科学技术论文范文

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1．1中国生命科学技术伦理研究现状

生命伦理学在中国经过30余年的发展，已逐渐成为伦理学研究领域的热门话题和最活跃的学科之一，在学科建设、理论研究、人才培养等方面取得了卓著的成就。其中，对生命科学技术伦理的关注尤其是高新生命科学技术相关伦理问题的讨论一直是生命伦理学的重要旨归。近年来，我国越来越多的学者开始关注各种高新生命科学技术的伦理问题，从多重领域和视角出发进行了深入而审慎地探讨，不同领域学者观点的碰撞和交流为我国生命技术伦理研究提供了优秀的思想和学术资源。例如，邱仁宗集中讨论了异种移植和基因治疗中的伦理问题，认为在没有确切证据证明某些高新生命技术不会给人类带来严重危害前，应该对这些高新生命技术采取“有罪推定”，暂停人体试验，而用动物实验和体外实验代替。姚大志和陆树程对克隆人的合理性以及相关的道德伦理问题进行了有针对性的商榷和探讨。姚大志从没有生育能力的人有权要求借助生殖性克隆享受生育繁衍后代的权利和人们的道德观念会随着历史发展、技术进步而改变两个角度切入，分析总结了人们反对克隆人类的三个道德理由：

（1）克隆人类破坏了人的尊严和神圣性；

（2）克隆人是否能够健康成长；

（3）以“非自然”的方式创造人挑战了上帝的权威。陆树程对姚大志的观点进行了回应，他认为人们对应用于优生优育、诊断和治疗疾病及器官组织移植的治疗性克隆，在伦理上是宽容的；人的生殖性克隆即使有很高的技术可行性，仍然会引发侵犯人权等严重的社会伦理问题，违背目前的生命价值论和道义论等伦理原则。张明国认为生命技术是一种风险技术，在其应用过程中会产生一定的安全和伦理风险，进而导致相应的伦理问题；分析和研究了生命技术风险的本质、特征、存在方式和成因，提出应建立和完善有效规避和控制生命技术风险的制度和伦理原则规范。方兴着眼于高新生命科学技术发展中的伦理委员会建设，分析了我国伦理委员会发展受制约的原因：隶属关系混乱、组织形式和人员构成不规范、审查依据的法律规范不统一和法律定位模糊等，认为应在一定范围内授予伦理委员会行使部分行政职权的权限，建立独立的审查系统，充分发挥伦理审查委员会的有效作用。除了生命伦理学学术界的热烈讨论，在法律法规方面，近年来，为了更有效地管理和引导生命科学技术的发展和应用，填补我国生命科学技术相关政策领域的空白，我国在重要的生命科学技术领域制定和出台了一系列政策法规。例如，原卫生部1993年颁布的《人的体细胞治疗及基因治疗临床研究质控要点》、原国家药品监督管理局1999年的《新生物制品审批办法》附录九“人基因治疗申报临床试验指导原则”和2003年的《人基因治疗研究和制剂质量控制技术指导原则》。这些政策法规的内容仍是主要侧重于技术标准和操作规范，对相关的伦理问题关注度不够，缺乏伦理道德规范方面的详细内容和规定，还需要不断改进和完善。2009年3月2日，原卫生部出台《医疗技术临床应用管理办法》（以下简称《管理办法》），对我国医疗技术创新和医疗抉择等方面起到了一定的指导作用，从国家政策层面对现代医疗技术带来的各种问题，尤其是伦理和法律问题的界定和解决给予了官方解释。然而，现代医疗技术发展面临的法律和伦理问题往往十分复杂，《管理办法》并不能有效解决和消除现代医疗技术的伦理和法律困境。

1．2生命技术伦理研究的中西差异

作为顺应生命科学技术发展而出现的新兴学科，生命伦理学于1971年在美国出现，20世纪80年代末在美国得到广泛应用，并逐步影响到欧洲、亚洲等其他地区。以美国为代表的西方生命技术伦理研究在认识“人”的问题时，往往局限于“人是目的，而非工具”和“人是道德的主体”等以人为中心的思想基础上，认为应该充分尊崇个人的自由意志，并要求对个体自的尊重。“以人为中心”的极端后果是在思维里刻上了“人之外的万物皆为工具”的烙印，造成对非人类生命主体的轻视和不尊重，将其视为实现人的目的而可被利用的工具。例如，恩格尔哈特在其论著《生命伦理学基础》中论述“行善原则”时，区分了“尊重”与“行善”，认为人不应理所应当地对动物进行利用和索取，提出了人对动物负有行善义务的观点，但仍是基于“人是道德的主体”的前提。中国传统文化中的儒、道、佛、墨家学说中的哲学和宗教思想中蕴含着人类行为不应只考虑人类自身的利益，还应尊重和关照动物的生存权利的先进理念，如“天地好生”、“天地与我共生，而万物与我合一”，表达了爱护尊重除人之外的天地万物的观念，提倡人与天地万物和谐发展，比西方传统的以人为主体的生命伦理思想更具有关怀性。另外，中国传统伦理中有很多与西方类似的原则或价值，如不伤害、有利、尊重、公正等，这些价值根源于中国本土的哲学和文化传统，其哲学文化基础和实现方式与西方不尽相同。值得注意的是，中国某些落后传统思想与当今生命伦理思想存在矛盾甚至激烈冲突，会对生命科学技术研究进步造成一定的阻碍，应予以摒弃和改革。例如，清代名医王清任历时40余年通过观察和剖视乱葬岗瘟疫致死儿童和行刑场死囚的尸体，绘成和刊行《亲见改正脏腑图》和《医林改错识要》，为中国解剖医学做出了重大贡献，却因质疑中国传统中医的脏腑理论而遭到众多中医名家的批判，被视为“离经叛道”、“毁坏祖制”和“哗众取宠”的异类，认为他解剖、毁伤他人身体“极其不仁”、是“教人于胔骼堆中杀人场上学医”。中国解剖医学进步的脚步也因此停滞不前，大大落后于西方。中国的生命技术伦理研究应该辩证地看待传统思想文化，继承和弘扬其中的优良资源，如儒家以“仁”为核心的道德思想和以“礼”为核心的道德规范体系，道教“重人贵生”的生命观，佛教“因果”、“轮回”、“慈悲”、“福报”等宗教思想，更加注重结合中国的现实情境，实现生命技术伦理学研究的本土化。例如，在深受儒家文化熏陶的许多亚洲国家和地区，个人与家庭、社会群体的关系要比某些崇尚个性与自主的西方国家紧密得多。因此，在中国等亚洲国家地区推进和实施知情同意等原则时必须重视和考虑家庭和社会群体因素。

1．3中国传统儒家伦理对当代生命技术伦理困境的疏解

恩格尔哈特认为，当今西方世俗社会面临着经济与文化双重危机，主要指“由于西方社会—民主制福利政策所引发的经济危机以及西方文化由于家庭解体所引发的社会危机。”以恩格尔哈特为代表的众多西方生命伦理学家认为儒家智慧能为这双重危机的疏解提供强有力的帮助。儒家思想既有根植于中国历史文化传统的独特道德意识和道德主张，也有随着历史沿革和社会进步历久弥新的普世道德考量。儒家思想和学说作为中国传统道德文化资源，其伦理观念和规范影响深远，在中国等亚洲国家的现代社会伦理生活中仍然有着持久影响，尤其是在家庭、社会群体、人际交往和个人道德生活中起着不可替代的作用。儒家学说对现实生活和人事的关注及其独特的伦理道德规范体系等，符合我国当代生命伦理学发展的客观现实需求。当代中国的道德观应该与儒家的优良传统有机结合起来。生命伦理学具有人文性和人文精神，它不仅解决现实的生命技术与人的需求、人与社会、人与自然、人与人之间的关系问题，还研究人和其他生命体的生命伦理问题。而儒学在本质上也是关于人的学问，如天人合一、仁者爱人等思想，蕴含着对天理与人性的透彻看法和对生命意义、人性价值的终极思考，以及人与天地自然万物之间关系的深刻认识。台湾学者李瑞全尝试建立了一种儒家生命伦理学，分析生命生殖和基因技术等生命伦理问题，对我国当代生命技术伦理研究具有十分有益的参照作用。其理论框架如下：以“不忍人之心”作为道德根源和动力；在此基础上阐发出以“仁”为核心的自律（自主）、不伤害、仁爱（有利）、公义（公正）四个基本原则；由以具体化为咨询同意（知情同意）、保护主义、保密、隐私权、诚实、忠诚等规则；当原则或规则在具体情境中发生冲突时，以儒家的“经权原则”来寻求反思的平衡，作出道德判断。

