沉降法的基本原理精選(九篇)
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第1篇：沉降法的基本原理范文
關(guān)鍵詞：電鍍水；處理技術(shù)；化學(xué)沉淀；物理法
中圖分類號(hào)：V444.3+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
人類的生存離不開水資源的供應(yīng)，同時(shí)，水也是使社會(huì)發(fā)展受到嚴(yán)重限制的一種因素。近年來隨著我國(guó)社會(huì)工業(yè)和城市建設(shè)的發(fā)展，城市的用水量也在不斷地攀升，不達(dá)標(biāo)的污水和廢水的大量排放給水源和環(huán)境帶來很大的壓力，也造成了水質(zhì)的嚴(yán)重惡化和水資源的短缺，生態(tài)環(huán)境的惡性循環(huán)也因此而導(dǎo)致[1]。所以，污水處理技術(shù)的高效與經(jīng)濟(jì)就會(huì)顯得日益重要，這對(duì)于水環(huán)境的恢復(fù)和污染的回用發(fā)展有著重要的意義。
1電鍍廢水的來源
電鍍廢水的產(chǎn)生主要是由于在電鍍生產(chǎn)的過程中用清水沖洗鍍件的廢水、鍍件酸洗廢水、鍍液過濾水、刷洗極板以及地坪所產(chǎn)生的廢水、鈍化廢水、由于管理或者操作不當(dāng)生產(chǎn)的廢水，此外，在廢水處理過程中化驗(yàn)室所排放的水或者自用水的排放。電鍍液的性質(zhì)以及化學(xué)清洗液的性質(zhì)直接決定了電鍍水的性質(zhì)，通常按其性質(zhì)可以分為六類：含鉻廢水；含鎳廢水；含氰廢水；混排廢水；前處理廢水及綜合廢水。各種金屬離子是廢水中最主要的污染物質(zhì)，其次是有機(jī)物、氨氮和總磷[2]。
2電鍍廢水常規(guī)處理技術(shù)
2.1化學(xué)沉淀法
第一，氫氧化物沉降法。當(dāng)堿加入含重金屬廢水中時(shí)，其中的金屬陽離子以氫氧化物或鹽的形態(tài)沉淀析出，進(jìn)而可以分離出來。該種方法常用的沉淀劑有：苛性鈉、石灰以及碳酸鈉等，其操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉而且來源廣。第二，硫化物沉淀法。硫化物沉淀劑能夠使電鍍廢水中存在的重金屬離子和沉淀劑發(fā)生反應(yīng)形成硫化物沉淀，達(dá)到分離的目的。
2.2氧化還原法
通過化學(xué)氧化法進(jìn)行電鍍廢水的處理，其主要的目的是處理電鍍廢水中的氰，通過把氫根離子氧化成氫氧根離子而去除。通常情況下所使用的氧化劑有：過氧化氫、氯系列氧化劑、臭氧以及氧氣等[3]。其中，應(yīng)用十分廣泛的是堿性氯化法除氰，該種方法是在堿性的條件下，利用氯氧化劑把廢水中的氫根離子氧化成最終產(chǎn)物為氮?dú)夂投趸?，該種方法能夠徹底解決電鍍廢水中存在的氰化物的污染問題。而還原法可以將六價(jià)的鉻還原成三價(jià)的鉻。因?yàn)榱鶅r(jià)鉻的毒性高出三價(jià)鉻的毒性大約100倍，通常的做法是先借助還原劑把電鍍水中六價(jià)的鉻還原成三價(jià)鉻，然后再通過沉降法把三價(jià)鉻給去除掉。一般的還原劑有：亞硫酸鹽、鐵屑、硫酸亞鐵等。
2.3 Fenton氧化法
由于電鍍過程中使用了大量的化學(xué)物質(zhì)，其中有部分化學(xué)物質(zhì)會(huì)與廢水中的重金屬形成絡(luò)合物，用普通的化學(xué)沉淀工藝達(dá)不到處理效果。必須先氧化破絡(luò)，后再進(jìn)行沉淀分離。目前常用的工藝是Fenton氧化法。Fenton氧化法是利用催化劑或光電化學(xué)作用，通過雙氧水產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基（?OH）處理絡(luò)合物的技術(shù)。而Fe-Fenton氧化法是使H2O2在Fe2+的催化作用下分解產(chǎn)生?OH，其氧化電位達(dá)到2.8V，它通過電子轉(zhuǎn)移等途徑將有機(jī)物氧化分解成小分子。同時(shí)，F(xiàn)e2+被氧化成Fe3+產(chǎn)生混凝沉淀，去除大量金屬絡(luò)合物和有機(jī)物。
2.4離子交換法
該種方法是通過交換劑自己所帶的能夠進(jìn)行自由移動(dòng)的離子可以與廢水中需要處理的離子進(jìn)行交換，因此現(xiàn)實(shí)廢水凈化的目的。離子交換劑具有交換和吸附兩種作用，通過對(duì)待交換離子的吸附而進(jìn)行交換。該種方法還可以對(duì)電鍍廢水中的銅、鉻、鎳等離子進(jìn)行交換去除。
3電鍍廢水處理新技術(shù)
3.1高效生物法
生物法進(jìn)行電鍍廢水處理是借助人工養(yǎng)殖的復(fù)合功能菌來實(shí)現(xiàn)的。該種菌的作用有：絡(luò)合作用、酶的催化轉(zhuǎn)化作用、靜電吸附作用、共沉淀作用、凝絮作用以及PH值的緩沖作用等。基本原理是：功能菌首先把電鍍廢水中的六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，然后菌體把銅、鉛、鎳、鋅、鉻吸附在一起進(jìn)行絡(luò)合成團(tuán)，使重金屬離子經(jīng)過沉淀后形成污泥，通過固液分離的方法進(jìn)行去除。改種方法的適用性十分的強(qiáng)，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，也不產(chǎn)生二次污染，其應(yīng)用前景很廣泛，該種方法存在的不足就是功能菌的繁殖速度太慢，而且效率不高。不過生物技術(shù)是一種徹底的、十分環(huán)保的廢水凈化技術(shù)，通過不斷的研究，終將發(fā)揮更大的作用[4]。
3.2膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)工作原理是：借助膜的選擇透過，來對(duì)廢水中存在的部分成分進(jìn)行分離。該種技術(shù)不僅沒有二次污染、分離效率高，而且可以對(duì)重金屬進(jìn)行回收。因此該技術(shù)很有發(fā)展前途。電鍍廢水中應(yīng)用到的膜技術(shù)有：超濾、電滲析、納濾等。通過這三種方法進(jìn)行除鎳處理，截留率能夠達(dá)到99%以上，經(jīng)過處理后的重金屬膜濃液可以達(dá)到回收利用的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)該種方法對(duì)鉻和銅的處理效果也十分有效。
3.3溶液萃取法
溶液萃取法的基本原理是：把不溶于水，但是可以溶解水中某種特定物質(zhì)的溶劑加入到廢水中，經(jīng)過一段時(shí)間，使溶質(zhì)能夠在溶劑內(nèi)充分的溶解，這樣就可以將該種有毒物質(zhì)從廢水中分離出去，同時(shí)也可以對(duì)金屬進(jìn)行回收。該種方法主要包括三種工序：混合、分離、回收[5]。該種方法是液-液接觸，在保障分離效果的同時(shí)，又能連續(xù)性操作。溶液萃取法處理廢水的重點(diǎn)和難點(diǎn)就是溶液萃取劑的選擇，由于溶劑的再生產(chǎn)過程中需要消耗大量的能源，并且在萃取過程中還會(huì)產(chǎn)生大量的流失，這些缺點(diǎn)限制了該種方法的使用范圍。
4電鍍廢水處理技術(shù)的發(fā)展與展望
