納米制造研究領域的現狀與發展

沈湘　宋秀芳

〔摘 要〕納米制造在信息、材料、環境、能源、生物、醫學和國防安全等領域有重要的研究價值和廣闊的應用前景，是未來制造技術發展的重要方向。受控詞通過規范的語言表達了一個知識單元，通過受控詞索引檢索不僅能提高用戶查全率、查準率，還能使檢索更方便。本文利用Inspec數據庫特有的受控詞索引功能和分析功能，對1969-2014年期間納米制造研究領域的文獻數量、國家地區、作者、來源期刊和研究熱點進行了文獻計量分析，利用邏輯斯特曲線擬合、獲得文獻增長規律，并探討了當前國內外納米制造研究領域的現狀與發展趨勢。

〔關鍵詞〕納米制造；Inspec數據庫；受控詞索引；邏輯斯特曲線；布拉德福文獻分布經驗定律；影響因子；文獻計量分析

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.07.023

〔中圖分類號〕G250252 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕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、生物技術與信息技術三大科技是21世紀高技術競爭的制高點，而納米制造是支撐這三大科技走向應用的基礎，是實現納米結構、器件和系統批量化生產的基礎，是當前科技發展的前沿研究領域[1]。美國、日本、英國、法國和德國先后對納米技術給予了持續的資金資助，并把納米制造列為重要研究領域。在中國，國家自然科學基金委“十一五”重大研究計劃“納米制造的基礎研究”于2009年正式展開，在未來6～8年內擬資助15億用于納米制造及其相關領域的基礎研究。一個國家的制造技術高低是其綜合國力強弱的重要體現之一，納米制造在信息、材料、環境、能源、生物、醫學和國防安全等領域有重要的研究價值和廣闊的應用前景，是我國制造技術發展的重要方向。

Inspec數據庫[2-4]，全名是《物理學電技術計算及控制信息數據庫》（Information Service for the Physics，Electro-technology，Computer and Control，簡稱Inspec），是目前全球在物理和工程領域中最全面的二次文獻數據庫之一，數據來源于全世界80多個國家的3 850種科技期刊、2 000種會議錄以及大量的著作、報告和論文，提供涵蓋物理、電子和電子技術、計算機科學、控制工程和信息技術等專業領域的科學技術文獻檢索，是工程技術研究領域最受歡迎的文獻數據庫之一。

Inspec數據庫不僅以其廣而深的學科覆蓋廣受歡迎，還以其專業、多元化的主題索引機制而著稱[5]。Inspec數據庫除了提供基本索引方式（如：主題、標題、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，是用來表達或描述文章的主要概念的關鍵詞或詞組。在Inspec敘詞表里的受控詞，是以概念為基礎、經過規范化、具有組配性能、顯示詞間語義關系和動態性的詞和詞組，是描述文獻資料主題的一種標識符號[6]。一個受控詞通過規范的語言表達了一個知識單元，通過受控詞索引檢索能提高用戶查全率、查準率，省去制作檢索式的過程，使檢索更方便、快捷。

筆者發現，在Inspec數據庫主題索引的檢索字段——受控詞索引里有關于“納米制造”的受控詞nanofabrication。因此，筆者選擇Inspec數據庫，檢索式為：受控詞索引=nanofabrication，時間跨度=1969-2014年，共檢索出103 320篇相關文獻（截止至2015年1月21日）。

1 發文趨勢分析

發文的數量及增長速率能夠反映出本領域的研究水平和發展狀態。從圖1可以看出，Inspec數據庫收錄關于納米制造研究領域最早的一篇文獻發表于1991年，該文是中國科學院固態物理研究所的科研人員撰寫的《鈦和鋯納米晶體膜異常結構的研究》（Investigation on the anomalous structure of the nanocrystal Ti and Zr films），發表在國際光學工程學會學報（Proceedings of the SPIE-The International Society for Optical Engineering）上。從1991-2006年，納米制造研究領域的文獻量都比較少；從2007年開始文獻量迅速增加，在2008年更以直線增長的趨勢發展到2011年（線性相關系數為09998，如圖1插圖所示），2011年及以后兩年文獻量皆在2萬條以上（2014年的數據收錄不完全），文獻量達到一個階段性高潮。endprint

鑒于許多學科專業文獻增長的統計結果表現為典型的“S”型曲線，普賴斯、弗拉杜茨和納里莫夫等人在20世紀60年代提出了邏輯斯特曲線（Logistic curve）文獻增長規律[7]。邏輯斯特曲線的積分表達形式是：F（t）= K/（1+ae-bt）；其中，F（t）為文獻累計量，t為以年（或10年）為單位的時間變量，K、a、b皆為大于零的常數。

本文利用Origin 80軟件進行數據擬合，發現納米制造研究領域從1991-2013年的文獻量能很好地符合邏輯斯特曲線文獻增長規律（曲線相關常數為09965），如圖2所示。翟亞銳等[8]通過計算（lna/b，K/2）來得到曲線的拐點；筆者利用Origin得到該曲線的二階導數曲線后，再通過Origin的另一功能——數據閱讀器（data reader）直接得到F″（t）=0的點的坐標為（200946，0），如圖2插圖所示。拐點在2009-2010年之間，也就是說，在2009年以前，Inspec數據庫收錄的納米制造研究領域文獻量迅速增長，在2009年以后其增長速率減緩。