2加强我国生命科学技术伦理规制的设想

我国若想在生命科学技术研究中取得先机，应灵活采纳和融合我国传统文化中的伦理观念等重要思想文化资源，如“以道驭术”，从我国的实际问题出发，积极应对生命科学技术发展带来的各种伦理难题。

2．1“以道驭术”的生命科学技术伦理实践

尽管“道”与“术”在我国古代有着丰富的内涵和引申意义，但从技术伦理学层面看，我国古代从一般意义上对技术与道德关系的讨论，可以概括为“以道驭术”，其中“驭”的意思是驾驭、节制，“以道驭术”指的是“技术行为和技术应用要受伦理道德的驾驭和制约”。“以道驭术”强调人与技术、人与世界多方面关系的协调解决，已经成为解决当代技术社会各种问题的一个有效方法。“以道驭术”注重技术应用的正负效应，主张技术要合乎“道”和“利人”的标准，技术活动各要素和利益相关者之间和谐发展，以技术道德规范约束技术相关人员的技术活动，通过对技术的有效道德控制，消除和限制不适当的技术应用带来的消极影响。上述理念同样适用于生命科学技术的伦理规制：生命科学技术研究人员从事科研活动合乎于“道”，追求崇高的道德精神境界，遵循科技伦理规则和生命科学技术研究道德规范，而不是迷失和屈从于追逐经济利益和社会地位；生命科学技术的发展应用服从于“道”，以造福人类、保护生态环境为目的，避免和消解生命科学技术发展所带来的道德滑坡和伦理困境；人们看待高速发展的生命科学技术要顺应于“道”，改变严重阻碍生命科学技术进步的落后错误的伦理规范和价值理念，增强反思，建立和完善引导生命科学技术健康有序发展的法律法规和伦理规范。

2．2构建生命伦理治理机制

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计算机技术应用在教学过程中的具体方面是非常多并且涉及面非常广泛，从计算机技术的作用来讲主其在教学中的应用主要体现在以下几个方面：很多教师将计算机技术作为辅助教学的工具，能够帮助教师完成一些教学管理以及教学的过程。在很多高校学生都将计算机作为一种学习的工具。通过让学生参与一定的项目并用计算机辅助完成，这使得学生学习的速度和学习的能力大大提高了，使得学习的过程中更加简短和有针对性。另外还有的老师将计算机用于自己教学成果的检验和对自己教学思想的检验，也就是这种教学软件工具对于计算机教学具有非常重要的意义。

二、计算机科学技术在教学中的应用

2.1多媒体教学工作中交互式的计算机技术应用

将多媒体应用于教学过程中增强与学生之间的交互性是计算机技术在教学中的一个最为典型的应用。随着我国高等教育的不断发展，关于一门课的教学资源也是越来越丰富，通过精品课程网站的建设，使得网上的教学资源进一步得到了极大的丰富，在这些教学资源中不乏精品的课件、视频或者是图片这些对于教师本身教学水平的提高增强学生学习的兴趣具有非常重要的作用。绝大多数的教学资源都是以计算机技术为基础的，为了提高自身的教学水平以及增强学生学习的兴趣，作为教师可以将这些多媒体技术巧妙的应用于自身课堂的教学过程中。通过在教学过程中穿插多媒体能够帮助学生进一步加深对于所学知识的理解，同时在教学的过程中通过有效的利用计算机技术可以增强学生和老师之间的互动，使得学生对于教师上课的或者是教学过程存在的一些意见和看法及时的反馈到教师这里，对于教师教学方式的调整以及教学水平的提高具有非常重要的现实意义。

2.2远程通信、网络技术在教育中的作用

在高等院校的教学工作中，网络技术以及远程通信技术的应用在教育的过程中发挥着越来越重要的作用。该技术是网络技术以及通信技术的一个结合，另外还有多媒体技术作为教育的基础，利用计算机技术的网络交互性，使得远程教育得到实现。这种远程教育的方式已经在很多著名的高校流传开来比如网易公开课，在远程教育实现的过程中计算机网络技术、通信技术以及多媒体技术都得到了充分的体现。目前在我国，已经有越来越多的教育工作者和研究者将经历放在远程教育的研究上。在传统的教学模式中虽然也存在师生之间的交流，但是二者之间的交流大多是以语言为载体，并且很多学生碍于面子不愿意和老师进行过多的交流，这个时候计算机技术中的交互性优势就得到了充分的体现。

三、计算机在教学中对学生创新能力的作用

3.1营造良好的创新教育教学环境是培养学生创新能力的关键

通过教育的环境的创新，在一定程度上能够激发学生的创新能力，这种教学环境的创新包括教学心理上的创新以及计算机教学环境上的创新，如果在学生讨论的过程超出了教学设计的范畴，作为教师来讲不应该强行的将学生的思路拉回到课堂当中来，而是应该对学生的质疑给予鼓励，讲出心中的疑惑，这是培养学生创新能力的关键。再利用计算机实现教学的过程中如果学生对于老师的讲述提出了质疑，作为教师不能给学生一味的否定，应当通过适当的方法引导自身想法所出现的问题，让学生通过教师的引导自己否定自身不正确的想法。通过这样的教学方式能够在很大程度上提高学生的学习积极性，能够帮助其树立信心，使得学生在课堂当中时刻保持活跃的思路。但是在这种教育创新环境的营造过程中，要将这种做法的起始点和落脚点都放在对于学生创新能力的培养上，计算机教学具有开放性的特点，再利用计算机进行教学的过程中，要时刻了解计算机技术的发展，并将可以利用的计算机技术应用在教学当中。要通过计算机技术和网络技术的应用使得教学的过程中从课内延伸到课外，从学校内延伸到学校外，要不断的将计算机中的有利于教学的新技术应用在教学过程当中，将计算机应用在各个学科和各个专业领域的教学实践当中，通过计算机使得学生对于学科知识综合运用的能力得到增强，使得学生面对实际问题解决实际问题的能力得到了质的提升。

3.2激发创新思维是培养学生创新能力的重要手段

3.2.1激发学生的学习兴趣

只有学生在学习的过程中有了学习的兴趣和学习的动机才能实现较好的教学效果，学习兴趣对于学生学习具有非常重要的作用，唯有这样才能够使得学生在学习的过程中具有学习的主动性和积极性，也才会对课堂教师所讲授的知识感兴趣，在课堂中才能够保持注意力。教学方式对于学生学习兴趣的提高有非常大的帮助，通过计算机多媒体的形式进行教学能够在很大程度上提高学生学习兴趣，进而提高学校的效果。

3.2.2灵活结合教材，激发学生的创新思维

通过计算机与相应课程的结合来开展教学，按照教学大纲与相应的教育理念来进行教学设计，能够使得学生的创新能力得到极大的提升。在进行教学课程设计的过程中，教师应当结合学科知识与计算机知识的结合，来出相应的题目，这些题目不仅要难度适中而且还能够提高学习创新学习的能力。

四、计算机科学技术在教育中应用的展望

要想使得计算机技术在教学中得到更为广泛的应用，加强计算机应用的范围以及应用的深度，那么就要对学生的教学方式进行积极的创新。目前很多很多方面的应用创新都是在实践的过程中发现的思路。在教学的过程中不断的利用计算机技术实现对于知识的深入理解与应用创新，才能够对传统的教学方式进行彻底的变革，在一定程度加深学生对于知识的理解与应用。在对知识进行学习和探索的过程中，在对某个领域中的模型或者是知识进行验证理解的过程中，一般都会建立相应的推测方法，或者是数学模型来解决相应的问题，在这个过程中很多学生利用计算机来建立实际问题数学模型并利用计算机编程来求解模型的结果最终对于数学知识以及其应用有了更深层次的理解，对于知识的理解以及能够灵活运用在很大程度上又推进了学生对于知识的理解，这使得学生学习能力得到了培养使得学习利用计算机技术来解决实际问题的能力得到了提升，这使得学生学习知识的能力、理解知识以及运用知识的能力得到了质的提升。

五、结语

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面对科技发展的二难窘境,我们该如何进行抉择？还要不要发展科技？如何发展科技？无论是科技的悲观主义者,还是乐观主义者,他们把一切都归于科学技术本身,从而走向了两个极端。然而,事实上,科技的悲观主义阻挡不了现代科学技术飞速前进的步伐,科技的乐观主义也不能使人类摆脱二难的困境。科学技术是社会发展的第一推动力,是现代工业文明的基石,因此,遏制、取消科技的发展是不可能的,而放任科技的无度发展,听凭人类危机的加剧,同样也是我们所不能接受的。