隨著環(huán)保要求不斷提高和電鍍工業(yè)發(fā)展迅速，我國(guó)電鍍廢水處理技術(shù)由閉路循環(huán)、工藝改革以及回收利用向綜合防治的方向逐漸發(fā)展，我國(guó)目前已經(jīng)進(jìn)入到了總量控制和回收利用的階段。自動(dòng)控制與多元化組合方式相結(jié)合現(xiàn)實(shí)資源回用的廢水處理技術(shù)將成為凈化電鍍廢水發(fā)展的主流[6]。研發(fā)出具有節(jié)能、高效、環(huán)保、節(jié)能的處理技術(shù)，將是電鍍廢水處理技術(shù)未來的發(fā)展方向和研究的主要內(nèi)容。在對(duì)電鍍廢水進(jìn)行處理的同時(shí)，也應(yīng)該從源頭上對(duì)其進(jìn)行控制。從行業(yè)發(fā)展的整體效益和發(fā)展趨勢(shì)來看，該行業(yè)可以從以下幾個(gè)方面來控污染的源頭。第一，推廣循環(huán)經(jīng)濟(jì)，進(jìn)行清潔生產(chǎn)。通過對(duì)提高電鍍資源、電鍍物質(zhì)的循環(huán)利用率和轉(zhuǎn)化率，可以大幅度的減少重金屬污染物的產(chǎn)生，在電鍍行業(yè)生產(chǎn)的過程中實(shí)行全過程的分布智能控制、與此同時(shí)，結(jié)合綜合治理廢水，從而實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的零排放。第二，實(shí)行綜合一體化技術(shù)，由于重金屬會(huì)因?yàn)椴煌墓に嚭托袠I(yè)有所差別，通過發(fā)展綜合的多處理技術(shù)，使其在實(shí)踐中應(yīng)用，可以提高處理效果。
結(jié)束語
通過對(duì)過去常用和目前新興的電鍍廢水處理工藝的介紹，指明了未來電鍍廢水處理技術(shù)的研發(fā)方向和前景，雖然每種方法都有其優(yōu)勢(shì)，在實(shí)踐中應(yīng)該重點(diǎn)研究有效的組合工藝，以提高處理效果。通過不斷的深化新技術(shù)，提高水質(zhì)凈化的目的。
參考文獻(xiàn)：
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第2篇：沉降法的基本原理范文
有一類具有共同演化特征的產(chǎn)業(yè)在19世紀(jì)末逐漸形成，并在二戰(zhàn)后導(dǎo)致了全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的巨大變化，而進(jìn)入21世紀(jì)，這類產(chǎn)業(yè)逐漸成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)的新引擎。這類產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與科學(xué)進(jìn)步有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，將其稱之為“基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)”?；诳茖W(xué)的產(chǎn)業(yè)可能推動(dòng)整個(gè)經(jīng)濟(jì)范式的改變，這充分體現(xiàn)在19世紀(jì)現(xiàn)代電氣工業(yè)與化工業(yè)及20世紀(jì)半導(dǎo)體對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)范式的改造。而21世紀(jì)生物化學(xué)、生物醫(yī)藥、新能源、新材料等產(chǎn)業(yè)的影響初見端倪，逐漸成為國(guó)際產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，也成為各國(guó)政府所密切關(guān)注的產(chǎn)業(yè)。改革開放三十多年來，我國(guó)在水利工程、機(jī)床制造、家電業(yè)等基于技術(shù)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域取得了很大成就，但主要是基于產(chǎn)品和工藝技術(shù)、工程技術(shù)的改良。而在基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，盡管我國(guó)在政策、投資、研發(fā)、新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化等方面都進(jìn)行了諸多努力，但發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)于我國(guó)始終保持著較為穩(wěn)定、強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)在上述產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的趕超存在諸多困難，在于沒有厘清基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)其獨(dú)特的現(xiàn)象和發(fā)展規(guī)律。本文通過訪談劍橋大學(xué)工程系石墨烯中心以及北京大學(xué)醫(yī)學(xué)院心血管科的研究人員獲得一手資料，結(jié)合二手?jǐn)?shù)據(jù)分析心電圖和石墨烯兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析并提出了基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)“積淀—突破—爆炸式增長(zhǎng)”的發(fā)展模式以及該模式中的三類關(guān)系，即科學(xué)與技術(shù)的Z字形互動(dòng)關(guān)系、核心產(chǎn)品與衍生產(chǎn)品的關(guān)系以及形成主導(dǎo)設(shè)計(jì)后本產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)的融合。
1文獻(xiàn)回顧與分析框架
1.1基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)概念的界定基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)有其一系列獨(dú)特的發(fā)展規(guī)律。如科學(xué)在該類產(chǎn)業(yè)發(fā)展中始終起著關(guān)鍵作用，是每一次產(chǎn)業(yè)根本性進(jìn)步的發(fā)端；經(jīng)歷長(zhǎng)期的基礎(chǔ)科學(xué)研究的積淀，往往出現(xiàn)科學(xué)上的根本性突破，引發(fā)爆炸性的科研浪潮，形成平臺(tái)，支撐科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展；當(dāng)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)形成及核心產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定性后，技術(shù)往往與其他產(chǎn)業(yè)技術(shù)融合或向多個(gè)產(chǎn)業(yè)擴(kuò)散。上述基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)進(jìn)步現(xiàn)象用現(xiàn)有的六代創(chuàng)新模型都難以解釋。由于這六代模型形成時(shí)的商業(yè)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)環(huán)境與現(xiàn)代有很大差異，導(dǎo)致其并沒有洞察這種新發(fā)展范式的特點(diǎn)。通過對(duì)六代創(chuàng)新模型的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，后三代創(chuàng)新模型側(cè)重于關(guān)注創(chuàng)新的組織模式，前三代模型更多地關(guān)注創(chuàng)新的原始動(dòng)力。