(jì)算出專利之間的Pearson相關(guān)系數(shù)，再利用Paiek進(jìn)行社會(huì)網(wǎng)絡(luò)可視化，結(jié)果用于技術(shù)路線圖研究。
4社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析在專利分析中應(yīng)用前景展望
將社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法應(yīng)用于專利分析中具有重要意義，根據(jù)本文的綜述，筆者試提出未來專利社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的研究重點(diǎn)，供討論：
?用于鑒別關(guān)鍵發(fā)明人或?qū)＠麢?quán)人、發(fā)掘競爭對手。通過專利合作、技術(shù)主題關(guān)聯(lián)和引用網(wǎng)絡(luò)分析，可以發(fā)現(xiàn)處于網(wǎng)絡(luò)重要位置的專利權(quán)人或發(fā)明人，這些重要的節(jié)點(diǎn)可以是中心(度數(shù)中心或中間性中心)節(jié)點(diǎn)，也可以是橋點(diǎn)。此外，高被引專利可以用來評(píng)價(jià)專利叢林，引文網(wǎng)絡(luò)中關(guān)系近的節(jié)點(diǎn)說明其技術(shù)相關(guān)，若在引文網(wǎng)絡(luò)中相連的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在合作網(wǎng)絡(luò)中沒有合作，說明二者存在高度競爭關(guān)系，若有合作則說明二者在聯(lián)合研發(fā)新技術(shù)。
?專利社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析在企業(yè)創(chuàng)新與管理研究中得到越來越多的關(guān)注，包括企業(yè)之間的競爭合作以及企業(yè)內(nèi)部發(fā)明人之間的合作網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對創(chuàng)新的影響等。例如Paruchuri等發(fā)現(xiàn)，公司內(nèi)部發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)明人結(jié)構(gòu)中心性與其對公司創(chuàng)新性的作用呈現(xiàn)倒“u”型關(guān)聯(lián)關(guān)系，這種關(guān)系同時(shí)又受到公司所處的合作網(wǎng)絡(luò)的中心性及結(jié)構(gòu)洞的負(fù)調(diào)節(jié)。此外，su等采用專利家族的優(yōu)先權(quán)專利網(wǎng)絡(luò)對公司的專利組合(patent portfolio)進(jìn)行了分析，服務(wù)于企業(yè)技術(shù)保護(hù)與實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)。
?基于論文和專利之間的引用關(guān)系探討科學(xué)向技術(shù)的轉(zhuǎn)移仍將是一大研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有研究大多數(shù)尚停留在計(jì)量和統(tǒng)計(jì)水平，而缺少在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和演進(jìn)動(dòng)力學(xué)水平考察科學(xué)向技術(shù)的知識(shí)轉(zhuǎn)移的研究，這將是社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分忻在專利分析中的重要潛在應(yīng)用領(lǐng)域之一。
?更多的專利數(shù)據(jù)來源將作為專利社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的數(shù)據(jù)摹礎(chǔ)?，F(xiàn)有有關(guān)專利網(wǎng)絡(luò)分析工作大多數(shù)都足基于美國專利商標(biāo)局(USPTO)的專利數(shù)據(jù)開展的，基于歐洲專利、日本專利、中國專利以及德溫特專利的專利社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析工作還比較少，屬于待發(fā)掘領(lǐng)域。
?專利網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)及演進(jìn)分析將是今后發(fā)展的重點(diǎn)，特別是專利引用網(wǎng)絡(luò)以及專利權(quán)人合作網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)：及演進(jìn)分析將是今后的研究熱點(diǎn)之一。近期已經(jīng)發(fā)表的兒篇文章中也正體現(xiàn)了這種趨勢，包括Barber6等基于專利引用網(wǎng)絡(luò)對技術(shù)演進(jìn)(主路徑)進(jìn)行的研究；Lee等基于ICT領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)據(jù)開展的協(xié)同進(jìn)化研究；Kegler等對機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的分析等。技術(shù)演進(jìn)路徑識(shí)別的算法研究與應(yīng)用也將是專利演進(jìn)分析的一個(gè)熱點(diǎn)方向，如常見的搜尋路徑連接數(shù)目(sPLC)算法和搜尋路徑節(jié)點(diǎn)對數(shù)(SPNP)算法等，劉倩楠等利用SPNP(stochastic petri net package)算法對以太網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)路徑進(jìn)行了研究。
研究星風(fēng)
近年來，專業(yè)巡天望遠(yuǎn)鏡的誕生大大減少了在自家后院天文臺(tái)里的觀測者們在某些領(lǐng)域做出科學(xué)貢獻(xiàn)的機(jī)會(huì)，例如搜索小行星和彗星。但是現(xiàn)在，廉價(jià)、高分辨率、現(xiàn)成的商品攝譜儀可以填補(bǔ)這個(gè)空缺了。甚至在中小口徑望遠(yuǎn)鏡上安裝攝譜儀，就可以通過揭示一顆恒星的溫度、化學(xué)組成，或者通過揭示天體上原子激發(fā)和電離的物理?xiàng)l件，從而獲得有科學(xué)意義的結(jié)果。
使用加納利天體物理研究所的31英寸反射望遠(yuǎn)鏡，Eversberg和他的團(tuán)隊(duì)觀測了天鵝座中的三顆沃爾夫—拉葉星：WR 134、135和137。它們的光球?qū)颖桓呙芏葰怏w云包裹，這些氣體云以非?？斓乃俣冗\(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。目視觀測者不會(huì)發(fā)現(xiàn)這類恒星有什么異常，但氣體云可以在恒星光譜中產(chǎn)生明亮的發(fā)射線。通過研究這些譜線，天文學(xué)家們可以探索被遮掩的恒星表面與其強(qiáng)勁星風(fēng)之間的關(guān)系，同時(shí)檢測這些星風(fēng)的周期性和隨機(jī)的凝聚性。
Eversberg表示：“我們可以說就是光譜天文學(xué)中專業(yè)人員與業(yè)余人員合作的經(jīng)典范例。”他在位于波恩的德國空間局工作，卻組織了這項(xiàng)以志愿者為主體的光譜研究。他和Anthony Moffat（蒙特利爾大學(xué)，加拿大魁北克?。┮煌l(fā)起了這項(xiàng)活動(dòng)。2009年，他們有目的地組織了一批業(yè)余愛好者來到Tenerife島，對一顆溫度極高的雙星WR 140進(jìn)行近星點(diǎn)觀測，這顆雙星是星風(fēng)碰撞雙星中被研究得最充分的。他們得到了比2001年僅有專業(yè)近星點(diǎn)觀測時(shí)多5倍的光譜數(shù)據(jù)。有了這些業(yè)余愛好者的數(shù)據(jù)，專業(yè)天文學(xué)家深化了對于該系統(tǒng)的質(zhì)量、軌道周期和軌道傾角方面的認(rèn)識(shí)。
