纳米制造研究领域的现状与发展

沈湘　宋秀芳

〔摘 要〕纳米制造在信息、材料、环境、能源、生物、医学和国防安全等领域有重要的研究价值和广阔的应用前景，是未来制造技术发展的重要方向。受控词通过规范的语言表达了一个知识单元，通过受控词索引检索不仅能提高用户查全率、查准率，还能使检索更方便。本文利用Inspec数据库特有的受控词索引功能和分析功能，对1969-2014年期间纳米制造研究领域的文献数量、国家地区、作者、来源期刊和研究热点进行了文献计量分析，利用逻辑斯特曲线拟合、获得文献增长规律，并探讨了当前国内外纳米制造研究领域的现状与发展趋势。

〔关键词〕纳米制造；Inspec数据库；受控词索引；逻辑斯特曲线；布拉德福文献分布经验定律；影响因子；文献计量分析

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.07.023

〔中图分类号〕G250252 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕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

纳米技术、生物技术与信息技术三大科技是21世纪高技术竞争的制高点，而纳米制造是支撑这三大科技走向应用的基础，是实现纳米结构、器件和系统批量化生产的基础，是当前科技发展的前沿研究领域[1]。美国、日本、英国、法国和德国先后对纳米技术给予了持续的资金资助，并把纳米制造列为重要研究领域。在中国，国家自然科学基金委“十一五”重大研究计划“纳米制造的基础研究”于2009年正式展开，在未来6～8年内拟资助15亿用于纳米制造及其相关领域的基础研究。一个国家的制造技术高低是其综合国力强弱的重要体现之一，纳米制造在信息、材料、环境、能源、生物、医学和国防安全等领域有重要的研究价值和广阔的应用前景，是我国制造技术发展的重要方向。

Inspec数据库[2-4]，全名是《物理学电技术计算及控制信息数据库》（Information Service for the Physics，Electro-technology，Computer and Control，简称Inspec），是目前全球在物理和工程领域中最全面的二次文献数据库之一，数据来源于全世界80多个国家的3 850种科技期刊、2 000种会议录以及大量的著作、报告和论文，提供涵盖物理、电子和电子技术、计算机科学、控制工程和信息技术等专业领域的科学技术文献检索，是工程技术研究领域最受欢迎的文献数据库之一。

Inspec数据库不仅以其广而深的学科覆盖广受欢迎，还以其专业、多元化的主题索引机制而著称[5]。Inspec数据库除了提供基本索引方式（如：主题、标题、作者、出版物名称、出版年和地址等），还提供了受控词索引（Controlled Index）。受控词选自Inspec Thesaurus（叙词表），也称叙词，是用来表达或描述文章的主要概念的关键词或词组。在Inspec叙词表里的受控词，是以概念为基础、经过规范化、具有组配性能、显示词间语义关系和动态性的词和词组，是描述文献资料主题的一种标识符号[6]。一个受控词通过规范的语言表达了一个知识单元，通过受控词索引检索能提高用户查全率、查准率，省去制作检索式的过程，使检索更方便、快捷。

笔者发现，在Inspec数据库主题索引的检索字段——受控词索引里有关于“纳米制造”的受控词nanofabrication。因此，笔者选择Inspec数据库，检索式为：受控词索引=nanofabrication，时间跨度=1969-2014年，共检索出103 320篇相关文献（截止至2015年1月21日）。

1 发文趋势分析

发文的数量及增长速率能够反映出本领域的研究水平和发展状态。从图1可以看出，Inspec数据库收录关于纳米制造研究领域最早的一篇文献发表于1991年，该文是中国科学院固态物理研究所的科研人员撰写的《钛和锆纳米晶体膜异常结构的研究》（Investigation on the anomalous structure of the nanocrystal Ti and Zr films），发表在国际光学工程学会学报（Proceedings of the SPIE-The International Society for Optical Engineering）上。从1991-2006年，纳米制造研究领域的文献量都比较少；从2007年开始文献量迅速增加，在2008年更以直线增长的趋势发展到2011年（线性相关系数为09998，如图1插图所示），2011年及以后两年文献量皆在2万条以上（2014年的数据收录不完全），文献量达到一个阶段性高潮。endprint