然而由于20世紀(jì)50年代到80年代的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，學(xué)者們并沒有關(guān)注科學(xué)作為一種重要的創(chuàng)新原始動(dòng)力對(duì)創(chuàng)新的獨(dú)特影響（如表1所示）。自20世紀(jì)70年代起，學(xué)者們開始專注這類基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)。Gibbons和Johnston首次提出了“基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)”這個(gè)概念，認(rèn)為有一類產(chǎn)業(yè)，相對(duì)于其他產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)創(chuàng)新明顯更加依賴于科學(xué)進(jìn)步。Nelson和Winter在其《經(jīng)濟(jì)演化理論》一書中對(duì)不同產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行了實(shí)證研究，提出了兩類技術(shù)體制，即“基于科學(xué)的技術(shù)體制”和“積累性的技術(shù)體制”。他們認(rèn)為在前者產(chǎn)業(yè)中，技術(shù)創(chuàng)新的原始動(dòng)力是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的外生變量，如大學(xué)基礎(chǔ)科研的突破；而后者產(chǎn)業(yè)中，技術(shù)創(chuàng)新更多地依靠產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的技術(shù)積累。其他學(xué)者們也發(fā)現(xiàn)了這類產(chǎn)業(yè)的特性，并對(duì)其進(jìn)行了研究。在總結(jié)上述學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，本文將產(chǎn)業(yè)分為兩類：基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)：產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)烈地依賴于科學(xué)研究，產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)進(jìn)步普遍地、一貫地、強(qiáng)烈地依賴于科學(xué)新發(fā)現(xiàn)。典型產(chǎn)業(yè)如生物化學(xué)、制藥業(yè)、有機(jī)化學(xué)、化妝品業(yè)等?；诩夹g(shù)的產(chǎn)業(yè)：產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)科學(xué)研究依賴性弱，該產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步主要表現(xiàn)為技術(shù)自身的演化，也就是由已有技術(shù)的突破、改進(jìn)、組合、調(diào)整、變形而形成的新技術(shù)。典型產(chǎn)業(yè)如水利工程、道路橋梁建設(shè)、家具業(yè)、印刷業(yè)等。前人對(duì)上述兩類產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行了描述，在此基礎(chǔ)上分別將基于科學(xué)和基于技術(shù)的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)總結(jié)如下?；诳茖W(xué)的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)：（1）創(chuàng)新顯著地來源于科學(xué)研究成果。（2）創(chuàng)新源往往來自企業(yè)外部，多為公共研究部門。大學(xué)和研究所參與創(chuàng)新的程度很高，產(chǎn)學(xué)研是最典型的創(chuàng)新模式。產(chǎn)品和工藝等創(chuàng)新的本質(zhì)是將科學(xué)新發(fā)現(xiàn)商業(yè)化。（3）企業(yè)與公共研究部門保持密切聯(lián)系來獲得外部知識(shí)成為創(chuàng)新成功的關(guān)鍵要素。（4）產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)會(huì)豐富，科學(xué)上的進(jìn)步創(chuàng)造了一系列的潛在產(chǎn)品。（5）R&D投入強(qiáng)度很高。（6）在這類產(chǎn)業(yè)—科學(xué)關(guān)聯(lián)中，往往是產(chǎn)業(yè)與其所基于的科學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域發(fā)展都不成熟。例如生物醫(yī)藥業(yè)，該產(chǎn)業(yè)處于成長(zhǎng)期，所基于的科學(xué)領(lǐng)域——生命科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)也處于快速發(fā)展時(shí)期，不斷有新的研究發(fā)現(xiàn)[11]?；诩夹g(shù)的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)：（1）創(chuàng)新是技術(shù)本身的發(fā)展或工程活動(dòng)的結(jié)果。（2）企業(yè)創(chuàng)新能力主要來源于組織內(nèi)部積累性的學(xué)習(xí)過程。（3）創(chuàng)新成功的關(guān)鍵要素在于本企業(yè)的技術(shù)投入、技術(shù)積累以及對(duì)各種技術(shù)知識(shí)和能力要素的整合。（4）技術(shù)創(chuàng)新機(jī)會(huì)的增長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)定。（5）R&D投入強(qiáng)度相對(duì)較低。（6）在這類產(chǎn)業(yè)—科學(xué)關(guān)聯(lián)中，往往是產(chǎn)業(yè)處于成長(zhǎng)期或成熟期，而相關(guān)的科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展比較成熟。如公路、鐵路橋梁工程、船舶制造、機(jī)床制造等工程領(lǐng)域，對(duì)應(yīng)的機(jī)械原理、工程學(xué)等相對(duì)成熟、穩(wěn)定，在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)沒有突破性的新發(fā)展。