有了這些來自世界各地的參與者，Eversberg和Moffat組建了ConVento團(tuán)隊(duì)（ConVento在意大利語中意為“隨風(fēng)”），團(tuán)隊(duì)成員包括致力于星風(fēng)研究的業(yè)余愛好者和專業(yè)天文學(xué)家。ConVento成員主要使用他們自家的后院天文臺(tái)，但是在Tenerife島操作專業(yè)級(jí)別的望遠(yuǎn)鏡卻是這個(gè)活動(dòng)的亮點(diǎn)。Eversberg說：“2009年取得的成功，幫助我們?yōu)?013年的觀測活動(dòng)申請到了望遠(yuǎn)鏡時(shí)間。專業(yè)天文學(xué)家已經(jīng)知道了我們的存在，而且也知道我們能夠干什么?！?/p>
捕捉一次性事件
專業(yè)天文學(xué)家們可以使用絕大多數(shù)最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡和設(shè)備，它們都位于世界上最好的觀測臺(tái)址。但他們卻沒有業(yè)余愛好者所擁有大量觀測時(shí)間。長期的測量、巡天和監(jiān)視需要幾周甚至幾個(gè)月的望遠(yuǎn)鏡時(shí)間，而專業(yè)天文臺(tái)的觀測時(shí)間常常有許多人申請，很難為一支團(tuán)隊(duì)提供這么多時(shí)間。而一臺(tái)裝有制式攝譜儀的8英寸～20英寸（約合20.32厘米～50.8厘米）望遠(yuǎn)鏡也能夠很好地完成這些工作。即便在有光污染的城市，獲得亮星光譜也是有可能的。而且，即使某個(gè)晚上在你那里烏云密布，別處的伙伴也能充當(dāng)替補(bǔ)。
光譜觀測也因此成為了一項(xiàng)新興的、蓬勃發(fā)展的“公眾科學(xué)”，特別是在歐洲的業(yè)余愛好者群體中。目前盡管這種觀測正在發(fā)展，但參與人數(shù)仍然相對較少。Thierry Garrel說：“法國現(xiàn)在大約有30位認(rèn)真的觀測者，可能另有約100人對這個(gè)領(lǐng)域感興趣?！彼欠▏肮庾V觀測者組織”（ARAS）的成員，該組織是歐洲最活躍的業(yè)余天文學(xué)組織。
但是這些專注的觀測者中也很少有人完全傾心于這項(xiàng)工作。Eversberg說：“光譜觀測顯得有些枯燥乏味。你必須花費(fèi)無數(shù)個(gè)夜晚來獲取數(shù)據(jù)以供他人分析，而且更槽榚的是，這些數(shù)據(jù)并不是美麗的照片，而只是圖表和數(shù)字。”但你的回報(bào)并不僅僅是可以在科學(xué)論文中署名。正如Eversberg指出的那樣：“我們的工作不是拍攝無數(shù)張獵戶星云的照片，而是見證那些一次性發(fā)生的事件。”
讓我們看一看長周期食雙星。在這種系統(tǒng)中，兩顆恒星周期性地互相掩食，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾十個(gè)這樣的雙星系統(tǒng)，但只有幾個(gè)得到了較好的研究。它們的長軌道周期使其成為業(yè)余愛好者的最佳觀測對象。已知最好的一個(gè)食雙星就是御夫座ε，它于2009年～2011年之間通過距離極小點(diǎn)，并且此時(shí)有一個(gè)暗氣體塵埃云在主星前方越過。上次掩食發(fā)生在27年前，當(dāng)時(shí)業(yè)余愛好者還沒有攝譜儀。據(jù)英國的業(yè)余光譜學(xué)家Robin Leadbeater報(bào)告，有超過800條業(yè)余愛好者拍攝的光譜并已被納入專業(yè)數(shù)據(jù)庫，正在幫助天文學(xué)家們研究奇怪的蝕云。通過觀測770納米的鉀吸收線，Leadbeater在這團(tuán)蝕云使恒星變暗前幾個(gè)月，以及真正的交食結(jié)束之后很久，都看到了這團(tuán)蝕云。
其它長周期食雙星還包括仙后座AZ和仙王座VV，其軌道周期分別是9.3年和20.3年。仙王座VV將會(huì)演化為一個(gè)變雙星，它由一顆老年超巨星和一顆熾熱的矮星組成，其光譜顯示出了很強(qiáng)的氫和鐵的發(fā)射線。這些譜線來自于這對恒星周圍延展的氣體包層，它們隨時(shí)間演化的方式，與星風(fēng)的模式和速度以及恒星特征參數(shù)和軌道參數(shù)有關(guān)。
由于剛剛推算出仙后座AZ將有一次交食，Cezary Galan（哥白尼大學(xué)，波蘭）建議業(yè)余愛好者們在2014年全年對其展開持續(xù)監(jiān)測。Galan在他的網(wǎng)頁上寫道：“連續(xù)密集的測光觀測和光譜觀測是很必要的。對仙后座AZ的長時(shí)間尺度變化進(jìn)行監(jiān)測需要大量觀測者的參與，以降低天氣的影響，同時(shí)保證對交食過程中最重要階段的觀測成功?！苯刂?013年6月初，業(yè)余愛好者提交了總共250個(gè)光譜中的2/3。Galan說：“業(yè)余觀測者對這個(gè)活動(dòng)的興趣之大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了我的預(yù)期?！?/p>
與此同時(shí)，Darryl Sergison（?？巳卮髮W(xué)，英國）請求業(yè)余愛好者對低質(zhì)量金牛座T型星進(jìn)行光譜監(jiān)測，以幫助天文學(xué)家更清晰地了解年輕類日恒星的周圍環(huán)境，并查明它們的各式各樣的盤、生長過程和外向流結(jié)構(gòu)的特征。這項(xiàng)研究在今年秋天將會(huì)達(dá)到，但是對其中三個(gè)目標(biāo)的監(jiān)測從去年年底就已經(jīng)開始了。
長期項(xiàng)目的最佳范例是國際Be型恒星觀測活動(dòng)，它已經(jīng)運(yùn)行了超過10年。大約20%的B型星（此類恒星占肉眼可見恒星的20%）會(huì)顯示出氫發(fā)射線，有時(shí)還有氦和鐵的發(fā)射線，它們還會(huì)以數(shù)小時(shí)到數(shù)十年不等的時(shí)間尺度變化。天文學(xué)家們認(rèn)為，這些發(fā)射線是由恒星快速旋轉(zhuǎn)時(shí)拋出的氣體外殼或盤造成的，它們在赤道處的離心力足以克服自身引力。但是光譜的變化卻讓人難以理解。因此，業(yè)余愛好者拍攝的光譜資料就至關(guān)重要了。天文學(xué)家們總共已經(jīng)收集了約600顆Be型星的超過72000條光譜，其中有29000條（40%）僅僅出自于49位業(yè)余愛好者之手。這些數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在Be型恒星光譜數(shù)據(jù)庫中，由業(yè)余愛好者和專業(yè)天文學(xué)家共同維護(hù)，天文學(xué)家們在20多篇論文中使用了這些數(shù)據(jù)。
成為業(yè)余光譜學(xué)家
還有其它許多有趣的目標(biāo)可供業(yè)余愛好者選擇，從新星、超新星到小行星和彗星。這些都可以得益于現(xiàn)在出現(xiàn)的廉價(jià)、現(xiàn)成的商品攝譜儀。而僅僅10年前，業(yè)余愛好者還沒有高分辨率光譜觀測所必需的儀器，除非他們自己制作。
業(yè)余愛好者希望獲得簡單而強(qiáng)大的儀器，以進(jìn)行有科學(xué)意義的研究。受此激勵(lì)，法國業(yè)余愛好者Fran？ois Cochard、Olivier Thizy、Christian Buil和Yvon Rieugné專門為業(yè)余愛好者設(shè)計(jì)了一種商業(yè)級(jí)高分辨率攝譜儀，后來發(fā)展為Lhires品牌?，F(xiàn)在，他們的Shelyak儀器公司可以提供各種價(jià)位、覆蓋所有分辨率的攝譜儀。歐洲南方天文臺(tái)的工程師Jesús Rodríguez、Carlos Guirao和Gerardo ávila，以及德國馬普地外物理研究所的專業(yè)天文學(xué)家Vadim Burwitz是歐洲的另一個(gè)攝譜儀來源。他們的“光譜發(fā)燒友俱樂部”與德國的Baader Planetarium公司合作，向業(yè)余愛好者提供攝譜儀。