鉴于许多学科专业文献增长的统计结果表现为典型的“S”型曲线，普赖斯、弗拉杜茨和纳里莫夫等人在20世纪60年代提出了逻辑斯特曲线（Logistic curve）文献增长规律[7]。逻辑斯特曲线的积分表达形式是：F（t）= K/（1+ae-bt）；其中，F（t）为文献累计量，t为以年（或10年）为单位的时间变量，K、a、b皆为大于零的常数。

本文利用Origin 80软件进行数据拟合，发现纳米制造研究领域从1991-2013年的文献量能很好地符合逻辑斯特曲线文献增长规律（曲线相关常数为09965），如图2所示。翟亚锐等[8]通过计算（lna/b，K/2）来得到曲线的拐点；笔者利用Origin得到该曲线的二阶导数曲线后，再通过Origin的另一功能——数据阅读器（data reader）直接得到F″（t）=0的点的坐标为（200946，0），如图2插图所示。拐点在2009-2010年之间，也就是说，在2009年以前，Inspec数据库收录的纳米制造研究领域文献量迅速增长，在2009年以后其增长速率减缓。

2 国家地区分析

对国家地区的文献数量分析，可以了解该领域文献的重点研究国家或地区情况。检索出的文献共分布在119个国家地区，其中文献分布最多的前10个国家地区及文献数量如图3所示。从图中可以看出，中国在纳米制造研究领域发表的文献数量以绝对的优势排名第一，是排名第二的美国在该领域发表的文献数量的305倍。因为Inspec数据库不提供引文分析功能，所以本文无法对引用情况进行分析，从而进一步讨论国家地区在此研究领域的影响力。

3 作者分析

作者在某一学科领域发表的文献数量，在一定程度上反映了作者在这一领域的研究水平。对作者及文献量进行分析，有利于了解全球范围内纳米制造研究领域的领军人物。检索出的文献共涉及8万多名作者，文献量排名前十的作者情况如表1所示，作者发表文章9篇及以上的年代在本文中被界定为该作者研究活跃期。文献量排名前十的作者以中国人为主，有7个，其余是1个马来西亚人和2个印度人。作者从2009年或2010年开始研究变活跃；根据逻辑斯特曲线分析，文献增长速率也是在2009-2010年之间最快。需要说明的是，依据Inspec数据库，本文对英文名相同的作者进行合并统计，仅供参考。

4 来源期刊分析

通过统计纳米制造研究领域文献的来源期刊，可以了解该领域的核心期刊、对读者优先阅读哪些期刊提供建议，同时也可以为论文的投稿做准备。笔者对99 261篇期刊论文（占所有文献量的957%），从布拉德福文献分布经验定律和期刊影响因子两个角度，分析了纳米制造研究领域的来源期刊。

41 布拉德福文献分布经验定律

根据1934年布拉德福提出的文献分布经验定律[9]：以论文为统计单元，某一学科领域的核心区与相继各区（各区载文量大致相等）的期刊数量呈1∶n∶n2。若将纳米制造研究领域的期刊分为3个区，根据布拉德福文献分布定律可以简单理解为刊载论文总数约占3333%的期刊是该学科的第一区，即核心期刊区。检索到的文献共分布在1 153种期刊上，表2列出的17种期刊的累积载文比例为3399%。根据布拉德福定律，可以初步确定这17种期刊是纳米制造研究领域的核心期刊。虽然选择的是期刊论文（Journal Paper）进行来源期刊分析，但是这17种期刊中的《Advanced Materials Research》和《AIP Conference Proceedings》却是会议论文集。经笔者调查发现，这与Inspec数据库的标引有关；Inspec数据库把《Advanced Materials Research》的文献类型标引为期刊论文（Journal Paper），把《AIP Conference Proceedings》的文献类型同时标引为会议论文（Conference Paper）和期刊论文（Journal Paper）。所以，《Advanced Materials Research》和《AIP Conference Proceedings》这两种会议论文集以论文期刊的形式出现在了分析结果中。

42 影响因子

影响因子从引文角度评价了期刊的重要性与影响力，由美国科学情报所（ISI）《SCI》创办人加菲尔德（Eugene Garfield）提出，计算方法是：一种期刊在某年的影响因子等于全部源刊物在某年引用该刊前两年发表论文的次数与该刊前两年所发表的全部论文数之比[10]。

