納米材料規格標準：現狀、研制路徑及挑戰

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現狀

在工業經濟時代，標準的形成往往滯后于產品的生產[#；在當前的知識經濟時代，領先企業在產品進人大規模生產前，就試圖制定和控制產品的標準，實現利益最大化2。目前納米科技已進人產業化的關鍵階段，納米科技的國際競爭日益轉化為核心技術和產業應用的競爭，產業化應用提升空間大，競爭激烈，標準對產業鏈的支撐作用更加凸顯[3]。

在納米材料的典型生產鏈中，頂層為原材料供應商，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納米材料產品。中間層的制造商采購納米材料，生產復合材料、涂層、薄膜、懸浮液等中間產品。產品制造商使用中間材料制造終端產品，如：電子設備、交通工具、光學器件、醫療產品、食品添加劑、化妝品等。在生產鏈的每一層交易中，買賣雙方需就產品規格達成一致，而納米材料規格標準則可為每筆交易中的產品質量提供技術依據。具體的，納米材料規格標準可以定義下游用戶的需求，量化生產者的質量目標，建立上下游之間的判定準則，可用于保證和提高產品質量，提高生產和使用的經濟效益，建立質量信任，破解下游“不敢用、不好用”的難題，對加速新材料的驗證和推廣進程具有重要意義。納米材料乃至新材料產業應當對材料規格標準給予高度重視[4]

納米材料規格的標準化指對納米材料必須要達到的性能指標以及測定這些指標的測試方法進行規范，需要在各利益相關方之間達成一致，研制過程具有較大的挑戰。一旦形成共識，其技術內容可直接用于納米材料的貿易對接依據，可謂“一字千金”。國家的重視加上大量標準技術工作人員的參與和努力，使我國在納米技術材料規格起步較早，尤其是在國際標準的競爭中成為不可忽視的力量，活躍在多個技術委員會中并主導項目，同時逐漸吸引了國內企業參與，發展態勢良好。

目前針對特定應用領域的納米材料，已發布和在研的國際、國家、行業等標準超過50項，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、空氣過濾用納米材料、催化劑載體、導熱納米材料等，按材料的形式分為粉末、懸濁液、表面納米涂層等（見圖1）。

隨著納米材料的產業化進程，各國際和區域標準機構針對材料規格標準先后開展了相應材料規格標準的研制。2008年ISO/TC229專門成立了材料規格工作組（WG4）。截至2025年4月IS0/TC229/WG4有24個標準項目（包括預立項項目），其中15項已經發布，處于復審狀態的項目約占已發布標準項目的三分之一（見圖2）。值得一提的是，在25項材料規格ISO國際標準中，由我國主導的標準數量約占到四分之一，且多由我國企業牽頭不僅擴大了我國在國際納米標準框架組織中的影響，還有助于促進我國納米企業產品質量的提高，實現從產業鏈的中低端向高端的邁進。

除了ISO/TC229外，還有多個國際和國家機構已經或可能會涉及納米材料的規格標準。如：國際電工組織（IEC）設立的TC113已發布跟電子和儲能相關的材料規格約13項（見圖3）。其他相關的區域性標準組織和機構有歐洲標準化委員會納米技術委員會（CENTC352）、美國材料實驗協會（American Societyof TestingMaterials，ASTM）于2005年成立的納米技術委員會E56、經濟合作與發展組織人工納米材料工作組（OECD/WPMN）等。我國國家標準化管理委員會設立了全國納米技術委員會（SAC/TC279），截至目前該標委會發布了31項材料規格標準，主要通過采用國際標準的方式進行（見圖4）。2016年以來我國鼓勵研制團體標準以來，涌現了大量團體標準，其中材料規格標準占了團體標準中的很大比重。

2 納米材料規格標準的研制路徑

根據ISO/TC229/WG4多年的實踐，評估一個材料規格標準提案是否適合立項，通常會重點關注以下幾個方面：（1）對涉及材料的市場調研，例如，全球市場規模以及主要制造商，以明確該納米材料的產業應用階段。這是為了選擇具有工業重要性的納米材料、識別有產業應用前景的納米材料作為標準化的對象。在選擇用于標準化的納米材料時，應優先考慮那些已經商業化的、具有全球利益相關性的材料。僅具有學術興趣的納米材料應被排除在外，而那些從工業角度來看被認為有前景的納米材料則應被優先考慮。此外，明確納米材料的主要應用也很重要，因為要測量的特性取決于應用產品的期望性能。（2）調研市場上該材料的產品/材料規格，以找出對下游用戶來說重要的特性（見表1和圖5）。（3）該材料是否表現出納米使能或納米增強的特性？這對于確定新的提案是否屬于納米技術委員會的工作范圍至關重要。例如，首批納米材料規格標準的對象涉及納米碳酸鈣、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、衛生巾、轎車漆等的添加劑，國內年需求量達到十萬噸。納米氧化鋅材料的生產規模約為1萬噸，納米二氧化鈦則在金屬閃光轎車面漆中被廣泛應用。

納米材料規格標準研制的主要工作包括：（1）對納米材料分類以確定標準化對象和標準的適用范圍。（2）篩選特性指標以確定材料的特性要求。如：物理性能、化學性能、電磁性能、表面電荷、使用特性、穩定性、質量等級等。（3）根據市場成熟度，選擇標準類型和指標規定的嚴格程度是資料性還是規范性。（4）針對篩選出的性能指標，確定特性檢驗規則。如：檢驗項目、樣品抽樣方式、測量方法等。（5）產品的標志、包裝、貯存和運輸等要求。值得一提的是，材料規格標準中的技術內容涉及利益方多，需要平衡各方利益，因此制定過程顯得冗長。