但是硬件只是故事的一部分。怎樣才能知道，你是否有業(yè)余光譜學(xué)家所必備的技能呢？Eversberg說：“這種技能需要學(xué)習(xí)?！币虼烁鞣N互聯(lián)網(wǎng)交流平臺(tái)是極其重要的，例如ARAS主持的網(wǎng)上論壇和新聞組，以及德國的Spektroskopie論壇等。在這些平臺(tái)上，光譜愛好者們可以交流觀測技術(shù)和設(shè)備的相關(guān)知識(shí)，策劃新的觀測活動(dòng)，以及討論觀測結(jié)果。大多數(shù)討論都是用英語進(jìn)行的，以便更多的人可以參與。
1文獻(xiàn)回顧與分析框架
1.1基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)概念的界定基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)有其一系列獨(dú)特的發(fā)展規(guī)律。如科學(xué)在該類產(chǎn)業(yè)發(fā)展中始終起著關(guān)鍵作用，是每一次產(chǎn)業(yè)根本性進(jìn)步的發(fā)端；經(jīng)歷長期的基礎(chǔ)科學(xué)研究的積淀，往往出現(xiàn)科學(xué)上的根本性突破，引發(fā)爆炸性的科研浪潮，形成平臺(tái)，支撐科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展；當(dāng)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)形成及核心產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定性后，技術(shù)往往與其他產(chǎn)業(yè)技術(shù)融合或向多個(gè)產(chǎn)業(yè)擴(kuò)散。上述基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)進(jìn)步現(xiàn)象用現(xiàn)有的六代創(chuàng)新模型都難以解釋。由于這六代模型形成時(shí)的商業(yè)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)環(huán)境與現(xiàn)代有很大差異，導(dǎo)致其并沒有洞察這種新發(fā)展范式的特點(diǎn)。通過對六代創(chuàng)新模型的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，后三代創(chuàng)新模型側(cè)重于關(guān)注創(chuàng)新的組織模式，前三代模型更多地關(guān)注創(chuàng)新的原始動(dòng)力。然而由于20世紀(jì)50年代到80年代的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，學(xué)者們并沒有關(guān)注科學(xué)作為一種重要的創(chuàng)新原始動(dòng)力對創(chuàng)新的獨(dú)特影響（如表1所示）。自20世紀(jì)70年代起，學(xué)者們開始專注這類基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)。Gibbons和Johnston首次提出了“基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)”這個(gè)概念，認(rèn)為有一類產(chǎn)業(yè)，相對于其他產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)創(chuàng)新明顯更加依賴于科學(xué)進(jìn)步。Nelson和Winter在其《經(jīng)濟(jì)演化理論》一書中對不同產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行了實(shí)證研究，提出了兩類技術(shù)體制，即“基于科學(xué)的技術(shù)體制”和“積累性的技術(shù)體制”。他們認(rèn)為在前者產(chǎn)業(yè)中，技術(shù)創(chuàng)新的原始動(dòng)力是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的外生變量，如大學(xué)基礎(chǔ)科研的突破；而后者產(chǎn)業(yè)中，技術(shù)創(chuàng)新更多地依靠產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的技術(shù)積累。其他學(xué)者們也發(fā)現(xiàn)了這類產(chǎn)業(yè)的特性，并對其進(jìn)行了研究。在總結(jié)上述學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，本文將產(chǎn)業(yè)分為兩類：基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)：產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)烈地依賴于科學(xué)研究，產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)進(jìn)步普遍地、一貫地、強(qiáng)烈地依賴于科學(xué)新發(fā)現(xiàn)。典型產(chǎn)業(yè)如生物化學(xué)、制藥業(yè)、有機(jī)化學(xué)、化妝品業(yè)等?；诩夹g(shù)的產(chǎn)業(yè)：產(chǎn)業(yè)發(fā)展對科學(xué)研究依賴性弱，該產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步主要表現(xiàn)為技術(shù)自身的演化，也就是由已有技術(shù)的突破、改進(jìn)、組合、調(diào)整、變形而形成的新技術(shù)。典型產(chǎn)業(yè)如水利工程、道路橋梁建設(shè)、家具業(yè)、印刷業(yè)等。前人對上述兩類產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行了描述，在此基礎(chǔ)上分別將基于科學(xué)和基于技術(shù)的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)總結(jié)如下。基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)：（1）創(chuàng)新顯著地來源于科學(xué)研究成果。（2）創(chuàng)新源往往來自企業(yè)外部，多為公共研究部門。大學(xué)和研究所參與創(chuàng)新的程度很高，產(chǎn)學(xué)研是最典型的創(chuàng)新模式。產(chǎn)品和工藝等創(chuàng)新的本質(zhì)是將科學(xué)新發(fā)現(xiàn)商業(yè)化。（3）企業(yè)與公共研究部門保持密切聯(lián)系來獲得外部知識(shí)成為創(chuàng)新成功的關(guān)鍵要素。（4）產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)會(huì)豐富，科學(xué)上的進(jìn)步創(chuàng)造了一系列的潛在產(chǎn)品。（5）R&D投入強(qiáng)度很高。（6）在這類產(chǎn)業(yè)—科學(xué)關(guān)聯(lián)中，往往是產(chǎn)業(yè)與其所基于的科學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域發(fā)展都不成熟。例如生物醫(yī)藥業(yè)，該產(chǎn)業(yè)處于成長期，所基于的科學(xué)領(lǐng)域——生命科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)也處于快速發(fā)展時(shí)期，不斷有新的研究發(fā)現(xiàn)[11]?