本書是介紹納米計量的發展現狀、相關技術及其在多個產業中應用的一本技術專著，來源于筆者及所在實驗室同仁們在納米計量領域的研究工作。本書以納米計量為主線，主要包括技術和應用兩大部分。在技術部分主要介紹了納米計量的基本內容以及涉及的納米檢測技術；在應用部分主要選取納米計量在先進制造產業、生物醫藥產業、微電子與集成電路產業的典型應用進行介紹。本書通過對納米計量的基本內容與應用進行介紹得以傳承計量文化，普及計量知識，使讀者對納米計量這一小眾學科的基礎研究有所了解，對我國納米計量體系有系統、準確的認識。
本書重點介紹了我國自主研發的納米計量測量儀器的技術指標（已基本達到了國際先進水平），自主研發的納米幾何特征參量標準器及標準物質，同時分享了納米計量在先進制造、生物醫藥、微電子與集成電路產業的多個典型應用示范。
本書不僅適合納米計量相關的工程技術人員參考，也供高等學校儀器科學與技術專業及相關專業師生參閱。

施玉書，研究員，中國計量科學研究院納米計量研究室主任，微納計量及應用技術研究團隊帶頭人，博士畢業于天津大學。曾先后在英國國家物理實驗室（NPL）與德國聯邦物理技術研究院（PTB）做中長期訪問學者。主要研究方向為微納尺度形貌結構的計量與標準化，致力于我國納米幾何量值的等效一致與國際互認，保障我國納米科技與產業高端精密儀器的量值準確可靠。
擔任國家重點研發計劃項目"納米幾何特征參量計量標準器研究及應用示范"項目負責人，主持完成了國家級項目課題近10項。長期從事國家最高納米計量標準裝置與多量值多結構納米幾何特征參量國家標準物質的自主研制。研究建立國家計量基標準裝置近10項，獲批國家有證標準物質近30項，制定相關國家標準9項，制定和報批國家計量技術規范7項，主導/參與國內外比對7項，獲得省部級、學會科技獎勵10余項。擔任國際計量委員會長度咨詢委員會納米工作組（CIPM/CCL/WG-N）成員，ISO/TC 213注冊專家、ISO/TC 201 SC9中國代表，東北亞標準合作會議3D數字化（WG11）召集人；擔任全國幾何量長度計量技術委員會（MTC2）委員以及納米幾何量計量工作組長、全國納米技術標準化技術委員會納米檢測技術分技術委員會（SAC/TC279/SC2）委員等。

陳鷹，正高級工程師，現任職于上海市計量測試技術研究院材料科學與質量檢測中心。1997年畢業于復旦大學化學系，曾先后在上海市計量測試技術研究院氣體室、Intertek檢驗認證集團、上海市計量測試技術研究院理化分析室從事材料領域的計量測試方法研究與理化分析檢測工作。先后承擔科技部重點研發計劃、上海市"科技創新行動計劃"近十項，主持國家標準制定四項，參與國標制修定十余項。目前為全國氣體標準化技術委員會委員，全國納米技術標準化技術委員會納米檢測技術分技術委員會委員、上海市計量測試學會分析測試專業委員會主任委員。擔任《醫用氣體工程》、《上海計量測試》編委。曾獲上海市科技進步二等獎1次、三等獎2次，上海市標準化優秀成果獎1次。

本書系統闡述了納米計量的基本概念、國內外納米計量檢測發展現狀以及納米計量的量值溯源與傳遞等，全面介紹了建立的從國家到地方直至產業的全鏈條全覆蓋的納米幾何量值傳遞體系，滿足產業的共性基礎納米計量需求，并詳細介紹了基于納米幾何特征參量計量標準器，面向集成電路、國防軍工、先進制造和生物醫藥等典型產業開展的應用示范案例，將精準的納米量值與科學的測量方法相結合，直面產業的納米計量難題，提供解決方案。 ★納米計量、納米檢測技術的發展、納米幾何量計量體系 ★納米檢測技術：光學顯微成像技術、掃描探針顯微技術、電子束顯微技術、電學測微技術 ★納米檢測技術的產業應用示范：先進制造產業應用示范：平板顯示領域、空氣凈化領域、納米制造領域、精密加工領域、服務公共測試平臺 ★生物醫藥產業應用示范：藥物注冊及仿制藥一致性評價領域、納米藥物研究領域、醫療器械領域、公共安全領域 ★微電子與集成電路產業應用示范：元器件研制、關鍵參數測量領域、失效分析領域