我们必须走一条新路,这就是科学技术可持续发展之路。所谓科学技术的可持续发展,就是把科学技术的发展与社会的发展和人的发展结合起来,把合目的性与合规律性、人类的内在尺度与客观世界的外在尺度、以及人的局部利益与整体利益、眼前利益与长远利益结合起来,推进人类文化的整合,一方面继续发展科学技术,增进人类的福利;另一方面,合理利用科技成果,减少、避免其可能造成的负面效应。

2文化的整合:科学技术可持续发展的文化根基

既然科技发展的二难困境的根由深藏于社会文化之中,根源于文化的破缺、科学精神与人文精神的失衡,那么,走出二难困境,实现科学技术的可持续发展的根基就在于文化的整合、科学精神与人文精神的有机统一。这是因为:没有科学精神的支撑,科学技术的发展就会失却前进的动力,而没有人文精神的引导,科学技术的发展就会迷失方向,只有二者的有机结合,科学技术的可持续发展才能实现。首先,科学精神是科学技术发展的推动力。科学精神弘扬人的理性,追求认识的客观性和真实性。理性是人类科学认识的基本特征,是人类知和行的指南,是确定已知与未知、可知与不可知,判断正确与错误的基本思维依据,是人类对自然、社会和人类自身本质、规律的永无止境的追索。

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测绘信息技术其可以主要应用于地球测绘，其可以测绘处事发地点、事发时间和周围环境的情况。随着经济快速增长，测绘技术也在不断的发生着升级，当前世界各国将信息化测绘技术作为重要的发展战略进行研究。因为信息测绘技术以其强大的测绘方式和内容随着国家信息化环境的变化发生着很大的变化。信息化在测绘技术中应用非常广泛，而且其在国家经济建设和社会发展过程中具有非常重要的作用。信息化测绘最终本质的特征和内涵具有有效的地理空间信息服务，现代化信息测绘技术逐渐朝着学科交叉和融合方向发展。测绘技术在信息化的过程中，必须提升全面服务能力，建立起有效的信息化测绘技术。从学科和技术进行分类，可以将信息化测绘体系分为几个组成部分：现代化测绘基准体系、地理空间信息获取体系、基础信息资源体系、自动化空间信息处理体系、丰富地理空间信息产品体系以及网络化地理空间信息服务体系。信息化测绘体系建设已经成为了我国新时期测绘事业发展的重要战略任务。作为测绘学科来说，信息化测绘技术既能够适应当前我国对于测绘技术的需求，同时还能够促进我国现代化测绘技术与理论的发展。

二、现代化信息测绘体系构建

（一）卫星定位测量法

1、现代信息化测绘基准建设随着现代化信息基准建设不断发展，确定地理空间信息以及集合形态和空间分布的技术基础可以有效反映出各个世界空间和参考基准。现代化测绘技术主要是由大地测量坐标系统、重力系统、高程系统以及深度基准等组成。近年来我国现代化测绘基准建设已经取得了相应的进展，因此建立相应的测绘基准，可以有效促进其发展。2、全球导航卫星系统组建当前随着全球卫星定位系统发展，现代化信息测绘体系的正在我国逐渐建立，随着我国北斗二代导航系统组建，建立起全球导航卫星系统将变得日益可行。美国和俄罗斯布置的GLONASS系统，其作为全球卫星定位系统服役，组建全球导航卫星系统将会成为今后一段时间主要研究内容。

（二）航空航天测绘

由于高分辨率信息化卫星测绘技术取得了极大的技术突破，卫星影像测绘图正在朝着实用化方向发展。高分辨率的遥感卫星成为了卫星测绘多样化发展，由单线阵组成的推扫式扫描成像技术变得更加合理。通过采用大范围同轨和异轨立体技术逐渐提升了测图的高精度，使得地形测绘技术变革朝着正引方向发展。高分辨率遥感卫星数据处理的时候，包含了高精度的函数模型处理，并且在地面的控制点具有大区域网平差异技术作为基础，多基线和多重的匹配自动匹配技术。高分辨率遥感卫星逐渐成为了我国地形图基础地理信息的重要数据源，地面控制的时候对于自由网的平差技术可使得境内和境外地形测试更加现实。

三、信息化测绘技术的具体应用

（一）精密工程与工业测量应用

精密工程测量与卫星定位具有精度均匀、速度快以及对控制网图形要求低等特点。目前已经建立起高精度、高分辨率的大地水准面数据结合模型，使得对于工程控制网逐渐发展到二维、三维，并且彻底改变了工程测量中平面和高控制网方法。三维测绘技术就是在进行测量的时候建立起空间三维坐标，可以确定目标的几何形态、姿态和空间位置，对于目标进行三维重建。通过在计算机上建立起虚拟现实景观模型，目前有多种的三维测量仪器，并且使用三维测绘技术完成相应的测量工作。三维测绘技术主要是实现激光扫描，其能够直接获取待测地物的坐标信息。

（二）海洋与航道测绘技术应用

海洋测量已经逐渐摒弃了传统无线电定位手段，采用GPS各种各样测量形式。研究卫星导航定位进行测试的时候其能够利用观测技术对船进行测量和观察，利用北斗卫星能够实现对其高精度定位。利用GPS测速的基本原理，采用无线电标/差分析，研究运动物体速度测量的方法和精度。海洋探测的时候，在运动的平台上进行探测，由于受到测量船和仪器的噪声影响，使得探测仪的参数设置上会受到严重的影响。因此对于单波速和多波速进行测量的时候主要针对其效率和测量的精度进行数据处理，确保整个测量的过程显得更加精准。例如，在水域中测量界限提取时，必须针对海岸带进行监测，还要对浅海故障进行监测，例如采用声纳图像处理完成对动态的航标进行导航。

（三）机载激光雷达技术应用

机载激光雷达技术其利用激光进行扫描，然后采用全球定位系统进行测绘，通过接受测绘目标反射光束然后完成目标测定定位。机载激光雷达技术和传统的航空摄影测量进行比较，机载激光雷达技术可有效穿过树林的遮挡，从而直接取地面点精度高三维坐标数据，并且完成相当的内业处理。机载激光雷达技术目前硬件技术比较成熟，其测量的精度可以达到厘米级别，经过数据处理的软件发展却相对落后，数据处理过程中的相关算法还不成熟。利用机载激光雷达技术进行数据处理的时候由于缺乏相应的纹理信息，不能够完成相应的匹配和地面控制。

四、结束语

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首先，计算机网络技术的应用要遵守规范性的原则。只有其本身是规范的，能保证它的发展和应用过程都是科学技术、规范的，才能提高计算机网络技术的应用效率，才给用户提供准确、方便、快捷的服务。在计算机网络的应用过程，就要坚持规范性的原则，才能充分发挥设备的作用和功能，才能保证网络系统运行中的精度和协调度，进而才能够保证计算机网络应用的高效性和稳定性。其次，计算机网络技术的应用还要遵守便捷性的原则。再选择计算机软硬件系统的时候，要考虑系统的简便性、折旧费用等，在保证软硬件可以满足技术需要的同时，还要考虑网络系统的特殊性，既要充分发挥网络系统的功能和作用，还要能够经得住时间的考验。坚持计算机网络应用便捷性的原则，在遇到产品更新升级、设备维护、维修及故障排除等问题时，解决起来会变得简单、容易。在计算机网络技术应用中，一定要遵守规范性和便捷性的原则，才可以将计算机的网络技术发挥得淋漓尽致，满足人们对网络的不断需求，提高网络的应用效率，满足信息化社会的发展。

2计算机网络的应用技术

计算机网络技术的广泛应用，在现代社会发展中占据着举足轻重的地位。Internet技术不仅在办公中实现了远程操作，而且在教育中，很多网络课程教学、优秀课件的共享等，都极大地方便了教育与交流。尤其在生活中，商业进入网络后，人们的柴米油盐、酱醋茶等等生活用品都可以通过网络获得，所有的衣食住行等都可以通过计算机网络技术解决，人们足不出户，只要有台连接网络的计算机，所有的生活问题、教育问题、工作问题等都可以迎刃而解。平板电脑和智能手机的出现，更加推动了网络技术的发展。平板电脑小巧、易携带，但连接网线，却影响了其便携性，而今的WiFi网络技术，成功地解决了这一问题。有了WiFi技术，人们对网络的依赖就更大了，在所有的场所，人们都可以共享网络。现在的手机已经由原来的3G升级为4G，网络速度更加快捷，弥补了没有WiFi网络覆盖的不足，人们可以通过手机的网络进行实时的交流和沟通。现在的生活中，如果某一环境或时刻，没有了网络，人们就会感到好像什么事都无法进行了。因此，计算机网络已经成为人们生活、工作、学习中不可缺少的技术，它已经成为一种文化、一种生活融入到社会的各个领域。

