謝彩霞，李金霏

(河南師范大學(xué) 政治與公共管理學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453002)

技術(shù)工具對科學(xué)發(fā)展促進作用的計量研究
——以掃描隧道顯微鏡技術(shù)為例

謝彩霞，李金霏

(河南師范大學(xué) 政治與公共管理學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453002)

本文運用量化分析方法，研究掃描隧道顯微鏡(STM)這一具體技術(shù)向多學(xué)科知識結(jié)構(gòu)以及理論界熱點研究領(lǐng)域的動態(tài)演化特征。研究結(jié)果表明，STM技術(shù)涉及的學(xué)科領(lǐng)域主要屬于自然科學(xué)類、工程科技類和信息科技類，各學(xué)科對該技術(shù)的反應(yīng)速度和與該技術(shù)相關(guān)的研究成果量呈正相關(guān)。從與STM技術(shù)相關(guān)的科學(xué)知識結(jié)構(gòu)看，STM技術(shù)產(chǎn)生于量子力學(xué)、固體物理、化學(xué)物理、電子物理、機械工程和控制論等學(xué)科之中，同時這項新技術(shù)的產(chǎn)生又催生了納米科技、表面科學(xué)等研究領(lǐng)域的迅速發(fā)展。運用Citespace技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)近年與STM技術(shù)相關(guān)的突變詞主要有分子束外延、石墨烯和量子計算機等，與這些關(guān)鍵詞相關(guān)的研究應(yīng)是當(dāng)今的熱點領(lǐng)域。

技術(shù)工具；科學(xué)發(fā)展；掃描隧道顯微鏡(STM)

一、問題的提出

長期以來，科學(xué)與技術(shù)之間的關(guān)系是許多學(xué)科領(lǐng)域關(guān)注和爭論的重要命題之一，特別是在當(dāng)今大科學(xué)時代，科學(xué)與技術(shù)間的關(guān)系更為復(fù)雜密切，界限也越來越模糊，這就需要以新的系統(tǒng)觀點進一步認識科學(xué)與技術(shù)之間、科學(xué)與科學(xué)之間以及技術(shù)與技術(shù)之間的關(guān)系。這也是當(dāng)代學(xué)者研究的一個熱點問題。很多學(xué)者運用定性分析方法從宏觀層面多角度對二者關(guān)系進行探究。譬如，科學(xué)與技術(shù)的演化發(fā)展動態(tài)過程是相互獨立還是共同演化問題的討論[1-4]，通過梳理科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的歷史過程探究二者關(guān)系的本質(zhì)[5，6]，科學(xué)與技術(shù)在知識同源狀態(tài)下的共生互動關(guān)聯(lián)模式[7，8]，現(xiàn)代經(jīng)濟社會發(fā)展背景下科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系[9，10]，等等。

當(dāng)前對科學(xué)與技術(shù)關(guān)系問題研究的另外一種方法是量化分析方法。其中運用較多的是文獻計量分析方法?？茖W(xué)和技術(shù)在長期發(fā)展過程中相互影響、相互依賴、相互促進，科學(xué)為技術(shù)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)，為技術(shù)創(chuàng)新做了知識上的準(zhǔn)備；而技術(shù)的需要和進步又為科學(xué)提供新的研究課題、研究工具和探索手段[11]。但同時，科學(xué)和技術(shù)作為人類認識自然和改造自然整體過程中的兩個不同階段，它們在所屬范疇、表現(xiàn)形態(tài)和衡量標(biāo)準(zhǔn)等方面又有很大區(qū)別?？茖W(xué)研究成果的表現(xiàn)形式主要是學(xué)術(shù)論文，技術(shù)創(chuàng)新的成果表現(xiàn)形式主要是發(fā)明專利，論文和專利分別是科學(xué)成果和技術(shù)成果的知識載體。這些文獻之間的互相引用體現(xiàn)了其間知識的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和知識流動的方向與過程，通過研究論文和專利的各種指標(biāo)、內(nèi)容以及互相引用特征，便能夠從量化角度客觀揭示科學(xué)與技術(shù)之間以及基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新之間相互滲透、影響與促進的關(guān)系。通過探究具體學(xué)科領(lǐng)域論文和專利的引用鏈接關(guān)系能夠從微觀角度具體分析不同學(xué)科領(lǐng)域間科學(xué)與技術(shù)相互作用的內(nèi)在機理。

