量子科技研究篇1
关键词：毕业设计（论文）；教学管理；师资力量
中图分类号：tn70文献标志码：a文章编号：1674-9324（2015）50-0069-03
绪论：
毕业设计（论文）是高等工科院校教学过程中一项重要的实践教学环节，是培养学生工程实践能力的主要教学环节，是实现专业培养目标的重要途径和手段，是学生毕业前的最后学习阶段，是对学生学习情况与实践成果的全面检验和总结，是学生综合素质与工程实践能力和创新意识培养效果的全面检验，是学生毕业及学位认证的重要依据，也是衡量高等学校教育质量的重要评价内容，对于促进理论联系实际、增强实践动手能力、提高学生综合素质具有十分重要的作用。但随着高等教育大众化阶段的到来，该环节教学的安排、管理和监控都遇到了前所未有的困难，问题日益凸显。
本研究拟就电子信息类专业毕业设计（论文）环节存在的问题进行深层次的分析，分析目前毕业设计（论文）存在的问题及影响因素，并结合电子信息类专业特点，从选题、师资队伍建设、指导模式的改革，学生管理等方面探讨提高电子信息类毕业设计（论文）质量的措施，积极探索更加适合于电子信息类专业人才培养目标的毕业设计（论文）教学模式，进一步规范毕业设计（论文）环节组织、管理和监控，并给出解决这些问题思路及具体措施，在一定程度上解决存在的问题，提高了毕业设计（论文）质量，完善实践教学体系，有助于专业建设和教学改革，所以具有重要的现实意义。
一、影响本科毕业设计（论文）质量的因素
随着高等教育大众化阶段的到来，以及市场对人才要求的提高和学生人数的不断增加，毕业设计（论文）环节的安排、组织、管理和监控都遇到了前所未有的困难，问题日益凸显，安排难、效果差，难以达到培养目标要求已成为普遍存在的问题。
1.毕业设计（论文）时间不足。首先由于就业等问题的客观存在，对毕业设计（论文）造成很大的冲击。很大一部分学生经常要到校外参加人才招聘会或到招聘单位进行实习，难以集中精力做毕业设计（论文），给毕业设计（论文）环节的组织、管理和监控造成巨大压力。如何在两者之间寻找到一个契合点，是系、院及学校很难解决而但又必须面对的问题。少数学生认为找到的工作与自己所学的专业关系不大，毕业设计（论文）的质量和成绩不影响将来的工作。一些考研的同学忙于复习功课，因此投入到毕业设计（论文）的时间和精力也受到了影响。其次，毕业设计（论文）在第八学期进行，而毕业设计（论文）是个综合性课题，需要学生查阅大量的资料，完成方案的设计、具体的电路设计和安装与调试，因此，大部分的学生反映毕业设计（论文）时间较短，过程较匆忙。
2.高等院校师资匮乏。指导教师不足，指导积极性不高；毕业设计（论文）辅导监管困难。随着学生人数的逐年增加，毕业设计（论文）安排难问题日益凸显。教学单位如何调动各方面的积极性，充分发挥指导教师、专业和系在毕业设计（论文）环节中的作用，尚有很多工作要做。
3.毕业设计（论文）选题质量提升有待加强。毕业设计（论文）题目的难易程度直接关系到毕业设计（论文）质量，毕业设计（论文）从选题开始，如果不能保证题目的质量与目前的电子技术发展前沿结合，必会影响毕业设计（论文）质量，由于师资的不足，且教师知识的局限，目前的选题虽然保证了横向“学生一人一题”，纵向还不能满足所有毕业设计（论文）题目三年不重复。提高毕业设计（论文）质量的方法之一是与企业、科研院所建立有效的合作机制，联合指导毕业设计（论文），弥补指导教师知识储备和精力的不足，但从目前来看，校企合作、联合指导模式还不成熟，尚处在探索阶段。
4.适应“应用型人才培养”新要求的毕业设计（论文）组织、管理模式和监控、评价体系尚需完善。学校教务部门虽然在全校范围内，从宏观角度对毕业设计（论文）环节的组织管理进行了规范，但各部门、各专业实际情况各不相同，更加符合各部门实际情况的毕业设计（论文）组织、管理、监控模式和监控评价体系尚需完善。
二、提升本科毕业设计（论文）质量的措施
1.加强毕业设计（论文）的宣传和动员工作。毕业设计（论文）是本科教学的重要环节，是应用型人才培养的三本院校提高学生动手能力、创新性和综合素质的重要手段，所以在毕业设计（论文）开始之初，就应该让毕业设计（论文）指导老师、毕业设计（论文）学生意识到工作及任务的重要性，为此，学校首先召开了毕业设计（论文）辅导老师大会，全校毕业设计（论文）指导老师包括外聘老师全部参加，会上，校领导重点强调了毕业设计（论文）在整个本科教学中的重要位置，毕业设计（论文）各个环节的要求，毕业设计（论文）最终要达到的质量指标等。在学校会议精神指导下，学院也召开了各系毕业设计（论文）动员大会，所有毕业生包括在外已经签署就业协议的学生必须全部参加，系主任讲述了毕业设计（论文）的要求，对学生的要求，对老师的要求等。让学生和指导教师在毕业设计（论文）开始之初就意识到他的重要性。
2.提高毕业设计（论文）的选题质量。毕业设计（论文）出题是保证毕业设计（论文）质量的最关键的一步，毕业设计（论文）题目过大、过小，都不能够很好地锻炼学生的综合知识、创新的能力。电子信息专业要求各指导老师在出题目的时候，保证命题率为130%，即指导10个学生的老师，必须出至少13个题目，经过系毕业设计（论文）领导小组的审核，从中选出10个题目，最后落实到一人一题，三年内题目不重复。题目也可以由学生根据自己的实际情况采用学生命题教师把关，比如，有的学生已经参加工作，且有相关的工作项目正在进行，可以根据工作项目情况，命名毕业设计（论文）题目，由企业导师和学校导师把关，最终题目符合人才培养方案和毕业设计（论文）总体要求。
另外，毕业设计（论文）题目也可以和老师的项目结合，部分学生在大学期间一直参与老师的科研项目，对本专业的某个领域研究较深入，可以根据做的具体项目的情况，由指导老师给出指导意见，按照老师项目内容命题，这样，毕业设计（论文）总体题目可以分为：教师拟定、企业导师和指导老师共同拟定、学生拟定三种方式，题目多样化，根据电子类专业特点，尽量在毕业设计（论文）中多做真实课题，多进行电路的制作，仿真，尽量避免单一的电路设计。
3.改变毕业设计（论文）开始时间，注重毕业设计（论文）的过程管理。毕业设计（论文）一般在第七学期的第16周进行，首先教师拟定毕业设计（论文）题目，第17周学生选题，第18周给学生下达任务书，在假期期间，学生进行毕业实习，并查阅相关资料完成开题报告，开学的第3～4周完成毕业设计（论文）的文献综述和外文翻译，因为毕业设计（论文）在学期的第13周左右完成并进行答辩，这样，真正让学生进行毕业设计（论文）电路仿真实、实物制作的时间只有5～6周的时间，因部分学生要参加考研的复试、部分学生已经签订了协议并正式就业，使得学生觉得时间紧任务重，最终提交毕业设计（论文）实物和设计说明书及答辩的时候时间比较仓促，毕业设计（论文）质量降低。为了避免这种情况，从2011级开始，毕业设计（论文）时间提前到第七学期的第15周，任务书下达时间是第16周，学生在假期期间查阅相关资料，开学第一周即完成开题报告和文献综述，并根据实际情况，取消了外文翻译环节，这样，从第八学期的第三周开始，学生就可以开始进行毕业设计（论文）实物制作、设计说明书的撰写等，时间相对比较充裕，保证了毕业设计（论文）时间。
同时，为了更好地保证毕业设计（论文）质量，加强毕业设计（论文）过程管理，由院系成立毕业设计（论文）管理小组，建立毕业设计（论文）指导教师管理及考评机制。在第八学期开始，每位指导老师上报毕业设计（论文）辅导时间，以便学校和院系的督导组不定时检查，对每个学生的辅导每周不少于两个学时，保证了每个学生至少共14学时的辅导时间，不定期抽查指导老师指导日志。指定每位老师所指导学生小组组长，记录指导老师指导情况，并以此作为指导老师综合评定依据及发放酬金的依据。
在第八学期的第四周，由学校派检查小组，进行毕业设计（论文）中期检查，检查内容包括指导老师的课题申报表、任务书，学生的开题报告、文献综述及电路设计等是否按照时间节点按期完成，并及时给出反馈信息，以便及时发现问题并进行整改。
4.基于实验室建设，采用团队、企业导师的指导的方式，加强毕业设计（论文）的双导师制，提高毕业设计（论文）质量。毕业设计（论文）指导老师的指导水平，决定了毕业设计（论文）总体的质量，在校教师作为指导老师，既有优势也有劣势，优势是在校教师作为全职教师，毕业设计（论文）指导时间有保证，对目前在校毕业生的状况也比较了解，劣势是在校教师由于不能及时地了解企业及本学科前沿技术及应用情况，所出的毕业设计（论文）题目范围受到一定限制，为了弥补指导教师在知识储备和精力的不足，企业、科研院所建立有效的合作机制，联合指导毕业设计（论文），让一部分学生走出校园，深入生产实际，进行联合指导试点，这既是实现应用型人才培养目标的内在要求，也是缓解毕业设计（论文）安排难的有效途径。电子信息专业在毕业设计（论文）指导过程中，聘请企业技术人员参与毕业设计（论文）指导，已经实习的学生，毕业设计（论文）题目可以由两个老师指导：企业导师和在校导师，即双导师制。另外，让学生的毕业设计（论文）和老师的科研项目紧密结合，毕业生相对于低年级学生知识储备相对较丰厚，让毕业生参与教师的科研项目，依托教师科研课题指导本科毕业设计（论文），既很好地锻炼学生的动手能力和工程实践能力，又很好地督促教师完成科研课题，有效缓解了教学资源紧张的问题，提高了毕业设计（论文）质量。
5.严格毕业设计（论文）答辩过程。毕业设计（论文）答辩是学生最后一学期的工作做总结汇报，是对学生本学期毕业设计（论文）工作的检验，毕业设计（论文）答辩是毕业设计（论文）的最后一个把关环节，不能是走形式，以免让学生觉得答辩只是形式，根本不花心思，敷衍了事。所以在资格审查之前，进行重复率检查，否则不能参加答辩，电子信息工程专业在资格审查之前，首先对每位同学的论文在维普数据库，重复率超过20%的论文不能参加毕业答辩，并给学生修改时间，修改后继续，重复率超过20%，最终不能参加答辩。答辩过程中，指导老师不参加本组的学生答辩过程，答辩中共五个评委，三个高级职称，其中两个是外聘的外校或者企业高级职称人员，根据学生答辩准备情况，毕业设计（论文）完成情况、讲解、回答问题的情况，当场给出答辩分数，并计算出五个评委给出的平均成绩，毕业设计（论文）总成绩由指导老师成绩、主审老师成绩、答辩成绩按照3∶2∶5的比例给出毕业设计（论文）总成绩，总成绩低于60分的，视为毕业设计（论文）不合格，不能领取本科学位证，并在下一学年随低年级学生继续做毕业设计（论文）。严格的答辩过程，让学生意识到毕业设计（论文）的重要性，保证毕业设计（论文）时间，以提高毕业设计（论文）质量。
结束语：
电子类人才培养的目标是全面掌握该专业的基本知识、基本分析方法，胜任电子类领域中电子产品的开发、生产管理以及工艺设计、经营管理等方面的工作，成为工程技术人才。毕业设计（论文）作为一项重要的实践活动意义重大。本文针对电子类本科毕业设计（论文）中存在的问题及如何提高其质量展开讨论，并结合学校对学生的培养体制及自身专业特色，给出了相应的建议措施，从而提高毕业设计（论文）质量。
参考文献：
[1]乔利仙.环境工程专业毕业设计（论文）改革研究[J].教育教学论坛，2014，（32）：59-60.