納米材料規格標準中納米材料的選擇、材料特性指標的篩選以及特性指標的測量方法是3個重要的技術要素，下面對其內容的確定進行闡述。（1）納米材料。針對選擇要標準化的目標材料，通常需要規定目標材料的以下屬性：化學組成、形態（如：是納米物體還是納米結構材料）以及形式（如：干粉、懸浮液、復合材料、多孔材料等）。對于納米物體，其形態可以進一步規定為納米顆粒、納米纖維或納米片。也可以提及納米物體的表面修飾。針對納米結構材料，可以根據納米結構是存在于材料表面還是材料內部來規定其形態。還應規定納米結構和基材的材料類型，例如，聚合物中的金屬氧化物納米顆粒、纖維素納米纖維、無定形二氧化硅中的納米孔等。要標準化的納米材料的一般屬性通常在范圍中規定，而具體屬性則在單獨的條款中進一步詳細說明。（2）材料特性指標。要測量的材料特性指標是顯著影響應用產品期望性能的納米材料的物理或化學參數。目標材料的關鍵控制特性選擇的主要依據是該特性能否引起其性能增強以及市場調查結果。為確保清晰和科學準確性，特性以科學嚴謹的方式定義。它們可以是納米材料的固有參數，也可以是通過測量方法定義的參數。特性的重要性因目標納米材料的應用而異。因此，特性可以分為兩類：關鍵特性和附加特性。其中關鍵特性是指對一般應用普遍重要，必須測量；而附加特性是指與個別應用特別相關，建議測量。（3）特性指標測量方法。測量方法是指測量原理以及對測量結果有顯著影響的基本測量條件。選擇要采用的測量方法是基于準確性以及行業使用和全球商業可用性。再可能的情況下，優先選擇價格低廉的儀器設備和簡單的操作。在納米材料規格標準中，規定測量方法有3種選項：要求、推薦和信息提供。當納米材料規格標準要求采用特定的測量方法時，這意味著排除了其他測量方法。當所要求的測量方法被認為是最適合該納米材料和特性的測量方法時，就會選擇這個選項。當納米材料規格標準推薦采用一種或多種測量方法時，標準的使用者可以從推薦的方法中選擇最適合的測量方法，或者根據相關各方的共同協議選擇其他方法。當納米材料規格標準提供可能適用的測量方法的信息時，標準的使用者應根據他們自己的具體情況選擇測量方法，或者與相關各方商定替代的測量方法。當測量方法的適用性完全取決于具體的納米材料或應用領域時，就會選擇供需雙方協商的方式。無論選擇哪種方式，納米材料制造商在提供納米材料特性的測量結果時，都應報告所采用的測量方法（見表2）。

根據規范性程度分層級。根據納米材料規格標準中特性指標、量值和測量方法規定的嚴格程度，將規格標準分為不同層級，對于快速發展迭代的納米材料來說，這種靈活的處理方式對迅速推出一批產業急需的規格標準很有幫助。

此外，由于納米材料的技術迭代速度快、應用場景多樣化，傳統的標準制定模式往往難以適應其發展需求，甚至阻礙新材料和新技術產業應用的進程。在納米新材料標準制定中采取了更為靈活的方式，即在關鍵特性指標的數值留白方面，達成了廣泛共識，納米技術材料規格標準領域過去二十多年的實踐也見證了該方式的有效性。通過關鍵特性指標的數值留白，標準能夠隨著技術進步和新材料的發現保持有效性和動態適用性。標準中的數值留白不僅為供需雙方提供了靈活性，還促進了產業鏈的協作與創新。供需雙方可以根據具體應用場景調整和約定特性指標的技術數值，從而推動新材料在不同領域的應用。例如，在核酸提取用納米磁珠等新材料的標準研制過程中，標準文件并未對關鍵特性指標的具體數值進行硬性規定，而是采用了“留白”的方式。即，對特性指標并未設定具體數值，而是提供了材料的關鍵特性指標及其測試方法（見表3）。這種模式為不同應用場景下的材料性能技術要求提供了靈活性，同時也為未來的技術拓展應用預留了空間。建議在未來的新材料、新技術領域標準研制中，推廣數值留白的模式，特別是在新興產業和前沿技術領域。這種模式能夠有效應對技術快速迭代和多樣化應用場景的挑戰，確保標準的靈活性、前瞻性和動態適用性。

3 挑戰及建議

納米材料規格標準領域總體態勢是且行且清晰，但仍然面臨諸多挑戰。（1）材料規范標準化與企業利益密切相關，直接影響納米市場貿易，本身要求企業的參與度較高。但因納米科技是新興產業，大部分企業是中小微企業，在標準方面投人人力不多，亟需提高企業的標準意識和參與度。（2）納米科技處于發展的初級階段，材料規范要把握尺度，既要積極地引導市場又要防止過于嚴格，妨礙市場的發展。（3）如果是添加納米材料、使用納米工藝從而增強某些特性和功能的中間產品或終端產品，如：部件、組件、手機、電視等，相應的規格標準需要由納米技術的標準化委員會聯合相關的工業領域標準化委員會開展制定，方便產業鏈條之間的對接。

針對以上挑戰，建議今后納米材料規格標準的規劃和研制中要考慮以下幾個方面：（1）按形成納米材料產業鏈來規劃現行與未來的標準，加強頂層設計。（2）打破原有的部門劃分與產業界線，提倡納米材料規格標準跨學科跨產業的合作與發展。（3）根據納米材料的應用鏈條和產品目標，選準突破口和切入點，本著優先發展產業市場成熟度高的材料規格標準的策略，在標準體系中應充分反映突出納米材料的特征與本質。

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