；诩夹g(shù)的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)：（1）創(chuàng)新是技術(shù)本身的發(fā)展或工程活動(dòng)的結(jié)果。（2）企業(yè)創(chuàng)新能力主要來源于組織內(nèi)部積累性的學(xué)習(xí)過程。（3）創(chuàng)新成功的關(guān)鍵要素在于本企業(yè)的技術(shù)投入、技術(shù)積累以及對各種技術(shù)知識(shí)和能力要素的整合。（4）技術(shù)創(chuàng)新機(jī)會(huì)的增長相對穩(wěn)定。（5）R&D投入強(qiáng)度相對較低。（6）在這類產(chǎn)業(yè)—科學(xué)關(guān)聯(lián)中，往往是產(chǎn)業(yè)處于成長期或成熟期，而相關(guān)的科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展比較成熟。如公路、鐵路橋梁工程、船舶制造、機(jī)床制造等工程領(lǐng)域，對應(yīng)的機(jī)械原理、工程學(xué)等相對成熟、穩(wěn)定，在較長的時(shí)間內(nèi)沒有突破性的新發(fā)展。
1.2基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的分析框架經(jīng)典的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式分析一般重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)和市場（或產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)）兩個(gè)維度的演化問題。技術(shù)維度的分析主要涉及Dosi的技術(shù)范式和技術(shù)軌道理論，Christensen、Kim等人提出了技術(shù)成長曲線理論以及Galvin、Probert總結(jié)的技術(shù)路線圖工具。市場、產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)層面主要涉及Vernon的產(chǎn)品生命周期理論、Abernathy和Utterback的A-U模型以及Gort和klepper的產(chǎn)業(yè)生命周期理論。由于本文的研究對象——基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)其發(fā)展強(qiáng)烈地依賴于科學(xué)研究，產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)進(jìn)步普遍地、一貫地、強(qiáng)烈地依賴于科學(xué)新發(fā)現(xiàn)，本文將科學(xué)作為一個(gè)維度來分析該類產(chǎn)業(yè)發(fā)展與科研的關(guān)系。同時(shí)，通過初步的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)存在普遍的產(chǎn)業(yè)融合現(xiàn)象，為了研究產(chǎn)業(yè)融合問題，本文將相關(guān)產(chǎn)業(yè)設(shè)為一個(gè)與科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)平行的維度進(jìn)行分析。
1.2.1分析的維度科學(xué)：重點(diǎn)關(guān)注重大的科研事件，剖析科研事件之間的聯(lián)系，如核心科學(xué)突破與科學(xué)進(jìn)步之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)以及對技術(shù)發(fā)展的影響。技術(shù)：關(guān)注技術(shù)突破的典型事件，技術(shù)突破之間的關(guān)系，技術(shù)突破對科學(xué)的影響，以及技術(shù)突破對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，如技術(shù)興起對產(chǎn)業(yè)興起的影響，主導(dǎo)設(shè)計(jì)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響等。產(chǎn)業(yè)：關(guān)注早期市場需求的形成、早期產(chǎn)品的形成、何時(shí)開始產(chǎn)業(yè)化并出現(xiàn)專利、核心產(chǎn)品與衍生產(chǎn)品等典型產(chǎn)業(yè)發(fā)展事件。其他產(chǎn)業(yè)：關(guān)注相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)對所研究的產(chǎn)業(yè)的影響，分析產(chǎn)業(yè)融合問題。
1.2.2關(guān)注的指標(biāo)時(shí)間及順序：需要關(guān)注關(guān)鍵事件的發(fā)生時(shí)間及順序，例如技術(shù)、產(chǎn)業(yè)興起的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，科研積淀、核心科學(xué)突破、主導(dǎo)設(shè)計(jì)確立、產(chǎn)業(yè)融合發(fā)生的時(shí)間區(qū)間，以及發(fā)生的先后次序。通過時(shí)間順序初步推斷事件間的因果關(guān)系。維度間的關(guān)系：關(guān)注4個(gè)維度的相互關(guān)系。在基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)這個(gè)分析背景下，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)中，重點(diǎn)關(guān)注科學(xué)與技術(shù)之間是什么關(guān)系，技術(shù)如何影響產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)間的融合又產(chǎn)生什么影響等。
2基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展案例
2.1研究方法與數(shù)據(jù)來源考慮到“基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)”這個(gè)研究課題尚未形成成熟的理論體系，本文選取心電圖產(chǎn)業(yè)和石墨烯產(chǎn)業(yè)進(jìn)行探索性案例研究，通過歸納法進(jìn)行理論構(gòu)建。選取心電圖和石墨烯兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的原因在于這兩個(gè)產(chǎn)業(yè)是典型的基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)，心電圖的發(fā)明和石墨烯的成功制備分別獲得了1924年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)和2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都持續(xù)地高度依賴于科學(xué)研究。本文通過對心電圖和石墨烯兩個(gè)案例的研究，探討基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式。案例資料數(shù)據(jù)來源：（1）科學(xué)論文：主要涉及心電圖、石墨烯技術(shù)路徑方面的文獻(xiàn)。（2）圖書：關(guān)于心電圖、石墨發(fā)展史的圖書。（3）訪談：分別對北大醫(yī)學(xué)院心血管內(nèi)科、劍橋大學(xué)工程系石墨烯中心的研究人員進(jìn)行了訪談，收集了一手?jǐn)?shù)據(jù)。心電圖領(lǐng)域的訪談主要涉及心電圖科研成果、技術(shù)、產(chǎn)品的關(guān)系以及在臨床上的應(yīng)用等。劍橋大學(xué)工程系石墨烯中心在全球石墨烯研究處于領(lǐng)先地位，筆者對該中心的幾名研究人員進(jìn)行了訪談，主要涉及石墨烯基礎(chǔ)科研發(fā)展之間的關(guān)系以及石墨烯的應(yīng)用前景。