量子科技研究篇2
量子信息科技经过近30年的发展，从前沿基础研究、应用基础研究到应用研究，已经进入到一个深化发展、快速突破的历史阶段，需要量子光学、原子分子物理、量子电子学等多学科的密切交叉，需要光电技术、材料工艺、空间技术、工程技术等关键技术的突破与集成。以往单一学科的国家重点实验室模式已不能很好解决量子信息这一交叉学科发展所面临的一系列问题。而国家实验室的定位面向国家重大需求，以学科交叉与融合为特色，非常适合于量子信息这样迫切需要高质量协同创新的研究领域。
我曾对美国一些著名的研究机构进行一些调研。美国大型研究机构大致上可分为两类。一类是建立在大科学装置的基础上，大体上有两种运行模式。一种为专注于某一学科方向的，比如费米实验室专门从事高能物理研究。这类似于我国的正负电子对撞机国家实验室等；另一种则将大科学装置作为开放的大型研究平台，应用于信息科学、能源科学、材料科学等多个学科的前沿研究，比如劳伦兹伯克利国家实验室。在这点上，前不久在国家发改委的支持下，集中了国家同步辐射实验室、超导托卡马克、强磁场等大科学装置所成立的中国科学院合肥大科学中心具有类似的功能与定位。第二类是以某一学科方向作为研究主线，并将其中发展起来的关键技术应用于多个交叉领域。比如美国国家标准与技术研究院（niSt），在其先进的测量技术基础上，在物理、化学、材料、工程和信息科学方面源源不断地产生对人类具有重要影响的发现。在过去10余年间，niSt在量子调控和量子信息领域产生了5位诺贝尔物理学奖获得者，他们为人类带来了超冷原子、原子钟、光梳等革命性新技术。
可以看出，国家实验室是需要面向重点学科开展高质量协同创新，在定位和功能上类似于niSt，因此niSt的经验尤其值得我们参考和学习。niSt首先得到国家高强度和稳定的支持，每年运行经费将近9亿美元。在运行机制上，niSt既是一个相对独立的机构，同时又与很多大学和企业保持密切和广泛协同，每年面向全美国的合作研究人员超过1600人。这点上，目前我国的国家实验室在筹建阶段与之相比还有较大差距，在政策环境和运行管理机制等方面还需要进一步优化。
除了科技部支持外，我国其他科教主管部门在近年来也已对促进高质量协同创新进行了一些初步探索。比如，在教育部和中科院支持下，以微尺度国家实验室量子信息研究团队为核心组建了量子信息领域协同中心，初步整合了全国的优势研究力量。
量子科技研究篇3
【关键词】光电子技术，光医学，光保健，学科现状，发展趋势
一引言
生物医学光学与光子学是光学或者说光子学现展的一个分支学科。由于光学与光子学是具有极强应用背景的学科，所以“生物医学光子技术”这一多学科交叉的新兴研究领域在20世纪末叶也随之应运而生。
激光技术作为一项重大的科技成就，为研究生命科技和疾病的发生、发展开辟了新的途径，为保健和临床诊疗提供了崭新的手段，推动人类科学技术进入新的发展阶段。
可以把与光的产生、传播、操纵、探测和利用有关的物理现象和技术包括在内的科学及工程笼统地简称为光学。用光学最广的含义来概括各研究领域及其相关交叉分支时必然包括了激光和光电子技术。运用光学及其技术研究光与人体组织的相互作用问题可归之于“组织光学”范畴。它是研究光辐射能量在生物组织体内的传播规律以及有关组织光学特性的测量方法的一门新兴交叉学科，是光医学（光诊断和光治疗）的理论基础。经过40多年的发展，激光与光电子技术在人类的保健、医疗以及生命科学中产生了很大影响。
在医学领域，光电子技术使各种新疗法，包括从激光心脏手术到用光学图像系统的关节内窥镜进行微损膝关节修复等，成为可能或得以实现。目前，科学家们正致力于研究光学技术在非侵入式诊断和检测上的应用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“无针”监控等。激光在医学上的最早应用虽然集中在治疗方面，然而在80年代初期起便开始了光诊断技术的探索。指望无损害地获得诊断信息是这些研究的驱动力之一，其中在物理学中高度发展的光谱技术有望在诊断医学中得到应用。利用光纤把光传输到身体内部的能力，可以完成膀胱、结肠和肺等器官的检查。随着医学诊断方法向无损化方向发展，利用光电子学技术对组织体进行鉴别和诊断，有可能更早期、更精确地诊断各种疾病。近年来，人们开始把这种诊断方法称之为“光活检”。
随着现代医学模式的转变、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，从20世纪80年代后期起，“激光美容术”在世界各地包括在我国各大城市逐渐地开展。保健美容是光电子技术应用越来越活跃的领域。激光技术应用于美容外科的起步较早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治疗变得简易有效。到20世纪末，人们又开发了一种称为光子嫩肤术的新美容技术。它基于选择性的光热解作用，有效地改善肌肤的质地和弹性，达到美容的效果。之所以用激光或强脉冲光进行非消融性的嫩肤或治疗越来越流行，是因为这类手术具有无损、不必住院、几乎无副作用和无疼痛，从而使受术者容易接受的优点。
国家自然科学基金委员会先后二次在“光子学与光子技术”以及“生物医学光学”优先资助领域战略研究报告中分别指出：近年来生物医学光学与光子学的迅猛兴起，令人瞩目，并因而引发出一门新兴的学科－生物医学光子学（Biomedophotonics）。研究报告选定了近期优先研究领域包括生物光子学、医学光子学基础研究、医学临床的光学诊断和激光医学中的重要课题等诸方面。
福建师范大学在1974年成立了“医用激光及其应用技术”研究组，以激光与光电子技术为基础，围绕激光医学应用的核心技术开展研究与开发。至二十世纪九十年代，跟随该领域的国际走向，转入激光医学技术的基础理论研究工作，在国内率先开展了生物组织光学与光剂量学的研究。伴随研究工作的深入开展，逐步形成了我们有特色的若干前沿研究方向，并于2005年获准立项建设医学光电科学与技术教育部重点实验室。
二国内外现状
光学在生命科学中的应用，在经历了一个缓慢的发展阶段后，由于激光与新颖的光子技术的介入，进入了一个迅速发展的新阶段。与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了革命性的新方法。特别在近十多年来，与蓬勃的学术研究活动相对应，国际上出现了专门的研究性学术杂志，如：Laurin出版公司于1991年发行了“Bio-photonics”新杂志。美国光学学会重要的会刊之一“appliedoptics”也于1996年将其“opticaltechnology”栏目扩充为“opticaltechnologyandBiomedicaloptics”，并定期出版有关生物医学光学的论文专集。Spie亦于1996年创办了期刊JournalofBiomedicaloptics，且声誉日隆。到2004年，该刊的SCi影响因子已达3.541。当前，发达国家普遍对生物医学光子学学科给予了高度重视。例如，在美国国家卫生研究院（niH）新成立的国家生物医学影像与生物工程研究所（niBiB）中，生物医学光子学也成为其主要资助的领域。近三年中，美国niH已经召开过4次研讨会，认为新的在体生物光子学方法可用于癌症和其它疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术正处在从实验室转向癌症临床应用的重要时刻。在niH的支持下，美国国家癌症研究所（nCi）正在计划5年投资1800万美元，招标建立“在体光学成像和/或光谱技术转化研究网络（ntRoi）”，其研究内容主要包括：光学成像对比度的产生机理、在体光学成像技术与方法、临床监测、新光学成像方法的验证、系统研制与集成等五个方面。2000年底，在美国niBiB的首批支持项目中，光学成像方法约占30%。2000年7月，美国niH投资2000万美元，开展小动物成像方法项目（SaiRps）研究，受到生命科学界的高度关注，其中光学成像方法是研究重点之一。美国国家科学基金会（nSF）在2000-2002年了4次关于生物医学光子学研究（Biophotonicspartnershipinitiative）的招标指南。“9.11”事件后，美国国防部启动了“应激状态下的认知活动”(Cognitionunderstress)项目，采用的研究方法就是光学成像技术。美国加州大学Davis分校于2002年10月宣布：未来10年内，将投资5200万美元建立生物医学光子学科学技术中心（theCenterforBiophotonicsScienceandtechnology），其中4000万美元由nSF支持。在学术交流活动方面，国际光学界规模最大西部光子学会议（photonicswest）上，每年的四个大分会之一即是生物医学光学会议（BioS），论文均超过大会总数的三分之一，如，2003年关于BioS的专题为19个，占整个会议的19/52=36.5%；2004年，iBoS会议专题为20个，占整个会议的20/55=36.4%。另外，每年还召开欧洲生物医学光子学会议。除疾病早期诊断、生理参数监测外，在基因表达、蛋白质―蛋白质相互作用、新药研发和药效评价等研究中，特别是近年来的Science，nature，pnaS等国际权威刊物发表的论文表明，光子学技术也正在发挥至关重要的作用。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以最小的无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。光学技术还为生物学研究提供了新的手段，如人体内部造影、测量、分析和处理等。共焦激光扫描显微镜能将详细的生物结构的三维图象展现出来，在亚细胞层次监测化学组成和蛋白质相互作用空间和时间特征。以双光子激发荧光技术为代表的非线性成像方法，不仅可以改善荧光成像方法的探测深度、降低对生物体的损伤，而且还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。近场技术将分辨率提高到衍射极限以上，可以探测细胞膜上生物分子的相互作用、离子通道等等。激光器已成为确定Dna化学结构排序系统的关键组成部分。光学在生物技术方面的其它应用还包括采用“Dna芯片”的高级复杂系统，和采用传输探针的简单系统。激光钳提供了一种在显微镜下方能看见的一种新奇的、前所未有的操作方法，能够在生物环境中实现细胞或微观粒子的操纵与控制，或在10-12m范围内实现力学参数的测量。结合光子学和纳米技术已经可以探测细胞机械活动，揭示细胞水平上隐秘的生命过程，利用纳米器件甚至可以检测和操纵原子和分子，这可以应用在细胞水平的医学领域。高技术的进步，如：微芯片极大地加速了生物光子学的发展进程。集成电路、传感器元件和相连电路的小型化、集成化促使在体和体外测量分子、组织和器官图像成为可能。许多生物医学光子学技术已经在临床上应用于早期疾病监测或生理参量的测量，如血压，血液化学，pH，温度，或测量病理生物体或临床上有重要意义的生化物种的存在与否。描述不同光谱特性（如荧光，散射，反射和光学相干成像）的各种光学概念出现在功能成像的重要领域。从大脑到窦体再到腹部，精确导位和追踪，对于精确定位医疗仪器在三维手术空间的位置具有重要的作用。基于分子探针的光子技术可以识别发生疾病时产生的分子报警，将真正实现令人激动的、个人的、分子水平的医学。
我国的研究基础与条件虽然相对落后，研究投入不足，但生物医学光子学是一门正在兴起和不断发展的学科，在这一新兴交叉学科上国内外处于一个起跑线上。近年来，在国家自然科学基金委、省部委以及其它基金项目的资助下，我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展，尤其是2000年第152次主题为“生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”、第217次主题为“生物分子光子学”的香山会议后，有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作，并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室，并在生物医学光学成像（如oCt、光声光谱成像、双光子激发荧光成像、二次谐波成像、光学层析成像等）、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学（包括成像与分析）、生物医学光谱、X射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、pDt光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果。发表了许多研究论文，申请了许多发明专利，有些已经获得产业化。国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。这对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用。在我国近年所召开的亚太地区光子学会议中，有关生物医学光子学的内容已大幅增加，成为主要的研讨专题。我国的生物医学光子学研究和学术活动也方兴未艾，呈现与国际同步的态势。在基础研究、应用基础研究以及对新技术的掌握方面跟踪国际先进水平，但国内科研经费的投入相对较小，科研队伍规模不大，原创性的科研成果与国外有较大差距。和国外的发展水平相比，我国的生物医学光子学发展还存在以下问题：
（1）尽管从事生物医学光子学的科研单位很多，但取得突破性、创新性的研究成果很少，主要是由于我们的科研队伍在组织、组成上还不合理，过于分散、开展的内容繁杂，难以将有限的资金投入到一些有利于国计民生的及上水平的研究方向上；另外许多单位的研究重复，缺乏合作，导致水平低下；
（2）和国外相比，研究经费无论在绝对值还是相对值上均投入十分不够；
（3）缺乏研究成果产业化的引导机制。
三医学光电科学与技术（福建师范大学）教育部重点实验室概况
“医学光电科学与技术”教育部重点实验室设立于福建师范大学物理与光电信息科技学院（激光与光电子技术研究所）内，作为本学科开展科研研究和实施建设与发展的一个基础平台。实验室已有30年发展历史，1973年成立福建师范学院物理系激光实验室，1984年成为福建师范大学激光研究所实验室，1995年为福建省首期211重点学科《应用光子学》学科实验室，2003年5月26日经福建省科技厅批准成立“光子技术福建省重点实验室”，2005年7月28日经教育部批准立项建设教育部重点实验室。实验室座落于福建师范大学长安山校园内。
30年多来，实验室在生物组织光学、医学光谱与光学成像技术、光诊断及光诊疗技术、信息技术光学及其生物医学应用等四个主要方向上努力开拓，承担并完成了数十项国家与省部重点、重大项目课题，取得一批代表我国本领域研究水平的科研成果，其中十五以来获省部级科技进步一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，其它省级以上奖励12项。在国内外重要刊物发表的论文以及被SCi、ei收录的论文均超过100篇。
实验室目前承担着国家与省级重要课题50余项，科研经费超过2000万元。其中国家自然科学基金项目11项，国家教育部、科技部、卫生部项目9项，福建省科技重大专项1项，其它省级重要项目近30项。
中科院半导体研究所原所长王启明院士任重点实验室学术委员会主任，副主任由黄尚廉院士和谢树森教授担任。另有九位国内外著名的激光、光电子与医学学科交叉的院士、专家或资深教授担任委员，其中海外委员两人。他们规划、指导并检查本学科实验室的建设与发展。
重点实验室主要学术带头人、实验室学术委员会常务副主任谢树森教授是中国光学学会副理事长、福建省光学学会理事长、国家有突出贡献的中青年专家、光学工程专业博导、全国劳动模范，是我国医学光电科学与技术领域的学术带头人与开拓者。实验室主任陈荣教授、副主任李晖教授均为国务院特殊津贴专家，实验室常务副主任陈建新教授来自于北京大学的优秀博士后研究员。重点实验室拥有稳定的可持续开展高水平科研的学术梯队，其中的中青年学术带头人或学术骨干包括1位闽江学者特聘教授、1位福建师范大学特聘教授、3位国务院特殊津贴专家、2位全国优秀教师、2位福建省优秀教师和15位博士。
