第一節(jié) 上游產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r 分析

原子力顯微鏡的重要零件有探針和激光器，而其探針大多由矽制成。以下就以矽和激光產(chǎn)業(yè)為上游進(jìn)行 分析 。

1、矽

1）多晶矽：

近幾年由于市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)，作為半導(dǎo)體、光伏太陽(yáng)能電池的重要原材料多晶矽材料市場(chǎng)供應(yīng)緊張局面仍在繼續(xù)。2006年世界多晶矽產(chǎn)量為32950噸，其中半導(dǎo)體用多晶硅產(chǎn)量約19250噸，太陽(yáng)能電池用產(chǎn)量約13700噸。從需求來(lái)看，半導(dǎo)體用多晶矽需求約在20900噸，太陽(yáng)能電池用多晶矽需求約在18000噸，總的需求量約為38900噸，產(chǎn)需缺口5950噸。預(yù)測(cè)世界多晶矽生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)大需要2年左右的時(shí)間。

我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)多晶硅材料的需求約4947噸，供需差距很大，95%以上的多晶矽仍來(lái)自進(jìn)口，提升突破多晶硅產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，節(jié)能降耗是 行業(yè) 的迫切重要任務(wù)。多晶矽材料的短缺及其價(jià)格的上漲，帶來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)多晶矽投資、引資的強(qiáng)烈增長(zhǎng)，因此為了保證多晶硅產(chǎn)業(yè)的健康、有序、快速的發(fā)展，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）全球7大多晶矽材料廠的擴(kuò)產(chǎn)產(chǎn)能將在2008年陸續(xù)釋放，另外一些新建的工廠也會(huì)有部分產(chǎn)量產(chǎn)出，多晶矽材料市場(chǎng)將會(huì)得到進(jìn)一步的充實(shí)。

（2）多晶矽產(chǎn)品純度高，工藝要求嚴(yán)格，設(shè)備專用而且資金投入大， 行業(yè) 技術(shù)進(jìn)步快，生產(chǎn)中的副產(chǎn)品回收利用、三廢處理和循環(huán)經(jīng)濟(jì)投入大，需要加大 研究 費(fèi)用的投入，才會(huì)顯現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈和規(guī)模的綜合效應(yīng)。

（3）近幾年國(guó)內(nèi)多晶矽實(shí)際需求量約1萬(wàn)噸，對(duì)已有基礎(chǔ)條件的多晶矽生產(chǎn)企業(yè)，加大產(chǎn)業(yè)化新技術(shù)的突破，同時(shí)新建2-3家多晶硅生產(chǎn)線，形成我國(guó)的多晶矽產(chǎn)業(yè)是必要的。

（4）國(guó)內(nèi)多晶矽廠家將在人才不足、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、價(jià)格和節(jié)能減排等方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)；

（5）為了規(guī)范 行業(yè) 和市場(chǎng)的發(fā)展，建議上下游 行業(yè) 企業(yè)緊密結(jié)合，組織半導(dǎo)體用多晶矽標(biāo)準(zhǔn)的修訂，加快太陽(yáng)能電池用多晶矽標(biāo)準(zhǔn)的制定。

2）單晶矽：

2006年我國(guó)國(guó)內(nèi)硅單晶總產(chǎn)量為3739.7噸，總銷售額約117.8億元，其中半導(dǎo)體級(jí)硅單晶產(chǎn)量約551.4噸，太陽(yáng)能級(jí)硅單晶約3188.3噸，太陽(yáng)能級(jí)硅單晶占了總產(chǎn)量的85%。

太陽(yáng)能級(jí)矽單晶產(chǎn)量的大幅增加主要是受太陽(yáng)能電池市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的拉動(dòng)，以及國(guó)產(chǎn)單晶爐質(zhì)量提高、價(jià)格較國(guó)外單晶爐低等原因。半導(dǎo)體級(jí)矽單晶總的發(fā)展?fàn)顩r趨于平穩(wěn)。2006年全球矽片總銷售額約為103億美元，我國(guó)銷售收入總額達(dá)到117.8億元，占世界總額的13.6%，與2005年相比有較大幅度上升，但所占世界比例仍較小。在硅材料中，硅拋光片的技術(shù)含量高，拋光片的發(fā)展標(biāo)志著國(guó)內(nèi)硅產(chǎn)品的進(jìn)步。目前，我國(guó)絕大部分企業(yè)只能生產(chǎn)4～6英寸硅外延片，8英寸、12英寸硅外延片正在 研究 試制。