1.2基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的分析框架經(jīng)典的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式分析一般重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)和市場(chǎng)（或產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)）兩個(gè)維度的演化問題。技術(shù)維度的分析主要涉及Dosi的技術(shù)范式和技術(shù)軌道理論，Christensen、Kim等人提出了技術(shù)成長(zhǎng)曲線理論以及Galvin、Probert總結(jié)的技術(shù)路線圖工具。市場(chǎng)、產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)層面主要涉及Vernon的產(chǎn)品生命周期理論、Abernathy和Utterback的A-U模型以及Gort和klepper的產(chǎn)業(yè)生命周期理論。由于本文的研究對(duì)象——基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)其發(fā)展強(qiáng)烈地依賴于科學(xué)研究，產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)進(jìn)步普遍地、一貫地、強(qiáng)烈地依賴于科學(xué)新發(fā)現(xiàn)，本文將科學(xué)作為一個(gè)維度來分析該類產(chǎn)業(yè)發(fā)展與科研的關(guān)系。同時(shí)，通過初步的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)存在普遍的產(chǎn)業(yè)融合現(xiàn)象，為了研究產(chǎn)業(yè)融合問題，本文將相關(guān)產(chǎn)業(yè)設(shè)為一個(gè)與科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)平行的維度進(jìn)行分析。
1.2.1分析的維度科學(xué)：重點(diǎn)關(guān)注重大的科研事件，剖析科研事件之間的聯(lián)系，如核心科學(xué)突破與科學(xué)進(jìn)步之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)以及對(duì)技術(shù)發(fā)展的影響。技術(shù)：關(guān)注技術(shù)突破的典型事件，技術(shù)突破之間的關(guān)系，技術(shù)突破對(duì)科學(xué)的影響，以及技術(shù)突破對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，如技術(shù)興起對(duì)產(chǎn)業(yè)興起的影響，主導(dǎo)設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響等。產(chǎn)業(yè)：關(guān)注早期市場(chǎng)需求的形成、早期產(chǎn)品的形成、何時(shí)開始產(chǎn)業(yè)化并出現(xiàn)專利、核心產(chǎn)品與衍生產(chǎn)品等典型產(chǎn)業(yè)發(fā)展事件。其他產(chǎn)業(yè)：關(guān)注相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)對(duì)所研究的產(chǎn)業(yè)的影響，分析產(chǎn)業(yè)融合問題。
1.2.2關(guān)注的指標(biāo)時(shí)間及順序：需要關(guān)注關(guān)鍵事件的發(fā)生時(shí)間及順序，例如技術(shù)、產(chǎn)業(yè)興起的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，科研積淀、核心科學(xué)突破、主導(dǎo)設(shè)計(jì)確立、產(chǎn)業(yè)融合發(fā)生的時(shí)間區(qū)間，以及發(fā)生的先后次序。通過時(shí)間順序初步推斷事件間的因果關(guān)系。維度間的關(guān)系：關(guān)注4個(gè)維度的相互關(guān)系。在基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)這個(gè)分析背景下，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)中，重點(diǎn)關(guān)注科學(xué)與技術(shù)之間是什么關(guān)系，技術(shù)如何影響產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)間的融合又產(chǎn)生什么影響等。
2基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展案例
2.1研究方法與數(shù)據(jù)來源考慮到“基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)”這個(gè)研究課題尚未形成成熟的理論體系，本文選取心電圖產(chǎn)業(yè)和石墨烯產(chǎn)業(yè)進(jìn)行探索性案例研究，通過歸納法進(jìn)行理論構(gòu)建。選取心電圖和石墨烯兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的原因在于這兩個(gè)產(chǎn)業(yè)是典型的基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)，心電圖的發(fā)明和石墨烯的成功制備分別獲得了1924年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)和2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都持續(xù)地高度依賴于科學(xué)研究。本文通過對(duì)心電圖和石墨烯兩個(gè)案例的研究，探討基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式。案例資料數(shù)據(jù)來源：（1）科學(xué)論文：主要涉及心電圖、石墨烯技術(shù)路徑方面的文獻(xiàn)。（2）圖書：關(guān)于心電圖、石墨發(fā)展史的圖書。（3）訪談：分別對(duì)北大醫(yī)學(xué)院心血管內(nèi)科、劍橋大學(xué)工程系石墨烯中心的研究人員進(jìn)行了訪談，收集了一手?jǐn)?shù)據(jù)。心電圖領(lǐng)域的訪談主要涉及心電圖科研成果、技術(shù)、產(chǎn)品的關(guān)系以及在臨床上的應(yīng)用等。劍橋大學(xué)工程系石墨烯中心在全球石墨烯研究處于領(lǐng)先地位，筆者對(duì)該中心的幾名研究人員進(jìn)行了訪談，主要涉及石墨烯基礎(chǔ)科研發(fā)展之間的關(guān)系以及石墨烯的應(yīng)用前景。
2.2心電圖產(chǎn)業(yè)案例概況本文梳理了心電圖領(lǐng)域科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)4個(gè)層面在發(fā)展歷史上的重大事件，厘清了各個(gè)事件之間的邏輯關(guān)系，總結(jié)為表2，并根據(jù)表2總結(jié)了心電圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑（見圖1）。心電圖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以分為早期基礎(chǔ)科研、心電圖興起和近現(xiàn)代心電圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展三個(gè)時(shí)期。第一時(shí)期（17世紀(jì)—18世紀(jì)）：電的利用，電對(duì)生物體組織的影響的觀察以及生物電的發(fā)現(xiàn)。17世紀(jì)初，物理學(xué)家Gilbert、Browne等發(fā)現(xiàn)了靜電的存在，在此之后，各種靜電計(jì)不斷被發(fā)明出來。