2 國家地區分析

對國家地區的文獻數量分析，可以了解該領域文獻的重點研究國家或地區情況。檢索出的文獻共分布在119個國家地區，其中文獻分布最多的前10個國家地區及文獻數量如圖3所示。從圖中可以看出，中國在納米制造研究領域發表的文獻數量以絕對的優勢排名第一，是排名第二的美國在該領域發表的文獻數量的305倍。因為Inspec數據庫不提供引文分析功能，所以本文無法對引用情況進行分析，從而進一步討論國家地區在此研究領域的影響力。

3 作者分析

作者在某一學科領域發表的文獻數量，在一定程度上反映了作者在這一領域的研究水平。對作者及文獻量進行分析，有利于了解全球范圍內納米制造研究領域的領軍人物。檢索出的文獻共涉及8萬多名作者，文獻量排名前十的作者情況如表1所示，作者發表文章9篇及以上的年代在本文中被界定為該作者研究活躍期。文獻量排名前十的作者以中國人為主，有7個，其余是1個馬來西亞人和2個印度人。作者從2009年或2010年開始研究變活躍；根據邏輯斯特曲線分析，文獻增長速率也是在2009-2010年之間最快。需要說明的是，依據Inspec數據庫，本文對英文名相同的作者進行合并統計，僅供參考。

4 來源期刊分析

通過統計納米制造研究領域文獻的來源期刊，可以了解該領域的核心期刊、對讀者優先閱讀哪些期刊提供建議，同時也可以為論文的投稿做準備。筆者對99 261篇期刊論文（占所有文獻量的957%），從布拉德福文獻分布經驗定律和期刊影響因子兩個角度，分析了納米制造研究領域的來源期刊。

41 布拉德福文獻分布經驗定律

根據1934年布拉德福提出的文獻分布經驗定律[9]：以論文為統計單元，某一學科領域的核心區與相繼各區（各區載文量大致相等）的期刊數量呈1∶n∶n2。若將納米制造研究領域的期刊分為3個區，根據布拉德福文獻分布定律可以簡單理解為刊載論文總數約占3333%的期刊是該學科的第一區，即核心期刊區。檢索到的文獻共分布在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域的核心期刊。雖然選擇的是期刊論文（Journal Paper）進行來源期刊分析，但是這17種期刊中的《Advanced Materials Research》和《AIP Conference Proceedings》卻是會議論文集。經筆者調查發現，這與Inspec數據庫的標引有關；Inspec數據庫把《Advanced Materials Research》的文獻類型標引為期刊論文（Journal Paper），把《AIP Conference Proceedings》的文獻類型同時標引為會議論文（Conference Paper）和期刊論文（Journal Paper）。所以，《Advanced Materials Research》和《AIP Conference Proceedings》這兩種會議論文集以論文期刊的形式出現在了分析結果中。

42 影響因子

影響因子從引文角度評價了期刊的重要性與影響力，由美國科學情報所（ISI）《SCI》創辦人加菲爾德（Eugene Garfield）提出，計算方法是：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表論文的次數與該刊前兩年所發表的全部論文數之比[10]。

從表2可以看出，根據布拉德福文獻分布經驗定律，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量水平和核心程度，納米制造研究領域在影響因子10以上的來源期刊及發文量情況如表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域的論文，以《Nature Communications》收錄的論文數最多，《Nature Physics》收錄的論文數最少。

筆者從表3中發現，自然科學領域一個著名的綜合性期刊《Journal of the American Chemical Society》（簡稱JACS，2013年影響因子為11444）的文獻量為0，覺得這樣的情況不太可能發生。經過調查發現，Inspec數據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。納米制造研究領域在1992年之前沒有在JACS期刊上發表文章；所以在Inspec數據庫中，該研究領域在JACS期刊上發表的文獻量才為0。endprint

5 研究熱點分析

對文獻的關鍵詞進行統計分析，可以了解研究熱點。現在有各種工具和軟件（如：Citespace、TDA）可以實現文獻題錄信息的挖掘及可視化，進行關鍵詞分析。但是，同一關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。常用的文獻題錄信息挖掘工具通常都無法實現對這些信息的自動歸并，解決“多詞一義”、和詞義含糊的問題。

Inspec數據庫的受控詞索引很好地解決了這些問題，因為Inspec中的受控詞是由具有學科專業背景的數據庫技術人員選擇的高度相關的詞或詞組。這些詞或詞組被選用在最恰當的水平，用來表達或描述文獻的主要概念（一篇文獻通常包含多個概念），詞或詞組的標點符號、拼寫和專有名詞都被高度規范化。

在Inspec數據庫里對納米制造研究領域的控制詞索引進行分析，共有3 789個控制詞，按控制詞在所有文獻中出現的頻次排列，排名前三十的控制詞統計情況如表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，這些表征方法關鍵詞說明在納米制造研究領域常用這些手段對納米顆粒、納米材料、納米器件進行結構、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體材料是以硅和Ⅱ-Ⅵ族半導體為主的寬禁帶半導體材料，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，納米制造研究領域對納米磁學也比較關注。

6 總 結

根據上述對Inspec數據庫中納米制造研究領域文獻的定量分析，可以看出，從2007年開始，經過近些年的迅速發展，目前國內外對于納米制造的應用基礎研究和應用研究已頗具規模，到達了一個階段性高峰。

納米制造作為現代先進制造科學技術，不同于傳統制造的理論和技術范疇，更多依靠于新的科學原理和理論基礎。揭示納米制造中原子遷移機制與納米尺度下物質結構的演變規律、實現納米尺度下結構和性能的精確測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，使納米制造從實驗室走向廣闊的產業應用，將是今后納米制造研究領域的發展趨勢。

參考文獻

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（本文責任編輯：馬 卓）endprint