專利和論文之間的引用是雙向的，專利對論文的引用在某種程度上反映了技術(shù)發(fā)明對科學(xué)研究成果的吸收和利用，通過專利對論文的引用特征和規(guī)律的分析，能夠揭示科學(xué)研究對技術(shù)創(chuàng)新的影響和推動作用。研究專利和引用論文運用的具體指標(biāo)主要有論文引文的時間分布、地域分布、期刊分布以及主題分析和學(xué)科類別等。Carpenter M P和Narin F.較早運用專利的論文引文分析研究科學(xué)與技術(shù)關(guān)系[12]。Tijssen運用USPTO1987-1996年間授權(quán)專利引用科學(xué)文獻的數(shù)據(jù)，基于社會網(wǎng)絡(luò)分析方法研究了科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)系[13]。Van Looy B將專利的論文引文分析與計量經(jīng)濟模型方法結(jié)合，研究得出科學(xué)關(guān)聯(lián)度與技術(shù)領(lǐng)域有較強的相關(guān)性[14]。還有學(xué)者利用論文引文探討科學(xué)對技術(shù)的關(guān)系特征。Narin研究了生物科學(xué)領(lǐng)域?qū)＠c論文間的引用關(guān)系，發(fā)現(xiàn)生物科學(xué)領(lǐng)域高新技術(shù)與基礎(chǔ)科學(xué)之間的關(guān)系緊密[15]。Zhao Zhiyun等對中國生物技術(shù)領(lǐng)域進行了實證研究，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)領(lǐng)域與基礎(chǔ)研究關(guān)系也比較密切，并呈現(xiàn)出隨時間推移而越來越相關(guān)的趨勢[16]。

論文對專利的引用則反映了技術(shù)對科學(xué)的反向作用，通過論文引用專利的規(guī)律可以揭示基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新之間另一個層面的關(guān)聯(lián)關(guān)系，測量技術(shù)對科學(xué)的影響。譬如，Glanzel W和Meyer M通過分析SCI論文對USPTO專利引用構(gòu)建了學(xué)科領(lǐng)域與技術(shù)領(lǐng)域的內(nèi)在聯(lián)系，指出不同學(xué)科關(guān)聯(lián)度有顯著差異[17]。但是，相比之下，運用論文對專利的引用探究科學(xué)與技術(shù)關(guān)系的定量研究相對較少。主要原因在于論文對專利的引用量一般比較少，且不易查詢，數(shù)據(jù)量的不足導(dǎo)致統(tǒng)計學(xué)意義上分析結(jié)果的可信度。楊祖國、陳紅等曾通過SCI數(shù)據(jù)庫收集中國專利被科技論文引用情況，探索中國專利技術(shù)被科學(xué)研究利用的情況及規(guī)律，但他們在結(jié)論中提到，統(tǒng)計的來源數(shù)據(jù)較少，統(tǒng)計分析結(jié)論具有一定局限性[18]。吳菲菲等人基于論文和專利的相互引用數(shù)據(jù)構(gòu)建科學(xué)引用技術(shù)的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)引用科學(xué)的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合社會網(wǎng)絡(luò)方法分析科學(xué)和技術(shù)之間的相互作用關(guān)系，識別具有較高網(wǎng)絡(luò)中心性的學(xué)科領(lǐng)域和技術(shù)領(lǐng)域。通過學(xué)科領(lǐng)域與技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉影響，實現(xiàn)科學(xué)知識和技術(shù)應(yīng)用之間的跨領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。但他們進行論文引用專利分析時選用的數(shù)據(jù)仍是來源于2003年Glanzel W等的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[19]。技術(shù)工具對科學(xué)發(fā)展的促進作用早已為人們所認識，但是量化研究呈薄弱之勢。特別是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展超前從而帶動科學(xué)研究的發(fā)展已屢見不鮮。新技術(shù)的應(yīng)用為科學(xué)研究提供前所未有的觀察或?qū)嶒?，為科學(xué)研究提供新的原料，從而引起科學(xué)家進行深層次的科學(xué)研究，實現(xiàn)基礎(chǔ)科學(xué)研究的突破，這是技術(shù)驅(qū)動科學(xué)發(fā)展的一個方面。當(dāng)然，技術(shù)進步也為科學(xué)研究提供新的內(nèi)容，新技術(shù)在實際應(yīng)用過程中可能會產(chǎn)生一些全新的問題，從而刺激進一步的科學(xué)研究。因此，現(xiàn)代科學(xué)研究的發(fā)展與突破通常發(fā)生在重要技術(shù)改進之后。如果沒有技術(shù)的運用，科學(xué)就難以得到發(fā)展。要實現(xiàn)生物科學(xué)的飛速發(fā)展，必須將新興技術(shù)與生物學(xué)研究相結(jié)合[20]。