在靜電計(jì)的幫助下，18世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉的一個(gè)世紀(jì)里，Bancroft、Walsh、Sowdon、Galvani、Kite、Nobili等學(xué)者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了生物電的存在，并通過解剖實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了生物電與肌肉、神經(jīng)和部分器官（特別是心臟）機(jī)能之間的聯(lián)系。第二時(shí)期（1800—1895）：為了檢測(cè)出心電，驗(yàn)電設(shè)備不斷改進(jìn)，機(jī)器靈敏度不斷提高。在19世紀(jì)一個(gè)世紀(jì)里，Oerste、Schweigger、Nobi-li、Thompson、Arsonval、Deprez等學(xué)者不斷推動(dòng)著驗(yàn)電設(shè)備的進(jìn)步。1858年Thompson發(fā)明了鏡式電流計(jì)。1872年Lippmann發(fā)明了毛細(xì)管電位計(jì)。由于驗(yàn)電設(shè)備越來越靈敏，新的心電現(xiàn)象得以觀察，很多猜想得到了驗(yàn)證。1850年，Hoffa證明了電流會(huì)導(dǎo)致心顫。1856年Koelliker和Muller利用電流表證明了每一次心跳都伴隨著電流變化。1875年Caton制成了第一份有明確記載的心電圖記錄。1885年Einthoven首次從體表記錄到心電波形。1887年Waller通過毛細(xì)管靜電計(jì)記錄下歷史上第一個(gè)人類的心電圖，證明了人類心臟跳動(dòng)伴隨著有規(guī)律的電流變化并提出“心電圖（electrocardiogram）”一詞。1890年Burch通過數(shù)學(xué)方法，將毛細(xì)管靜電計(jì)記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形。第三時(shí)期（1895至今）：第一個(gè)精確心電圖問世，心電圖逐漸產(chǎn)業(yè)化為一種醫(yī)療工具。1895年Einthoven利用改良后的靜電計(jì)和1890年Burch改良的數(shù)據(jù)—圖像算法，檢測(cè)到人類心電5種波形：P、Q、R、S和T，成為現(xiàn)代心電治療的基礎(chǔ)。1903年，Einthoven開始與劍橋科學(xué)儀器公司商討弧線電流計(jì)的商業(yè)化生產(chǎn)。1906年，通過心電圖儀（以弦線電流計(jì)為基礎(chǔ)）測(cè)度的正常和異常心電圖，Ein-thoven首次系統(tǒng)地論述了許多心電醫(yī)學(xué)現(xiàn)象如：左、右心房、心室肥厚時(shí)，U波，QRS波，室性早搏，室性二聯(lián)律，心房撲動(dòng)和完全性心臟傳導(dǎo)阻滯等。自此，有了心電圖儀和通過5種波形表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)正常心電圖，形成了現(xiàn)代心臟醫(yī)療和設(shè)備創(chuàng)新的基本邏輯：醫(yī)學(xué)家們逐步形成某類心臟疾病的心電圖確診標(biāo)準(zhǔn)—測(cè)度心電圖—與正常心電圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)某類波形的異?！碾姼深A(yù)儀器—臨床治療。遵循這種基本邏輯，20世紀(jì)初至今，左、右心房、心室肥厚時(shí)，U波、QRS波、室性早搏、室性二聯(lián)律、房顫、心絞痛、梗死、心動(dòng)過速等越來越多的心臟疾病被發(fā)現(xiàn)并形成確診的心電圖標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，心電圖儀在一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里也越來越先進(jìn)，并與其他電路技術(shù)、無線技術(shù)結(jié)合，如1978年晶體管應(yīng)用于心電圖儀。另外，起搏器、除顫器等心電干預(yù)設(shè)備得以問世并不斷改良，越來越輕薄，并可植入人體。1924年，Einthoven因發(fā)現(xiàn)心電圖機(jī)制獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
2.3石墨烯產(chǎn)業(yè)案例概況與心電圖產(chǎn)業(yè)的分析類似，本文梳理了石墨烯領(lǐng)域科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)4個(gè)層面在發(fā)展歷史上的重大事件，厘清了各個(gè)事件之間的邏輯關(guān)系，總結(jié)為表3，并根據(jù)表3總結(jié)了石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑（見圖2）。與心電圖產(chǎn)業(yè)不同，石墨烯產(chǎn)業(yè)興起于2004年，發(fā)展時(shí)間短但產(chǎn)業(yè)化速度快，科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)3個(gè)層次間的時(shí)滯不如心電圖產(chǎn)業(yè)那樣明顯。另外，由于材料產(chǎn)業(yè)本身的特點(diǎn)，石墨烯產(chǎn)業(yè)與其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)十分密切。石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以分為早期基礎(chǔ)科研、實(shí)驗(yàn)室石墨烯制備、石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展3個(gè)時(shí)期。第一時(shí)期（1859—2004）：石墨結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的早期研究，及石墨薄片的分離方法探索。1859年，英國(guó)化學(xué)家Brodie發(fā)現(xiàn)了氧化石墨具有層狀結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)初，X射線晶體學(xué)創(chuàng)立以來，石墨薄片的研究開始興起，科學(xué)家們努力嘗試觀察并分離更薄的石墨薄片。另一方面，也有很多科學(xué)家認(rèn)為石墨烯是不可能在常溫下存在的。1918年，Kohlschütter和Haenni通過粉末衍射法發(fā)現(xiàn)了石墨氧化物薄片（graphiteoxidepaper）的性質(zhì)。1924年，通過單晶衍射法發(fā)現(xiàn)了石墨氧化物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。1934年，Peierls提出準(zhǔn)二維晶體材料由于其本身的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，在室溫環(huán)境下會(huì)迅速分解或拆解。關(guān)于石墨烯存在的可能性，科學(xué)界一直有爭(zhēng)論。1947年，Wallace率先開始研究石墨烯的性質(zhì)，這是對(duì)石墨三維電子性質(zhì)探索的開始。在這期間，Semenoff、DeVincenzo和Mele提出了無質(zhì)量狄拉克方程，提出狄拉克點(diǎn)導(dǎo)致量子霍爾效應(yīng)（石墨烯的特性之一是存在常溫量子霍爾效應(yīng)）。隨著電子級(jí)顯微技術(shù)的發(fā)展以及分離萃取技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們提取出的石墨薄片越來越薄。