矽材料市場(chǎng)前景廣闊，我國(guó)硅單晶的產(chǎn)量、銷售收入近幾年遞增較快，以中小尺寸為主的硅片生產(chǎn)已成為國(guó)際公認(rèn)的事實(shí)，為世界和我國(guó)集成電路、半導(dǎo)體分立器件和光伏太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了較大的貢獻(xiàn)。

2、激光產(chǎn)業(yè)

我國(guó)激光技術(shù)的發(fā)展已有40余年的歷史,早在1961年中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械 研究 所就研制出我國(guó)第一臺(tái)紅寶石激光器,僅比美國(guó)休斯公司梅曼(T.H.Maiman)研制成功的世界首臺(tái)激光器晚半年,技術(shù)水平與國(guó)外相差不大。經(jīng)過(guò)40多年的艱苦努力,我國(guó)激光技術(shù) 研究 獲得重大突破,激光產(chǎn)業(yè)也從無(wú)到有,成為我國(guó)科學(xué)界最活躍的領(lǐng)域之一。我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已在國(guó)內(nèi)占據(jù)了較大的市場(chǎng)份額,在產(chǎn)品質(zhì)量、性能等方面初步具備了與國(guó)外大公司競(jìng)爭(zhēng)的能力。

目前中國(guó)激光產(chǎn)品主要生產(chǎn)廠家主要分布在湖北、北京、江蘇、上海和廣東（含深圳、珠海特區(qū)）等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省市，這些省市的年銷售額都已超億元，其中湖北省已接近20億元，這些地區(qū)的年銷售額約占全國(guó)激光產(chǎn)品市場(chǎng)總額的90%。目前已基本形成以上述省市為主體的華中地區(qū)、環(huán)渤海灣、長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲4大激光產(chǎn)業(yè)群，激光晶體、關(guān)鍵元器件、配套件、激光器、激光系統(tǒng)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)、公共服務(wù)平臺(tái)已形成較完整的激光產(chǎn)業(yè)鏈?？梢灶A(yù)計(jì)，在“十一五” 規(guī)劃 的深入落實(shí)過(guò)程中，中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)必定會(huì)有較大發(fā)展，激光制造設(shè)備技術(shù)水平會(huì)得到大幅度提高，在信息、能源、交通運(yùn)輸、電子、冶金、機(jī)械等支柱產(chǎn)業(yè)中會(huì)得到更深入的應(yīng)用，進(jìn)而提高這些 行業(yè) 的自主創(chuàng)新能力，使其產(chǎn)品適應(yīng)全球化的發(fā)展潮流，形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，在提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力中發(fā)揮重大作用。

2007和2008年我國(guó)激光產(chǎn)品市場(chǎng)預(yù)計(jì)仍繼續(xù)保持較強(qiáng)的發(fā)展勢(shì)頭，市場(chǎng)銷售總額超過(guò)60億元。其中，激光加工設(shè)備的銷售依舊看漲，光通信穩(wěn)步發(fā)展，激光測(cè)距、測(cè)量與檢測(cè)儀器會(huì)有高速增長(zhǎng)，激光醫(yī)療設(shè)備大致持平，而激光器、材料/元器件會(huì)有較大發(fā)展。

第二節(jié) 下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 分析

原子力顯微鏡廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、金屬、半導(dǎo)體、微電子、納米材料、生物、生命科學(xué)等眾多科學(xué)領(lǐng)域中，以下就以納米材料為其下游進(jìn)行 分析 。

1、納米材料 研究 的現(xiàn)狀

自70年代納米顆粒材料問(wèn)世以來(lái)，80年代中期在實(shí)驗(yàn)室合成了納米塊體材料，至今已有20多年的歷史，但真正成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理 研究 的前沿?zé)狳c(diǎn)是在80年代中期以后。從 研究 的內(nèi)涵和特點(diǎn)大致可劃分為三個(gè)階段。