从表2可以看出，根据布拉德福文献分布经验定律，分析得到的主要来源期刊的影响因子大多在3以下（源自2013年JCR自然科学版[11]），17种期刊中只有《Journal of Materials Chemistry》、《Nanoscale》、《Applied Physics Letters》和《Carbon》4种期刊的影响因子在3以上。如果以影响因子的高低来表示期刊的质量水平和核心程度，纳米制造研究领域在影响因子10以上的来源期刊及发文量情况如表3所示。《Science》、《Nature》以及6种Nature姐妹刊《Nature Materials》、《Nature Nanotechnology》、《Nature Photonics》、《Nature Chemistry》、《Nature Physics》、《Nature Communications》都收录纳米制造研究领域的论文，以《Nature Communications》收录的论文数最多，《Nature Physics》收录的论文数最少。

笔者从表3中发现，自然科学领域一个著名的综合性期刊《Journal of the American Chemical Society》（简称JACS，2013年影响因子为11444）的文献量为0，觉得这样的情况不太可能发生。经过调查发现，Inspec数据库中该期刊的收录年限是1969-1992年，1992年之后没有再收录JACS期刊的论文。纳米制造研究领域在1992年之前没有在JACS期刊上发表文章；所以在Inspec数据库中，该研究领域在JACS期刊上发表的文献量才为0。endprint

5 研究热点分析

对文献的关键词进行统计分析，可以了解研究热点。现在有各种工具和软件（如：Citespace、TDA）可以实现文献题录信息的挖掘及可视化，进行关键词分析。但是，同一关键词或词组通常有多种拼写方式，如：扫描电子显微镜可以写成Scanning electron microscope、Scanning electron microscopes、Scanning electron microscopy以及缩写SEM；同一含义通常也有多种表达形式，如：纳米制造可以用nanofabrication表示，也可以用nanomanufacture表示。常用的文献题录信息挖掘工具通常都无法实现对这些信息的自动归并，解决“多词一义”、和词义含糊的问题。

Inspec数据库的受控词索引很好地解决了这些问题，因为Inspec中的受控词是由具有学科专业背景的数据库技术人员选择的高度相关的词或词组。这些词或词组被选用在最恰当的水平，用来表达或描述文献的主要概念（一篇文献通常包含多个概念），词或词组的标点符号、拼写和专有名词都被高度规范化。

在Inspec数据库里对纳米制造研究领域的控制词索引进行分析，共有3 789个控制词，按控制词在所有文献中出现的频次排列，排名前三十的控制词统计情况如表4所示。

X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱、可见光光谱、紫外光谱、傅里叶变换光谱和拉曼光谱，这些表征方法关键词说明在纳米制造研究领域常用这些手段对纳米颗粒、纳米材料、纳米器件进行结构、颗粒大小和表面形貌等不同形式的表征。在纳米制造研究领域，目前研究得比较多的金属材料有锌、钛和金，研究得比较多的半导体材料是以硅和Ⅱ-Ⅵ族半导体为主的宽禁带半导体材料，研究得比较多的其他材料有填充聚合物、碳纳米管、纳米线和薄膜，常用的制作工艺是催化、退火、自组装和氧化。此外，纳米制造研究领域对纳米磁学也比较关注。

6 总 结

根据上述对Inspec数据库中纳米制造研究领域文献的定量分析，可以看出，从2007年开始，经过近些年的迅速发展，目前国内外对于纳米制造的应用基础研究和应用研究已颇具规模，到达了一个阶段性高峰。

纳米制造作为现代先进制造科学技术，不同于传统制造的理论和技术范畴，更多依靠于新的科学原理和理论基础。揭示纳米制造中原子迁移机制与纳米尺度下物质结构的演变规律、实现纳米尺度下结构和性能的精确测量和制造装备的高精度控制以及建立批量化纳米制造的新原理、新工艺、新方法，使纳米制造从实验室走向广阔的产业应用，将是今后纳米制造研究领域的发展趋势。

参考文献

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（本文责任编辑：马 卓）endprint