在本項研究中，運用不同于專利引用論文的分析，我們從一項具體技術(shù)成果入手，來研究某一具體技術(shù)方法對科學(xué)研究的影響，以新技術(shù)工具掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope，STM)為例，考察該技術(shù)成果對科學(xué)發(fā)展的促進作用，以及對各門學(xué)科的影響。1981年，國際商業(yè)機器公司蘇黎世實驗室的GerdBining和Heinrich Rohrer及實驗室其他工作人員共同研制了世界第一臺新型表面分析儀器——掃描隧道顯微鏡。這種掃描隧道顯微鏡使人們“看到”表面一個個原子，甚至還能分辨出約百分之一個原子的面積。因為，掃描隧道顯微鏡的應(yīng)用開拓了包括納米科技在內(nèi)的許多新領(lǐng)域，迅速滲透到各個科學(xué)研究領(lǐng)域中，被國際科學(xué)界公認為20世紀80年代世界十大科技成果之一。為此，掃描隧道顯微鏡的發(fā)明者GerdBining和Heinrich Rohrer與電子顯微鏡的發(fā)明者Ernst Ruska分享了1986年的諾貝爾物理學(xué)獎。

二、數(shù)據(jù)來源與研究方法

以中國學(xué)者發(fā)表在國內(nèi)文獻(CNKI數(shù)據(jù)庫)和國外文獻(SCI數(shù)據(jù)庫)為基礎(chǔ)，在CNKI數(shù)據(jù)庫中以“掃描隧道顯微鏡”、“隧道掃描顯微鏡”、“STM”、“掃描穿隧式顯微鏡”為檢索詞進行檢索，發(fā)現(xiàn)最早的文獻出現(xiàn)在1985年，于是我們將考察的時間段設(shè)定為1985年—2015年，共獲得2223篇相關(guān)文獻。下文將上述四個主題詞統(tǒng)一稱為“掃描隧道顯微鏡”。在SCI數(shù)據(jù)庫中以TOPIC=(SCANNING TUNNEL* MICROSCOP*) AND ADRESS=(PEOPLES R CHINA)為檢索式進行檢索，獲得文獻2485篇。圖1展示了兩個數(shù)據(jù)庫檢索得到的文獻按時間分布情況。可以看出，CNKI論文2001年以前呈現(xiàn)波動上升的趨勢，之后迅速下降。SCI論文首發(fā)于1989年，2005年開始迅猛增長。一種可能的解釋是，大量與掃描隧道顯微鏡相關(guān)的研究論文自2005年開始投向國際期刊。鑒于此，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)上的相互補充，在研究中我們將兩個數(shù)據(jù)庫結(jié)合起來進行分析。

目前用于科學(xué)計量學(xué)和文獻計量學(xué)研究的軟件方法和技術(shù)手段有很多，每個軟件都有自己獨特的風(fēng)格，有自己的優(yōu)劣勢，我們根據(jù)不同的研究內(nèi)容選擇不同的軟件功能。我們運用UCINET進行數(shù)據(jù)的中心性計算和可視化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時，首先通過CITESPACE的轉(zhuǎn)換功能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BIBEXCEL能夠識別的格式，運用BIBEXCEL構(gòu)造出供UCINET分析的矩陣形式。CITESPACE的一個獨特之處在于其可以探測某一知識領(lǐng)域的研究進展和研究前沿的動態(tài)演化過程，該軟件能夠通過BURST DETECTION算法從大量題錄詞中檢測出突變詞，根據(jù)詞頻的急速變動趨勢來分析科學(xué)的前沿領(lǐng)域和發(fā)展動向，而不僅僅是通過詞頻的高低來實現(xiàn)。所以，在本文研究中，我們根據(jù)研究內(nèi)容的變化，選擇相應(yīng)的技術(shù)手段進行研究。