1948年，Ruess和Vogt發(fā)表了最早用透射電子顯微鏡拍攝的少層石墨（層數(shù)在3~10層之間的石墨）圖像。隨后，電子顯微鏡觀察到單層石墨。1966年，Mermin和Wagner提出Mermin-Wagner理論，證明不可能存在二維晶體材料。因此，作為二維晶體材料的石墨烯只是作為研究碳質(zhì)材料的理論模型，一直未受到廣泛關(guān)注。然而對(duì)石墨薄片的研究熱情依然沒有減退，20世紀(jì)70年代，對(duì)單層碳原子石墨平面材料的關(guān)注超過了其他材料，這期間對(duì)石墨的研究主要依靠透射電子顯微鏡。1990年，開始嘗試微機(jī)械分離法制作石墨薄片，但到2004年前，薄度一直在50~100層以上。2002年，出現(xiàn)最早的石墨薄片生產(chǎn)技術(shù)專利，叫做“納米級(jí)石墨薄片”。這是最早的石墨薄片大規(guī)模生產(chǎn)的專利。第二時(shí)期（2004—2005）：成功分離單層碳原子石墨層，即石墨烯。2004年，Geim和Novoselov首次成功從石墨中分離出了單層碳原子石墨層，即石墨烯。由于上述提取技術(shù)，石墨烯的光、電、熱傳導(dǎo)、機(jī)械、生物化學(xué)、化學(xué)傳感等一系列優(yōu)良性質(zhì)得以直接觀察。2005年，Kim和Zhang證實(shí)了石墨烯的準(zhǔn)粒子（quasiparti-cle）是無質(zhì)量迪拉克費(fèi)米子（diracfermion），引起一股研究石墨烯的熱潮。自此，眾多科學(xué)家投身于石墨烯的研究。第三時(shí)期（2005至今）：石墨烯的各種特性被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)成果激發(fā)了許多技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)業(yè)化迅猛發(fā)展。由于成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯的制備，大大促進(jìn)了科學(xué)研究的進(jìn)度，石墨烯在光、電、熱傳導(dǎo)、機(jī)械、生物化學(xué)、化學(xué)傳感等多方面的多種優(yōu)良特性在9年的時(shí)間里不斷被發(fā)現(xiàn)。如室溫量子霍爾效應(yīng)、室溫高載流子遷移率、高光電轉(zhuǎn)換效率、石墨烯薄片與單層氦鍵合形成絕緣的石墨烷、超高等效熱導(dǎo)率和超低界面熱阻等。同時(shí)，在9年的時(shí)間里，石墨烯的制備方法也有了改善，從最初的昂貴且產(chǎn)量小的機(jī)械剝離法到SiC熱解外延生長(zhǎng)法、氧化石墨還原法以及目前最常用的化學(xué)沉降法，成本不斷降低，產(chǎn)量不斷提升。科學(xué)領(lǐng)域，石墨烯的各種優(yōu)良特性激發(fā)了一系列的技術(shù)創(chuàng)新，形成了石墨烯包裝材料、石墨烯單分子傳感器、石墨烯高頻電路、石墨烯鋰電池、石墨烯薄膜等。這些技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)了海水淡化、DNA測(cè)序、飛機(jī)材料、包裝材料、醫(yī)用傳感器、電子產(chǎn)品、光通訊系統(tǒng)、防彈衣等領(lǐng)域的發(fā)展。Geim和Novoselov因成功制備石墨烯獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
3對(duì)案例的討論——基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式
3.1基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)互動(dòng)三角形基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)遵循積淀—突破—爆炸式增長(zhǎng)的發(fā)展模式。圖3描述了這種發(fā)展模式中科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)以及其他產(chǎn)業(yè)的互動(dòng)關(guān)系以及技術(shù)興起、產(chǎn)業(yè)興起、產(chǎn)業(yè)融合的現(xiàn)有順序和科學(xué)重大突破、核心產(chǎn)品主導(dǎo)設(shè)計(jì)幾個(gè)重要節(jié)點(diǎn)形成的時(shí)間區(qū)間。產(chǎn)業(yè)發(fā)展中這種互動(dòng)系統(tǒng)依次經(jīng)歷技術(shù)的興起、產(chǎn)業(yè)的興起和與其他產(chǎn)業(yè)的融合幾個(gè)階段，形成了一個(gè)科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)及其他產(chǎn)業(yè)的互動(dòng)三角形。在科學(xué)的重大突破之前，有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的科研積淀。在這個(gè)時(shí)期，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)層面比較平靜。經(jīng)過長(zhǎng)期的科研積淀，科學(xué)研究產(chǎn)生重大突破，形成科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展爆炸式的進(jìn)步，并形成一個(gè)發(fā)展的平臺(tái)，支持相關(guān)的創(chuàng)新?？茖W(xué)的重大突破后產(chǎn)業(yè)開始逐漸形成。產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一定的發(fā)展形成核心產(chǎn)品的主導(dǎo)設(shè)計(jì)。而與其他產(chǎn)業(yè)的融合往往出現(xiàn)在核心產(chǎn)品的主導(dǎo)設(shè)計(jì)形成以后。在這個(gè)發(fā)展過程中，科學(xué)研究往往是每一項(xiàng)新進(jìn)步的發(fā)端，是整個(gè)發(fā)展的原動(dòng)力。上述科學(xué)研究的重大突破，根本性地提升了科學(xué)研究進(jìn)步、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展速率，使得整個(gè)領(lǐng)域的圖景發(fā)生根本性變化。例如人類心電5種波形的發(fā)現(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)的確定就是心電圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)“爆炸點(diǎn)”。人類將電療應(yīng)用于臨床用了將近3個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，而早搏，二聯(lián)律，房顫，心絞痛，梗死，心動(dòng)過速等一系列心臟疾病的診斷和治療方法應(yīng)用于臨床一共經(jīng)歷了不到一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間。總的來看，在爆炸點(diǎn)之前該領(lǐng)域科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都相對(duì)平靜，而爆炸點(diǎn)之后，形成了三方面的變化：科學(xué)層面，基于人類心電標(biāo)準(zhǔn)波形和心電圖儀器的進(jìn)步，上述很多心臟疾病得以研究。