2.2心電圖產(chǎn)業(yè)案例概況本文梳理了心電圖領(lǐng)域科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)4個(gè)層面在發(fā)展歷史上的重大事件，厘清了各個(gè)事件之間的邏輯關(guān)系，總結(jié)為表2，并根據(jù)表2總結(jié)了心電圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑（見圖1）。心電圖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以分為早期基礎(chǔ)科研、心電圖興起和近現(xiàn)代心電圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展三個(gè)時(shí)期。第一時(shí)期（17世紀(jì)—18世紀(jì)）：電的利用，電對生物體組織的影響的觀察以及生物電的發(fā)現(xiàn)。17世紀(jì)初，物理學(xué)家Gilbert、Browne等發(fā)現(xiàn)了靜電的存在，在此之后，各種靜電計(jì)不斷被發(fā)明出來。在靜電計(jì)的幫助下，18世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉的一個(gè)世紀(jì)里，Bancroft、Walsh、Sowdon、Galvani、Kite、Nobili等學(xué)者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了生物電的存在，并通過解剖實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了生物電與肌肉、神經(jīng)和部分器官（特別是心臟）機(jī)能之間的聯(lián)系。第二時(shí)期（1800—1895）：為了檢測出心電，驗(yàn)電設(shè)備不斷改進(jìn)，機(jī)器靈敏度不斷提高。在19世紀(jì)一個(gè)世紀(jì)里，Oerste、Schweigger、Nobi-li、Thompson、Arsonval、Deprez等學(xué)者不斷推動(dòng)著驗(yàn)電設(shè)備的進(jìn)步。1858年Thompson發(fā)明了鏡式電流計(jì)。1872年Lippmann發(fā)明了毛細(xì)管電位計(jì)。由于驗(yàn)電設(shè)備越來越靈敏，新的心電現(xiàn)象得以觀察，很多猜想得到了驗(yàn)證。1850年，Hoffa證明了電流會(huì)導(dǎo)致心顫。1856年Koelliker和Muller利用電流表證明了每一次心跳都伴隨著電流變化。1875年Caton制成了第一份有明確記載的心電圖記錄。1885年Einthoven首次從體表記錄到心電波形。1887年Waller通過毛細(xì)管靜電計(jì)記錄下歷史上第一個(gè)人類的心電圖，證明了人類心臟跳動(dòng)伴隨著有規(guī)律的電流變化并提出“心電圖（electrocardiogram）”一詞。1890年Burch通過數(shù)學(xué)方法，將毛細(xì)管靜電計(jì)記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形。第三時(shí)期（1895至今）：第一個(gè)精確心電圖問世，心電圖逐漸產(chǎn)業(yè)化為一種醫(yī)療工具。1895年Einthoven利用改良后的靜電計(jì)和1890年Burch改良的數(shù)據(jù)—圖像算法，檢測到人類心電5種波形：P、Q、R、S和T，成為現(xiàn)代心電治療的基礎(chǔ)。1903年，Einthoven開始與劍橋科學(xué)儀器公司商討弧線電流計(jì)的商業(yè)化生產(chǎn)。1906年，通過心電圖儀（以弦線電流計(jì)為基礎(chǔ)）測度的正常和異常心電圖，Ein-thoven首次系統(tǒng)地論述了許多心電醫(yī)學(xué)現(xiàn)象如：左、右心房、心室肥厚時(shí)，U波，QRS波，室性早搏，室性二聯(lián)律，心房撲動(dòng)和完全性心臟傳導(dǎo)阻滯等。自此，有了心電圖儀和通過5種波形表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)正常心電圖，形成了現(xiàn)代心臟醫(yī)療和設(shè)備創(chuàng)新的基本邏輯：醫(yī)學(xué)家們逐步形成某類心臟疾病的心電圖確診標(biāo)準(zhǔn)—測度心電圖—與正常心電圖對比發(fā)現(xiàn)某類波形的異?！碾姼深A(yù)儀器—臨床治療。遵循這種基本邏輯，20世紀(jì)初至今，左、右心房、心室肥厚時(shí)，U波、QRS波、室性早搏、室性二聯(lián)律、房顫、心絞痛、梗死、心動(dòng)過速等越來越多的心臟疾病被發(fā)現(xiàn)并形成確診的心電圖標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，心電圖儀在一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里也越來越先進(jìn)，并與其他電路技術(shù)、無線技術(shù)結(jié)合，如1978年晶體管應(yīng)用于心電圖儀。另外，起搏器、除顫器等心電干預(yù)設(shè)備得以問世并不斷改良，越來越輕薄，并可植入人體。1924年，Einthoven因發(fā)現(xiàn)心電圖機(jī)制獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
2.3石墨烯產(chǎn)業(yè)案例概況與心電圖產(chǎn)業(yè)的分析類似，本文梳理了石墨烯領(lǐng)域科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)4個(gè)層面在發(fā)展歷史上的重大事件，厘清了各個(gè)事件之間的邏輯關(guān)系，總結(jié)為表3，并根據(jù)表3總結(jié)了石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑（見圖2）。與心電圖產(chǎn)業(yè)不同，石墨烯產(chǎn)業(yè)興起于2004年，發(fā)展時(shí)間短但產(chǎn)業(yè)化速度快，科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)3個(gè)層次間的時(shí)滯不如心電圖產(chǎn)業(yè)那樣明顯。另外，由于材料產(chǎn)業(yè)本身的特點(diǎn)，石墨烯產(chǎn)業(yè)與其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)十分密切。石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以分為早期基礎(chǔ)科研、實(shí)驗(yàn)室石墨烯制備、石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展3個(gè)時(shí)期。第一時(shí)期（1859—2004）：石墨結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的早期研究，及石墨薄片的分離方法探索。1859年，英國化學(xué)家Brodie發(fā)現(xiàn)了氧化石墨具有層狀結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)初，X射線晶體學(xué)創(chuàng)立以來，石墨薄片的研究開始興起，科學(xué)家們努力嘗試觀察并分離更薄的石墨薄片。