三、STM技術(shù)向科學(xué)研究領(lǐng)域的滲透

(一)STM技術(shù)的學(xué)科應(yīng)用廣度分析

STM技術(shù)天生屬于交叉科學(xué)，其根深植于量子力學(xué)、固體物理、化學(xué)物理、電子物理、機械工程和控制論之中。這項技術(shù)應(yīng)用的學(xué)科范圍也極其廣大，我們從STM應(yīng)用于各學(xué)科而產(chǎn)生的科研成果量進行分析。按照CNKI和SCI數(shù)據(jù)庫的學(xué)科分類標(biāo)準(zhǔn)，從CNKI檢索出的主題為掃描隧道顯微鏡的2223篇文獻數(shù)據(jù)分屬于40個不同的學(xué)科領(lǐng)域(見圖2)，從SCI數(shù)據(jù)庫檢索的2485篇論文成果分屬于43個學(xué)科領(lǐng)域(見圖3)。相比之下，SCI收錄的論文成果學(xué)科種類更為廣泛，但數(shù)量上相對集中，僅物理和化學(xué)就占總論文量的近60%，說明STM技術(shù)對各門學(xué)科的發(fā)展影響差異較大。

(二)STM技術(shù)向各學(xué)科滲透速度探測

STM技術(shù)發(fā)明之后，這一新興技術(shù)向我國各學(xué)科領(lǐng)域開始滲透。根據(jù)數(shù)據(jù)庫收錄論文數(shù)據(jù)的時間特點，這里我們選取CNKI數(shù)據(jù)庫檢索的數(shù)據(jù)進行研究。我們以STM技術(shù)發(fā)明時間與各學(xué)科首次發(fā)表論文成果的遲滯時間作為指標(biāo)進行研究。由此，我們做以下定義：對于某學(xué)科A，設(shè)該學(xué)科首次發(fā)表主題含有STM的論文時間為T，STM技術(shù)發(fā)明時間為T0，學(xué)科A的反應(yīng)遲滯時間為ΔT，則ΔT=T-T0+1。據(jù)此我們計算得出各學(xué)科對STM技術(shù)反應(yīng)的遲滯時間測度結(jié)果，并將論文成果量排序前14位的學(xué)科指標(biāo)測度結(jié)果以圖4展示出來。圖4左軸表示各學(xué)科對STM技術(shù)反應(yīng)的遲滯時間，右軸表示各學(xué)科主題含有STM的論文成果量。由圖可見，14個學(xué)科中，儀表儀器工業(yè)對STM技術(shù)的反應(yīng)最快，遲滯時間為5.3年。1985年4月和5月戴道宣、沈電洪等最先發(fā)表《掃描隧道顯微鏡》、《掃描隧道顯微鏡的工作原理及其進展》，將STM的概念和原理引入該學(xué)科?？傮w來看，對該技術(shù)的反應(yīng)速度和與該技術(shù)有關(guān)的文獻量呈正相關(guān)，反應(yīng)速度快的學(xué)科，其文獻量相應(yīng)也越大。

四、STM技術(shù)對科學(xué)促進作用的測度

布魯克斯曾提出人類可以將各個知識節(jié)點繪制成表征知識結(jié)構(gòu)的知識地圖，以體現(xiàn)科學(xué)知識之間的結(jié)構(gòu)與關(guān)系[21]。知識元是最小的知識節(jié)點，是表達知識內(nèi)容的主題詞或關(guān)鍵詞的集合[22]。劉則淵教授指出，某個關(guān)鍵的知識單元在一定條件下可能扮演知識基因的角色，決定著特定領(lǐng)域知識的進化與突變。在下面研究中，我們以檢索出的數(shù)據(jù)結(jié)果中高頻關(guān)鍵詞作為研究對象，探討與STM技術(shù)相關(guān)科學(xué)成果潛在的知識結(jié)構(gòu)以及涉及主要知識領(lǐng)域研究熱點的動態(tài)演化過程，揭示STM技術(shù)工具對科學(xué)發(fā)展的促進作用以及對新技術(shù)產(chǎn)生的影響。

