由常态到超常态
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第697页（2393字）
随着科技、经济和社会的发展，对计量测试的要求越来越高，常态计量测试已无法满足需求。所谓超常态，系指超出一般状态的计量测试，诸如超大距离(光年，～1016m)、超小距离0．01μm)、超高温(104K)、超低温(0．01K)、超大力(100MN)、超小力(nN)、超高频(100GHz)、超低频(0．01Hz)以及微量元素等的计量测试。
超大距离的计量测试，对发展宇航事业具有重要意义。比如，航天器的发射、遥测、遥控等都与距离的测定密切相关。美国阿波罗登月计划的实现，若无精确测定地球到月球的距离，显然是不可能的。当时，美国是用大功率激光测距仪配合全反射材料(将其先行发射到月球表面作为反射体)进行测量的，误差仅为30cm，相当精确。
超小距离的计量测试，对微电子学的发展具有相当重要的意义。集成电路，特别是超大规模和甚大规模集成电路的研制和检测，必须进行超小距离的计量测试。比如，集成电路的线宽，1兆位芯片约为1μm、4兆位芯片约为0．8μm、16兆位芯片约为0．5μm、64兆位芯片约为0．3μm、256兆位芯片约为0．25μm、1024兆位芯片约为0．1μm，基本上每隔三年集成度便翻两番。
由于集成电路集成度的不断提高，当其线宽小至0．1μm时，便可视为现有电子元件的发展极限。再往前，便要开发量子效应元件，即所谓的量子元件。因为，根据量子理论，电子具有波粒二重性。当电子所处空间较大时，可视为粒子，能够通过控制其数目来实现信息处理。当电子所处空间小于0．1μm时，现有电子元件便会失去正常工作的基础，而必须考虑电子的波动性。量子元件便主要是通过控制电子波的相位来进行工作，故能实现更高的响应速度和更低的电力消耗。这也正是反映电子元件性能的两个主要指标。于是，便相应地出现了“纳米电子学”。
实现量子元件，就必须将电子限制在极微小的空间，制作以纳米计的量子薄膜、量子细线、量子箱(量子点)等。于是便需要相应的微加工技术，即所谓的纳米技术。
最近的研究表明，当材料的组元尺寸为纳米(10－9m)时，其性能可大为改变。如一种纳诺相陶瓷，在1600℃高温时，能像皮糖那样延展，而在室温时又比粗颗粒的同样材料坚硬并有韧性。又如，一种铁硅材料，在其组元尺寸为纳米时，只要改变铁粒子的大小和它所占有的体积份数，便可使其导电性改变10多个数量级。
扫描隧道电子显微镜的问世，是近年在电子测量仪器方面的一大突破。它是一种基于量子隧道效应的新型高分辨率电子显微镜，能以原子级空间分辨率来观察物体表面的原子或分子的几何分布和态密度分布，从而分析、确定物质的光、电、磁、热和机械等特性，具有广阔的应用前景。据报道，美国已成功地利用扫描隧道电子显微镜将硅表面的个别及成簇的硅原子加以移动，并放置于预定的位置，以期实现由一种原子人工构成互不相同的某些分子的设想。该技术的实际应用，将为新型电子器件的研制开辟一个新的途径，以致对半导体微电子学的发展产生巨大的影响。
超高温计量测试在等离子体、可控热核反应等高科技领域相当重要。前苏联利用光电光谱高温计测量了40000K的离子温度，精度达2．5%；法国利用氢弧辐射计可测到15000K的温度，精度为8%。
微量元素的计量测试正日益受到重视。例如，人体一般含有60余种元素，其中有10余种微量元素，如铁、硒、锌、铝、铜、碘等。它们的量虽不大，但一旦超出正常的含量范围便会产生不良的后果，以致出现相应的病症。比如铁是血红蛋白的组成元素，铜能帮助人对铁的吸收和利用，缺少铁或铜便会贫血；而铁过多，则会在肝、胰脏和淋巴结等处沉积，可导致肝硬化和糖尿病。于是便可通过对血液中微量元素的计量测试来诊断疾病、判断儿童的智力发育、监测生态环境的污染以及判断是否吸毒等。人们进一步发现，头发中微量元素的含量与血液中相似，故可用头发来代替血液进行化验，既无任何痛苦，又不会因抽血而可能感染某些疾病。
超常态计量测试，不仅需要研究相应的检测方法和仪器设备，而且有些还要建立新的计量基准、标准。
【参考文献】：
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