納米科學是在納米尺度（從原子、分子到亞微米尺度之間）上研究物質的相互作用、組成、特性與制造方法的科學。它匯聚了現代多學科領域在納米尺度的焦點科學問題，促進了多學科交叉融合，孕育著眾多的科技突破和原始創新機會。同時，納米科技對高新技術的誕生，對我們的生產、生活也將產生巨大的影響。從20世紀80年代開始，納米科技引起了人們的廣泛關注。2000年，美國率先發布了“國家納米技術計劃（NNI）”，掀起了國際納米科技研究熱潮。中國高度關注納米科技發展，與國際同步進行了布局，于2000年成立了國家納米科學技術指導協調委員會，在《國家中長期科學和技術發展規劃（2006—2020年）》中部署了納米科技作為重大科學研究計劃。這些措施極大地推動了中國納米科技的發展。
在過去二十年間，納米科技在世界范圍得到了很大的發展，對人類社會生活進步產生了巨大影響。納米科學研究和技術應用已經遍布材料與制造、電子與信息技術、能源與環境、醫學與健康領域。納米計量是納米產業發展的基礎，納米幾何特征參量計量標準器作為實現納米量值從國家計量基準傳遞到納米產業的關鍵載體，是納米量值傳遞體系中至關重要的一環。中國計量科學研究院聯合高等院校，研制了一維、二維柵格和線寬等幾何特征參量計量標準器，實現了高精度定值、校準和溯源，并基于全國先進省市級計量技術機構建立了從國家到地方直至產業的全鏈條、全覆蓋的納米幾何量值傳遞體系，面向集成電路、國防軍工、先進制造和生物醫藥等典型產業展開應用示范，從根本上解決了我國納米計量標準器缺失和量傳體系與產業脫節的問題，打破國外壟斷，提升了產品質量和國際競爭力。
本書對我國納米計量體系進行了基本介紹，首先是基于掃描探針法、電子束顯微法與光學法等不同測量原理多臺量值溯源至米定義國際單位制（SI）單位的計量裝置，其次是納米幾何特征參量計量標準器，最后基于標準器在納米產業密集地區廣泛建立納米計量標準，形成了覆蓋全國的納米幾何量值傳遞體系。
第1章簡單回顧了科技創新、納米科技、納米計量等方面的國家戰略，由科技創新到納米科技再到納米計量。
第2章圍繞納米計量是通過不間斷溯源鏈將幾何量測量結果與國際單位制基本單位建立聯系的特點，首先介紹了納米量值溯源與傳遞的過程以及納米計量技術的發展，然后著重介紹了我國現有的納米幾何量計量體系，包括建立的納米計量標準裝置和研制的納米幾何量標準器或標準物質。
第3章集中介紹了納米計量體系中覆蓋的多種檢測技術的工作原理。主要包括光學顯微成像技術、掃描探針顯微技術、電子束顯微技術、電學測微技術等。讀者可通過這一章學習到納米計量檢測技術的基本原理。
第4章至第6章依托國家重點研發計劃“納米幾何特征參量計量標準器研究及應用示范”（項目編號2018YFF0212300），總結了40多個服務先進制造產業、生物醫藥產業、微電子與集成電路產業中的相關企業的典型案例，為讀者進行科學研究提供經驗參考。
展望未來，我們需要實現對納米尺度基礎研究的突破，需要加快填補基礎與應用之間的溝壑，滿足更多來自國防軍工、先進制造與生物醫藥等領域的重大需求。希望通過我們的共同努力，納米科技能實現更多原創性突破，更多應用成果開花結果、落地生根，服務國家、造福人民，為中國早日成為世界科技強國做出應有的貢獻。

著者

第1章 緒論 001

第2章 納米計量 003
2.1 納米計量的溯源與傳遞  004
2.1.1　納米量值的溯源  004
2.1.2　納米量值的傳遞  006
2.2 納米檢測技術的發展  008
2.2.1　光學顯微鏡  009
2.2.2　掃描探針顯微鏡  010
2.2.3　電子顯微鏡  012
2.3 納米幾何量計量體系  014
2.3.1　計量基準組成  016
2.3.2　納米幾何量計量標準  023
2.4 國內外納米計量領域相關委員會  028
2.4.1　納米計量領域國外計量技術委員會  028
2.4.2　納米計量領域國內計量技術委員會  029
2.4.3　納米計量領域國外標準化委員會  029
2.4.4　納米計量領域國內標準化委員會  029