(一)與STM技術(shù)相關(guān)的研究領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)分析

我們分別對兩個數(shù)據(jù)庫中頻次排序前60位的高頻關(guān)鍵詞進行分類觀察，發(fā)現(xiàn)顯微鏡系列的儀器工具關(guān)鍵詞有掃描電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡、掃描顯微鏡、掃描近場光學(xué)顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描探針顯微鏡、顯微學(xué)、顯微技術(shù)。繼STM技術(shù)工具發(fā)明之后，人們對該技術(shù)進行改進，使之能夠在真空、低溫、磁場等多種特定條件下進行工作。同時在STM原理基礎(chǔ)上發(fā)明了一系列新型掃描探針顯微鏡，如原子力顯微鏡、掃描電容顯微鏡、掃描近場光學(xué)顯微鏡、掃描近場聲顯微鏡、掃描近場熱顯微鏡、掃描電化學(xué)顯微鏡等。這些新型顯微鏡的發(fā)明為探索各種物質(zhì)表面或界面的特性提供了有力的工具，也進一步促進顯微鏡制造技術(shù)和顯微觀察技術(shù)的迅速發(fā)展。

自從STM技術(shù)發(fā)明后，以0.01-100nm尺度為研究對象的前沿科學(xué)——納米科技便走進人們的視野，利用STM對物質(zhì)表面進行納米級加工，包括對原子、分子的操縱和對表面的刻蝕。在考察的關(guān)鍵詞中，與納米相關(guān)的關(guān)鍵詞有納米、納米材料、納米電子學(xué)、納米化、納米科學(xué)、納米技術(shù)、納米科學(xué)技術(shù)、碳納米管、納米尺度、金納米粒子、納米加工、納米結(jié)構(gòu)、納米器件、納米生物學(xué)、納米粒子、納米線、碳納米材料等。

STM技術(shù)的問世巨大推動了表面科學(xué)的發(fā)展，為表面科學(xué)中表面原子排列、單晶表面結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)研究提供了有力的技術(shù)工具，為回答“原子在哪里”、“原子是如何運動的”等基本問題提供了客觀依據(jù)。與物質(zhì)表面相關(guān)的關(guān)鍵詞有表面結(jié)構(gòu)、表面形貌、表面粗糙度、物質(zhì)表面、金屬表面、硅表面、石墨表面等。同時，還有表示物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次和尺度的關(guān)鍵詞：單層、分子、單分子、單原子、頭發(fā)絲、原子層、原子尺度、原子級等。另外，SCI數(shù)據(jù)庫檢索到的相關(guān)數(shù)據(jù)中，表征具體物質(zhì)的關(guān)鍵詞也較多，比如銅(CU100、CU110、CU111)、碳(C-60、CARBON、CARBON NANOTUBES、CARBON-MONOXIDE)、硅(SI(001)、SI(100)、SI(111)、SILICON)等。CNKI數(shù)據(jù)庫檢索到的數(shù)據(jù)中有三個表示人物的高頻關(guān)鍵詞，一位是著名物理學(xué)家費曼，這是最早提出納米概念的諾貝爾獎獲得者；另一位是發(fā)現(xiàn)C-60分子的化學(xué)家斯莫利；還有一位是我國掃描隧道顯微鏡第一人、納米科技專家白春禮。談及中國的STM技術(shù)必定不能越過白春禮院士。1988年，我國第一臺只用一臺微機控制、具有數(shù)據(jù)分析和圖像處理系統(tǒng)的掃描隧道顯微鏡(STM)在白春禮的帶領(lǐng)下研制成功。之后白春禮領(lǐng)導(dǎo)的科研小組又成功研制出我國第一臺原子力顯微鏡(AFM)。STM和AFM的研制成功和應(yīng)用，使我國在這些領(lǐng)域邁入世界先進行列。除了儀器的研制外，白春禮還從事STM的應(yīng)用研究，迅速將STM技術(shù)應(yīng)用到納米研究領(lǐng)域，并取得了突出的成績。在白春禮等人的前導(dǎo)作用下，我國的STM表面分析領(lǐng)域也蓬勃發(fā)展起來，為STM在不同學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用起到了開拓和促進作用。