重点实验室与国内外学术界建立了并保持着广泛的联系。重点实验室已设立面向国内外的开放课题基金。已批准并实施来自浙江大学、厦门大学、上海光机所、西安交通大学、华南师范大学、天津医科大学、上海市激光医学研究中心等单位知名学者的开放课题。
重点实验室已具备良好的科研软硬件环境。现有面积近5000平方米，仪器设备原值2500多万元。重点实验室各项管理制度健全。
“医学光电科学与技术”重点实验室，在我国现代科学技术领域特色鲜明，在我国相关学科处于领头地位，有较大影响。重点实验室建设将有力促进福建省科技创新能力建设，促使福建师范大学迅速向高水平、有特色、开放型的综合性大学迈进。同时，重点实验室的建设与发展将有力促进我国医学光电科学与相关学科的发展，为广大民众的身心健康，为海峡西岸的科技、社会与经济发展做出重大贡献。
四发展趋势和展望
光子学及其技术已广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面，被科学界所认同和重视。生物医学光学已经成为国际光学学科重要发展方向之一。生物医学光子学的发展，将为现代医学和生命科学带进崭新的时代。本学科的发展将继续体现了多学科交叉的特点，研究领域涉及到了生物学、医学、和光学，还有化学等不同大学科的方方面面。技术开发与临床应用研究的结合将越来越密切。一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。当今世界中，与光子学有关的技术冲击着人类对生命体的认知及人类健康领域。基于现代激光与光电子技术的生物医学光子学技术将为生命科学研究带来具有原始性创新的重要科研成果，并可望形成有重大社会影响和经济效益的产业。
在医学领域，光子学技术正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了新方法。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。
在基础研究方面，研究重点在于从细胞，甚至是亚细胞尺度层次揭示病变组织与正常组织之间的差异，为新技术开发以及应用提供理论依据。另一方面，研究光与人体组织之间的相互作用以及所产生的光化学、光热和光机械效应。在技术的应用方面，研究重点转向比较各种技术中光源（相干光源/非相干光源、波长、功率密度、偏振性、连续/脉冲光源、脉冲持续时间等）和个体差异（年龄、性别、临床症状、发病史、发病时间等）对诊断或治疗结果的影响，在确定各种技术临床适应症的同时，进一步实用化各种技术。此外，还在不断开发新的实用于不同疾病的诊断、治疗和监测技术。
值得关注的是，国外从事“生物医学光学”领域研究的高校或研究机构中，来自大陆的中国学者的数量越来越多。这有助于使国内外的学术交流更加有效，并可以预期国内与国外在该领域的研究水平差距将不断缩小。
今后若干年内医学光电科技学科需关注的重大科学问题和优先研究领域如下：
（一）医学光子学基础
在组织光学方面，其中最主要的有光在组织体内传播的特殊方式、组织光学性质的描述以及有关实验技术的开发和完善等。组织光学是医学光子技术的理论基础。光在生物组织中的运动学（如光的传播）问题和动力学（如光的探测）问题是研究的主要内容，目的是要研究生物组织的光学性质和确定某靶位单位面积上的光能流率。应优先解决测量技术和实验精度的问题，利用近场光学显微技术、光镊技术测量活体组织的光学参量。在理论建模方面，建立生物组织中光的传输理论和数值模拟方法。具体开展的研究工作应包括：1）光在生物组织中传输理论：要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。建立准确的组织光学模型，使之能反映生物组织空间结构及其尺寸分布情况、组织各个部分的散射与吸收特性以及折射率在一定条件下的变化情况；改造传输方程，使之适应新的条件，并能在某些情况下求出光在生物组织中传输的基本性质。2）光传输的蒙特卡罗模拟：继续开发新的更为有效的算法以适应生物组织的多样性和复杂性的要求。除了了解光在组织中的分布，还在探索从大量数字模拟中得到生物组织中光的宏观分布与其光学性质基本参量之间的经验关系。另外，发展非稳态的光传输的蒙特卡罗模拟方法也是一个重要的研究方向，从中可以获得比稳态条件下更多的信息。
组织光学参数的测量方法和技术方面，尚未获得人体各种组织的可靠实验数据。发展和完善活体的无损检测尤为重要。在这方面，时间分辨率与频率分辨率的测量方法引人注目。
（二）医学光子学光谱诊断技术
医学光子学光谱（非成像）诊断技术实质上是利用从组织体反射、散射、发射出来的光，经过适当的放大、探测以及信号处理，来获取组织内部的病变信息，从而达到诊断疾病的目的。
生物组织的自体荧光与药物荧光光谱技术，内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。目前，某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用，自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究，探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究，以期获得极其稳定、可靠的特征数据，为诊断技术的发展提供科学依据。
近年来，拉曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势。应开发并完善重要医学物质拉曼光谱数据库，并使基于拉曼光谱分析的小型、高效、适用于体表与体内的医用拉曼光谱仪和诊断仪将在医学临床获得更广泛的应用。
超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此，将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视，其一，应发展超快时间分辨荧光光谱技术，用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间，分析癌组织分子驰豫动力学性质等，为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据；其二，应发展超快时间分辨漫反射（透射）光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射，从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法，为确知光与生物组织的相互作用，解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。
（三）医学光子学成像诊断技术
发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术，并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。主要的医学光子学成像诊断技术包括：
超快时间分辨成像技术：以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。
散射成像技术：包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等，利用红外光源，光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米，在低散射的人脑组织中甚至可达30mm。
红外热成像：红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置，现已在医学诊断中得到广泛的应用，如乳腺肿瘤的诊断。
光学相干层析成像技术：一种非侵入式无损成像技术，并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用，从而具有广阔的应用领域。而且，oCt能进行众多功能成像，如分光镜oCt、多普勒oCt、偏振oCt：也可以与众多成像技术结合使用，如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。
荧光寿命成像：受超短光脉冲激发后，荧光团，包括自体荧光团如naDH、FaD等和外源荧光团，如有机荧光染料、荧光蛋白等，所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境，如pH、离子浓度（如Ca2+、na+等）、氧压等，因此荧光寿命的测量和成像，有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断，是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。
光声作用成像：利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性，将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合，以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法，对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力，可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。
非线性光学成像：双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率，对比度高、对生物组织的损伤小等优点，研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围，重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。
人体经络的光学表征及其调控功能：已经用不少事实证明了经脉循行路线的现象，也初步显示了人体体表沿十四经脉路线存在的红外辐射轨迹。然而，至今未能用西医的形态学或生理学方法证明它的存在，也不能明晰地阐明“经络”的实质。可以利用已发展的生物医学光子学诸多成像技术为工具，研究这个具有中国特色的中医学中的重大问题。
4.医用激光治疗技术（激光医学）
强激光治疗：是当前激光医学中最成熟和最重要的领域。随着新型医用激光器的不时出现，如：钛激光、铒激光、准分子激光等，强激光治疗技术的临床用途也逐渐增多，提出一些新的问题。关于这些新型激光器及新的工作方式对人体组织的作用特点的认识还相对不足，基本没有适合国人组织特性的治疗参数。为此需加强研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数（包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等）对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据，同时也有必要加强新型激光器及新的工作方式的临床适应证的研究。
低强度激光治疗：非热或低强度激光辐射可作为一种辅助治疗手段，其作用机理尚不清楚。对弱激光治疗机理的认识有待于整个基础医学的提高，如充分认识细胞基因表达与调控、细胞代谢的调控、免疫反应的调控等，同时还需研究不同弱激光剂量对这些调控的影响，这才能提高弱激光治疗的针对性和疗效。针对目前临床上盲目夸大疗效、照射剂量严重混乱的局面，建议重点扶持2-3个弱激光研究中心，集中财力与人力进行弱激光的细胞生物学效应研究；弱激光生物调节作用和细胞生物学现象（基因调控和细胞凋亡）的量效关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的关系及其机制。寻求弱激光生物刺激效应的可能机制与量效关系；规范临床治疗参数与操作等。
光动力学治疗（pDt）是当前激光医学中最具活力且发展迅速的领域。光动力疗法具备了诊断和治疗肿瘤、心脑血管病等人类重大疾病的潜力。光动力疗法在鲜红斑痣、老年性眼底黄斑病变、某些顽固性皮肤病、类风湿性关节炎等常规手段难以奏效的良性疾病的治疗研究中取得一系列进展，并结合内镜技术的发展等，其应用领域得到很大的延伸和扩展。这些都说明发展光动力疗法具有重要的社会和经济效益。应当重点资助pDt相关产品的国产化，扶持新一代国产光敏剂的开发及相应激光器的产业化，资助新一代光敏剂光动力学治疗的机理研究。作用机理、光动力疗法各要素对光动力学效应的影响、建立数学模型、新型光敏剂光动力学效应的研究，为开拓光动力疗法新的应用领域取得系统的数据。
激光美容与光子嫩肤术：利用激光或强脉冲光照射皮肤后的选择性光热解效应，即靶组织（病灶）和正常组织对光的吸收率的差别，使激光在损伤靶组织的同时避免正常组织的损伤这一原则，达到去皱、去文身、脱毛和治疗各种皮肤病或达到美容的效果。
量子科技研究篇4
李泓研究员一直致力于锂电池材料及其相关的固体离子学的研究。采访中，他不断表示，非常庆幸能够跟随陈立泉、黄学杰两位老师领衔的物理所团队一起在这一基础与应用并重的领域长期工作，攻坚克难。
电池材料前景广阔
“电池的应用渗透于人类生活的方方面面，有广泛的用武之地。”李泓向记者这样介绍储能材料的应用前景。
清洁高效的电池技术一直是战略新兴产业的核心关键技术之一。特别是近年来，随着消费电子、电动交通工具、基于太阳能与风能的分步式能源系统、电网调峰、储备电源、绿色建筑、航空航天、机器人、国家安全等领域的飞速发展，迫切需要具有更高能量密度、更高功率密度、更长寿命的可充放储能器件。实际上，从铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池，到锂离子电池，化学电源技术在过去200年取得了长足发展，能量密度也不断提高。与其它蓄电池比较，锂离子电池具有能量密度高、能量效率高、循环寿命长、无记忆效应、快速放电、自放电率低、工作温度范围宽和安全可靠等优点，成为世界各国科学家努力研究的重要方向。
“目前锂离子电池主要由日本、韩国、中国制造。韩国企业的锂电产量不断增长，并在2011年后已居于世界领先，中国的锂电产品占据20%的世界市场份额，近几年增幅缓慢。与日本、韩国、美国、欧洲等相比，在核心技术的创新研究方面还存在一定的差距。从基础研究做起，力图产生能够应用的原创研究成果，通过广泛的合作，解决技术放大过程中的瓶颈问题，从而提升我国企业的技术水平，是我们实验室的主要努力方向。”李泓研究员表示。
立足团队创新报国
自1982年陈立泉院士创建固态离子学研究组开始，中科院物理所在先进储能材料与器件的研发方面已经有30年的积累，从基础研究到产业化，形成了较为连贯的研究体系。
据李泓研究员介绍，早在1982年，陈立泉领导课题小组开始了锂离子导体的研究工作。在科技部、中科院、基金委、其他国家和企业项目支持下，长期以来开展锂二次电池及其关键材料研究。
“既要理解电池中的基础科学问题，又要了解实际技术问题并提出实用的解决方案。只有理论与实践并重，才有可能推动锂电池材料学科和技术的发展。”李泓告诉我们，这是物理所研究团队一直以来的重要发展理念。
锂离子电池根据应用的不同主要分为高能量密度、高功率密度、长寿命三类电池。提高能量密度一直是电池领域研究的主要目标，其关键是发展高容量的正极材料、负极材料以及与之匹配的电解质材料。提高电池能量密度的难点在于研究出能同时满足多达10项性能指标要求的材料。迄今为止，商业化锂离子电池的正极材料包括层状钴酸锂、尖晶石锰酸锂、橄榄石磷酸铁锂、三元层状正极材料，负极材料包括石墨和尖晶石钛酸锂。主要由美国的J.Goodenough、m.thackeray、加拿大J.Dahn和日本的t.ohzuku四位科学家发明，最晚发明的材料迄今已有14年。