3计算机网络技术的应用前景

随着科学技术的迅猛发展，计算机的网络技术也将朝着更加方便、快捷、安全的方向发展。在生活中，人们通过计算机网络技术，打破了时空上的束缚，实时地进行信息的交流和沟通；在工作中，人们通过计算机网络技术，实现了远程办公的愿望，及时地进行信息的传递和共享。所以计算机网络技术已经成为人们生活的必需品，这就要求其不断提高“品质”。现在的网络技术是人们生活、工作、学习的重要手段，因此在未来的发展中，要求网络技术要更加的稳定，而且还要快速。因为网速过慢，使信息不能及时传播或共享的下，尤其是企业很可能会造成很大的经济损失。另外，就是网络技术的安全性，虽然现在的网络技术都有加密保护，但现在的网络技术的应用已经涉及到人们财产和隐私中，所以将来网络技术的研究和发展的重点，就将是网络安全问题。计算机网络技术要不断地研发、升级，给用户提供更多既安全便捷的应用，不断满足人们的需求。计算机网络技术的发展，必将推动人类社会的发展。

4结束语

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1:长春广播电视大学毕业设计题目.

2:吉林省森工集团信息化发展前景与规划.

3: 吉林省林业设计院网络中心网络改造与发展规划.

4: 吉林省林业系统生态信息高速公路构建课题.

二、论文撰写与设计研究的目的:

吉林省的林业分布十分广泛,以长白山系为主要脉络的山地广泛分布各种森林资源,而作为林业及林业环境的发展,林业生态信息则是一个更为庞大的系统,快捷,准确,合理,系统的采集,处理,分析,存储这些信息是摆在我们面前的十分现实的问题.在信息交流的这个世界中,信息好比货物,我们需要将这些货物(信息)进行合理的处理,其中以硬件为主的计算机网络系统是这些货物(信息)交流的"公路"和"处理厂",我做这个题目,就是要为它画出一条"公路"和若干"处理方法"的蓝图.

由于森工集团这样的特定企业,其一,它是一个统一管理的企业,具有集团化的特点,网络的构建具有统一性.其二,它又在地理上是一个分散的企业,网络点也具有分散性.然而,分散中还具有集中的特点,它的网络系统的设计就应该是板块化的.从信息的角度来讲,信息的种类多,各种信息的采集传输处理角度也不尽相同,我们在设计的过程中不仅要考虑硬件的地域布局,也要考虑软件平台的配合.

没有最好,只有更好;更新观念,大步向前.我相信,在导师的精心指导下,经过我的努力,我将为它们创造出一条平坦,宽阔的"高速公路".

1,论文(设计)研究的对象:

拟订以吉林省林业系统为地理模型,以林业网络综合服务为基本需求,以网络拓扑结构为设计方向,以软件整合为应用方法,开发设计一套完整的基于集散集团企业的企业网络系统.

2,论文(设计)研究预期达到目标:

通过设计,论文的撰写,预期达到网络设计全面化,软件整合合理化,网络性能最优化,资金应用最低化,工程周期最短化的目标.

3,论文(设计)研究的内容:

一),主要问题:

设计解决网络地域规范与现有网络资源的利用和开发.

设计解决集中单位的网络统一部署.

设计解决多类型网络的接口部署.

设计解决分散网络用户的接入问题.

设计解决远程瘦用户网络分散点的性能价格合理化问题.

设计解决具有针对性的输入设备的自动化信息采集问题.

合理部署网络服务中心的网络平衡.

优化网络服务系统,营造合理的网络平台.

网络安全问题.

10,基本应用软件整合问题.

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二),论文(设计)包含的部分:

1,地理模型与网络模型的整合.

2,企业内部集中部门网络设计.

3,企业内部分散单元网络设计——总体分散.

4,企业内部分散单元网络设计——远程结点.

5,企业内部分散单元网络设计——移动结点.

6,企业网络窗口(企业外信息交流)设计.

7,企业网络中心,服务平台的设计.

8,企业网络基本应用软件结构设计.

9,企业网络特定终端接点设计.

10,企业网络整合设计.

5,论文(设计)的实验方法及理由:

由于设计的过程并不是工程的施工过程,在设计过程中详尽的去现场建设肯定有很大的难度,也不是十分可行的,那么我们在设计的阶段就应该进行仿真试验和科学计算.第一步,通过小型网络测试软件平台,第二步,构建多个小型网络搭建全局网络模拟环境,第三步,构建干扰源利用小型网络集总仿真测试.

6,论文(设计)实施安排表:

1.论文(设计)阶段第一周次:相关理论的学习研究,阅读参考文献资料,制订课题研究的实施方案,准备试验用网络硬件和软件形成试验程序表及试验细则.

2.论文(设计)阶段第二周次:开始第一轮实验,进行小型网络构建试验,模拟网络服务中心,模拟区域板块,模拟远程及移动网络.

3.论文(设计)阶段第三周次:进行接口模拟试验,测试软件应用平台,完善课题研究方案.

4.论文(设计)阶段第四周次:完成第一轮实验,提交中期成果(实验报告1).

5.论文(设计)阶段第五周次:进行第二轮实验,模拟环境(干扰仿真)实验,提交实验报告2.

6.论文(设计)阶段第六周次:完成结题报告,形成论文.

三,论文(设计)实施工具及参考资料:

小型网络环境,模拟干扰环境,软件平台.

吴企渊《计算机网络》.

郑纪蛟《计算机网络》.

陈济彪 丹青 等 《计算机局域网与企业网》.

christian huitema 《因特网路由技术》.

[美]othmar kyas 《网络安全技术——风险分析,策略与防火墙》.

其他相关设备,软件的说明书.

1、论文(设计)的创新点:

努力实现网络资源的全面应用,摆脱将单纯的网络硬件设计为企业网络设计的模式,大胆实践将软件部署与硬件设计阶段相整合的网络设计方法.

题目可行性说明及预期成果:

2、可行性说明:

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科技学术论文归档与利用存在的问题

北京卫星环境工程研究所是由所办负责科技学术论文、著作的收集、管理、归档工作，主要是通过每年举办1～2次国内空间环境工程等专业学术会议，出版会议论文集。科技论文年均两百篇左右；每年本所参加国际声和振动、空间环境材料、空间碎片等相关专业国际会议十项；在国际会议上发表的论文年均20余篇，均围绕该领域及相关专业的研究和发展。由于参加国内外各种学术交流活动逐年增多，为技术发展和人才培养提供了支持，提高了所的整体学术地位和技术水平；同时由于学术水平显著提高，导致对空间环境及相关科技信息需求也不断增加，但在科技论文齐全归档和有效利用的管理工作方面，笔者认为还存在一些问题。

1.档案管理不到位。虽然目前对科技论文的归档范围已有明确要求，但在具体执行过程中，并未及时采取相应的管理措施，疏于严格管理。使科技论文归档的管理还存在一些薄弱环节，档案人员不能主动收集科技论文，致使部分科技论文作者将论文存在自己手中。

2.审查不严格。航天科技有严格的保密审查和技术审查规定，但有部分作者为了图方便和省事，未经审查就直接将科技论文投在国内外的刊物上发表，造成科技论文归档不受控。

3.档案意识不强。部分科技人员不能自觉地将所发表的论文主动归档，特别是被EI、SCI等国际主要检查收集的优秀论文，甚至将论文视为自己的私有财产，未能意识到科技论文是航天科技的宝贵财富，是促进科技快速发展的重要资源和技术支持。

解决科技论文归档与利用的途径

1.加大宣传力度，增强档案意识。在各项紧张繁忙的科研型号任务管理工作中往往对档案工作的不够重视，导致科技学术论文的归档和利用价值被忽视。

为了进一步加强宣传力度，增强科技人员的档案意识：一是在所网页“学术交流”专栏，增设“论文归档”栏目，大力宣传科技论文归档的要求及其重要性；二是利用每年举办的学术交流会活动，在征文通知中明确提出论文归档的要求；三是采用职务晋升方式，将是否归档作为一项硬指标，作为晋升的加减分项，把归档工作纳入科技人员的职责范围；四是通过各种载体的有效宣传，树立科技论文归档意识，将档案意识融入到相关的工作中，将科技论文归档工作纳入所的档案工作计划中。

