任玲玲
【摘 要】国家质量基础(NQI)的共性技术研究与应用专项《石墨烯等碳基纳米材料NQI技术研究、集成与应用》示范项目将计量、标准、合格评定通过研究、集成到全链条的实施,项目研究过程中总结出一些规律和经验,供后期NQI项目和技术更好地实施提供参考,以助于NQI为产业发展和质量强国提供更好的技术支持. 【期刊名称】《计量学报》
【年(卷),期】2019(040)003
【总页数】3页(P538-540)水平除雾器
平板电脑支撑架【关键词】计量学;标准;合格评定;石墨烯;国家质量基础
【作 者】任玲玲
【作者单位】中国计量科学研究院前沿计量科学研究中心,北京100029
【正文语种】中 文
【中图分类】TB9
1 引 言
国家质量基础设施(national quality infrastructure，NQI)是指一个国家建立和执行计量、标准、合格评定(通常指检验检测和认证认可统称)所需的质量体制框架的统称，包括法规体系、管理体系、技术体系等等。与交通、通讯、水利、文化教育、医疗卫生等基础设施一样，国家质量基础设施也是保障经济和社会发展的基础。NQI概念最早由联合国贸易发展组织(UNCTAD)和世界贸易组织(WTO)在2005年《出口战略创新》的报告中共同提出;2006年，联合国工业发展组织(UNIDO)和国际标准化组织(ISO)发布研究报告，正式提出了国家质量基础设施的概念，明确"计量、标准、合格评定"为国家质量基础的三大构成要素，将成为未来世界经济可持续发展的三大支柱，是政府和企业提高生产力、维护生命健康、保护消费者权利、保护环境、维护安全和提高质量的重要技术手段，这三个支柱能够有效支撑社会福利、国际贸易和可持续发展。NQI概念一经提出，就引起了国际社会的高度关注，至今NQI概念已被国际社会广泛接受[1,2]。
石墨烯[3]材料产业可作为很好的案例。首先石墨烯材料是热门材料，得到各国政府的产业支持，然而在NQI各技术方面各国尚属空白；第二石墨烯材料研发和产业几乎同步，可同时在研发和产业两个领域介入计量和标准化工作；第三石墨烯材料体系复杂，用户需要第三方认证增强消费信心，可保证NQI全链条实施。《石墨烯等碳基纳米材料NQI技术研究、集成与应用》示范项目[4]以研究并集成计量、标准、检验检测、认证认可等 NQI技术，建立石墨烯、碳膜等新材料在设计、研发、制造及应用各阶段的共性关键质量技术基础，实现 NQI 全链条示范应用，助推产业发展，提升国际竞争力为目标，开展石墨烯等碳基纳米材料计量标准、标准物质的溯源技术研究及其在产业中的应用；石墨烯材料术语、石墨烯材料代号、检测方法的国家标准研制及其在产业中的应用；石墨烯材料的终端产品认证认可及认证集成技术研究；研究从研发到生产制造、市场投放不同阶段NQI各要素的集成方式、集成内容及NQI 集成技术在产业应用途径和应用效果评价等。这是首次在石墨烯材料领域有目的地、科学性地、一体化地实现NQI各技术要素的集成及全链条应用示范。
2 NQI核心
NQI各要素能够集成进行全链条实施依赖于具有一致的核心：即关键参数一致，测量量值
准确。比如目前市场上最广泛生产的还原氧化石墨烯产品，根据ISO[5]定义以单层石墨烯为结构单元组成的在10层以内通过氧化后还原得到的材料。客户和企业产品贸易中提出5层以内、晶型完整的还原氧化石墨烯指标需求。基于这一需求NQI研究首先开展准确测量方法研究，从而建立有效的层数(原子力显微镜测+拉曼光谱+透射电镜)和晶型(X射线衍射2θ = 23°± 2.0°)的测量方法。由于方法可靠，企业就对依据这些测量方法得到的数据有信心，从而准确判断产品质量的高低。同时企业为了提高竞争力，根据可靠的测试数据改善生产工艺来提升产品质量，从而保证在市场竞争中有利地位。由此可见，无论对于科学研究还是产业界，测量量值准确可靠、等效一致是提高研究效率、提升产品质量的根本保证。
质量提升是通过减小测量"不确定度"实现的。不确定度定义是表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数[6，7]。通俗地讲不确定度是在一定概率下不同实验室或不同操作人员所测量值围绕中心量值波动的范围，如上述X射线衍射2θ=23°±2.0°中的2.0°即为不确定度。我们可以想象一下：波动范围越大(即不确定度越大)，测量值的分散性越大，一致性越差，如果依据这些不确定度很大的测量值，从科学研究角度，调整实验方案研发的试错周期就会延长，造成研发新产品的周期越长；从产品质量方面，将造成产品
手机防盗锁质量的一致性越差。因此减小不确定度是缩短研发周期、提升产品质量的重要手段。这也是计量技术对质量提升和保证的重要贡献之一。为了尽可能地减小不确定，要分析引入不确定度的来源，出对最终不确定度贡献最大的分量，这也是对研究结果影响最大的因素，以便在生产与科研过程中针对最大影响因素有目的改进，这样目的性明确的实验研究将有助于缩短研发周期，快速解决产品质量提升中的困难。