和中国其他的研究团队一样，物理所团队一直希望通过持续的基础研究，能够在锂离子电池材料以及未来的电池体系开发中，做出属于中国的原创的贡献。
在磷酸铁锂正极材料基础研究方面，物理所拥有理论计算、先进表征、材料制备、电化学、锂离子电池等不同研究背景的人员，并进行了历时十年的合作研究。2001年，根据第一性原理计算，对材料的电子结构和离子通道首先获得了较为准确深入的理解。在发现该类材料具有一维离子导电特性后，物理所在国际上率先提出在铁位钠掺杂的设计思想，并申请系列专利，均获得授权。磷酸铁锂的原始专利由美国的著名科学家Goodenough等提出，物理所提出的铁位钠掺杂方案在最早的两个发明专利中并没有包括。通过穆斯鲍尔谱方法、中子衍射方法、电导测量、第一性原理计算等该方案获得理论与实验的证实。法国科学家Julien于2009年在Chemistryofmaterials的评述文章中指出铁位钠掺杂是唯一合理的磷酸铁锂掺杂方案。
物理所在国际上较早开展纳米氧化亚锡负极材料的研究。通过与物理所透射电镜团队的合作，在国际上最早发现，该类材料具有较好循环性的关键是纳米尺寸的晶粒分散在无定形介质中。基于这一发现，物理所在国际上率先提出采用纳米硅作为负极材料，并先后与金属所、北京大学合作研究证实了纳米硅比微米硅的循环性显著提高，并对其储锂机制进行了初步研究。之后的13年里，物理所一直对硅负极材料的体积变化、结构演化、表面副反应、尺寸效应、表面修饰、纳米结构、复合材料等方面持续研发，公开报导的研究结果获得了国际上的广泛关注。目前，在锂离子电池硅负极方面发表的学术论文已经超过1000篇，国际上公认纳米硅负极材料是最有希望应用于高能量密度锂离子电池的负极材料。物理所在该系列材料的材料体系、制备方法、应用方面均获得授权发明专利。
上述研究成果的获得离不开前期持续的基础科学研究。目前，改性锰酸锂正极材料、功能电解液已量产并应用在动力电池中，磷酸铁锂、硅负极、钛酸锂、层状氧化物正极材料均已进入中试研发阶段。
物理所研究团队除了专注于锂离子电池材料的基础科学问题的研究外，在动力锂离子电池技术研发及产业化方面亦取得了进展。1996年1月，由黄学杰研究员领导的物理所团队研制的a型锂离子电池通过中科院鉴定，1998年年产20万只电池中试线建成并通过验收，获中科院科技进步一等奖。1999年和成都地奥、北京创投等公司联合组建北京星恒电源有限公司，在处高科技园建成了生产基地，建成锂离子动力电池中式线，2003年在联想控股的支持下，设立苏州星恒电源有限公司，致力于锂离子动力电池专业生产。开发的动力型锂离子电池组和管理系统已经成功地运用在同济大学汽车学院负责的混合动力汽车整车项目中，并先后在“超越系列”、奥运会、世博会、法国mia电动出租汽车项目、磁悬浮列车中获得应用，在欧洲电动自行车锂离子电池电芯的市场份额方面位居前三。
“虽然人人都使用锂离子电池，但事实上没有人对锂电池的性能满意，迫切渴望开发续航时间长、充电速率高的电池。电池是很多前沿技术的核心支撑技术，因此各国政府都制定国家发展战略并投入巨大的人力、物力、财力来支持研发。在激烈竞争下，当前我国锂电池无论是产业还是基础研究工作所面临的形势都十分严峻。在电池材料的基础研究，高品质材料的规模制备，先进研究手段和设备的开发，电池失效诊断分析，电池安全性，复杂电池系统的智能管理，自动化电池制造设备，高性能标准化电池检测仪器方面，我们与美国、日本、韩国、欧洲等国家的先进团队和制造企业相比，仍然还存在着显著的差距。”通过与国内外科研人员、政府机构、企业人员的交流，李泓研究员深深体会到“我们国家应该努力最大限度地发挥各个研究团队、生产企业、政府部门的作用和积极性，合理布局，密切协作，练好内功，取长补短，发挥各方面的优势，通过系统扎实的工作，奋起直追，才可能在较短的时间内居于领先地位。”
“略微遗憾的是目前我国学术界发表的学术论文还不能全面地针对电池应用和研发中出现的实际问题，企业的创新研究积累还不够，而学术界与制造企业的关联和合作还不是非常紧密。研究成果不能较快较好地转移到企业中，对于提升企业的核心竞争力帮助不大。在锂离子电池基础研究方面，我国发表的锂电池的学术论文的数量已经位于世界第一，但能够提出新材料体系或者能提出有效的材料改进方案、对电池中的基础科学问题给予令人信服的解释，设计出新电池体系的研究成果还为数较少。”
“中国的优势在于人才、原材料、制造成本、高效完整的产业链。产品达到世界领先水平，并非绝不可能。制造出高质量、高性能、高可靠、高安全的电池，这需要科技部、国家自然科学基金委、工信部、科学院、教育部等国家和地方政府部门联合起来，制定切实可行的长期的发展规划，整合优势资源，加强产学研合作，加强自动化制造装备与测试设备的研发，同时对产业链的各个薄弱环节进行集中攻关，产生集群优势。”
最近，通过自主研发以及与国内、国际上多个研发团队的合作，利用同步辐射光源技术、中子技术、球差校正电镜技术、扫描隧道显微镜技术、薄膜技术，结合第一性原理分子动力学计算方法，高通量材料计算方法等,物理所在锂电池材料的储锂机制，材料的表界面电子与晶体结构演化方面取得了更深入的认识。对此，李泓研究员表示，科学家的独创精神和个人兴趣在推动原创技术发展方面确实很重要。但面对复杂体系的研究，特别是需要将创新技术变为实用技术时，合作显然有助于更快、更深入、更全面获得研究成果。在针对复杂应用技术的锂电池研究领域，尤其如此。密切的合作需要合作方彼此谦让，利益共享，高度信任。
李泓研究员还特别提到，“在物理所研究团队的成长过程中，陈立泉老师和黄学杰老师一直身先士卒，不断给团队的年轻科研人员创造展示自己的机会，将个人的价值融入于集体的成功之中。”中科院物理所倡导“穷理、有容、惟才、同德”的学术理念，在这样的环境里从事研究工作，李泓研究员感到非常幸运，也非常珍惜。
他将和中科院物理所的老师和同学们一起攻坚克难，一起成长进步，一起推动我国储能材料与技术的新发展。
量子科技研究篇5
关键词纳米科技;纳米地球化学;纳米矿物学;纳米矿床学
中图分类号tB383文献标识码a文章编号1674-6708(2010)31-0083-02
1概述
纳米科学技术(nanoscalescienceandtechnology)作为新兴的学科[1],在人类社会进入世纪之交的关键转变年代,在世界范围兴起,发展迅速,前景诱人,国际竞争已经开始。人类对自然世界的认识始于宏观物体,又逐渐认识到原子,分子等微观粒子,然而对纳米微粒却缺乏深入的研究[2]。原子是自然界的基本组成单元,原子的不同排列方式使自然界物种丰富多样化。1959年,著名的物理学家诺贝尔物理学奖得主查德・费曼说:“如果有一天可以按人的意志安排一个原子,将会产生怎样的奇迹。”纳米科技则使人们能够直接利用原子、分子制备出包含原子的纳米微粒,并把它作为基本构成单元,适当排列成一维的量子线,二维的量子面,三维的纳米固体。纳米材料有一般固体都不具备的优良特性,所以有着广阔的应用前景。钱学森指出:“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。”[3]
1.1基本概念
纳米(nanometer)又称毫微米,是一种长度单位。1纳米等于10-9m(十亿分之一米)。上田良二教授于1984年从测试的角度给纳米微粒下了一个定义:用电子显微镜(tem)能看到的微粒称为纳米微粒[4]。纳米技术是1974年在东京由日本精密工程学会(JSpe)和国际生产工程研究学会(CiRp)联合主持的会议上由日本东京科学大学机械工程教授谷口纪男提出的[5]。纳米科技(nanost)是一门在0.1nm~100nm范围内对物质和生命进行研究应用的科学。这是一种介观区域(宏观和微观之间的连接区域)进行开发研究的新技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到分子和原子。纳米科技涉及到物理学、数学、化学、生物学、机械学、信息科学、材料科学、微电子学等众多学科以及计算机技术,电真空技术,扫描隧道显微镜及加工技术,等离子体技术和核分析等各种技术领域,是一门综合性的新兴科学技术。
1.2纳米科技的发展历史
纳米科技是20世纪科技领域重要突破它的发展经历了孕育萌芽阶段,探索研究阶段和应用开发阶段3个时期。
1)孕育萌芽阶段。费曼设想在原子和分子水平上操纵和控制物质。1860年,胶体化学诞生之日,对粒径约(1~100)nm的胶体粒子开始研究,但由于受研究手段限制,发展缓慢;
2)探索研究阶段。30年后,1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开,同年《纳米生物学》和《纳米科技》专业刊物相继问世。这标志着一门崭新的科学技术-纳米科学技术,在经过30年的曲折道路,终于诞生了。费曼的美妙设想成为现实了[6];
(3)应用阶段。1993年,开始进入蓬勃的发展时期,20世纪末获得许多成果,达到预期目标可能还要经历10~20年的努力。
1.3纳米固体的基本特征
纳米固体的重要特征,决定了纳米科技具有划时代意义。这些特性有如下4个方面[6]:
1)表面与界面效应。纳米微粒尺寸小,表面积大,所以位于表面的原子比例相对增多。尺寸与表面原子数的关系见表1。当物质粒径小于10nm,将迅速增加表面原子的比例,当粒径降到1nm时,原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于表面原子数增多,使得这些原子易与其它原子相结合而稳定,具有很高化学活性,表面吸附能力强,扩散系数增大,塑性和韧性都大大提高;
表1纳米微粒尺寸与表面原子数的关系
2)小尺寸效应。当纳米微粒的尺寸与光波的波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,电,光,磁,声,热力学等特征均会出现小尺寸效应;
3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及应用都有重要的意义;
4)量子尺寸效应。量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级变为离散能级的现象。而当颗粒中所含原子数随着尺寸减小而降低时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级。当能级间距大于静磁能,磁能,热能,静电能,超导态或光子能量的凝聚能时,就导致纳米微粒磁,热,声,光,电以及超导电性与宏观特征显著不同,称为“量子尺寸效应”。例如导电的金属在超细微粒时可以是绝缘的。
表面界面效应,小尺寸效应,宏观量子隧道效应和量子尺寸效应是纳米微粒与纳米固体的基本特征,它使纳米微粒和纳米固体呈现出许多不同的物化性质。
2纳米科学研究的分析手段
具有原子分辨率的扫描隧道显微镜(Stm),高分辨透射电镜(HRtem),和原子力显微镜(aFm)等手段[7-9]能直接观察出纳米固体,纳米微粒,和纳米结构特征。
1)扫描隧道显微镜(Stm)
扫描隧道显微镜(Stm)具有原子级的空间分辨率。主要描绘表面三维的原子结构图。主要用于导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究,如金属硫化物研究。
2)高分辩透射电镜(HRtem)
高分辩透射电镜(HRtem)空间分辨率可达0.1nm～0.2nm。主要用于各种矿物纳米级的成分,形貌,结构的综合研究。如金属硫化物,硅酸盐矿物,矿物中的出溶物以及胶体矿物研究。
3)原子力显微镜(aFm)
以扫描隧道显微镜(Stm)为基础发展起来的原子力显微镜(aFm)
能探测针尖和样品之间的相互作用力,达到纳米级的空间分辨率。为了获得绝缘材料原子图像,又出现了原子力显微镜。aFm主要是用于非导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究。如硅酸盐矿物,胶体矿物等研究。在纳米材料方面主要是观察纳米材料物质等在矿物物质表面的吸附和沉积,以及天然纳米微粒形状。
3纳米科技理论在地学上的应用
纳米科技与地学的结合形成了以下3种学科纳米地球化学,纳米矿床学和纳米矿物学。
3.1纳米地球化学
纳米地球化学就是研究地球中纳米微粒分布,分配,集中,分散,迁移规律,以及由纳米微粒的分布及组合特征反映断裂活动,探测石油,天然气,金属矿床等。纳米物质使元素具有新的地球化学活性和新的成岩成矿模式:传统观念认为,温度越高,化学活性越大,元素的迁移能力越强,反之活性就越小,越不容易迁移。为此,作为化学性质很不活泼的金,在较低温度下,理应活性很小,溶解度偏低,很难迁移成矿。事实上却与纳米金的地球化学行为相矛盾。但如果从纳米科技理论的角度考虑,就不难理解了。纳米科技理论认为,当物质的粒度达到纳米级时,由于颗粒极其细小,表面积很大,例如Sio2,其粒径从36nm减少到7nm时,其比表面积由75增加到360m2/g[10]。巨大的表面积使大量的原子处在表面,使元素的化学反应速度和扩散速度增加很多,吸附能力增强,熔点变低,物化性质发生改变。成岩成矿温度低,因而使元素具有低温活性。粒度越小,活性越大。这使纳米级的物质具有成分相同的可见颗粒所没有的特性。产生新的地球化学活性和新的成岩成矿模式。对稀有元素,活性性质不活泼的元素,分散元素和在水中溶解度极低的元素,在低温条件下成岩成矿作用有了不同的解释思路。
3.2纳米矿床学
相同成分的纳米微粒不同的物化性特性已使地质学家对矿床学理论中有关矿质运移,富集过程有了新的认识。传统理论认为,矿物质的运移以温差,压力差或浓度差为前提条件,而对矿物质的运移和富集又限定其必须有一定的矿化剂为载体,而未意识到同种物质如果其粒度不同则其物化性质的差别非常巨大。传统成矿理论一直认为金矿的形成是由于其离子与一定络合剂结合,在一定的温度条件下迁移到一定部位,经过各种化学反应生成自然金而聚集成矿。纳米科学技术理论认为:源岩中的原子态金只要达到纳米级,其本身首先就由于极大的自扩散系数和吸附性而扩散,迁移合富集成矿。目前为止,地学界一直对砂金为何能在低温条件下甚至使常温态下能够形成“狗头金”的事实没有定论,现在看来,很有可能是纳米级的金自身扩散,迁移,吸附的结果。这种聚集成矿作用,在内生金属成矿作用过程中可能也同样起着不可低估的作用[11]。
3.3纳米矿物学
目前,由于科技的限制,人类对矿物学的认识,往往注重宏观矿物单体,聚合体的形态及有关特性,注重微观矿物成分及原子排列的情况,而对纳米矿物微粒,纳米矿物结构缺乏深入细致的研究。在传统矿物学研究中,把矿物看成理想的晶体点阵,但在纳米矿物学中则着重研究纳米矿物微粒和矿物结构特征以及与此有关的岩石学,矿床学,构造地质学,地球化学等地质学科。
所谓的纳米矿物就是指晶体粒度细小至纳米量级的矿物颗粒。往往是以集合体形式结合一起[12]。彭同红、万朴等人运用扫描电镜发现以下几种非金属矿晶体,具有纳米尺寸的结构:
1)沸石,其内通道直径为13nm~113nm;
2)条纹长石、月光石、日光石,其晶间距为2nm;
3)膨润土、高岭土、海泡石,其层间距离为2nm等;
4)鳞片石墨经高温膨化后形成蠕虫石墨,形成网状结构,其孔径直径为10nm~100nm[13]。
目前,已发现的纳米矿物资源主要分布在大洋底部及陆地。例如:海洋中的“黑烟囱”和陆地上的纳米矿物有氧化物和硅酸盐等。但受限于开采技术,目前仅其中层状结构的黏土矿物并已初步进行开发利用。纳米物质的巨大的比表面积、特殊的界面效应、临界尺寸效应及高能量状态赋其不同于普通物质的特性。例如,普通金的沸点为2966℃,而纳米相金则在700℃~800℃条件下熔解、气化[12]。其它纳米相金属也具有此特性。因而纳米级矿物开发利用有着广阔的应用前景。
4结论
纳米科技的研究是国际当前的研究热点,它使人类在改造自然方面进入了一个新层次,即从微米级层次深入到纳米级层次。也使地质学科学家的认识改造自然界进入一个新层次。HRtem,Stm,aFm等测试方法的在纳米矿物学中的研究运用,一些新概念、新理论、新方法随之孕育而生,使21世纪矿物学的研究将上一个新台阶,这将促进地质科学飞速发展。
参考文献
[1]林鸿溢.北京理工大学学报,14.