第一階段（1990年以前）主要是在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜）， 研究 評(píng)估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。對(duì)納米顆粒和納米塊體材料結(jié)構(gòu)的 研究 在80年代末期一度形成熱潮。 研究 的對(duì)象一般局限在單一材料和單相材料，國(guó)際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。

第二階段（1994年前）人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已挖掘出來(lái)的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)合，納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料 研究 的主導(dǎo)方向。

第三階段（從1994年到現(xiàn)在）納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)的材料體系越來(lái)越受到人們的關(guān)注，正在成為納米材料 研究 的新的熱點(diǎn)。國(guó)際上，把這類材料稱為納米組裝材料體系或者稱為納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲和管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系，基保包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。納米顆粒、絲、管可以是有序或無(wú)序地排列。

如果說(shuō)第一階段和第二階段的 研究 在某種程度上帶有一定的隨機(jī)性，那么這一階段 研究 的特點(diǎn)更強(qiáng)調(diào)人們的意愿設(shè)計(jì)、組裝、創(chuàng)造新的體系，更有目的地使該體系具有人們所希望的特性。著名諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者，美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)曼曾預(yù)言“如果有一天人們能按照自己的意愿排列原子和分子…，那將創(chuàng)造什么樣的奇跡”。就像目前用STM操縱原子一樣，人工地把納米微粒整齊排列就是實(shí)現(xiàn)費(fèi)曼預(yù)言，創(chuàng)造新奇跡的起點(diǎn)。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛倫茲伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在《自然》雜志上發(fā)表論文，指出納米尺度的圖案材料是現(xiàn)代材料化學(xué)和物理學(xué)的重要前沿課題?？梢?jiàn)，納米結(jié)構(gòu)的組裝體系很可能成為納米材料 研究 的前沿主導(dǎo)方向。

2、納米材料 研究 的特點(diǎn)

1）納米材料 研究 的內(nèi)涵不斷擴(kuò)大

第一階段主要集中在納米顆粒（納米晶、納米相、納米非晶等）以及由它們組成的薄膜與塊體，到第三階段納米材料 研究 對(duì)象又涉及到納米絲、納米管、微孔和介孔材料（包括凝膠和氣凝膠），例如氣凝膠孔隙率高于90％，孔徑大小為納米級(jí)，這就導(dǎo)致孔隙間的材料實(shí)際上是納米尺度的微?；蚪z，這種納米結(jié)構(gòu)為嵌鑲、組裝納米微粒提供一個(gè)三維空間。納米管的出現(xiàn)，豐富了納米材料 研究 的內(nèi)涵，為合成組裝納米材料提供了新的機(jī)遇。

2）納米材料的概念不斷拓寬

1994年以前，納米結(jié)構(gòu)材料僅僅包括納米微粒及其形成的納米塊體、納米薄膜，現(xiàn)在納米結(jié)構(gòu)的材料的含意還包括納米組裝體系，該體系除了包含納米微粒實(shí)體的組元，還包括支撐它們的具有納米尺度的空間的基體，因此，納米結(jié)構(gòu)材料內(nèi)涵變得豐富多彩。

3）納米材料的應(yīng)用成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)

經(jīng)過(guò)第一階段和第二階段 研究 ，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米材料所具備的不同于常規(guī)材料的新特性，對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)和常規(guī)產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生重要的影響。日本、美國(guó)和西歐都相繼把實(shí)驗(yàn)室的成果轉(zhuǎn)化為規(guī)模生產(chǎn)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)際上已有20多個(gè)納米材料公司經(jīng)營(yíng)粉體生產(chǎn)線，其中陶瓷納米粉體對(duì)常規(guī)陶瓷和高技術(shù)陶瓷的改性、納米功能涂層的制備技術(shù)和涂層工藝、納米添加功能油漆涂料的 研究 、納米添加塑料改性以及納米材料在環(huán)保、能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，磨料、釉料以及紙張和纖維填料的納米化 研究 也相繼展開(kāi)。納米材料及其相關(guān)的產(chǎn)品從1994年開(kāi)始已陸續(xù)進(jìn)入市場(chǎng)，所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益以20％速度增長(zhǎng)。