運用關(guān)鍵詞進行研究熱點演進和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是依據(jù)關(guān)鍵詞的共現(xiàn)強度而構(gòu)建的共現(xiàn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，通過考察該網(wǎng)絡(luò)以期探索連通知識的橋梁和科學(xué)領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)。在關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，每個關(guān)鍵詞是網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)連線表示關(guān)鍵詞間的共現(xiàn)關(guān)系。接下來我們對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的中心性進行分析，揭示每個節(jié)點在整個知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的地位以及與其他知識單元的關(guān)系。測度中心性的指標(biāo)主要有三個：度中心性(DEGREE)、中介中心性(BETWEENNESS)、接近中心性(CLOSENESS)。

表1 關(guān)鍵詞中心度計算結(jié)果列表

表1中表明的是各種中心性度量指標(biāo)較高的前25個關(guān)鍵詞的中心度計算結(jié)果。計算結(jié)果表明，各中心性指標(biāo)計算結(jié)果排序與關(guān)鍵詞的詞頻排序并不一致，有些詞頻排序較低的關(guān)鍵詞，其中心性指標(biāo)計算結(jié)果反而比較靠前。比如中介中心性指標(biāo)計算結(jié)果中，光學(xué)顯微鏡的詞頻排序在總體關(guān)鍵詞中占據(jù)第九位，但在中介中心性方面排序第三。還有其他詞頻排序與中介中心度排序差異較大的關(guān)鍵詞，譬如原子晶格、碳原子、分子級、微型機器人、微米技術(shù)、有機薄膜、小尺寸效應(yīng)、銅等。而且各關(guān)鍵詞的中心性指標(biāo)計算結(jié)果位次差異也較大。關(guān)鍵詞掃描隧道顯微鏡、納米技術(shù)、光學(xué)顯微鏡和掃描探針顯微鏡的三個中心性指標(biāo)均在前25位。只有度中心性和中介中心性指標(biāo)計算結(jié)果位于前25位的關(guān)鍵詞有表面結(jié)構(gòu)、表面形貌、單分子、硅、納米材料、納米化和納米加工。只有中介中心性和接近中心性指標(biāo)計算結(jié)果在前25位的關(guān)鍵詞有生物分子、生物大分子、碳原子、微米技術(shù)、微型機器人、小尺寸效應(yīng)和原子晶格。圖5展示的是借助UCINET軟件可視化工具選擇度中心性得到的前40位高頻關(guān)鍵詞的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖。

(二)與STM技術(shù)相關(guān)的熱點研究領(lǐng)域分析

通過探測關(guān)鍵詞突變來分析與STM技術(shù)相關(guān)的科學(xué)研究的熱點領(lǐng)域變化情況。某一主題下的突變詞(burst terms)是指該主題在某時間段內(nèi)頻次變化較大的詞或短語。突變詞是某一主題領(lǐng)域研究熱點突然增長的標(biāo)志，是該主題未來發(fā)展趨勢或方向的重要量度。相對于傳統(tǒng)的高頻詞分析，關(guān)鍵詞詞頻的突變情況更適合探測科學(xué)研究熱點的轉(zhuǎn)移和研究發(fā)展的新趨勢。在利用探測技術(shù)和算法進行突變詞分析時，我們將運用CITESPACE中的BURST DETECTION功能進行研究，該功能根據(jù)關(guān)鍵詞詞頻在某時間段的突變信息來度量其深層次變化。

圖6顯示的是突變強度前20位的關(guān)鍵詞突變情況。這前20位關(guān)鍵詞中有10個關(guān)鍵詞均與納米直接相關(guān)。從突變強度來看，突變強度最大的是納米技術(shù)，突變時間是2000-2004年，突變強度達到19.09。其次是原子級，強度達到11.16，突變時間是1989-1995年；突變強度位次第三的是關(guān)鍵詞原子力顯微鏡，突變時間是從2005到2009年。從時間上來看，1995年以前發(fā)生突變的關(guān)鍵詞主要有原子尺度、光學(xué)顯微鏡、物質(zhì)表面、原子級等。從2000年開始突變的關(guān)鍵詞基本都與納米相關(guān)，比如納米技術(shù)(2000-2004年)、碳納米材料(2000-2001年)、納米化(2000-2003年)、納米材料(2000-2004年)、納米器件(2001-2005年)、納米(2003-2006年)以及兩位納米領(lǐng)域科學(xué)家斯莫利(2000-2001年)和費曼(2000-2001年)。2002年和2003年突變的關(guān)鍵詞是隧道電流(2002-2008年)和自組裝(2003-2011年)，最近幾年突變的是關(guān)鍵詞分子束外延(2010-2015年)、石墨烯(2011-2015年)以及量子計算機(2012年)。由此可以預(yù)測與分子束外延、石墨烯和量子計算機相關(guān)的研究應(yīng)是當(dāng)今的研究熱點。