[2]葛庭燧.纳米材料的结构与性能科学,1990(3).
[3]陈敬中.纳米科技的发展与纳米矿物学研究[J].地质科技情报,1994,13(2).
[4]嵇钧生.纳米技术的科技发展及趋势.
[5]刘芝.正在崛起的纳米科技[J].中国青年科技,1994(5).
[6]张立德.跨世纪的新领域:纳米材料科学[J].科学,1993(1).
[7]王大文,白春礼.扫描隧道显微术在纳米科学技术中的应用[J].科技导报,1992(4).
[8]wickramasingheHK.扫描探针显微镜,1991(4).
[9]林海安,郑茫,王林,等.扫描探针电子学[J].大自然探索,1993(3).
[10]姜泽春.地学领域里的纳米科学问题[J].矿物岩石地球化学通报,1995(4).
[11]银剑钊.纳米矿床学地学前缘,1994,1.
[12]李辉.西北地质,2001(2).
[13]周明芳.纳米矿物材料的开发现状及存在的主要问题[J].矿产与地质,2002,16(2).
[14]李斗星,平德海,戴吉岩,等.材料界面的特征和表征[J].稀有金属,1994(4).
[15]刘曙光.非金属矿纳米结构特征及应用[J].矿产综合利用,2002(4).
[16]曹建劲,梁致荣,刘可星,等.红层风化壳对地气纳米金微粒吸附的模拟实验研究[J].自然科学进展,2004(14).
[17]朱笑青,章振根.矿物、岩石对纳米金吸附作用的实验研究[J].矿产与地质,1996(2).
量子科技研究篇6
人们通常把材料、信息和能源 人们通常把材料、信息和能源并列为现代科学技术的三大支柱，并认为他们是现代社会赖以生存和发展的基本条件之一。在这三大支柱中，材料科学显得尤为重要，可以说材料科学是现代科学技术发展的重要支撑，这主要体现在材料是人类社会进步的里程碑，而先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导，也因为信息和能源技术的发展都与材料科学的进步和发展密切相关。材料一直是人类赖以生存和发展的物质基础，但材料科学的提出却是20世纪60年代初的事情，也是科学技术发展的必然结果。随着人们对材料的制备、微观结构与宏观性能之间关系等研究的逐步深入，各种材料体系，如金属材料、高分子材料、陶瓷材料等都已相继建立起来。对不同材料的研究可以相互借鉴，也使得不同材料之间的相互替代和补充成为可能，由此也出现了复合材料的概念并得到了广泛应用。随着人们对材料研究的深入，逐渐形成了材料科学与工程这门学科。这门学科除了研究材料的组成、结构与性质的关系等基础研究之外，还研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题。现在一般认为，材料科学与工程主要包括组成与结构、合成与制备、性质及使用效能等四个方面，它是关于材料成份、结构、工艺与它们的性能和用途之间的有关知识的开发和应用的科学。由此可以看出，材料科学与工程科学有多学科交叉、与实际应用密切相关等特点，并且也是一门正在发展中的科学。作为一级学科，材料科学与工程学科下设有材料物理与化学、材料学、材料加工工程三个二级学科。按照我国的专业规划，材料科学与工程学科以材料学、化学、物理学为基础，系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能，并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面。更进一步讲，材料科学与工程专业培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识，能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作的科学研究与工程技术人才。金属材料领域涉及的金属磁性材料和无机非金属材料领域涉及的陶瓷基铁氧体材料都已经得到了非常广泛的应用。高分子领域的有机磁体，目前正在成为国际上研究的热点，也是软物理研究的一个重要领域。由此可以看出，材料科学与工程领域涉及的各个方面，都可以看到磁性材料的影子。材料一般分成结构材料和功能材料两大类，磁性材料作为具有特定物理功能的材料，在功能材料中占有很大的比重。当前功能材料的研究和开发的热点集中在光电子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物医用材料、超导材料、功能高分子材料、先进复合材料、智能材料以及生态环境材料等领域，这几类材料几乎都与磁性材料有直接或间接的关系，各类材料的磁学性质无疑也是当今研究的热点问题。
随着社会的发展，特别是信息功能材料的发展和应用的日益广泛，作为功能材料基础的磁性材料得到了日益广泛的应用。与此相适应的，在材料科学与工程学科的教学体系中，特别是在一些主干课程中都出现了与磁性材料相关的内容也就成为历史的必然。因为磁性材料从材料微观结构上涉及到晶态材料、非晶态材料、纳米晶材料，也涉及到金属材料、陶瓷材料等无机材料，所以在《材料物理导论》中把“材料的传导性和磁性”作为一个章节，《新材料概论》中与磁性有关的有“磁性材料”和“超导材料”两个章节，《金属功能材料》涉及到磁性的章节更多，有“磁性材料”、“金属薄膜材料”、“非晶态金属材料”、“信息材料”、“超导材料”及“智能金属材料”等章节，在涉及到材料物理性能及测试的教材中，都会不可避免地涉及到磁学知识。在国外的教材中，情况也是如此，如《工程材料科学与设计》一书。在无机材料、陶瓷材料等课程中，也都会涉及到磁性材料，在材料物理性能的讲授中，也必然会涉及到电性及磁性的内容。考虑到磁学知识的广泛性及分散性，我校在教学实践中发现，有必要充分利用学校在这方面的优势，把磁学的相关知识单独作为一门学科进行讲授，这样既有利于学生对磁学知识有一个系统的理解，也可以适应社会发展的需要。磁性材料作为一种非常重要的基础功能材料，在社会中已经得到了广泛的应用，作为材料科学与工程专业的学生，非常有必要对磁学及磁性材料的知识有一个专门的了解，这样做会使学生受益终生。因为一方面有利于扩大他们的知识面和视野，也非常有利于他们就业；另一方面有的学生进入研究生阶段后，如果具备一些磁学相关知识，也非常有利于他们的学习和研究工作，《金属材料结构与性能》属于材料科学与工程学科领域的基础教材和国内外材料专业硕士的必修教材，也把“材料的磁性能”作为一个章节进行讲授。
作为重要的现代信息功能材料的磁性材料，其发展具有悠久的历史，在这方面已经有许多专门的文献资料进行了介绍，在此不再赘述。人类很早就开始了磁学的研究，但直到量子力学创立后，才对磁性的起源有了一个较为清晰的认识，也就是说，磁性本质上起源于物质的量子性质。这就说明要研究与磁性相关的现象，就必须具有《量子力学》的学习背景；要研究大量微观粒子聚集体的磁学性质，就必然要用到《热力学统计物理》的知识；要研究固体的磁学性质，也必然要对《固体物理》有深入的了解。所以，在学习《磁学》课程之前，必须要以这三门课程的学习为先导，而在材料科学与工程专业中作为专业基础课，都会专门开设这三门课程，这也就为磁学课程的开设创造了有利条件。我校的探索实践表明，在讲授中应以《磁性材料》课程为主线来进行讲授，并且适当增加一些必要的磁学知识和磁测量知识，以利于学生的理解，也有利于学生对其他相关课程的学习。我校几年来的实践教学都收到了良好的效果。人们对纳米结构体系与新的量子效应器件的研究已经取得了许多新的进展，有许多成果已经产业化，并由此带动了传统产业的技术升级和技术进步，从而掀起了纳米科技热潮。纳米结构由于具有纳米微粒的特性，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等特点，又存在由纳米结构组合引起的新的效应，如量子耦合效应和协同效应等，这些都属于量子力学现象，现代纳米科技研究也多是以这些效应为出发点来进行的，这些内容也是材料科学与工程学科各门主干课程的重点内容。磁学主要研究物质的磁性及其起源，也就是研究与电子的自旋相关的性质及理论。磁学从创立之初就一直在从事与量子效应有关的知识研究。从量子力学创立至今，磁学从理论上对这些问题的探索已经有将近一个世纪的时间，积累了丰富的知识，对磁学相关知识的学习，必然会大大促进学生对材料科学与工程学科的学习和理解。
并列为现代科学技术的三大支柱，并认为他们是现代社会赖以生存和发展的基本条件之一。在这三大支柱中，材料科学显得尤为重要，可以说材料科学是现代科学技术发展的重要支撑，这主要体现在材料是人类社会进步的里程碑，而先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导，也因为信息和能源技术的发展都与材料科学的进步和发展密切相关。材料一直是人类赖以生存和发展的物质基础，但材料科学的提出却是20世纪60年代初的事情，也是科学技术发展的必然结果。随着人们对材料的制备、微观结构与宏观性能之间关系等研究的逐步深入，各种材料体系，如金属材料、高分子材料、陶瓷材料等都已相继建立起来。对不同材料的研究可以相互借鉴，也使得不同材料之间的相互替代和补充成为可能，由此也出现了复合材料的概念并得到了广泛应用。随着人们对材料研究的深入，逐渐形成了材料科学与工程这门学科。这门学科除了研究材料的组成、结构与性质的关系等基础研究之外，还研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题。现在一般认为，材料科学与工程主要包括组成与结构、合成与制备、性质及使用效能等四个方面，它是关于材料成份、结构、工艺与它们的性能和用途之间的有关知识的开发和应用的科学。由此可以看出，材料科学与工程科学有多学科交叉、与实际应用密切相关等特点，并且也是一门正在发展中的科学。作为一级学科，材料科学与工程学科下设有材料物理与化学、材料学、材料加工工程三个二级学科。按照我国的专业规划，材料科学与工程学科以材料学、化学、物理学为基础，系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能，并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面。更进一步讲，材料科学与工程专业培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识，能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作的科学研究与工程技术人才。金属材料领域涉及的金属磁性材料和无机非金属材料领域涉及的陶瓷基铁氧体材料都已经得到了非常广泛的应用。高分子领域的有机磁体，目前正在成为国际上研究的热点，也是软物理研究的一个重要领域。由此可以看出，材料科学与工程领域涉及的各个方面，都可以看到磁性材料的影子。材料一般分成结构材料和功能材料两大类，磁性材料作为具有特定物理功能的材料，在功能材料中占有很大的比重。当前功能材料的研究和开发的热点集中在光电子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物医用材料、超导材料、功能高分子材料、先进复合材料、智能材料以及生态环境材料等领域，这几类材料几乎都与磁性材料有直接或间接的关系，各类材料的磁学性质无疑也是当今研究的热点问题。
随着社会的发展，特别是信息功能材料的发展和应用的日益广泛，作为功能材料基础的磁性材料得到了日益广泛的应用。与此相适应的，在材料科学与工程学科的教学体系中，特别是在一些主干课程中都出现了与磁性材料相关的内容也就成为历史的必然。因为磁性材料从材料微观结构上涉及到晶态材料、非晶态材料、纳米晶材料，也涉及到金属材料、陶瓷材料等无机材料，所以在《材料物理导论》中把“材料的传导性和磁性”作为一个章节，《新材料概论》中与磁性有关的有“磁性材料”和“超导材料”两个章节，《金属功能材料》涉及到磁性的章节更多，有“磁性材料”、“金属薄膜材料”、“非晶态金属材料”、“信息材料”、“超导材料”及“智能金属材料”等章节，在涉及到材料物理性能及测试的教材中，都会不可避免地涉及到磁学知识。在国外的教材中，情况也是如此，如《工程材料科学与设计》一书。在无机材料、陶瓷材料等课程中，也都会涉及到磁性材料，在材料物理性能的讲授中，也必然会涉及到电性及磁性的内容。考虑到磁学知识的广泛性及分散性，我校在教学实践中发现，有必要充分利用学校在这方面的优势，把磁学的相关知识单独作为一门学科进行讲授，这样既有利于学生对磁学知识有一个系统的理解，也可以适应社会发展的需要。磁性材料作为一种非常重要的基础功能材料，在社会中已经得到了广泛的应用，作为材料科学与工程专业的学生，非常有必要对磁学及磁性材料的知识有一个专门的了解，这样做会使学生受益终生。因为一方面有利于扩大他们的知识面和视野，也非常有利于他们就业；另一方面有的学生进入研究生阶段后，如果具备一些磁学相关知识，也非常有利于他们的学习和研究工作，《金属材料结构与性能》属于材料科学与工程学科领域的基础教材和国内外材料专业硕士的必修教材，也把“材料的磁性能”作为一个章节进行讲授。