准确可靠测量方法的建立需要计量技术的研究，包括量值溯源和国际比对。四大国际组织BIPM(国际计量局)、OIML(国际法制计量组织)、ILAC(国际实验室认可组织)、ISO(国际标准化组织)负责人于2011年11月9日联合签署了《BIPM/OIML/ILAC/ISO对计量溯源性的联合声明》，中心内容是：计量溯源性是使测量结果具备世界范围内的等效性，建立国际信任的要素之一。在溯源研究基础上，通过国际比对使测量结果等效一致才能确定测量方法是准确可靠的。依据准确测量方法制定国际标准、国家标准、团体标准等各类标准，才能实现依据这些标准进行检测，实现不同实验室(国际或国内)测量结果可比，带给产业和市场可靠的信心。由此可见，NQI核心就是以计量技术为源头的数据准确和等效一致。对于产品，参数量值大小决定产品的品质高低，参数量值大小的数据来源于测量技术。NQI各技术研究本质上是以数据说话的基础研究，其中减小不确定度是实现质量保证和提升的最
重要手段。
3 NQI技术要素研究程序
NQI各技术研究本质上是以测量数据为依据的基础研究。对于一个新兴领域，如石墨烯材料NQI技术研究程序是：研究初期是计量、标准和合格评定同时开展调查研究，召集从基础研究到产业的专家、技术人员、管理人员、市场人员全面参与讨论，集合大家意见和建议，提炼石墨烯材料产业代表性关键参数以及技术需求，形成石墨烯材料术语标准，使之成为这个产业国内外、基础研究与产业、供货方与用户的共同语言。研究中期是在调研结果基础上，先后开展计量和标准化研究工作：首先开展计量技术研究，确保石墨烯材料参数能够测得出、测得准，能够在不同实验室可以测得结果一致；然后在计量技术研究的基础上，将计量技术研究成果规范化、文件化形成技术标准，发布后为全社会共用。后期阶段是在足够多的技术标准基础上制定产品标准，开展检验检测，依据认证程序为社会提供认证服务。此时在以测量数据为主体的NQI研究中，依托计量技术研究形成标准，依托标准开展检验检测，依据检验检测结果和认证程序开展认证，为社会传递产品质量和信心，完成NQI全链条的研究及应用。
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4 NQI调查研究
众所周知，科研人员开展研究的第一件事情是阅读文献，这是调查研究的一种方式。当进入一个全新领域时，除了查阅文献，更重要的是实地调研。石墨烯材料是2004发现的新材料，体系非常复杂[8]，在科研领域和产业界纠结的第一个问题就是石墨烯术语，如何科学命名这类材料让科研和产业人员均能接受；第二个问题是术语中提到的参数如何测。石墨烯作为新兴产业，要促进其发展，首先要了解科学研究中的基础参数；其次要促进贸易以及产品质量提升和质量保证，更需要确认对质量控制的关键参数，需要了解市场贸易依据的技术参数。因此需要在科学研究和产业界开展实地调研，这是一切基础科研、产业质量提升和保证以及国家质量基础公共服务领域需要做的第一项任务。
要做好调研，调研方式和采用的调研语言非常重要。调研方式可以采用到企业现场、座谈会及调查问卷等方式。现场调研的优势是可以从管理、销售、技术研发、质量保证等不同人员获取纵向信息，缺点是需要一家一家企业地调研，效率低；座谈会调研可以召集本领域有代表性的企业代表参加，此时企业代表的选择就很重要，既要有技术研发的带头人，又要有实际参与研发的科研人员以及销售代表参加，以确保信息的全面；调研问卷的优势
气体处理是调研面广，缺点是调研质量依赖调研问卷的设计。因为计量，特别是材料计量，在产业界还是比较陌生的概念，因此在座谈会和调研问卷设计时，都要注意调研的问题要以对方能够理解的语言去描述和沟通，以便调查对象能够谈出想要调研的实质问题，达到调研的目的。《石墨烯等碳基纳米材料NQI技术研究、集成与应用》项目一开始就针对石墨烯产业分阶段做了现场、座谈会和调查问卷调研[9]，为后续研究打下良好的基础；设计的调查问卷也得到了国际计量专家的好评，目前正在《新材料标准化凡尔赛组织》第41技术领域 石墨烯及相关二维材料(VAMAS/TWA41)作为一个项目开展国际调研。
5 NQI全链条宣传作用
与终端用户直接接触的技术是客户最熟悉的技术，比如电视广告中食品的各种认证。在产业界与终端用户直接接触的是标准，应用于生产线的质量控制。在发达国家国家计量院的地位很高，计量的概念深入到每一个产业；目前国内产业对标准的概念耳熟能详，但是对于计量概念，大部分只停留在检定校准的层面。材料计量是最接近产业的、与传统计量有很大区别的新兴计量领域，在国际上也是新兴研究方向。材料计量除了设备的检定校准，还有有效测量方法，其成果的表现形式即为标准。因此在石墨烯材料NQI全链条实施时，
双面斜纹布由于认证和标准的使用，促进了产业对材料计量的深入理解和重视。因此NQI全链条实施不仅通过产品认证促进了市场的信心，而且材料计量通过认证以及标准制定和实施也得到了很好的宣传。
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