2.树立正确的价值观，共享科研成果。我国《档案法》第三章第十条明确规定：“对国家规定的应当立卷归档的材料，必须按照规定，定期向本单位档案机构或者档案工作者移交，集中管理，任何个人不得据为己有。”科研单位的科技人员是国家的工作人员，任何个人或团队在科研工作过程中形成的科技成果都是属于国家的，是国家的宝贵财富，不能据为已有，要做到学术科研成果资源共享。

3.健全完善规章，做到有法可依。在已有规章制度的基础上，根据科技人员的需求，不断完善相应的管理规定，从制度上进行管控、不留死角，使科技学术论文归档工作制度化、程序化。保证科技学术论文归档工作规范有序地开展。

4.严格审查手续，保证受控。为了彻底堵塞未经审查就发表科技论文的漏洞，确保发表的科技论文归档。应在严格执行所有关保密管理办法及学术交流管理办法的基础上，由所办负责学术交流的管理工作和科技论文的归档工作，做好一出一归的闭环管理。

首先，要逐级审查待发表的科技学术论文。通过《国内会议及刊物的审批表》进行审查管控，采用处室、专家两级审查制度，经单位保密部门审核后出具《保密审查证明》后，方可对外提供和发表。从根本上杜绝了未经审查就的问题。

其次，所办将全部发表的论文及论文审查表均按照归档要求进行存档，分类整理立卷，并编制检索目录供大家查询利用。

5.实行奖励政策，鼓励。本所自2008年起开始实施科技奖励制度，鼓励科技人员积极撰写，极大地提高了学术交流水平，数量逐年上升，论文归档数量也逐年增加。为了更加有效地开展学术交流工作，2011年对论文奖励制度又进行了修订和完善，明确规定被国际六大著名检索系统——美国《科学引文索引》（SCI）、美国《工程索引》（Elsevier EI）、英国《科学文摘》（SA）、美国《化学文摘》（CA）、俄罗斯《文摘杂志》（AJ）、日本《科学技术文献速报》（JST）收录的论文及在国内核心学术刊物上发表的论文给与物质奖励，对于及时归档的论文作者，于每年年终特别发放现金奖励。调动了科技人员撰写论文的积极性，同时极大地推动科技学术论文归档工作，收效显著。

6.与晋升考核挂钩，刺激归档热情。为了促进科技学术论文的归档工作，保护知识产权，要求申报者和科技学术论文归档主管部门分别递交清单，将主管部门提供的发表清单作为依据，每年参照论文归档情况进行评比。评比数据与员工的职称评定、晋升考核挂钩。将科技学术论文的归档工作与员工的切身利益密切相连。此方法能够更加有效地刺激论文作者主动归档的积极性，由被动归档变为主动归档，更加有利地确保科技学术论文归档工作的顺利开展，实现了科技论文归档的齐全完整。

利用信息化管理手段实现科技成果共享

自从2004年开始，在网页主页面上建立了“学术工作”专栏，下设学术动态、学术论文、学术成果3个栏目。该专栏自建立起，通过较高的点击率，充分说明大家对学术成果检索利用的关注程度。利用信息化管理网页平台，达到了宣传和交流空间环境工程领域里技术和成果的目的，也促进了航天器环境工程的发展。

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一、联系生活实际，引导学生积极探究生活

新课改的理念也要求数学教学要紧密联系学生的生活环境，从学生的经验和已有知识出发，创设有助于学生自主学习、合作交流的情境，让学生生动活泼地学习数学知识。比如，在教学完求平均数应用题以后，可要求学生通过社会调查，数据收集和整理来了解某家、某厂或某队日常生活中的用电、用水的平均费用，自己班上同学的平均身高、平均年龄等。在元、角、分的教学以后，可利用数学活动课组织学生开展模拟购物活动，师生互当售货员和顾客进行买卖游戏，对于一些后进生，还可带着他们去学校商店，通过买一些学习用品，让他们了解元、角、分之间的关系，在学校组织学生参加为希望小学献爱心活动过程中，也可就借此东风，让学生把家里的零钱凑起来，计算出总金额，通过这些活动，让学生熟悉了元、角、分以及它们之间的兑换和简单的加减计算。反思：通过上述设计，能开发学生的思维能力又把数学与生活实际联在一起，使学生感受到生活中处处有数学。这样的教学设计具有形象性，给学生极大的吸引，使学生意识到在他们周围的某些事物中存在着数学问题，养成有意识地用数学的观点观察和认识事物的习惯，并逐步学会把简单的实际问题表示为数学问题。

二、立足动态思维，增强知识建构的有效性

教室在此过程中，应基于切实培养学生数学思维的立足点。案例1：长方体和正方体体积，教学设计如下：活动1：创设问题情境，发现问题。先复习长方体和正方体相关概念和它们的体积计算公式，然后出示问题：学校多媒体讲台的形状是一个长方体，它的底面积是1.2平方米，讲台高是1.5米。这个多媒体讲台的体积是多少立方米？要求学生先自主探究。预计学生会这样解决的：1.2×1.5=1.8(立方米)。教师据此设置悬疑：照你们的说法和做法，底面积×高=长方体体积？(教师在等号上打一个大大的问号)(产生认知冲突:与前面所学“长方体体积=长×宽×高”不一样。)活动2：解决问题。分析问题：(l)要证明“底面积=长×宽”。把“底面积×高=长方体体积”和“长方体体积=长×宽×高”进行形式上的比较，然后引导学生归纳。化解问题：底面积是否等于“长×宽”呢?(停顿，再次引起思维矛盾。)再次化解问题：什么是底面积?(引导学生说)，学生知道了底面积就等于“长×宽”，证实了前面的猜测和分析推理。从而可以得出结论（证实前面的假设成立)。活动3：类比推理，统一公式。由长方体与正方体关系类比推理(横向思维)得出正方体体积与底面积的关系。最后得出统一公式:V=Sh。反思：上述设计立足学生的思维养成和发展，设置悬疑，形成从未知“底面积×高是否等于长方体体积”到已知“长方体体积=长×宽×高”的逆向分析、推理求证的思维活动过程，中间很自然地融入底面和底面积概念的学习，而不是从告知“底面积=长×宽”，结合已知“长方体体积=长×宽×高”得出未知“底面积×高=长方体体积”的正向说明过程。这一过程实，际上也是一个思维聚合和发散交错体现的过程，对课堂教学能够达到事半功备的效果。

三、创设宽松环境，提高师生互动性

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1.1复杂概念简单化学习概率论与数理统计课程的学生大多是非数学专业的，数学基础相对薄弱，以专业水准去要求他们不现实也没必要。因此教师在讲授时应尽量化繁为简。例如，在讲授大数定律时，进行严格的数学证明，对非数学专业的学生来讲并非易事。教师只需将这些定理的含义讲清楚就可以了。大数定律主要是在理论上严格地验证了“多次测量求平均值”的合理性以及在实际问题中“，用事件的频率近似替代概率”的合理性，即随机变量的算术平均值依概率收敛于期望，频率依概率收敛于概率。这样既可减轻或消除部分学生的畏难心理与抵触心理，又符合教学要求，从而实现教学目标。

1.2适当布置思考题当今是一个信息大爆炸的时代，学生大多思维活跃，善于动脑，部分学生会觉得老师都是在照本宣科，毫无新意，学习没有挑战性。教师可以适当布置一些相关的思考题，以便满足不同层次学生的需求。例如，在讲授几何概型时，可以将著名的“贝特朗”奇论抛给学生。此问题有三种不同的解答。教师可以先与学生共同探讨出一种解法，剩余的解法留给学生思考。也可以鼓励学生挖掘出新的解法，甚至新的结果，让学生去思考贝特朗奇论出现的根本原因是什么。这样既满足了部分学生的求知欲，又可以活跃课堂气氛，提高教学效果。