量子科技研究篇7
关键词期刊；文献计量学；相关分析；聚类分析
中图分类号G2文献标识码a文章编号1674-6708（2015）138-0139-03
为了研究国内骨科类核心期刊的各项计量指标的关联性，利用《中国科技期刊引证报告》对骨科类核心期刊的总被引频次、影响因子、他引率、学科影响指标、基金论文比、地区分布数、机构分布数等利用统计学分析上述7项指标间的关系。
1资料与方法
1.1资料来源
本研究以中国科学技术信息研究所编辑出版的2002～2011年版《中国科技期刊引证报告》[1-10]中选取骨科类与以刊登骨科学为主要内容的期刊（共13种）作为研究对象，基本概况见表1。
1.2方法
以《中国科技期刊引证报告》中的期刊引用计量指标总被引频次、影响因子、他引率、学科影响指标及来源期刊计量指标基金论文比、地区分布数、机构分布数作为统计指标，对各期刊的2001～2010年的指标，做以下几个方面对研究：1）为了论证影响因子越高的骨科期刊，其他引率和基金论文比是否也越高，对每一种期刊的影响因子与其他引率和基金论文比做相关统计分析。2）为了说明骨科类核心期刊7项研究指标整体间的关系，对于骨科类核心期刊各指标整体间的关系做相关分析。3）骨科类核心期刊7项指标的聚类结果。
表113种骨科类核心期刊情况一览表（以创刊年限排序）
1.3统计学处理
文中数据采用SpSS13.0进行处理与分析，对每种期刊的影响因子与他引率和基金论文比和7项研究指标整体间的关系均采用Spearman相关分析（非参数方法），p
2结果
2.1各期刊影响因子与他引率和基金论文比的相关分析结果
分别对13种骨科类核心期刊的影响因子与他引率间进行相关分析结果（表2）看出，只有《中国修复重建外科杂志》和《中国骨伤》的影响因子与他引率有显著相关（p0.05）。在对13种骨科类核心期刊的影响因子与基金论文比进行相关分析结果（表2）看出，只有《中华骨科杂志》的影响因子与基金论文比有显著相关（p=0.014），而其他12种期刊的影响因子与他引率则无显著相关（p>0.05）。
2.2骨科类核心期刊7项指标的相关分析结果
通过对7项指标的相关分析结果（表3）看出，7项指标间总被引频次与影响因子、他引率、学科影响指标、基金论文比、地区分布数有显著相关，影响因子与他引率、学科影响指标、基金论文比有显著相关，他引率与学科影响指标、基金论文比有显著相关，学科影响指标与基金论文比有显著相关，地区分布数与机构分布数有显著相关。
2.3骨科类核心期刊7项指标的聚类结果
通过对7项指标的聚类结果（图1）看出，总被引频次、影响因子、他引率、学科影响指标和基金论文比聚为一类，地区分布数和机构分布数聚为一类。进一步细分，总被引频次、影响因子和他引率聚为一类，学科影响指标和基金论文比聚为一类。
注：X1：总被引频次，X2：影响因子，X3：他引率，
X4：学科影响指标，X5：基金论文比，
X6：地区分布数，X7：机构分布数
图17项指标的聚类结果
3讨论
3.1影响因子与他引率和基金论文比的相关分析
通过分别对13种骨科类核心期刊的影响因子与他引率和基金论文比做相关分析，发现只有《中国修复重建外科杂志》（r=-0.793，p=0.033）、《中国骨伤》（r=0.884，p=0.008）2种期刊的影响因子与他引率有显著相关，而其他11种期刊的影响因子与他引率则无显著相关（p>0.05）；《中华骨科杂志》的影响因子与基金论文比有显著相关（r=0.855，p=0.014），而其他12种期刊的影响因子与他引率则无显著相关（p>0.05）。这与于挨福和马虎兆[11]得出的科学研究类期刊的基金论文比是影响因子最重要的影响要素的结论相反。
在做分析时出现了有些期刊的影响因子与他引率和基金论文比的相关系数是负值，但都无显著相关，说明可能会存在某些期刊的影响因子越高，他引率和基金论文比越低的情况，或者期刊的影响因子越低，他引率和基金论文比越高的情况。出现这种情况可能是由于人为因素在提高影响因子；或者可能是不同学科、不同期刊由于研究范围、研究方法的不同，基础研究与临床研究的不同，势必导致期刊间不同学科的影响因子及即年指标等期刊被引用计量指标存在差异[12]。我们认为可能是由于不同期刊有其各自的特性和规律，不能完全仅用一个学科期刊的研究结果定论该学科所有期刊的情况。综合以上我们认为对于骨科学期刊来说，不能认为影响因子越高，其基金论文比和他引率也越高，我们要理性的对待影响因子，尽量避免仅用影响因子一个指标去衡量一个期刊的方方面面。
3.27项指标间的相关分析
为了说明骨科类核心期刊的各项指标整体之间的关系，通过统计分析发现总被引频次、影响因子、他引率、学科影响指标、基金论文比这5项指标间呈显著相关，地区分布数与机构分布数呈显著相关。通过分析可以发现，所有的这些评价指标均是期刊之间的相互引用才产生的。而一种期刊其影响力最根本的是其总被引频次，所以总被引频次就是这些指标的基础，如果一种期刊的文献没有被其他任何期刊所引用，则其他的影响因子等指标则无从谈起；影响因子是近两年的被引情况的反映，涉及的是引用半衰期的情况，即引用的有效程度；而他引率、学科影响指标、基金论文比等同理，反映的是评价更深层次的探讨；地区分布数与机构分布数所反映的是引用被评价期刊的各种期刊的地域分布及作者的机构分布，经过这些统计，使编者更加了解和掌握期刊的优势与不足，从而采取最有效的措施推动期刊的不断发展。
通过对7项指标的聚类结果说明总被引频次、影响因子、他引率、学科影响指标和基金论文比聚为一类，地区分布数和机构分布数聚为一类。这是因为前5项指标属于与期刊质量关系最为密切的客观指标，很多核心数据库在收录期刊时也是将他们权重后对期刊的质量进行评价。而地区分布数和机构分布数则是文章内部特征的一个反映，与其他期刊对其引用没有关系，地区分布数和机构分布数不能客观说明期刊的质量好坏，例如《中华骨科杂志》虽然是骨科界的顶级质量期刊，但它的地区分布数和机构分布数并不是最多的。
进一步细分，总被引频次、影响因子和他引率聚为一类，学科影响指标和基金论文比聚为一类。与上一段论述的关系相似，总被引频次、影响因子和他引率纯粹受其他期刊的引用所影响，而学科影响指标和基金论文比除了受被引用情况影响外，还部分受其内在因素的影响，如期刊的办刊宗旨、定位、侧重点等等。例如《中华创伤骨科杂志》，其定位是国内一流的精品期刊，所以其吸收的相关基金资助的论文也较多；其定位是以临床研究为主的期刊，所以对于基金资助的基础研究方面的论文刊登则有所影响。所以内在因素的相互制约、相互促进也是影响期刊质量的重要因素。
参考文献
[1]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2002版.北京：科学技术文献出版社，2002.
[2]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2003版.北京：科学技术文献出版社，2003.
[3]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2004版.北京：科学技术文献出版社，2004.
[4]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2005版.北京：科学技术文献出版社，2005.
[5]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2006版.北京：科学技术文献出版社，2006.
[6]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2007版.北京：科学技术文献出版社，2007.
[7]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2008版.北京：科学技术文献出版社，2008.
[8]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2009版.北京：科学技术文献出版社，2009.
[9]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2010版.北京：科学技术文献出版社，2010.
[10]中国科学技术信息研究所.中国科技期刊引证报告.2011版.北京：科学技术文献出版社，2011.
量子科技研究篇8
电子商务的概念自20世纪90年代中期由美国学者Kalakota和whinston首次提出后，一直是经济学、管理学、信息科学研究和实践的热点，产生了大量相关研究文献。有学者已经运用定性或定量的文献分析方法，如内容分析法、计量分析法等对这些文献展开深入研究。如傅翠晓的《电子商务研究前沿探析与未来展望》（2010年）、余国训的《探索当代电子商务研究之智慧结构》（2008年）。
科学知识图谱是在信息技术的推动下，新近发展出来的一个新领域，当前已经成为科学计量学的一个新热点。借助科学知识图谱，人们可以透视庞大的知识体系中各个领域的结构,理顺当代知识大爆炸形成的复杂知识网络，预测科学技术知识前沿发展的最新态势[1]。
本研究借助科学知识图谱技术，绘制1997-2011年电子商务研究文献的知识可视化图谱，旨在以可视化方式明确电子商务研究领域的最具影响力的学者和文献及其之间的相关性，描绘出其前沿热点的演进轨迹，探讨该领域的国家和研究机构以及核心期刊分布现状。
2数据来源和研究方法
2.1数据来源
本研究以SCi网络版——webofScience中的科学引文索引扩展版（ScienceCitationindexexpanded）数据库为数据来源。检索方法选定为高级检索，检索式为：“tS=electroniccommerce”oR“tS=electronicbusiness”oR“tS=ecommerce”oR“tS=ebusiness”。检索年限设定为1997-2011年，数据最后的更新时间为2011年8月1日，其中文献类型设定为“article”，数据下载的方式设定为“全纪录并且包含所引用的参考文献”，共检索到1242篇文献。其中文献被引频次总计7737，有效被引频次总计7214，施引文献6047条，每条文献引用6.23次，h-index为37。
2.2研究方法
本研究选择美国德雷塞尔大学（DrexelUniversity）信息科学与技术学院陈超美博士研制的CiteSpaceⅡ(版本号为2.2.R11)为知识可视化分析工具。使用该软件绘制聚类视图和时区视图，能够显示某学科或知识域在一定时期发展的趋势与动向，展示若干研究前沿领域的演进历程[2]。
3结果与分析
将下载的相关数据全部录入CiteSpaceⅡ中，设定相关选项。首先，设定时间跨度为1年，按文献出版年划分为15个时间段。其次，默认系统设定c，cc，ccv的阀值，选定路径搜索（pathfinder）算法。最后，依据分析内容的不同，选定相应的网络节点，如作者、关键词、机构、国家、被引期刊等。
3.1关键节点文献分析
在文献主题分析时，需要将网络节点设定为主题词（term）和参考文献（citedreference），将主题词设定为文献标题（title）、文摘（abstract）和描述符（descriptor），主题词类型设定为涌现词（burstterms），然后运行CiteSpaceⅡ，即可得出输出网络所涵盖的节点（nodes=336）与链接线（links=701）数，同时绘制出电子商务研究领域的文献共引网络图谱，见图1。
从图1中可以看出网络中有6个关键节点。从知识理论的角度看，通常关键节点文献是该领域中提出重大理论或者创新概念的文献，也是最容易引起新的研究前沿热点的关键文献。关键节点文献的相关信息见表1。