第3章 納米檢測技術 031
3.1 光學顯微成像技術  031
3.1.1　白光干涉儀  031
3.1.2　激光共聚焦顯微鏡  034
3.1.3　X射線衍射儀  036
3.1.4　橢偏儀  038
3.1.5　動態光散射  040
3.2  掃描探針顯微技術  043
3.2.1　掃描隧道顯微鏡  043
3.2.2　原子力顯微鏡  046
3.2.3　磁力顯微鏡  050
3.2.4　靜電力顯微鏡  051
3.2.5　橫向力顯微鏡  053
3.2.6　觸針式臺階儀  054
3.3 電子束顯微技術  055
3.3.1　透射電子顯微鏡  055
3.3.2　掃描電子顯微鏡  059
3.4 納米位移測量技術  061
3.4.1　激光干涉系統  061
3.4.2　電容測微系統  063
3.4.3　電感測微儀  064

第4章 先進制造產業應用示范 067
4.1 平板顯示領域  067
4.1.1　建立平板顯示微納幾何參數量值溯源體系  068
4.1.2　提供薄膜關鍵參數計量檢測解決方案  071
4.1.3　解決測量設備的在線校準難題  072
4.1.4　助推企業對顯示器質量進行評定  073
4.2 空氣凈化領域  074
4.2.1　自主研發表面塵埃粒子計數器  074
4.2.2　超高效過濾器檢測用納米微球制備及定值研究  076
4.2.3　提供潔凈室等級適用性評價方案  078
4.2.4　提供凈化器濾材微觀形貌表征方案  080
4.3 納米制造領域  082
4.3.1　定值色譜納米芯  082
4.3.2　SERS芯片微納結構定值技術  084
4.3.3　提供超導材料制造關鍵參數計量解決方案  086
4.3.4　提供流式細胞儀量值溯源方案  087
4.4 精密加工領域  089
4.4.1　助力汽摩部件質量提升  089
4.4.2　助力汽車塑料電鍍零件檢測  091
4.4.3　確定非規則微觀結構的準確定值技術  092
4.4.4　解決三維顯微鏡橫向示值誤差的校準  094
4.5  服務公共測試平臺  097
4.5.1　提供微量痕跡的高精度計量解決方案  097
4.5.2　助力高校微納米材料幾何尺寸技術研究  098
4.5.3　協助提升食品、化妝品安全的研判能力  099

第5章 生物醫藥產業應用示范 101
5.1 藥物注冊及仿制藥一致性評價領域  102
5.1.1　藥物顆粒粒徑檢測  102
5.1.2　粉體藥物比表面積分析  104
5.1.3　固體骨架密度測定  106
5.2 納米藥物研究領域  108
5.2.1　智能前藥納米粒微觀形態  110
5.2.2　碳量子點負載  112
5.2.3　DNA折紙術表征  114
5.2.4　DNA修飾金電極表征  117
5.3 醫療器械領域  120
5.3.1　醫療器械唯一標識的高度溯源  120
5.3.2　醫療器械產品幾何結構參數的精密測量  121
5.3.3　醫用魯爾量規尺寸的無損檢測  123
5.3.4　激光共聚焦顯微鏡的量值溯源  126
5.3.5　研究級透反射正置材料顯微鏡的溯源  127
5.4  公共安全領域  129
5.4.1　化學藥藥用玻璃包裝的脫片研究  129
5.4.2　公安刑偵痕量生物檢材的X射線能譜鑒定  131

第6章 微電子與集成電路產業應用示范 135
6.1 元器件研制領域  136
6.1.1　測溫儀核心傳感器的研制  136
6.1.2　石墨烯納米復合電極材料超級電容器開發研究  138
6.1.3　石墨烯微流控芯片傳感器研發  140
6.2 關鍵參數測量領域  142
6.2.1　半導體行業線寬量值溯源  143
6.2.2　半導體器件薄層材料關鍵參數量值溯源  145
6.2.3　電子互聯中臺階高度關鍵參數量值溯源  146
6.2.4　微電子元器件微觀形貌特征參數計量  147
6.2.5　微電子產業金屬覆蓋層測量量值溯源  148
6.3 失效分析領域  150
6.3.1　助力印制電路板失效分析檢測  150
6.3.2　提升微納尺度集成電路產品良率  152
6.3.3　解決錫膏測厚儀溯源問題  154

參考文獻 158

致謝 164