2注重与生活的联系，让学生感受到学习的重要

2.1体验生活常识“概率论与数理统计”是应用性很强的一门数学学科，它在众多领域都有广泛的应用。如果仅仅是这样跟学生讲，学生可能没有任何感觉，甚至有些反感。事实上，它在我们的日常生活中也是随处可见的。如果在讲授相关知识时，能够结合我们的日常生活，从学生身边熟悉的事物出发，相信可以收到事半功倍的效果。下面将给出几个具体实例：例1：在讲授古典概率或者数学期望时，可以路边摊的“摸球游戏”为例。袋子中装有12个除颜色外，大小形状均相同的6个红球，6个白球，现从中不放回的摸取6个球，若所摸到的球为6红则奖励100元，5红1白奖励50元，4红2白奖励20元，3红3白罚款100元，2红4白奖励20元，1红5白奖励50元，6白奖励100元，你会心动吗？这个游戏貌似是稳赚不赔，但是利用古典概率计算会发现，3红3白的概率远远大于其他情况的概率。类似的街边中奖游戏很多，如果我们学习了概率论的相关知识，就会大大减少上当的机会。

例2：在讲解古典概率中的“盒子模型”时，可以“生日问题”为例。比如，授课班级有50名学生，那么可以让学生猜一下至少有两个人同一天生日的概率有多大。这个概率乍看很小，但是通过“盒子模型”计算出来的结果却令人匪夷所思，当班级有50个人时，至少两个人同一天生日的概率居然达到0.9704！在此可以让学生进一步思考，在大街上至少两个人是老乡的概率又会有多大呢？肯定也是相当大的，因此可借此提醒学生在陌生场合一定要小心陌生人以“老乡”“、有缘”之类的话搭讪，谨防上当受骗。除此以外，身边还有很多的例子，比如在讲授贝叶斯公式时可以寓言故事“狼来了”为例，让学生分析一下为什么狼真的来了之后却没人来救；在讲授复杂的全概率公式时，可以“抽签问题”为例。假设在10根签中，1根有奖，现有10个人轮流抽签，问这样抽签是否公平呢？这个问题是在我们日常生活中经常见到，很多学生认为第一个抽签的人中奖率一定是高于最后一个人的，然而事实并非如此。利用全概率公式得出的结果却是第十个人与第一个人的中奖概率是一样的，都是0.1。这些问题既生动有趣又贴近生活，从而能够激发学生探究的兴趣，充分调动学生学习的主动性和积极性，培养学生娴熟应用以往学过的各种知识来分析问题、解决问题的能力，最终达到提高学生综合素质的目的。

2.2感悟人生哲理师者，传道授业解惑也。大学的课堂上传授的不仅仅是知识，更要教会学生学会做人，做事，感悟人生。概率论与数理统计虽然是一门抽象的数学课程，其中也蕴含了很多人生哲理。教师在授课时若予以适当点拨，不仅能够激发学生的学习兴趣，加深对知识点的理解，更能够体会一些为人处世之道。比如，在讲授伯努利概型时，经常会举下面的例题：某人进行射击，设每次命中的概率是0.02，独立射击400次，试求至少命中两次的概率。学生很容易列式求解出此概率为0.9972。在此可以向学生提出问题：从这道题里面你得到了什么启示？学生可能一头雾水，这就是一道普通的数学题，怎么还会有启示？教师可进一步引导，这位射击队员的命中率很低，但是经过400次射击，至少可以击中两次的概率就达到了0.9972。如果把击中目标看成实现自己的人生理想，只要坚持不懈，最终实现理想的概率也一定是很大的。“坚持就是胜利”绝不是一句空话，希望大家坚持不懈。

再比如，在讲授概率的加法公式时，可以“诸葛亮问题”为例。假设诸葛亮解出问题的概率为0.8，3个臭皮匠A、B、C独立解出问题的概率分别为0.5、0.48、0.45，且每个臭皮匠能否解出问题是相互独立的，并提示：3个臭皮匠中，至少有一人解出问题，问题就被解决了。那么三个臭皮匠是否真的能赛过诸葛亮呢？由此，大部分学生都会想到用概率的加法公式来解决此问题。并且可以很容易求出3个臭皮匠中至少有一人解出问题的概率是0.857>0.8，即3个并不聪明的臭皮匠确实可以赛过聪明的诸葛亮。更进一步，若不是3个臭皮匠，而是4个，5个，…，结论又是如何?以1O个臭皮匠为例，假设诸葛亮解出问题的概率仍为0.8，每个臭皮匠独立解出问题的概率都为0.45，且假设每个臭皮匠能否解出问题是相互独立的。则利用对立事件概率的计算公式，可方便地算得1O个臭皮匠中至少有一人解出问题的概率为：1-0.5510≈O.9975>0.8。也就是说，问题基本上都能解出，从而远远赛过聪明的诸葛亮。因此我们在日常生活中一定要团结合作，集思广益，充分发挥集体的力量。经过这样的适当点拨，不仅能够使学生更快地掌握知识，而且能够帮助学生树立正确的人生观与价值观。

3结语

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关键词：纳米科学纳米技术纳米管纳米线纳米团簇半导体

NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution

Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.

Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor

I.引言

纳米科学和技术所涉及的是具有尺寸在1-100纳米范围的结构的制备和表征。在这个领域的研究举世瞩目。例如，美国政府2001财政年度在纳米尺度科学上的投入要比2000财政年增长83%，达到5亿美金。有两个主要的理由导致人们对纳米尺度结构和器件的兴趣的增加。第一个理由是，纳米结构（尺度小于20纳米）足够小以至于量子力学效应占主导地位，这导致非经典的行为，譬如，量子限制效应和分立化的能态、库仑阻塞以及单电子邃穿等。这些现象除引起人们对基础物理的兴趣外，亦给我们带来全新的器件制备和功能实现的想法和观念，例如，单电子输运器件和量子点激光器等。第二个理由是，在半导体工业有器件持续微型化的趋势。根据“国际半导体技术路向（2001）“杂志，2005年前动态随机存取存储器（DRAM）和微处理器（MPU）的特征尺寸预期降到80纳米，而MPU中器件的栅长更是预期降到45纳米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的问题预期就会出现。到2005年类似的问题将预期出现在DRAM的制造过程中。半导体器件特征尺寸的深度缩小不仅要求新型光刻技术保证能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件设计和制造方案，因为当MOS器件的尺寸缩小到一定程度时基础物理极限就会达到。随着传统器件尺寸的进一步缩小，量子效应比如载流子邃穿会造成器件漏电流的增加，这是我们不想要的但却是不可避免的。因此，解决方案将会是制造基于量子效应操作机制的新型器件，以便小物理尺寸对器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我们能够制造纳米尺度的器件，我们肯定会获益良多。譬如，在电子学上，单电子输运器件如单电子晶体管、旋转栅门管以及电子泵给我们带来诸多的微尺度好处，他们仅仅通过数个而非以往的成千上万的电子来运作，这导致超低的能量消耗，在功率耗散上也显著减弱，以及带来快得多的开关速度。在光电子学上，量子点激光器展现出低阈值电流密度、弱阈值电流温度依赖以及大的微分增益等优点，其中大微分增益可以产生大的调制带宽。在传感器件应用上，纳米传感器和纳米探测器能够测量极其微量的化学和生物分子，而且开启了细胞内探测的可能性，这将导致生物医学上迷你型的侵入诊断技术出现。纳米尺度量子点的其他器件应用，比如，铁磁量子点磁记忆器件、量子点自旋过滤器及自旋记忆器等，也已经被提出，可以肯定这些应用会给我们带来许多潜在的好处。总而言之，无论是从基础研究（探索基于非经典效应的新物理现象）的观念出发，还是从应用（受因结构减少空间维度而带来的优点以及因应半导体器件特征尺寸持续减小而需要这两个方面的因素驱使）的角度来看，纳米结构都是令人极其感兴趣的。