为验证关键节点文献的重要性，笔者利用GoogleScholar对表1中的文献进行检索。由此得知，中心度最大的文献是美国范德比尔特大学（VanderbiltUniversity）教授、著名心理计量学家纽纳利（J.C.nunnally）于1978年出版的著作《心理测量理论（psychometrictheory）》（第2版），自1967年首次出版以来被引用超过41876余次（检索于2012年1月21日），书中作者提出心理测量的具体指标和方法，为心理学和行为科学的定量研究开辟了新的研究方向，对管理和市场营销等商业领域影响深远，其理论的学术价值极其重大。其次是美国肯尼索州立大学市场营销系教授约瑟夫.F.海尔（JosephF.Hair）。他的专著《多元数据分析（multivariateDataanalysis）》（1998，prentice-Hall）,书中作者介绍了各种多元统计分析方法和应用实例，成为研究者广泛采用的基本统计工具，也在一定程度上推动了电子商务学科的实证研究发展。排在第三位的马隆（thomasw.malone）是麻省理工学院集体智慧中心的创始人，他于1987年提出信息技术将通过降低合作成本更加充分发挥市场的有效性并协调经济活动，而不仅仅是在市场层次结构上发生改变[3]。他当时预测的电子商务重大发展内容10年后都成为了现实，如电子采购和销售、产品种类的电子交易市场、公司非核心业务的外包、在商业贸易中智能的利用。排名第4位的詹姆斯.C.安德森（JamesC.anderson）在1987年就被美国西北大学凯洛格管理学院市场营销系任命为首届威廉L.福特特聘教授，他是iSi认可的高被引频次研究者(只有iSi数据库收录500多万学者的1%且其中被引频次排名靠前的半数人才能获得此称谓。安德森在分销渠道、测量技术、营销战略/规划/政策、企业市场等研究领域威望非常高。排名第5位FredD.Davis以ajzen和Fishbein的理理论(theoryofreasonedaction，tRa)为基础，探讨了认知及情感因素与科技使用之间的关系，在1989年提出了技术接受模型(technologyacceptancemodel，tam)理论[4]，搭建了一个完整的量度外部因素对用户信息系统使用行为的影响机制的框架。后来该理论继续丰富，发展为tam2(Venkatesh&Davis2000&Venkatesh2000)和tam3(Venkatesh&Bala2008)。最后一位DavidGefen在美国德雷塞尔大学贝内特勒博商学院（LeBowCollegeofBusiness）任教，在2001-2005年全球信息系统研究专家排名中位列第6，在1999-2003全球信息系统研究人员30强名单中排名第16位，尤其在电子商务的信托研究上是学术权威。以上检索结果再次验证了表1中所列学者及其文献在电子商务研究领域的重要地位。
图2研究热点的演化
3.2研究热点的知识演化分析
科学文献在发表后，随着时间推移，相对于科学技术的快速发展，其内容会逐渐变得陈旧过时。而研究内容的陈旧过时，具体体现在代表该研究内容的词汇或短语出现的次数的变化[5]。由于CiteSpaceⅡ软件所调用的主题词全部来自于SCie数据库中的题名、摘要、标识符和描述符，它完全可以用来表征该文献的内容。因此，笔者将网络节点设定为主题词，结合软件自带的涌现检测算法，然后运行CiteSpaceⅡ，绘制出1997—2011年的各年度研究主题变化的时区分布图谱，见图2。
图2较好地反映了15年来电子商务研究领域的演化关系；图标中绿色方框反映该名词术语的生命周期和影响力；连接线颜色反映该名词术语的簇群；柱形代表年份。图2中各年度的重要主题词清晰可见。这些主题词的变化，十分准确地反映了电子商务研究领域中研究热点的演进情况。
从图2中可以发现，1997年研究热点主要是超导性和电子商务市场拓展；1998年研究热点是电子商务战略制订、数字签名；1999年研究热点是电子商务系统和终端用户；2000年研究热点是电子商务含义、市场应用、商业模型、业务流程；2001年研究热点是信息技术、电子商务环境、B2B电子商务、电子交易市场、电子商务网站、比较优势、数字经济；2002年研究热点是知识管理、智能、网络服务、电子商务应用产品、B2B整合；2003年研究热点是电子商务模式、商业利益、技术；2004年研究热点是供应链、B2C电子商务、电子商务系统；2005年研究热点是概念模型、网络应用、安全套接层协议；2006年研究热点是信息共享、可扩展标记语言、电子商务框架、决策过程；2007年研究热点是客户满意度、B2B市场、经营绩效；2008年研究热点是中小企业电子商务；2009年研究热点是电子商务行业标准、客户订单；2010年研究热点是模糊逻辑、电子商务交易网络、客户忠诚度、电子商务综合模式、访问和通讯控制；2011年研究热点是电子商务采购、商品分类、整合模式、公平交换电子商务协议、交替离线采购方法、一体化市场、农产品和艺术品交易的电子商务化、自适应系统。
总体来看，这些研究热点多数围绕商业交易活动各环节的多种科学问题展开，具体体现在电子商务的参与者行为规律、电子商务的微观市场机制及演化机理以及电子商务中的关键技术原理三个方面，即用户、技术、市场。
3.3各国（地区）和研究机构的实力分析
在数据分析过程中，将网络节点类型设置成“Country”，然后运行软件，得到有关国家(地区)研究实力分布图谱，见图3。
从图3中可以清晰看出在电子商务研究领域中，美国具有绝对优势，居于世界首位，独占第一集团；中国虽然远逊于美国，但明显超出其他国家很多，独占第二集团；第三集团由英国、加拿大、德国和韩国构成，略强于第4集团。第4集团相互之间差距不大，它们是中国台湾、澳大利亚、西班牙、意大利、日本、印度。由此可见，我国在电子商务研究领域的研究实力比较强：一方面因为电子商务在国际上发展历史并不长，各国研究起步时间相当；另一方面因为我国政府较早且一贯重视电子商务发展，如1998年11月18日就在apeC会议上发表了针对电子商务的重要讲话，并指出电子商务代表着未来贸易方式的发展方向。
为了解研究机构的分布情况，将网络节点分别设置成“institution”，运行软件后得到从事电子商务研究的机构分布列表，由于结果很多，限于篇幅，在表3中只列出前20个研究机构。
从表3中可知，被引频次最高的是美国iBm公司；第二是香港城市大学；香港理工大学、美国北卡罗来纳州立大学、新加坡国立大学并列第三。排在前20的研究机构中美国有11个，中国有4个（含港、澳、台），新加坡有2个，韩国世宗大学（SejongUniv）、希腊雅典国立科技大学（natltechUnivathens）、澳大利亚科廷科技大学（CurtinUnivtechnol）各占一席。另外，从科研机构的性质来看，大学是电子商务研究的绝对主力，而像iBm、惠普、微软等顶级信息技术企业也是推动电子商务研究向前发展的不可忽视的重要力量。
图4引用期刊图谱
3.4引用期刊的知识图谱分析
在CiteSpaceⅡ中设置网络节点为引用期刊（citedjournal），运行之后聚类得到期刊共引网络图谱，图4中显示，引用期刊可划分为化学、物理、空间科学、信息管理四大学科簇群。依据软件运行结果，结合JCR和欧美顶级期刊评价指标[6]，列出了电子商务领域的前10位期刊。见表4。这些期刊在本学科普遍呈现影响因子高、被引半衰期长、a-journal标准等级高等特点，往往也是电子商务新理论、新技术、新热点产生的土壤。利用GoogleScholar搜索前3位期刊的详细信息，发现中心度最大、被引频次最高的CommUnaCm是美国计算机学会的会刊，在计算机科学领域的影响力仅次于JaCm，刊载的学术论文和综述几乎都是经典。2011年度JCR显示被引半衰期大于10，也验证了它的学术权威性。manaGeSCi是管理科学、运筹学领域的顶级期刊，是历史最悠久、口碑最高的期刊。miSQUaRt在欧美顶级名校认可的管理科学与工程国际学术期刊排行榜中位列第一，刊载管理信息系统的研究和应用方面的论文和评论，排名前10位的关键节点文献中有3篇发表在该刊。
4讨论
4.1中国电子商务研究实力现状
在国家和机构研究实力分布图谱中，有15个中国科研机构进入前100名，其中香港地区4个，内地5个，台湾地区6个，就排名来看此领域国内各区域整体研究实力，香港最强，台湾其次，内地第三。以下是国家和机构研究实力分布图谱中前100名中国各研究机构的实力排名：香港城市大学（2）、香港理工大学（3）、香港中文大学（8）、台湾政治大学（13）、台湾中兴大学（32）、台湾中正大学（34）、中国科学院（48）、清华大学（52）、北京邮电大学（58）、台湾中山大学（59）、香港大学（61）、中国地质大学（78）、复旦大学（91）、台湾交通大学（93）、台湾树德科技大学（100）。虽然中国整体研究实力全世界排名第二，实际上得益于香港研究机构的雄厚研究实力，也反映出中国研究机构实力分布严重失衡，内地研究机构的国际化水平较低，在该领域有国际影响力的学者、机构、学术期刊都严重不足。
因此，提高内地研究机构的国际学术地位显得尤为迫切。笔者认为目前可以从以下几个方面开展工作：①构建内地与香港、台湾之间的稳定学术交流机制，充分利用语言优势、区位优势尽快缩小三地间的差距；②积极引导、鼓励内地学者向国际顶级学术刊物撰稿，提高命中率；③吸引顶级海外华人学者回流。电子商务领域内颇具国际影响力的华人学者为数不少，我们经过分析作者共引知识图谱得知，美国加利福尼亚大学祝效国（KevinZhu）教授、美国斯坦福大学李效良（Hau.LLee）教授是华人学者中被引频次最高的两位。引进像这样的高级学者，对于帮助培养一批国内青年学者成才无疑是大有裨益的。
4.2电子商务研究热点的不足
深入分析电子商务知识图谱，笔者发现历年研究热点或文献内容大多数围绕电子商务参与者的行为规律和电子商务的微观市场机制及演化机理。而有关新兴电子商务技术的研究较前两者来说还比较弱，现有研究多数集中于探讨新的产品推荐算法，或是电子商务中的相关知识管理策略。究其原因，笔者认为主要有以下几个方面：①信息技术的发展使电子商务的移动性和虚拟性特征日益凸显，这无疑给技术研究增加了难度，因此短时间内很难取得突破性的技术研究成果；②电子商务的参与者对新型商务模式的需求也趋于多样化和个性化，而对于新型商务模式的技术研究必须在充分明确新型商务模式的相关特征及需求的条件下才可能进行，因此，技术研究就显得相对滞后。③电子商务参与者行为规律是进行相关技术研究的知识基础，这使得管理学领域的学者也将其研究重点放在以社会科学或经济学视角探讨电子商务的基础科学规律方面，在此基础上再着手研究相关技术原理，因此，有关技术原理的文献显得相对较少。
笔者认为，中国学者针对电子商务相关技术这一国际研究的薄弱环节进行学术攻关，如在以往研究的基础上结合新兴电子商务的特点和机制来研究相应的智能化技术原理及最优策略、电子商务中消费者搜索技术优化、移动电子商务关键技术等，更易获得突破和话语权。
参考文献：
[1]ChenChaomei.CiteSpaceii:Detectingandvisualizingemergingtrendsandtransientpatternsinscientificliterature[J].JournaloftheamericanSocietyforinformationScienceandtechnology，2006，57(3):359-377.
[2]ChenChaomei.Searchingforintellectualturningpoints:progressiveKnowledgeDomainVisualization[J].proceedingsofthenationalacademyofSciencesoftheUnitedStatesofamerica(pnaS),2004，101(Suppl.1),5303-5310.
[3]malonetw,YatesJ,BenjaminRi.electronicmarketsandelectronichierarchies[J].CommunicationsoftheaCm,1987,30(6),469–471.
[4]FDDavis.perceivedusefulness,perceivedeaseofuse,anduseracceptanceofinformationtechnology[J].miSQuart1989,13(3),319-340.
[5]高继平，丁堃.专利研究文献的可视化分析[J].情报杂志，2009，28（7）:12-16.
[6]龚业明.管理科学与工程国际学术期刊排行榜[eB/oL].[2012-01-21].sspress.省略/news/617.htm.