另一方面，也有很多科學(xué)家認(rèn)為石墨烯是不可能在常溫下存在的。1918年，Kohlschütter和Haenni通過粉末衍射法發(fā)現(xiàn)了石墨氧化物薄片（graphiteoxidepaper）的性質(zhì)。1924年，通過單晶衍射法發(fā)現(xiàn)了石墨氧化物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。1934年，Peierls提出準(zhǔn)二維晶體材料由于其本身的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，在室溫環(huán)境下會(huì)迅速分解或拆解。關(guān)于石墨烯存在的可能性，科學(xué)界一直有爭論。1947年，Wallace率先開始研究石墨烯的性質(zhì)，這是對石墨三維電子性質(zhì)探索的開始。在這期間，Semenoff、DeVincenzo和Mele提出了無質(zhì)量狄拉克方程，提出狄拉克點(diǎn)導(dǎo)致量子霍爾效應(yīng)（石墨烯的特性之一是存在常溫量子霍爾效應(yīng)）。隨著電子級(jí)顯微技術(shù)的發(fā)展以及分離萃取技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們提取出的石墨薄片越來越薄。1948年，Ruess和Vogt發(fā)表了最早用透射電子顯微鏡拍攝的少層石墨（層數(shù)在3~10層之間的石墨）圖像。隨后，電子顯微鏡觀察到單層石墨。1966年，Mermin和Wagner提出Mermin-Wagner理論，證明不可能存在二維晶體材料。因此，作為二維晶體材料的石墨烯只是作為研究碳質(zhì)材料的理論模型，一直未受到廣泛關(guān)注。然而對石墨薄片的研究熱情依然沒有減退，20世紀(jì)70年代，對單層碳原子石墨平面材料的關(guān)注超過了其他材料，這期間對石墨的研究主要依靠透射電子顯微鏡。1990年，開始嘗試微機(jī)械分離法制作石墨薄片，但到2004年前，薄度一直在50~100層以上。2002年，出現(xiàn)最早的石墨薄片生產(chǎn)技術(shù)專利，叫做“納米級(jí)石墨薄片”。這是最早的石墨薄片大規(guī)模生產(chǎn)的專利。第二時(shí)期（2004—2005）：成功分離單層碳原子石墨層，即石墨烯。2004年，Geim和Novoselov首次成功從石墨中分離出了單層碳原子石墨層，即石墨烯。由于上述提取技術(shù)，石墨烯的光、電、熱傳導(dǎo)、機(jī)械、生物化學(xué)、化學(xué)傳感等一系列優(yōu)良性質(zhì)得以直接觀察。2005年，Kim和Zhang證實(shí)了石墨烯的準(zhǔn)粒子（quasiparti-cle）是無質(zhì)量迪拉克費(fèi)米子（diracfermion），引起一股研究石墨烯的熱潮。自此，眾多科學(xué)家投身于石墨烯的研究。第三時(shí)期（2005至今）：石墨烯的各種特性被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)成果激發(fā)了許多技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)業(yè)化迅猛發(fā)展。由于成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯的制備，大大促進(jìn)了科學(xué)研究的進(jìn)度，石墨烯在光、電、熱傳導(dǎo)、機(jī)械、生物化學(xué)、化學(xué)傳感等多方面的多種優(yōu)良特性在9年的時(shí)間里不斷被發(fā)現(xiàn)。如室溫量子霍爾效應(yīng)、室溫高載流子遷移率、高光電轉(zhuǎn)換效率、石墨烯薄片與單層氦鍵合形成絕緣的石墨烷、超高等效熱導(dǎo)率和超低界面熱阻等。同時(shí)，在9年的時(shí)間里，石墨烯的制備方法也有了改善，從最初的昂貴且產(chǎn)量小的機(jī)械剝離法到SiC熱解外延生長法、氧化石墨還原法以及目前最常用的化學(xué)沉降法，成本不斷降低，產(chǎn)量不斷提升?？茖W(xué)領(lǐng)域，石墨烯的各種優(yōu)良特性激發(fā)了一系列的技術(shù)創(chuàng)新，形成了石墨烯包裝材料、石墨烯單分子傳感器、石墨烯高頻電路、石墨烯鋰電池、石墨烯薄膜等。這些技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)了海水淡化、DNA測序、飛機(jī)材料、包裝材料、醫(yī)用傳感器、電子產(chǎn)品、光通訊系統(tǒng)、防彈衣等領(lǐng)域的發(fā)展。Geim和Novoselov因成功制備石墨烯獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
3對案例的討論——基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式
3.1基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)互動(dòng)三角形基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)遵循積淀—突破—爆炸式增長的發(fā)展模式。圖3描述了這種發(fā)展模式中科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)以及其他產(chǎn)業(yè)的互動(dòng)關(guān)系以及技術(shù)興起、產(chǎn)業(yè)興起、產(chǎn)業(yè)融合的現(xiàn)有順序和科學(xué)重大突破、核心產(chǎn)品主導(dǎo)設(shè)計(jì)幾個(gè)重要節(jié)點(diǎn)形成的時(shí)間區(qū)間。產(chǎn)業(yè)發(fā)展中這種互動(dòng)系統(tǒng)依次經(jīng)歷技術(shù)的興起、產(chǎn)業(yè)的興起和與其他產(chǎn)業(yè)的融合幾個(gè)階段，形成了一個(gè)科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)及其他產(chǎn)業(yè)的互動(dòng)三角形。在科學(xué)的重大突破之前，有一個(gè)較長時(shí)間的科研積淀。在這個(gè)時(shí)期，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)層面比較平靜。經(jīng)過長期的科研積淀，科學(xué)研究產(chǎn)生重大突破，形成科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展爆炸式的進(jìn)步，并形成一個(gè)發(fā)展的平臺(tái)，支持相關(guān)的創(chuàng)新?？茖W(xué)的重大突破后產(chǎn)業(yè)開始逐漸形成。產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一定的發(fā)展形成核心產(chǎn)品的主導(dǎo)設(shè)計(jì)。而與其他產(chǎn)業(yè)的融合往往出現(xiàn)在核心產(chǎn)品的主導(dǎo)設(shè)計(jì)形成以后。在這個(gè)發(fā)展過程中，科學(xué)研究往往是每一項(xiàng)新進(jìn)步的發(fā)端，是整個(gè)發(fā)展的原動(dòng)力。上述科學(xué)研究的重大突破，根本性地提升了科學(xué)研究進(jìn)步、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展速率，使得整個(gè)領(lǐng)域的圖景發(fā)生根本性變化。例如人類心電5種波形的發(fā)現(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)的確定就是心電圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)“爆炸點(diǎn)”。