项目名称：纳米测量技术标准的基础研究首席科学家：王琛国家纳米科学中心起止年限：2011.1至2015.8依托部门：中国科学院二、预期目标本项目的总体目标是解决纳米测量技术标准中的关键科学问题，提高相关学科领域基础研究水平，增强我国在纳米技术国际标准制定中的地位，为我国纳米产业在今后5-10年内的国际竞争提供保障。五年预期目标是：在纳米测量与表征、纳米生物效应、纳米材料等领域获得5-10项国际标准立项及10-20项国家标准，10-20项纳米测量用和功效评价用国家标准物质/标准样品，研制和定值达到国际先进水平，形成纳米结构物性鉴定和功能评价方面的系列准则和标准，发表一批纳米测量技术标准化方面的高水平研究论文。三、研究方案1）学术思路本项目的总体研究思路是围绕纳米测量技术标准化中的关键科学问题和纳米产业急需的关键技术问题，由基础研究到应用研究，由简单体系到复杂体系，通过溯源计量和标准物质/标准样品提高纳米测量的准确性和可靠性。本项目测量量值的设置由最基本的尺度测量延伸到物性测量；待测体系则从单一结构跨越到复杂结构和环境；功能特性从单一功能特性向多功能特性发展；研究层次上从纳米物质与简单小分子相互作用、扩展到与复杂大分子到细胞水平相互作用。在纳米测量技术标准方面的思路是兼顾基本特性（长度测量）和功能特性（光电性质）。在纳米标准物质/标准样品研制方面的思路是：以特定应用的纳米标准物质/样品为牵引，以涉及的基本科学/技术问题为核心开展研究，最终得到：1)特定合成方法中影响纳米晶体单分散性的关键因素并探索纳米晶尺寸单分散性的控制极限；2)形成三个层次的标准物质/样品：纳米计量用标准物质、纳米基本物性表征用标准物质/标准样品和纳米功能特性评价用标准样品。纳米生物安全健康方面的研究思路则以研究纳米结构和各种介质界面的物理化学机制为依托，开展纳米颗粒富集、检测及安全性评价方面的研究。纳米制造和应用的研究思路以研究纳米材料在复杂环境中的准确可靠测量为基础，形成纳米物性鉴定和性能评价的准则和标准方法2）技术途径在SEM测长方面，利用二次电子图像进行纳米尺度测量，被测物线宽的确定算法是精确测量的关键。基于模型的数据库方法（ModelBasedLibrary，MBL）有可能成为最精确的算法，也是美国NIST纳米线宽测量研究组采用的方案，即数学构造大量纳米结构的3D构件的几何模型，再采用MonteCarlo方法计算机模拟各种实验条件下的SEM线扫描图谱，将大量模拟结果做成数据库形式。在对实际体系线宽进行确定时，直接将数据库中相应的图谱与实验对应，从而确定待测体系的构型参数。由于和纳米结构样品的几何模型间有着一一对应的关系，因而可由原始的理想几何模型尺寸数值，通过MonteCarlo模拟SEM测量信号的物理过程，获得甚至可高于物理溯源性的理想测量结果。这可以成为一种极为准确确定样品几何参数的方法。这一方法的实现需要三个必要条件：成熟完善的物理模型、通用的几何结构模型、高效的模拟算法结构。对于物理模型，二次电子发射现象是扫描电镜成像精确模拟的关键，样品发射的绝对二次电子产额或材料间的相对产额强度比的获得在SEM成像模拟中起着至关重要的作用。对于通用的几何结构模型，需要考虑很多几何参数的影响，例如，纳米结构的宽度、高度、拖尾、圆弧角、边墙角以及粗糙度等等。对于模拟算法结构，需建立一个高效、易行的并行计算模拟程序以大大减少大量运算所需的时间。除此之外，针对精确线宽控制的要求，其它的影响因素，诸如电子束（能量、束宽和入射角）、材料性质（组分、分布和周围结构），二次电子信号探测（装置、效率和电场）及其它因素（荷电效应、噪声等等）都应该被合理地考虑进来。原则上，该方案应是最为可靠的，但其准确性依赖于MonteCarlo模拟方法的准确性。由于可能影响衬度的参数极多，模拟计算和实验比对的工作量极为巨大。因此拟建立一个全方位的扫描电镜纳米测量模型，并进行大规模的数据库建设。为了验证算法的可靠性，还需要对标准样块进行SEM/AFM或其它实验测量方法之间的一致性进行比对研究。各向异性纳米晶的可控生长：非球形贵金属纳米结构制备的一种主要方法...