量子科技研究篇9
关键词：科技投入；两阶段Dea模型；环境承载力；生态环境建设
为推进我国经济的飞速发展，依赖于资源消耗的传统型生产模式成为区域经济发展措施的首选，自1978年以来，这种模式的确在区域经济发展中起到了巨大的推动作用。然而，能源消耗型的生产模式中忽略了城市的环境承载能力，牺牲了有限的资源与人类赖以生存的自然环境。众所周知，科技是第一生产力，通过科技投入可转化为先进的技术装备，实现高技术产品的产值和培育有活力的技术市场环境，从而推动区域经济的跨越式发展。在全球温室效应、环境污染日益严重的警示下，区域建设者逐渐增强了生态环境建设意识，并努力构建经济―环境―社会协调的区域生态系统。自1999年海南设定为环保部认定的第一个生态省至今，我国的生态省区域已扩展为15个。在区域生态建设的进程中，科技资源投入在增进区域经济发展的同时，也在一定程度上影响了环境污染的排放和环境污染的治理。
本文将从投入―产出的视角对科技投入与区域生态环境建设的影响作用进行测度。首先，根据将科技资源和环境污染排放分别界定为环境排放子系统的投入、产出指标。将环境污染排放和环境污染治理分别界定为环境治理子系统的投入与产出指标。然而，两个子系统间前后衔接，共同组成一个以科技资源为投入、环境污染治理为产出的综合系统。通过测算各个系统的投入、产出效率，即可获得科技投入对区域环境建设的影响作用及程度。本文将采用处理多投入、多产出系统效率水平的Dea模型方法作为研究工具。然而，传统Dea评价中将决策单元视作"黑箱"，忽略了决策单元（DmUs）的内部结构。鉴于本文提出的子系统之间的串联关系，本文将采用加性两阶段Dea模型对子系统影响效率及系统整体影响效率进行测度。
一、国内外研究评述
科技投入对生态环境的影响问题早已引起学术界的关注。成金华，吴巧生（2005）研究了现代技术对资源环境的影响，并于（2007）建立了“成本内化”的科技创新体系用于促进区域生产环境建设。魏建兵等人（2006）研究了人类活动对生态环境的影响评价。然而，目前针对于科技投入与生态建设影响关系的量化研究还比较少。本文将试图通过量化模型，测算科技资源投入对区域生态环境建设的影响及贡献程度。
科技资源投入是推动区域经济发展的重要动力。为清晰测度科技投入的影响程度及贡献率，我国学者进行了多种方法的尝试：侯风华、赵国杰（2008）利用索洛余值法推导了科技投入对经济增长影响的速度方程。李兵等人（2009）利用C-D生产函数的基础上引入科技投入变量构建了生产函数模型。韦凤琴，黄佐（2012）采用基于投入型malmquist生产率指数法量化了科技投入对能源效率的影响。谢友才，张红辉（2009）利用数据包络分析（Dea）方法测量了浙江省各地区的科技投入产出效率。鉴于Dea模型在处理多投入―多产出系统相对有效性的优势，该方法在科技投入影响程度及贡献率中被广泛应用。
Charnes和Cooper于1987年首先提出了传统的Dea模型与方法。然而，传统Dea评价中将决策单元视作“黑箱”，忽略了决策单元（DmUs）的内部结构。伴随系统内部结构复杂程度的提高，两阶段Dea模型方法已成为学术界研究的热点。两阶段Dea模型的研究中，将整个评价系统划分为相互关联的两个串联子系统，并且前一个子系统的产出（全部或部分）对应为第二个子系统的投入。根据这种结构形式，wang等人（1997）提出了序列型两阶段生产系统的Dea模型；Seiford，Zhu（1999）提出了两阶段Dea模型，并将其应用于美国商业银行的盈利部门和市场部门的绩效测算中。Zhu（2000），Sexton和Lewis（2003）又分别将该模型应用于世界500强企业和美国棒球队绩效测评中。以上研究主要基于传统Dea模型的理论框架，将两个阶段分别作为多投入-多产出系统进行独立效率测算。然而，现实评价中各个子系统与决策单元整体效率应考虑在同一模型体系中。为克服传统Dea模型在科技投入影响测算中的缺陷，冯锋等人（2011）将科技投入划分为科技研究开发和科技应用改造两个子系统，并利用两阶段Dea模型进行了投入-产出效率测算。冯志军，朱建新（2011）、杜军等人（2009）也采用两阶段Dea模型测算了科技投入对区域科技创新效率的影响。
综上所述，虽然目前研究科技投入与生态环境建设影响的研究较多，但量化方法的研究较少。鉴于目前研究中，利用Dea方法测度科技投入的贡献与影响的研究较多，然而真正从系统内部结构关联中测算的研究较少。因此，本文将加性两阶段Dea模型应用于区域生态环境优化的影响评价中，以获得科技投入对区域生态环境影响的量化评价结果。
二、评价系统结构分级及两阶段Dea模型介绍
科技资源作为区域经济发展系统的投入，会通过技术创新、科研人才研发、研发经费、研发项目、专利等投入转化为区域经济发展的经济产出指标，与此同时，工业化发展中也会产生相应的环境污染排放。我们将区域生态环境建设作为研究系统，其中由科技投入产生环境污染作为第一个子系统，称为“科技投入对污染排放影响子系统”。以环境污染指标作为投入、环境污染治理指标作为产出可以界定第二个子系统，称为“环境污染治理子系统”。这两个子系统并非互相独立，其中，第一个子系统对应的产出指标恰好为第二个子系统的投入指标。因此，两个子系统具有串联链式结构关系，如图1所示。
量子科技研究篇10
关键词：因子分析熵权法科技发展评价指标
中图分类号：F204文献标识码：a
文章编号：1004-4914（2016）01-044-03
一、引言
20世纪中后期，世界范围出现了新科技革命，科学技术成为推动经济增长最关键的因素，科学技术与经济、社会发展的关系越来越密切，科学技术在经济增长中发挥着最重要的作用，经济增长与科学技术之间的互动互促关系也日益明显。经济增长同时伴随着科技进步，而科技进步又会加速经济增长。世界强国的发展过程已证明：经济增长越快，经济总量越大，科技投入也应越高；科技投入越高，科技水平提高就越快，由此促使经济可持续快速增长，使得科技进步与经济增长进入良性循环。评价地区的科技发展水平的指标很多，这些指标从不同的角度反映不同地区的科技发展水平，但也增加了分析问题的复杂性。为此，有必要寻找既能反映所要分析问题的大部分信息，又较为简化地分析和分类方法，而因子分析法正是解决这一问题的理想工具。本文通过因子分析方法和熵权法，分析了影响科技发展水平的主要因素，将我国31个行政区的科技发展水平进行排序和评价，为地区制定科技发展战略提供一定的参考。
姚建文（2003）通过建立省际区域科技竞争力评价模型，并利用全国资源清查数据，对我国各省（市、自治区）科技竞争力进行了综合评价。姜春林等（2005）利用主成分分析法对2000年中国大陆各省、市、自治区的科技竞争力进行评价，发现部分省市科技发展水平和经济发展水平没有表现出一致性。黎雪林等（2006）通过对科技投入、科技产出、科技与经济社会协调发展程度、科技潜力等4个方面的考核，设计了较为完整的科技竞争力综合评价指标体系。赵前等（2011）采用超效率方法，对中国的30个省的总量科技竞争力和结构科技竞争力进行效率评价，发现省际间科技辐射与科技带动的效果明显，总量科技竞争力和结构科技竞争力的效率存在较大差别，而且科技竞争力并非完全与区域经济水平同步。侯海青等（2012）采用主成分分析法对2009年中国的30个省（市、自治区）的科技竞争力进行评价，并用回归分析法分析其科技竞争力与地区经济发展水平之间的相关性。
杜晶等（2007）从样本几何的角度指出，主成分分析在构造主成分得分函数过程中，只是简单地计算数据点在新坐标系的投影，没有考虑旋转前后坐标赋权的变化，因此有内在的矛盾。王学民（2007）对建立综合评价函数来对样本数据进行综合排序的方法的不科学性作了阐述，并指出在综合评价函数中对各主成分使用贡献率加权是错误的。另有学者指出如果某个指标的样本数据相差较大，因子分析也会变得不准确。本文笔者在利用因子分析法进行评价排序时，也发现因子得分排序上与原始数据指标存在较大出入。例如广东、北京地区在构成某个解释因子的指标中，原始样本数据很大，每一项指标都排在前几位，但是在因子得分上却很低。因此，本文采用因子分析法提取解释因子，再利用熵权法计算这些因子的得分，最后给出相关结论和建议。
二、评价指标体系的建立
影响科技发展水平的因素是多方面的，本文借鉴本研究参照国家科技部《全国科技进步统计监测报告》和黎雪林等（2007）、陈文军等（2014）相关评价指标体系，立足影响因素搜集了五个类别的指标，它们分别反映了人力资源水平、科技财力投入、科技成果、经济基础等诸方面的作用，较全面的概括了科技发展水平的含义。本文使用的原数据来自《中国统计年鉴2014》、《中国科技统计年鉴2014》、《中国环境统计年鉴2014》。
三、数据处理与分析
（一）因子分析法
因子分析是一种降维、简化数据的技术。它通过研究众多变量之间的内部依赖关系，探求观测数据中的基本结构，并用少数几个不可观测的潜在变量来表示其基本的数据结构。这几个抽象的变量被称作因子，能反映原来众多变量的主要信息。抓住这些主要因子，就可以帮助我们对复杂的问题进行深入分析、合理解释和正确评价。
Kmo（Kaiser-meyer-olkin）检验统计量是用于比较变量间简单相关系数和偏相关系数的指标。Kmo统计量是取值在0和1之间。当所有变量间的简单相关系数平方和远远大于偏相关系数平方和时，Kmo值接近1。Kmo值越接近于1，意味着变量间的相关性越强，原有变量越适合作因子分析；当所有变量间的简单相关系数平方和接近0时，Kmo值接近0，Kmo值越接近于0，意味着变量间的相关性越弱，原有变量越不适合作因子分析。表2中，Kmo值为0.677，适合做因子分析。Bartlett球形度检验的p值为0，小于0.05，拒绝原假设相关系数矩阵为单位阵，说明变量间存在相关关系，适合做因子分析。
从表3（见上页）可知，前4个主成分对应特征值大于1，累计贡献率达到90.018%，基本上保留了原来指标的信息，因此提取前四个主成分。
由表4可知，第一个因子包括了每万人技术市场成交额、重点高校数、国外主要检索工具收录我国科技论文数、万人发明专利授权数、R&D机构数、R&D经费投入强度、每万人大专以上学历人口数、每十万人口高等学校在校生数、每万人R&D活动人员数方面的信息，解释了31.3%的方差，主要反映的是地区科学研究和人力资源水平方面的实力，故命名为科研因子；第二个因子包含了高技术产品出口额、高技术产业新产品开发项目数、发明专利申请数、企业R&D人员占总R&D人员比重、高技术企业数、地方科技财政支出方面的信息，解释了20%的方差，主要反映了科技产业化，故命名为产业化因子；第三个因子包含了高技术产业投资额、规模以上企业技术获取和技术改造、R&D经费、教育财政支出、规模以上企业R&D经费支出方面的信息，主要反映了一个地区的科技资金投入，解释了18.9%的方差，故命名为财力投入因子。第四个因子包含人居地区生产总值、居民消费水平、互联网普及率、一般工业固体废物利用率、地方科技财政支出占财政支出比重方面的信息，解释了18.6%的方差，主要反映的是一个地区的经济基础，体现了科技发展的环境，故命名为发展环境因子。
（二）熵权法求各因子得分
按照信息论基本原理的解释，信息是系统有序程度的一个度量，熵是系统无序程度的一个度量；如果指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在综合评价中所起作用理当越大，权重就应该越高。
四、结论和对策
从综合得分上看，排名前几位的是北京、江苏、广东、上海、浙江、山东、天津。其中，北京在科研因子的得分上远远超过其他地区，因为北京地区具有众多的重点高校和R&D机构，整体教育水平较高，人才众多，R&D经费投入强度高，这些因素对科研实力起着重要支撑作用。但在其他因子排名上并不是很高，尤其是财力因子方面，排名较后，应继续加强在科技方面的资金投入。排名第二的江苏在各项上得分上都较为均衡，说明江苏省在推动科技发展的时候注意了全方位的条件。江苏作为教育大省，教育资源丰富，科技人才众多，但是在整理人口教育水平上与排名第一的北京还有很大差距，应该继续加大教育投入，吸引人才。财力因子上排名第一，充足的科技经费为企业、高校等研究机构创新提供了重要保障。但是值得注意的是江苏在高技术企业R&D经费投入占主营业务收入的比例上还是很低，在2013年，这一比例仅为1.1%，而早在2000年，美国和日本的R&D经费投入就分别占企业销售收入的3.68%和2.87%，这一差距是很明显的，因此江苏应进一步加强企业R&D的投入，进一步加强高科技产业化水平。排名第三位的广东省，在科技产业化因子方面的得分远高于排名第二的江苏，说明广东省在科技产业化方面优势明显，走在了全国前列。广东作为南方沿海省份，毗邻港澳，在地理位置方面有着得天独厚的优势，吸引了众多科技企业。科研因子方面的排名相对于综合成绩较为落后，因此广东应该注重教育投入，加强R&D机构和高等学校的建设，政府和企业部门应该提供优惠政策，加强对科技人才的吸引力，提高科技人员薪资水平。值得注意的是，从原始数据中可以看出，广东2013年教育财政支出高达1744亿元，比排名第二的江苏高出310亿元，这与本文的研究结果也是一致的，说明广东十分注重教育的发展。江苏和广东在科技发展环境指标上相对于综合排名还相对落后，两地区都应该继续加强经济建设，提高从业人员工资，提高人民生活水平。
经济发展与科技进步是相辅相成的。对于西部及中东部地区一些经济不是很发达地区，如宁夏、青海、新疆、等地，在每个因子上都显示不出优势，与北京、上海、广东、江苏、浙江在科学技术上存在着很大的差距。这在一定程度上显示了科技进步与经济发展存在着不可忽视的内在联系。鉴于此，各地区政府应该利用自身优势，发展地区优势产业，提高经济水平，做好资金筹备，同时注重教育、科技发展投入，创造良好的科技发展环境。在老工业区，政府部门应该注重产业升级，将工业基础作为自身的优势，注重科技在工业方面的应用，大力培养这方面的专业人才；在偏远地区，可以利用当地的旅游资源发展好经济，有了一定的经济实力后发展绿色工业；在中部地区，可以利用自己的教育优势，注重人才的培养。放眼全国，各个地区应该资源互补，充分发挥本地区的优势，注重科技人才交流，使全国的科技发展水平更上一层台阶。中国科技发展水平在不同的地域之间存在着极大的差距。这一差距大体上与经济的发展速度相一致，可以说经济发展的不平衡导致了科技发展的不平衡，而这种差距在后期的经济发展中又导致了经济上的更大差距，从而形成强者越强、弱者越弱的不良局势，这与我们共同富裕的目标是相背离的。因此，应加大对科技落后地区的支持力度，同时科技发展好的地区要帮助、带动落后地区，以逐渐缩小这一差距。政府还应该鼓励发明创造和技术创新，鼓励企业和个人申请专利和专利产品产业化。通过科技进步促进经济发展，形成良性循环。
[国家自然科学基金青年基金（71201084）；教育部人文社科研究青年基金（11YJC630250）；高等学校博士学科点专项科研基金（20113219120028）；江苏省社会科学基金（15GLC006）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（30920140132001）；南京理工大学经济管理学院青年教师科研基金（JGQn1402）。]
参考文献：
[1]姚建文.省际科技竞争力评价体系研究[J].系统工程，2003（21）
[2]姜春林，江诗松.基于主成分分析的省区科技竞争力评价[J].科技管理研究，2005（3）
[3]黎雪林，孙东川.我国区域科技竞争力评价体系研究[J].科技管理研究，2006（2）
[4]赵前，焦捷，王以华.中国省际科技竞争力评价――基于超效率Dea的分析[J].清华大学学报，2011（51）
[5]侯海青，张优智.基于主成分分析的省际科技竞争力实证研究[J].西部经济管理论坛，2012（23）
[6]杜晶，赵黎明.主成分分析应用于综合评价的局限性[J].内蒙古农业大学学报，2007（6）
[7]王学民.对主成分分析中综合得分方法的质疑[J].统计与决策，2007（4）
[8]陈文军，梅姝娥.江苏省主要城市科技竞争力比较研究[J].科技管理研究，2014（13）
[9]朱建平.应用多元统计分析[m].科学出版社