五、結(jié)論與討論

科學(xué)與技術(shù)之間存在著密切而又復(fù)雜的關(guān)系，不少學(xué)者在對二者關(guān)系進行量化分析時，大多是通過專利對論文的引用分析揭示科學(xué)對技術(shù)的支撐和推動作用，通過論文對專利的引用分析來探討技術(shù)對科學(xué)的影響和促進。在本文研究中，我們從一項具體技術(shù)成果入手，研究STM這一具體的新技術(shù)方法對科學(xué)研究領(lǐng)域各門學(xué)科的滲透機理，在這項技術(shù)成果影響下的科學(xué)知識結(jié)構(gòu)以及由此產(chǎn)生的科學(xué)研究熱點領(lǐng)域的動態(tài)演化過程。由此，本文運用CNKI數(shù)據(jù)庫和SCI數(shù)據(jù)庫檢索的相關(guān)文獻數(shù)據(jù)，借助UCINET和CITESPACE中的相關(guān)功能，對數(shù)據(jù)進行量化研究，得出主要結(jié)論。

與STM相關(guān)的文獻最早出現(xiàn)于1985年，之后以迅速穩(wěn)定的增長態(tài)勢發(fā)展，涉及的學(xué)科領(lǐng)域主要屬于自然科學(xué)類、工程科技類和信息科技類。STM技術(shù)向各門學(xué)科滲透的速度不同，不同學(xué)科對STM技術(shù)的反應(yīng)有差異，總體來看，各學(xué)科對該技術(shù)的反應(yīng)速度和與該技術(shù)相關(guān)的文獻量呈正相關(guān)。從與STM技術(shù)相關(guān)的文獻知識結(jié)構(gòu)來看，STM技術(shù)產(chǎn)生于量子力學(xué)、固體物理、化學(xué)物理、電子物理、機械工程和控制論等學(xué)科土壤之中。同時這項新技術(shù)的產(chǎn)生，既催生相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，又促進新的相關(guān)技術(shù)的進步。科學(xué)與技術(shù)工具既互相影響互相促進，同時又沿著各自的軌跡并行發(fā)展。

在關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心性的計算結(jié)果，掃描隧道顯微鏡、納米技術(shù)、掃描探針顯微鏡、光學(xué)顯微鏡的三個中心度指標(biāo)都比較靠前。值得注意的是，關(guān)鍵詞原子晶格、微型機器人、小尺寸效應(yīng)、生物大分子等雖然從詞頻排序上不在高頻關(guān)鍵詞之列，但這些關(guān)鍵詞的中介中心性和接近中心性均靠前，在關(guān)鍵詞共現(xiàn)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要位置。運用突變詞方法對與STM技術(shù)相關(guān)的熱點研究領(lǐng)域進行探究，發(fā)現(xiàn)近年的突變關(guān)鍵詞是分子束外延、石墨烯和量子計算機?？梢灶A(yù)測與這些關(guān)鍵詞相關(guān)的研究應(yīng)是未來科學(xué)新技術(shù)發(fā)展的增長點。

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[責(zé)任編輯 陳浩天]

10.16366/j.cnki.1000-2359.2017.03.016

謝彩霞(1968-)，女，河南上蔡人，管理學(xué)博士，河南師范大學(xué)政治與公共管理學(xué)院科技與社會研究所教授，主要從事科技發(fā)展規(guī)律與機制研究。

河南省高校哲學(xué)社會科學(xué)基礎(chǔ)研究重大項目 (2015-JCZD-021)；河南省高等學(xué)校軟科學(xué)重點研究項目(15A630070)

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1000-2359(2017)03-0095-07

2016-11-17