第一篇：《納米技術》讀後感
現在科學研究出了“納米”，“納米”它不是米，而是尺度單位。20世紀人們把大千世界內各種物質的運動到了分子、原子的運動和性質這一層上面。讓我們一起來揭開“納米”神祕的面紗吧!
“納米”非常小，我們的肉眼是看不見的，科學家已在實驗室裏研究出了1.4納米的碳管，50000根碳管並排在一起，才有一根頭髮粗細。納米技術使科學家們堅信：“小”的不僅是美，而且是未來技術發展的趨勢。
在學習中，我們何嘗不去探尋每一個歷史的足跡呢？科學家能發現的，説不定我們哪天也能發現，只要我們有那種慾望、那種決心，那種堅持不懈的精神。説不定哪天我們也能發明出什麼了不起的東西呢？
科學知識是無限的，等待你去發現！
第二篇：納米科學與技術
作為一名化工人，我這學期選修了課程《納米科學與技術》，很榮幸在課堂展示環節擔任過評委，我也是我們小組的組長和主講人，我想談一談自己學習這個課程的一些感受，包括準備展示材料過程和作為評委的一些收穫和體會。從學生的角度寫這些東西，希望能給以後修這門課程的同學一些借鑑和收穫。
首先，我第一次修這樣一門課程，講述科研前沿，而又有這樣一個與眾不同的結課方式，很新穎，我也很喜歡。親身去參與這個過程，真的能夠學到很多。
作為一個評委，我仔仔細細看了所有小組的展示，並按照我的判斷給出了相應的分數。26組，儘管有些小組內容有些重複，但總體來説還是五花八門的，從存儲、發電，醫學醫藥，食品安全，納米催化，到隱身防爆，等等等等，納米材料無處不在。從評委的角度，對每組的印象各有不同，總體來説，我覺得要注意以下幾點：
1， 要選擇一個良好的主講人，這是每一組人給評委和老師的第一印象，不僅要口齒流
利，還要對你們的展示內容滾瓜爛熟。
2， 展示的主題切入點儘量要小，不要落入泛泛而談的境地。內容要圓滿，從結構、原
理、研究前沿、優缺點到實際應用等等，儘量將所選主題很完整的展現出來。一定不要選擇那些大而空的主題，在台上對着ppt和講稿講那些自己都看不懂的東西。 3， ppt做的要中規中矩，可以添加一些動畫效果等來渲染你的內容，但是千萬不要讓
ppt效果淹沒了你的內容，讓別人印象深刻的只剩下了ppt而對內容完全沒了印象。當然，還有一個問題需要注意，就是ppt顏色搭配以及字體顏色，要讓大家看的清楚，看着舒服。
4， 準備工作要做好，比如要使用黑板就要提前擦好並準備好你用的粉筆等等（我就煩
了這個錯誤）.還有需要給評委和老師的文檔材料一定要提前打印好。
作為我們小組的組長，在組織我們小組準備的過程和展示過程中，我覺得要注意以下幾點：
1， 在組隊之時就要考慮好每個人的專長，做到人盡其用，每個人都有任務。可以跨班
組隊，這樣更能擴大範圍尋找好隊友。
2， 在定題之前要查閲足夠的相關前沿期刊和網站，擴大選擇範圍才能選到好主題，避
免被重複和落入俗套假大空。
3， 主題內容切入點一定要小。我們組就出現了這個錯誤。我們瀏覽了近十年納米科學
與技術應用前沿的進展，找到了納米電路、納米電池、納米管泵和發電機、納米存儲等四個非常好的話題，原理明瞭簡單，應用研究又熱門，而又與我們的生活息息相關。我們小組五人商討很久之後才狠心砍掉了兩個，留下了納米管泵和發電機、納米存儲兩個話題。但是最後戰士的時候由於內容太多而使得整個展示過程顯得很緊張很快，反而沒有選擇其中一個來集中展示來的輕鬆而且效果好。
4， 組內分工合作要明確，這樣工作做起來才能事半功倍。最終展示材料做好以後每個
人都要詳細推敲一遍去更改和完善。正式展示之前，要模擬展示幾次，控制好時間和速度，這樣上台之後能達到更好的效果。
最後，很感謝老師一學期來的授課教導，我收穫很多。也希望以後選這個課的學弟學妹能夠獲得更大的成長！
第三篇：納米技術及其應用作業
納米技術及其應用的結課作業
學院：理工學院班級：機械l126班姓名：韓東學號：12l0551192
一、簡述納米技術的兩種特性（表面效應與小尺寸效應），並且舉例子（至少500字）
1、表面效應：
球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積/體積）與直徑成反比。隨着顆粒直徑變小，比表面積將會顯著增大，説明表面原子所佔的百分數將會顯著地增加。對直徑大於 0.1微米的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸小於 0.1微米時，其表面原子百分數激劇增長，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達100平方米，這時的表面效應將不容忽略。
超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金屬超微顆粒（直徑為 2*10^-3微米）進行電視攝像，實時觀察發現這些顆粒沒有固定的形態，隨着時間的變化會自動形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體多李晶等），它既不同於一般固體，又不同於液體，是一種準固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子彷彿進入了“沸騰”狀態，尺寸大於10納米後才看不到這種顆粒結構的不穩定性，這時微顆粒具有穩定的結構狀態。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。如要防止自燃，可採用表面包覆或有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而緻密的氧化層，確保表面穩定化。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料以及低熔點材料。
例子：高效催化劑
2小尺寸效應：