技術(shù)層面，心電標(biāo)準(zhǔn)的形成大大促進(jìn)了心電圖儀的進(jìn)步，同時(shí)發(fā)端于對(duì)各種疾病的科學(xué)研究，對(duì)應(yīng)的起搏器、除顫器等設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。產(chǎn)業(yè)層面，各種儀器設(shè)備越來越便攜和便宜，產(chǎn)業(yè)化程度不斷提高。再如，石墨烯領(lǐng)域“爆炸點(diǎn)”以前的平靜和以后的活躍程度對(duì)比更加顯著。人類分離石墨烯的嘗試經(jīng)歷了150年的時(shí)間，而之后石墨烯迅猛發(fā)展并滲透到各個(gè)領(lǐng)域僅僅用了10年的時(shí)間。在“爆炸點(diǎn)”之后，科學(xué)層面，石墨烯各個(gè)方面的性質(zhì)研究速度增長(zhǎng)迅速，新研究成果的公布需要按月衡量。這種速度的暴漲也是因?yàn)槭┑某晒Ψ蛛x吸引了眾多其他相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)工作者進(jìn)入該領(lǐng)域。技術(shù)層面，各類產(chǎn)品技術(shù)在10年的時(shí)間里迅速發(fā)展。產(chǎn)業(yè)層面，石墨烯向海水淡化、DNA測(cè)序、包裝運(yùn)輸、通訊、電子等產(chǎn)業(yè)的滲透蓄勢(shì)待發(fā)。圖3說明的科研核心角色、核心與衍生創(chuàng)新的關(guān)系、與其他產(chǎn)業(yè)的融合以及科學(xué)與技術(shù)的Z字形互動(dòng)關(guān)系將在下面中進(jìn)行論述。這種互動(dòng)三角形在心電圖產(chǎn)業(yè)中表現(xiàn)十分典型，但在石墨烯產(chǎn)業(yè)中表現(xiàn)不很明顯。主要是由于石墨烯產(chǎn)業(yè)興起僅僅十幾年的時(shí)間，整體的三角形互動(dòng)模式還未完全顯現(xiàn)。
3.2科研在基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的角色本文發(fā)現(xiàn)在基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，科學(xué)研究自始至終處于核心地位。這種科研在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的核心角色并不能被經(jīng)典產(chǎn)業(yè)演化理論所解釋。Ver-non將產(chǎn)品生命周期劃分為導(dǎo)入期、成熟期和標(biāo)準(zhǔn)化期3個(gè)階段。20世紀(jì)70年代，Abernathy和Utter-back提出了A-U模型，討論了產(chǎn)品創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新的關(guān)系，并將產(chǎn)品的創(chuàng)新過程分為流動(dòng)、過度和確定3個(gè)階段。Gort和Klepper提出了G-K模型，論述了產(chǎn)品的主導(dǎo)設(shè)計(jì)。他們按廠商數(shù)目對(duì)產(chǎn)品生命周期進(jìn)行劃分，提出引入、大量進(jìn)入、穩(wěn)定、大量退出（淘汰）和成熟等5個(gè)階段。Phaal提出了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科學(xué)—技術(shù)—應(yīng)用—市場(chǎng)（S-T-A-M）的轉(zhuǎn)化，認(rèn)為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的S曲線上，隨時(shí)間推移產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心遵循科學(xué)—技術(shù)—應(yīng)用—市場(chǎng)的轉(zhuǎn)化路徑。Christensen、Kim等人提出了技術(shù)成長(zhǎng)曲線，認(rèn)為技術(shù)的發(fā)展遵循S型路徑成長(zhǎng)。Dos（i1982）等學(xué)者提出了技術(shù)范式和技術(shù)軌道的概念。上述理論的一個(gè)共同特點(diǎn)是認(rèn)為在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期科學(xué)研究極其活躍，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨后科學(xué)研發(fā)頻率和規(guī)模下降，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心要素向技術(shù)因素、工藝因素和市場(chǎng)因素轉(zhuǎn)移。然而上述產(chǎn)業(yè)演化及創(chuàng)新理論都未能解釋本文發(fā)現(xiàn)的這一現(xiàn)象，即在某些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，科學(xué)自始至終處于核心和引領(lǐng)地位。例如心電圖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，科學(xué)研究一直是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原始動(dòng)力，是每一次進(jìn)步的發(fā)端。第一時(shí)期基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步階段，觀察電對(duì)生物體組織的影響以及發(fā)現(xiàn)生物電，特別是心電成為心電圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。正是這些基礎(chǔ)科學(xué)的積淀，逐漸催生了心電圖產(chǎn)業(yè)。這一階段科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)也推動(dòng)了技術(shù)層面各種驗(yàn)電設(shè)備的早期發(fā)展。第二時(shí)期心電圖產(chǎn)業(yè)開始形成的直接原因在于實(shí)驗(yàn)室首次成功繪制了人類心電圖。由于前一時(shí)期對(duì)生物電的長(zhǎng)期科研積淀，人們對(duì)生物電有了充分的了解并認(rèn)可臨床的電療方法，實(shí)驗(yàn)室心電圖的成功發(fā)現(xiàn)使人們看到了它的臨床價(jià)值。因?yàn)橹皩?duì)心臟的電療處于“誤打誤撞”碰運(yùn)氣的狀態(tài)，并沒有原理上的指導(dǎo)，電療使病情加重甚至使病人加速死亡的現(xiàn)象十分常見。心電圖的出現(xiàn)無疑成為了電療的“眼睛”，從此電療結(jié)束了誤打誤撞的發(fā)展階段。實(shí)驗(yàn)室心電圖的發(fā)現(xiàn)很快促成了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。到了第三時(shí)期，心電圖產(chǎn)業(yè)的幾乎所有發(fā)展都來源于Einthoven發(fā)現(xiàn)的人類心電的5種波形。這5種波形至今依然是心臟疾病診療的基礎(chǔ)。即自從人類心臟正常波形發(fā)現(xiàn)后，所有的產(chǎn)業(yè)發(fā)展都遵循這樣的模式。心臟異常臨床表現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)心電圖與標(biāo)準(zhǔn)心電圖的差異、研究干預(yù)原理和方法、干預(yù)儀器的發(fā)明及生產(chǎn)制造、二聯(lián)律、心肌梗塞、心絞痛等心臟疾病的診斷和治療都是以人類心電5種波形為基礎(chǔ)的。