II.纳米结构的制备———首次浪潮

有两种制备纳米结构的基本方法：build-up和build-down。所谓build-up方法就是将已预制好的纳米部件（纳米团簇、纳米线以及纳米管）组装起来；而build-down方法就是将纳米结构直接地淀积在衬底上。前一种方法包含有三个基本步骤：1）纳米部件的制备；2）纳米部件的整理和筛选；3）纳米部件组装成器件（这可以包括不同的步骤如固定在衬底及电接触的淀积等等）。“build-up“的优点是个体纳米部件的制备成本低以及工艺简单快捷。有多种方法如气相合成以及胶体化学合成可以用来制备纳米元件。目前，在国内、在香港以及在世界上许多的实验室里这些方法正在被用来合成不同材料的纳米线、纳米管以及纳米团簇。这些努力已经证明了这些方法的有效性。这些合成方法的主要缺点是材料纯洁度较差、材料成份难以控制以及相当大的尺寸和形状的分布。此外，这些纳米结构的合成后工艺再加工相当困难。特别是，如何整理和筛选有着窄尺寸分布的纳米元件是一个至关重要的问题，这一问题迄今仍未有解决。尽管存在如上的困难和问题，“build-up“依然是一种能合成大量纳米团簇以及纳米线、纳米管的有效且简单的方法。可是这些合成的纳米结构直到目前为止仍然难以有什么实际应用，这是因为它们缺乏实用所苛求的尺寸、组份以及材料纯度方面的要求。而且，因为同样的原因用这种方法合成的纳米结构的功能性质相当差。不过上述方法似乎适宜用来制造传感器件以及生物和化学探测器，原因是垂直于衬底生长的纳米结构适合此类的应用要求。

“Build-down”方法提供了杰出的材料纯度控制，而且它的制造机理与现代工业装置相匹配，换句话说，它是利用广泛已知的各种外延技术如分子束外延(MBE)、化学气相淀积（MOVCD）等来进行器件制造的传统方法。“Build-down”方法的缺点是较高的成本。在“build-down”方法中有几条不同的技术路径来制造纳米结构。最简单的一种，也是最早使用的一种是直接在衬底上刻蚀结构来得到量子点或者量子线。另外一种是包括用离子注入来形成纳米结构。这两种技术都要求使用开有小尺寸窗口的光刻版。第三种技术是通过自组装机制来制造量子点结构。自组装方法是在晶格失配的材料中自然生长纳米尺度的岛。在Stranski-Krastanov生长模式中，当材料生长到一定厚度后，二维的逐层生长将转换成三维的岛状生长，这时量子点就会生成。业已证明基于自组装量子点的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子点器件的饱和材料增益要比相应的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3个量级。阈值电流密度低于100A/cm2、室温输出功率在瓦特量级（典型的量子阱基激光器的输出功率是5-50mW）的连续波量子点激光器也已经报道。无论是何种材料系统，量子点激光器件都预期具有低阈值电流密度，这预示目前还要求在大阈值电流条件下才能激射的宽带系材料如III组氮化物基激光器还有很大的显著改善其性能的空间。目前这类器件的性能已经接近或达到商业化器件所要求的指标，预期量子点基的此类材料激光器将很快在市场上出现。量子点基光电子器件的进一步改善主要取决于量子点几何结构的优化。虽然在生长条件上如衬底温度、生长元素的分气压等的变化能够在一定程度上控制点的尺寸和密度，自组装量子点还是典型底表现出在大小、密度及位置上的随机变化，其中仅仅是密度可以粗糙地控制。自组装量子点在尺寸上的涨落导致它们的光发射的非均匀展宽，因此减弱了使用零维体系制作器件所期望的优点。由于量子点尺寸的统计涨落和位置的随机变化，一层含有自组装量子点材料的光致发光谱典型地很宽。在竖直叠立的多层量子点结构中这种谱展宽效应可以被减弱。如果隔离层足够薄，竖直叠立的多层量子点可典型地展现出竖直对准排列，这可以有效地改善量子点的均匀性。然而，当隔离层薄的时候，在一列量子点中存在载流子的耦合，这将失去因使用零维系统而带来的优点。怎样优化量子点的尺寸和隔离层的厚度以便既能获得好均匀性的量子点又同时保持载流子能够限制在量子点的个体中对于获得器件的良好性能是至关重要的。

很清楚纳米科学的首次浪潮发生在过去的十年中。在这段时期，研究者已经证明了纳米结构的许多崭新的性质。学者们更进一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法来进行纳米结构制造。这些成果向我们展示，如果纳米结构能够大量且廉价地被制造出来，我们必将收获更多的成果。

在未来的十年中，纳米科学和技术的第二次浪潮很可能发生。在这个新的时期，科学家和工程师需要征明纳米结构的潜能以及期望功能能够得到兑现。只有获得在尺寸、成份、位序以及材料纯度上良好可控能力并成功地制造出实用器件才能实现人们对纳米器件所期望的功能。因此，纳米科学的下次浪潮的关键点是纳米结构的人为可控性。

III.纳米结构尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮

为了充分发挥量子点的优势之处，我们必须能够控制量子点的位置、大小、成份已及密度。其中一个可行的方法是将量子点生长在已经预刻有图形的衬底上。由于量子点的横向尺寸要处在10-20纳米范围（或者更小才能避免高激发态子能级效应，如对于GaN材料量子点的横向尺寸要小于8纳米）才能实现室温工作的光电子器件，在衬底上刻蚀如此小的图形是一项挑战性的技术难题。对于单电子晶体管来说，如果它们能在室温下工作，则要求量子点的直径要小至1-5纳米的范围。这些微小尺度要求已超过了传统光刻所能达到的精度极限。有几项技术可望用于如此的衬底图形制作。

—电子束光刻通常可以用来制作特征尺度小至50纳米的图形。如果特殊薄膜能够用作衬底来最小化电子散射问题，那特征尺寸小至2纳米的图形可以制作出来。在电子束光刻中的电子散射因为所谓近邻干扰效应（proximityeffect）而严重影响了光刻的极限精度，这个效应造成制备空间上紧邻的纳米结构的困难。这项技术的主要缺点是相当费时。例如，刻写一张4英寸的硅片需要时间1小时，这不适宜于大规模工业生产。电子束投影系统如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在发展之中以便使这项技术较适于用于规模生产。目前，耗时和近邻干扰效应这两个问题还没有得到解决。

—聚焦离子束光刻是一种机制上类似于电子束光刻的技术。但不同于电子束光刻的是这种技术并不受在光刻胶中的离子散射以及从衬底来的离子背散射影响。它能刻出特征尺寸细到6纳米的图形，但它也是一种耗时的技术，而且高能离子束可能造成衬底损伤。

—扫描微探针术可以用来划刻或者氧化衬底表面，甚至可以用来操纵单个原子和分子。最常用的方法是基于材料在探针作用下引入的高度局域化增强的氧化机制的。此项技术已经用来刻划金属（Ti和Cr）、半导体（Si和GaAs）以及绝缘材料（Si3N4和silohexanes），还用在LB膜和自聚集分子单膜上。此种方法具有可逆和简单易行等优点。引入的氧化图形依赖于实验条件如扫描速度、样片偏压以及环境湿度等。空间分辨率受限于针尖尺寸和形状（虽然氧化区域典型地小于针尖尺寸）。这项技术已用于制造有序的量子点阵列和单电子晶体管。这项技术的主要缺点是处理速度慢（典型的刻写速度为1mm/s量级）。然而，最近在原子力显微术上的技术进展—使用悬臂樑阵列已将扫描速度提高到4mm/s。此项技术的显著优点是它的杰出的分辨率和能产生任意几何形状的图形能力。但是，是否在刻写速度上的改善能使它适用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的还有待于观察。直到目前为止，它是一项能操控单个原子和分子的唯一技术。

—多孔膜作为淀积掩版的技术。多孔膜能用多种光刻术再加腐蚀来制备，它也可以用简单的阳极氧化方法来制备。铝膜在酸性腐蚀液中阳极氧化就可以在铝膜上产生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范围。制备多孔膜的其他方法是从纳米沟道玻璃膜复制。用这项技术已制造出含有细至40nm的空洞的钨、钼、铂以及金膜。

—倍塞（diblock）共聚物图形制作术是一种基于不同聚合物的混合物能够产生可控及可重复的相分离机制的技术。目前，经过反应离子刻蚀后，在旋转涂敷的倍塞共聚物层中产生的图形已被成功地转移到Si3N4膜上，图形中空洞直径20nm，空洞之间间距40nm。在聚苯乙烯基体中的自组织形成的聚异戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱体）可以被臭氧去掉或者通过锇染色而保留下来。在第一种情况，空洞能够在氮化硅上产生；在第二种情况，岛状结构能够产生。目前利用倍塞共聚物光刻技术已制造出GaAs纳米结构，结构的侧向特征尺寸约为23nm,密度高达1011/cm2。

—与倍塞共聚物图形制作术紧密相关的一项技术是纳米球珠光刻术。此项技术的基本思路是将在旋转涂敷的球珠膜中形成的图形转移到衬底上。各种尺寸的聚合物球珠是商业化的产品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比较困难的。用球珠单层膜已能制备出特征尺寸约为球珠直径1/5的三角形图形。双层膜纳米球珠掩膜版也已被制作出。能够在金属、半导体以及绝缘体衬底上使用纳米球珠光刻术的能力已得到确认。纳米球珠光刻术（纳米球珠膜的旋转涂敷结合反应离子刻蚀）已被用来在一些半导体表面上制造空洞和柱状体纳米结构。