3、納米材料的發(fā)展趨勢(shì)

1）加強(qiáng)控制工程的 研究

在納米材料制備科學(xué)和技術(shù) 研究 方面一個(gè)重要的趨勢(shì)是加強(qiáng)控制工程的 研究 ，這包括顆粒尺寸、形狀、表面、微結(jié)構(gòu)的控制。由于納米顆粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)都同時(shí)在起作用，它們對(duì)材料某一種性能的貢獻(xiàn)大小、強(qiáng)弱往往很難區(qū)分，是有利的作用，還是不利的作用更難以判斷，這不但給某一現(xiàn)象的解釋帶來(lái)困難，同時(shí)也給設(shè)計(jì)新型納米結(jié)構(gòu)帶來(lái)很大的困難。國(guó)際上近一兩年來(lái)，納米材料控制工程的 研究 主要有以下幾個(gè)方面：一是納米顆粒的表面改性，通過(guò)納米微粒的表面做異性物質(zhì)和表面的修飾可以改變表面帶電狀態(tài)、表面結(jié)構(gòu)和粗糙度；二是通過(guò)納米微粒在多孔基體中的分布狀態(tài)（連續(xù)分布還是孤立分布）來(lái)控制量子尺寸效應(yīng)和滲流效應(yīng)；三是通過(guò)設(shè)計(jì)納米絲、管等的陣列體系（包括有序陣列和無(wú)序陣列）來(lái)獲得所需要的特性。

2）近年來(lái)引人注目的幾具新動(dòng)向

（1）納米組裝體系藍(lán)綠光的 研究 出現(xiàn)新的苗頭。日本Nippon鋼鐵公司閃電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕方法獲得6H多孔碳化硅，發(fā)現(xiàn)了藍(lán)綠光發(fā)光強(qiáng)度比6H碳化硅晶體高100倍：多孔硅在制備過(guò)程中經(jīng)紫外輻照或氧化也發(fā)藍(lán)綠光；含有Dy和Al的SiO2氣凝膠在390nm波長(zhǎng)光激發(fā)下發(fā)射極強(qiáng)的藍(lán)綠光，比多孔Si的最強(qiáng)紅光還高出1倍多，250nm波長(zhǎng)光激發(fā)出極強(qiáng)的藍(lán)光。

（2）巨電導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)。美國(guó)霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家在SiO2一Au的顆粒膜上觀察到極強(qiáng)的高電導(dǎo)現(xiàn)象，當(dāng)金顆粒的體積百分比達(dá)到某臨界值時(shí)，電導(dǎo)增加了14個(gè)數(shù)量級(jí)；納米氧化鎂銦薄膜經(jīng)氫離子注入后，電導(dǎo)增加8個(gè)數(shù)量級(jí)；

（3）顆粒膜巨磁電阻尚有潛力。1992年，納米顆粒膜巨磁電阻發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直引起人們的關(guān)注，美國(guó)布朗大學(xué)的科學(xué)家最近在4K的溫度下,幾個(gè)特斯拉的磁場(chǎng)，R/R上升到50％，目前這一領(lǐng)域 研究 追求的目標(biāo)是提高工作溫度，降低磁場(chǎng)。如果在室溫和零點(diǎn)幾特斯拉磁場(chǎng)下，顆粒膜巨磁阻能達(dá)到10％，那么就將接近適用的使用目標(biāo)。目前國(guó)際上科學(xué)家們正在這一領(lǐng)域努力。

（4）納米組裝體系設(shè)計(jì)和制造有新進(jìn)展。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)化學(xué)工程系成功地把納米AU顆粒組裝到DM的分子上形成納米晶分子組裝體系；美國(guó)利用自組裝技術(shù)將幾百支單壁納米碳管組成晶體索"Ropes"，這種索具有金屬特性，室溫下電阻率小于10－4W／cm；將納米三碘化鉛組裝到尼龍（nylon－11）上，在X射線照射下具有強(qiáng)的光電導(dǎo)性能，利用這種性能為發(fā)展數(shù)字射線照相奠定了基礎(chǔ)。
 

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