再如石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在最初的基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)步階段，發(fā)現(xiàn)石墨的層狀結(jié)構(gòu)、觀察并分離石墨薄片成為石墨烯成功提取的基礎(chǔ)。第二階段，實(shí)驗(yàn)室成功分離出單原子層石墨薄片，即石墨烯，成為該產(chǎn)業(yè)興起的直接原因。第三階段，由于之前對(duì)石墨烯的研究處于“猜想”階段，進(jìn)展緩慢。實(shí)驗(yàn)室中成功提取了石墨烯，使得它成為研究者能夠拿在手中的“實(shí)實(shí)在在”的研究對(duì)象，對(duì)石墨烯的研究發(fā)展速度迅速提升。對(duì)石墨烯光、電、熱、機(jī)械、化學(xué)傳感等一系列優(yōu)良性質(zhì)的研究都來源于實(shí)驗(yàn)室的石墨烯提取技術(shù)。在這一階段，產(chǎn)業(yè)開始形成，但精密光學(xué)儀器、石墨烯薄膜、包裝材料、納米器件、光感材料、電路器件等一系列石墨烯相關(guān)技術(shù)發(fā)展以及在醫(yī)療器械、光通訊、電子產(chǎn)品、武器、包裝等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展都基于科學(xué)層面實(shí)驗(yàn)室中對(duì)石墨烯各種性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和原理的研究。
3.3基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中的核心創(chuàng)新與衍生創(chuàng)新基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中，核心的科學(xué)突破形成核心產(chǎn)品，而一系列周邊的技術(shù)進(jìn)步會(huì)形成產(chǎn)品系列。例如，核心的心電驗(yàn)電技術(shù)和人類5種波形的標(biāo)準(zhǔn)確立形成了該產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)品心電圖儀，用于各種心臟疾病的診斷?；谙嗤男碾娀驹?，形成了心臟起搏器，通過脈沖發(fā)生器發(fā)放由電池提供能量的電脈沖，刺激心臟跳動(dòng)；形成了心臟除顫器，通過較強(qiáng)電脈沖恢復(fù)竇性心律，治療心律不齊；形成了可以24小時(shí)監(jiān)護(hù)的便攜心電圖儀等儀器。石墨烯產(chǎn)業(yè)也有類似的現(xiàn)象。由于科學(xué)上石墨烯分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)了石墨烯材料的制備。這個(gè)核心產(chǎn)品形成了用于海水淡化的石墨烯薄膜、用于DNA測(cè)序的石墨烯薄膜，形成了用于包裝、防彈衣、飛機(jī)材料等表面材料，形成了用于各種電路的電路材料等。
3.4基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)融合產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段可能產(chǎn)生產(chǎn)業(yè)融合。上述兩個(gè)產(chǎn)業(yè)在發(fā)展到一定階段都出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)融合。對(duì)于心電圖產(chǎn)業(yè)，當(dāng)科學(xué)領(lǐng)域形成標(biāo)準(zhǔn)、核心技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)層面出現(xiàn)主導(dǎo)設(shè)計(jì)之后，發(fā)生了3次與其他產(chǎn)業(yè)的融合，根本性地提高了心電圖儀的性能。第一次融合發(fā)生在20世紀(jì)30年代，電子管應(yīng)用于心電圖，取代了龐大易壞的弦線式電流計(jì)心電圖。第二次融合發(fā)生在20世紀(jì)50年代到80年代，晶體管取代了電子管，將靜態(tài)心電圖拓展為動(dòng)態(tài)心電圖，發(fā)展了三維向量心電圖，性能提高的同時(shí)，心電圖儀的體積大大減小了。第三次融合發(fā)生在20世紀(jì)80年代，大規(guī)模的專用集成電路和計(jì)算機(jī)芯片應(yīng)用于心電圖，同時(shí)CPU和軟件支持使得心電圖智能程度大大提高，實(shí)現(xiàn)了12導(dǎo)聯(lián)同步描計(jì)，能對(duì)心電波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、回放、編輯、打印和傳輸。另外，無線技術(shù)也應(yīng)用于心電圖儀，1999年心電圖實(shí)現(xiàn)了與無線技術(shù)結(jié)合，有助于組織專家會(huì)診。2005年，丹麥心臟病專家通過無線技術(shù)把心電圖數(shù)據(jù)從救護(hù)車傳送到醫(yī)生的電腦上，節(jié)省了搶救時(shí)間。而石墨烯作為材料領(lǐng)域的創(chuàng)新與其他產(chǎn)業(yè)的融合體現(xiàn)了材料領(lǐng)域的特性，能夠快速向多領(lǐng)域滲透。石墨烯本身也存在很多其他材料沒有的特別之處，在光、電、熱、化學(xué)傳感、生物、機(jī)械等幾個(gè)方面都有優(yōu)良特性，導(dǎo)致石墨烯材料在醫(yī)學(xué)儀器、過濾膜、包裝材料、電路、武器、光通訊、飛行材料、電池等很多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。
3.5科學(xué)與技術(shù)的“Z”字形互動(dòng)基于科學(xué)的產(chǎn)業(yè)中，本文還發(fā)現(xiàn)了科學(xué)與技術(shù)的“Z”字形互動(dòng)關(guān)系。即科學(xué)研究明確原理促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展需要技術(shù)上的支持，形成了技術(shù)需求。技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步支持和推動(dòng)了科學(xué)的發(fā)展。例如在心電圖領(lǐng)域，各種驗(yàn)電設(shè)備的基本原理來源于對(duì)電的研究。同時(shí)，為觀測(cè)生物電，科學(xué)對(duì)技術(shù)的需求催生了無定向電流表的發(fā)明，使得生物電得以觀察。為了觀測(cè)心電，需要更精確的驗(yàn)電設(shè)備，產(chǎn)生了新的技術(shù)需求，推動(dòng)了毛細(xì)靜電計(jì)的發(fā)明，使得心電得以觀測(cè)。為了繪制心電圖，需要進(jìn)一步增加驗(yàn)電精度，于是發(fā)明了弧線電流計(jì)，成功繪制了心電圖?？茖W(xué)與技術(shù)遵循的上述關(guān)系，如果以時(shí)間作為橫軸，發(fā)現(xiàn)科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系箭頭形成了一系列的“Z”字。石墨烯產(chǎn)業(yè)也有類似的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)室首次成功分離石墨烯為石墨烯的制備提供了理論依據(jù)，但物理剝離法無法應(yīng)用于大規(guī)模制備。于是在技術(shù)層面出現(xiàn)了SiC熱解外延生長(zhǎng)法、氧化石墨還原法及目前最常用的化學(xué)沉降法，為科學(xué)研究提供了更多的材料。
4理論思考與啟示