人類將電療應(yīng)用于臨床用了將近3個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，而早搏，二聯(lián)律，房顫，心絞痛，梗死，心動(dòng)過速等一系列心臟疾病的診斷和治療方法應(yīng)用于臨床一共經(jīng)歷了不到一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間。總的來看，在爆炸點(diǎn)之前該領(lǐng)域科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都相對平靜，而爆炸點(diǎn)之后，形成了三方面的變化：科學(xué)層面，基于人類心電標(biāo)準(zhǔn)波形和心電圖儀器的進(jìn)步，上述很多心臟疾病得以研究。技術(shù)層面，心電標(biāo)準(zhǔn)的形成大大促進(jìn)了心電圖儀的進(jìn)步，同時(shí)發(fā)端于對各種疾病的科學(xué)研究，對應(yīng)的起搏器、除顫器等設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。產(chǎn)業(yè)層面，各種儀器設(shè)備越來越便攜和便宜，產(chǎn)業(yè)化程度不斷提高。再如，石墨烯領(lǐng)域“爆炸點(diǎn)”以前的平靜和以后的活躍程度對比更加顯著。人類分離石墨烯的嘗試經(jīng)歷了150年的時(shí)間，而之后石墨烯迅猛發(fā)展并滲透到各個(gè)領(lǐng)域僅僅用了10年的時(shí)間。在“爆炸點(diǎn)”之后，科學(xué)層面，石墨烯各個(gè)方面的性質(zhì)研究速度增長迅速，新研究成果的公布需要按月衡量。這種速度的暴漲也是因?yàn)槭┑某晒Ψ蛛x吸引了眾多其他相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)工作者進(jìn)入該領(lǐng)域。技術(shù)層面，各類產(chǎn)品技術(shù)在10年的時(shí)間里迅速發(fā)展。產(chǎn)業(yè)層面，石墨烯向海水淡化、DNA測序、包裝運(yùn)輸、通訊、電子等產(chǎn)業(yè)的滲透蓄勢待發(fā)。圖3說明的科研核心角色、核心與衍生創(chuàng)新的關(guān)系、與其他產(chǎn)業(yè)的融合以及科學(xué)與技術(shù)的Z字形互動(dòng)關(guān)系將在下面中進(jìn)行論述。這種互動(dòng)三角形在心電圖產(chǎn)業(yè)中表現(xiàn)十分典型，但在石墨烯產(chǎn)業(yè)中表現(xiàn)不很明顯。主要是由于石墨烯產(chǎn)業(yè)興起僅僅十幾年的時(shí)間，整體的三角形互動(dòng)模式還未完全顯現(xiàn)。
3.2科研在基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的角色本文發(fā)現(xiàn)在基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，科學(xué)研究自始至終處于核心地位。這種科研在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的核心角色并不能被經(jīng)典產(chǎn)業(yè)演化理論所解釋。Ver-non將產(chǎn)品生命周期劃分為導(dǎo)入期、成熟期和標(biāo)準(zhǔn)化期3個(gè)階段。20世紀(jì)70年代，Abernathy和Utter-back提出了A-U模型，討論了產(chǎn)品創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新的關(guān)系，并將產(chǎn)品的創(chuàng)新過程分為流動(dòng)、過度和確定3個(gè)階段。Gort和Klepper提出了G-K模型，論述了產(chǎn)品的主導(dǎo)設(shè)計(jì)。他們按廠商數(shù)目對產(chǎn)品生命周期進(jìn)行劃分，提出引入、大量進(jìn)入、穩(wěn)定、大量退出（淘汰）和成熟等5個(gè)階段。Phaal提出了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科學(xué)—技術(shù)—應(yīng)用—市場（S-T-A-M）的轉(zhuǎn)化，認(rèn)為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的S曲線上，隨時(shí)間推移產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心遵循科學(xué)—技術(shù)—應(yīng)用—市場的轉(zhuǎn)化路徑。Christensen、Kim等人提出了技術(shù)成長曲線，認(rèn)為技術(shù)的發(fā)展遵循S型路徑成長。Dos（i1982）等學(xué)者提出了技術(shù)范式和技術(shù)軌道的概念。上述理論的一個(gè)共同特點(diǎn)是認(rèn)為在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期科學(xué)研究極其活躍，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨后科學(xué)研發(fā)頻率和規(guī)模下降，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心要素向技術(shù)因素、工藝因素和市場因素轉(zhuǎn)移。然而上述產(chǎn)業(yè)演化及創(chuàng)新理論都未能解釋本文發(fā)現(xiàn)的這一現(xiàn)象，即在某些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，科學(xué)自始至終處于核心和引領(lǐng)地位。例如心電圖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，科學(xué)研究一直是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原始動(dòng)力，是每一次進(jìn)步的發(fā)端。第一時(shí)期基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步階段，觀察電對生物體組織的影響以及發(fā)現(xiàn)生物電，特別是心電成為心電圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。正是這些基礎(chǔ)科學(xué)的積淀，逐漸催生了心電圖產(chǎn)業(yè)。這一階段科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)也推動(dòng)了技術(shù)層面各種驗(yàn)電設(shè)備的早期發(fā)展。第二時(shí)期心電圖產(chǎn)業(yè)開始形成的直接原因在于實(shí)驗(yàn)室首次成功繪制了人類心電圖。由于前一時(shí)期對生物電的長期科研積淀，人們對生物電有了充分的了解并認(rèn)可臨床的電療方法，實(shí)驗(yàn)室心電圖的成功發(fā)現(xiàn)使人們看到了它的臨床價(jià)值。因?yàn)橹皩π呐K的電療處于“誤打誤撞”碰運(yùn)氣的狀態(tài)，并沒有原理上的指導(dǎo)，電療使病情加重甚至使病人加速死亡的現(xiàn)象十分常見。心電圖的出現(xiàn)無疑成為了電療的“眼睛”，從此電療結(jié)束了誤打誤撞的發(fā)展階段。實(shí)驗(yàn)室心電圖的發(fā)現(xiàn)很快促成了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。到了第三時(shí)期，心電圖產(chǎn)業(yè)的幾乎所有發(fā)展都來源于Einthoven發(fā)現(xiàn)的人類心電的5種波形。這5種波形至今依然是心臟疾病診療的基礎(chǔ)。即自從人類心臟正常波形發(fā)現(xiàn)后，所有的產(chǎn)業(yè)發(fā)展都遵循這樣的模式。