—将图形从母体版转移到衬底上的其他光刻技术。几种所谓“软光刻“方法，比如复制铸模法、微接触印刷法、溶剂辅助铸模法以及用硬模版浮雕法等已被探索开发。其中微接触印刷法已被证明只能用来刻制特征尺寸大于100nm的图形。复制铸模法的可能优点是ellastometric聚合物可被用来制作成一个戳子，以便可用同一个戳子通过对戳子的机械加压能够制作不同侧向尺寸的图形。在溶剂辅助铸模法和用硬模版浮雕法（或通常称之为纳米压印术）之间的主要差异是，前者中溶剂被用于软化聚合物，而后者中软化聚合物依靠的是温度变化。溶剂辅助铸模法的可能优点是不需要加热。纳米压印术已被证明可用来制作具有容量达400Gb/in2的纳米激光光盘，在6英寸硅片上刻制亚100nm分辨的图形，刻制10nmX40nm面积的长方形，以及在4英寸硅片上进行图形刻制。除传统的平面纳米压印光刻法之外，滚轴型纳米压印光刻法也已被提出。在此类技术中温度被发现是一个关键因素。此外，应该选用具有较低的玻璃化转变温度的聚合物。为了取得高产，下列因素要解决：

1）大的戳子尺寸

2）高图形密度戳子

3）低穿刺（lowsticking）

4）压印温度和压力的优化

5）长戳子寿命。

具有低穿刺率的大尺寸戳子已经被制作出来。已有少量研究工作在试图优化压印温度和压力，但显然需要进行更多的研究工作才能得到温度和压力的优化参数。高图形密度戳子的制作依然在发展之中。还没有足够量的工作来研究戳子的寿命问题。曾有研究报告报道，覆盖有超薄的特氟隆类薄膜的模板可以用来进行50次的浮刻而不需要中间清洗。报告指出最大的性能退化来自于嵌在戳子和聚合物之间的灰尘颗粒。如果戳子是从ellastometric母版制作出来的，抗穿刺层可能需要使用，而且进行大约5次压印后需要更换。值得关心的其他可能问题包括镶嵌的灰尘颗引起的戳子损伤或聚合物中图形损伤，以及连续压印之间戳子的清洗需要等。尽管进一步的优化和改良是必需的，但此项技术似乎有希望获得高生产率。压印过程包括对准、加热及冷却循环等，整个过程所需时间大约20分钟。使用具有较低玻璃化转换温度的聚合物可以缩短加热和冷却循环所需时间，因此可以缩短整个压印过程时间。

IV．纳米制造所面对的困难和挑战

上述每一种用于在衬底上图形刻制的技术都有其优点和缺点。目前，似乎没有哪个单一种技术可以用来高产量地刻制纳米尺度且任意形状的图形。我们可以将图形刻制的全过程分成下列步骤：

1．在一块模版上刻写图形

2．在过渡性或者功能性材料上复制模版上的图形

3．转移在过渡性或者功能性材料上复制的图形。

很显然第二步是最具挑战性的一步。先前描述的各项技术，例如电子束光刻或者扫描微探针光刻技术，已经能够刻写非常细小的图形。然而，这些技术都因相当费时而不适于规模生产。纳米压印术则因可作多片并行处理而可能解决规模生产问题。此项技术似乎很有希望，但是在它能被广泛应用之前现存的严重的材料问题必须加以解决。纳米球珠和倍塞共聚物光刻术则提供了将第一步和第二步整合的解决方案。在这些技术中，图形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分来确定。然而，用这两种光刻术刻写的纳米结构的形状非常有限。当这些技术被人们看好有很大的希望用来刻写图形以便生长出有序的纳米量子点阵列时，它们却完全不适于用来刻制任意形状和复杂结构的图形。为了能够制造出高质量的纳米器件，不但必须能够可靠地将图形转移到功能材料上，还必须保证在刻蚀过程中引入最小的损伤。湿法腐蚀技术典型地不产生或者产生最小的损伤，可是湿法腐蚀并不十分适于制备需要陡峭侧墙的结构，这是因为在掩模版下一定程度的钻蚀是不可避免的，而这个钻蚀决定性地影响微小结构的刻制。另一方面，用干法刻蚀技术，譬如，反应离子刻蚀(RIE)或者电子回旋共振（ECR）刻蚀，在优化条件下可以获得陡峭的侧墙。直到今天大多数刻蚀研究都集中于刻蚀速度以及刻蚀出垂直墙的能力，而关于刻蚀引入损伤的研究严重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深处探测到刻蚀引入的损伤。当器件中的个别有源区尺寸小于100nm时，如此大的损伤是不能接受的。还有就是因为所有的纳米结构都有大的表面-体积比，必须尽可能地减少在纳米结构表面或者靠近的任何缺陷。

随着器件持续微型化的趋势的发展，普通光刻技术的精度将很快达到它的由光的衍射定律以及材料物理性质所确定的基本物理极限。通过采用深紫外光和相移版，以及修正光学近邻干扰效应等措施，特征尺寸小至80nm的图形已能用普通光刻技术制备出。然而不大可能用普通光刻技术再进一步显著缩小尺寸。采用X光和EUV的光刻技术仍在研发之中，可是发展这些技术遇到在光刻胶以及模版制备上的诸多困难。目前来看，虽然也有一些具挑战性的问题需要解决，特别是需要克服电子束散射以及相关联的近邻干扰效应问题，但投影式电子束光刻似乎是有希望的一种技术。扫描微探针技术提供了能分辨单个原子或分子的无可匹敌的精度，可是此项技术却有固有的慢速度，目前还不清楚通过给它加装阵列悬臂樑能否使它达到可以接受的刻写速度。利用转移在自组装薄膜中形成的图形的技术，例如倍塞共聚物以及纳米球珠刻写技术则提供了实现成本不是那么昂贵的大面积图形刻写的一种可能途径。然而，在这种方式下形成的图形仅局限于点状或者柱状图形。对于制造相对简单的器件而言，此类技术是足够用的，但并不能解决微电子工业所面对的问题。需要将图形从一张模版复制到聚合物膜上的各种所谓“软光刻“方法提供了一种并行刻写的技术途径。模版可以用其他慢写技术来刻制，然后在模版上的图形可以通过要么热辅助要么溶液辅助的压印法来复制。同一块模版可以用来刻写多块衬底，而且不像那些依赖化学自组装图形形成机制的方法，它可以用来刻制任意形状的图形。然而，要想获得高生产率，某些技术问题如穿刺及因灰尘导致的损伤等问题需要加以解决。对一个理想的纳米刻写技术而言，它的运行和维修成本应该低，它应具备可靠地制备尺寸小但密度高的纳米结构的能力，还应有在非平面上刻制图形的能力以及制备三维结构的功能。此外，它也应能够做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而时至今日，仍然没有任何一项能制作亚100nm图形的单项技术能同时满足上述所有条件。现在还难说是否上述技术中的一种或者它们的某种组合会取代传统的光刻技术。究竟是现有刻写技术的组合还是一种全新的技术会成为最终的纳米刻写技术还有待于观察。

另一项挑战是，为了更新我们关于纳米结构的认识和知识，有必要改善现有的表征技术或者发展一种新技术能够用来表征单个纳米尺度物体。由于自组装量子点在尺寸上的自然涨落，可信地表征单个纳米结构的能力对于研究这些结构的物理性质是绝对至关重要的。目前表征单个纳米结构的能力非常有限。譬如，没有一种结构表征工具能够用来确定一个纳米结构的表面结构到0.1À的精度或者更佳。透射电子显微术(TEM)能够用来研究一个晶体结构的内部情况，但是它不能提供有关表面以及靠近表面的原子排列情况的信息。扫描隧道显微术（STM）和原子力显微术（AFM）能够给出表面某区域的形貌，但它们并不能提供定量结构信息好到能仔细理解表面性质所要求的精度。当近场光学方法能够给出局部区域光谱信息时，它们能给出的关于局部杂质浓度的信息则很有限。除非目前用来表征表面和体材料的技术能够扩展到能够用来研究单个纳米体的表面和内部情况，否则能够得到的有关纳米结构的所有重要结构和组份的定量信息非常有限。

V.展望