心臟異常臨床表現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)心電圖與標(biāo)準(zhǔn)心電圖的差異、研究干預(yù)原理和方法、干預(yù)儀器的發(fā)明及生產(chǎn)制造、二聯(lián)律、心肌梗塞、心絞痛等心臟疾病的診斷和治療都是以人類心電5種波形為基礎(chǔ)的。再如石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在最初的基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)步階段，發(fā)現(xiàn)石墨的層狀結(jié)構(gòu)、觀察并分離石墨薄片成為石墨烯成功提取的基礎(chǔ)。第二階段，實(shí)驗(yàn)室成功分離出單原子層石墨薄片，即石墨烯，成為該產(chǎn)業(yè)興起的直接原因。第三階段，由于之前對石墨烯的研究處于“猜想”階段，進(jìn)展緩慢。實(shí)驗(yàn)室中成功提取了石墨烯，使得它成為研究者能夠拿在手中的“實(shí)實(shí)在在”的研究對象，對石墨烯的研究發(fā)展速度迅速提升。對石墨烯光、電、熱、機(jī)械、化學(xué)傳感等一系列優(yōu)良性質(zhì)的研究都來源于實(shí)驗(yàn)室的石墨烯提取技術(shù)。在這一階段，產(chǎn)業(yè)開始形成，但精密光學(xué)儀器、石墨烯薄膜、包裝材料、納米器件、光感材料、電路器件等一系列石墨烯相關(guān)技術(shù)發(fā)展以及在醫(yī)療器械、光通訊、電子產(chǎn)品、武器、包裝等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展都基于科學(xué)層面實(shí)驗(yàn)室中對石墨烯各種性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和原理的研究。
3.3基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中的核心創(chuàng)新與衍生創(chuàng)新基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中，核心的科學(xué)突破形成核心產(chǎn)品，而一系列周邊的技術(shù)進(jìn)步會(huì)形成產(chǎn)品系列。例如，核心的心電驗(yàn)電技術(shù)和人類5種波形的標(biāo)準(zhǔn)確立形成了該產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)品心電圖儀，用于各種心臟疾病的診斷?；谙嗤男碾娀驹?，形成了心臟起搏器，通過脈沖發(fā)生器發(fā)放由電池提供能量的電脈沖，刺激心臟跳動(dòng)；形成了心臟除顫器，通過較強(qiáng)電脈沖恢復(fù)竇性心律，治療心律不齊；形成了可以24小時(shí)監(jiān)護(hù)的便攜心電圖儀等儀器。石墨烯產(chǎn)業(yè)也有類似的現(xiàn)象。由于科學(xué)上石墨烯分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)了石墨烯材料的制備。這個(gè)核心產(chǎn)品形成了用于海水淡化的石墨烯薄膜、用于DNA測序的石墨烯薄膜，形成了用于包裝、防彈衣、飛機(jī)材料等表面材料，形成了用于各種電路的電路材料等。
3.4基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)融合產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段可能產(chǎn)生產(chǎn)業(yè)融合。上述兩個(gè)產(chǎn)業(yè)在發(fā)展到一定階段都出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)融合。對于心電圖產(chǎn)業(yè)，當(dāng)科學(xué)領(lǐng)域形成標(biāo)準(zhǔn)、核心技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)層面出現(xiàn)主導(dǎo)設(shè)計(jì)之后，發(fā)生了3次與其他產(chǎn)業(yè)的融合，根本性地提高了心電圖儀的性能。第一次融合發(fā)生在20世紀(jì)30年代，電子管應(yīng)用于心電圖，取代了龐大易壞的弦線式電流計(jì)心電圖。第二次融合發(fā)生在20世紀(jì)50年代到80年代，晶體管取代了電子管，將靜態(tài)心電圖拓展為動(dòng)態(tài)心電圖，發(fā)展了三維向量心電圖，性能提高的同時(shí)，心電圖儀的體積大大減小了。第三次融合發(fā)生在20世紀(jì)80年代，大規(guī)模的專用集成電路和計(jì)算機(jī)芯片應(yīng)用于心電圖，同時(shí)CPU和軟件支持使得心電圖智能程度大大提高，實(shí)現(xiàn)了12導(dǎo)聯(lián)同步描計(jì)，能對心電波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、回放、編輯、打印和傳輸。另外，無線技術(shù)也應(yīng)用于心電圖儀，1999年心電圖實(shí)現(xiàn)了與無線技術(shù)結(jié)合，有助于組織專家會(huì)診。2005年，丹麥心臟病專家通過無線技術(shù)把心電圖數(shù)據(jù)從救護(hù)車傳送到醫(yī)生的電腦上，節(jié)省了搶救時(shí)間。而石墨烯作為材料領(lǐng)域的創(chuàng)新與其他產(chǎn)業(yè)的融合體現(xiàn)了材料領(lǐng)域的特性，能夠快速向多領(lǐng)域滲透。石墨烯本身也存在很多其他材料沒有的特別之處，在光、電、熱、化學(xué)傳感、生物、機(jī)械等幾個(gè)方面都有優(yōu)良特性，導(dǎo)致石墨烯材料在醫(yī)學(xué)儀器、過濾膜、包裝材料、電路、武器、光通訊、飛行材料、電池等很多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。
3.5科學(xué)與技術(shù)的“Z”字形互動(dòng)基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中，本文還發(fā)現(xiàn)了科學(xué)與技術(shù)的“Z”字形互動(dòng)關(guān)系。即科學(xué)研究明確原理促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展需要技術(shù)上的支持，形成了技術(shù)需求。技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步支持和推動(dòng)了科學(xué)的發(fā)展。例如在心電圖領(lǐng)域，各種驗(yàn)電設(shè)備的基本原理來源于對電的研究。同時(shí)，為觀測生物電，科學(xué)對技術(shù)的需求催生了無定向電流表的發(fā)明，使得生物電得以觀察。為了觀測心電，需要更精確的驗(yàn)電設(shè)備，產(chǎn)生了新的技術(shù)需求，推動(dòng)了毛細(xì)靜電計(jì)的發(fā)明，使得心電得以觀測。為了繪制心電圖，需要進(jìn)一步增加驗(yàn)電精度，于是發(fā)明了弧線電流計(jì)，成功繪制了心電圖。科學(xué)與技術(shù)遵循的上述關(guān)系，如果以時(shí)間作為橫軸，發(fā)現(xiàn)科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系箭頭形成了一系列的“Z”字。石墨烯產(chǎn)業(yè)也有類似的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)室首次成功分離石墨烯為石墨烯的制備提供了理論依據(jù)，但物理剝離法無法應(yīng)用于大規(guī)模制備。于是在技術(shù)層面出現(xiàn)了SiC熱解外延生長法、氧化石墨還原法及目前最常用的化學(xué)沉降法，為科學(xué)研究提供了更多的材料。