隨着顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。由於顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產生如下一系列新奇的性質。
例子：電腦的cpu 二、納米技術在現實生活中的應用（至少500字）
1、超雙疏納米防污劑
超雙疏納米防污劑 型號：vk-f01 超雙疏納米防污劑 “二元協同納米界面技術”理論是引入仿生學原理。研究荷葉“出淤泥而不染”“滴水成珠、拒水防污”的表面微觀結構，對紡織面料的纖維表面在納米尺度進行界面修飾、聚合和改性，使其表現出超常的納米界面物性，並形成納米 結構特有的四大效應。 棉、毛、麻、絲、化纖等各種材質的紡織面料經過納米防水防油防污劑界面技術處理，可賦於防水透氣、拒污易洗新功能。如同荷葉效果，同時仍保持原面料的質地、手感、風格和牢度。 精紡毛織面料經過納米防水防油防污劑界面技術處理，可解決頭疼的縮率； 處理後的棉、毛、蛋絲產品抗皺性能大幅提高，機可洗的實現解除您的洗衣愁。 超雙疏技術的納米防水防油防污劑面料同時具有防油、防水、防塵、柔軟、透氣、環保、快乾等功能； 納米防水防油防污劑具有防水、防油、防污、抗菌、增強纖維的功能。經其整理後的織物可保持原有的手感、透氣性、色澤、穿着舒適性等特點，並具有一般烴類及有機硅類、整理劑所不具備的防油性。此外，含還具有用量小、功效高、耐久性強且符合環保要求的優點，因此得到了迅速的普及和推廣。 納米界面超雙疏技術處理以後，由於其超雙疏特性，使織物更具快乾功能。面料具有環保無污染、無毒的特性。防水最高達到6級以上，防油最高達到6級（國家毛紡檢測中心）。 使用方法： 1.施塗前應使被塗面清潔、乾燥。應清除灰塵，並用水沖洗乾淨，乾燥備用。如為玻璃、瓷磚、金屬表面，
應用玻璃清洗劑或洗滌劑水溶液清洗乾淨。塑料表面可用洗滌劑清洗，必要時用有機溶劑（如醇類、酮類 等）清洗。 2.建議使用高性能霧化良好之高品質噴頭 ，噴塗距離30~40cm為宜，這樣可噴塗均勻，並節省塗料，耗量約為50-100m2/l以上。 3.一般噴塗一遍即可，如要提高效能可噴兩遍，但間隔時間應在50min以上。 4.噴塗後晾乾即可。在150-180℃熱處理30-50秒大大有利於提高塗層強度和效果。小型物品可用熱吹風機。 雖然本品無毒，但還是建議施工時穿戴好防護用品
2、在生物工程上的應用
雖然分子計算機目前只是處於理想階段，但科學家已經考慮應用幾種生物分子製造計算機的組件，其中細菌視紫紅質最具前景。該生物材料具有特異的熱、光、化學物理特性和很好的穩定性，並且，其奇特的光學循環特性可用於儲存信息，從而起到代替當今計算機信息處理和信息存儲的作用，它將使單位體積物質的儲存和信息處理能力提高上百萬倍。 在光電領域的應用納米技術的發展，使微電子和光電子的結合更加緊密，在光電信息傳輸、存貯、處理、運算和顯示等方面，使光電器件的性能大大提高。將納米技術用於現有雷達信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達放到衞星上進行高精度的對地偵察。最近，麻省理工學院的研究人員把被激發的鋇原子一個一個地送入激光器中，每個原子發射一個有用的光子，其效率之高，令人驚訝。 在化工領域的應用將納米tio2粉體按一定比例加入到化粧品中，則可以有效地遮蔽紫外線。將金屬納米粒子摻雜到化纖製品或紙張中，可以大大降低靜電作用。利用納米微粒構成的海綿體狀的輕燒結體，可用於氣體同位素、混合稀有氣體及有機化合物等的分離和濃縮。納米微粒還可用作導電塗料，用作印刷油墨，製作固體潤滑劑等。 研究人員還發現，可以利用納米碳管其獨特的孔狀結構，大的比表面（每克納米碳管的表面積高達幾百平方米）、較高的機械強度做成納米反應器，該反應器能夠使化學反應侷限於一個很小的範圍內進行。
三、談談你對納米技術或者納米材料的認識（至少300字）
從尺寸大小來説，通常產生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100釐米，1釐米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。
納米級結構材料簡稱為納米材料，是指其結構單元的尺寸介於1納米～100納米範圍之間。由於它的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發生很大變化。並且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同於該物質在整體狀態時所表現的性質。
納米技術的廣義範圍可包括納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等方面。其中納米材料技術着重於納米功能性材料的生產（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術（化學組成、微結構、表面形態、物、化、電、磁、熱及光學等性能）。納米加工技術包含精密加工技術（能量束加工等）及掃描探針技術。
第四篇：納米分析技術
納米食品的分析檢測進展
摘 要 介紹了納米材料的安全性,重點對納米食品的3種分析檢測手段(成像、分離和表徵
技術)進行了較為詳細的綜述,並對該領域的工作進行了展望。
關鍵詞 納米材料,納米食品,分析手段
進入21世紀以來,納米技術已經在材料、化工、生物、醫藥、食品、通信、能源等眾多
領域展現出廣闊的應用前景,並對各學科領域的發展產生了深遠的影響。在食品工業中真正
運用了納米技術的產品只佔消費品的一小部分,主要包括納米包裝材料、納米營養物和納米
添加劑等[1]。目前,全球有200多家公司致力於納米技術在食品工業中的應用。根據著名諮詢
公司helmutkaiser一項調查顯示,僅在食品飲料包裝行業, 2014年納米產品的全球銷售額就
高達8·6億美元,而在2014年,納米產品的全球銷售額只有1·5億美元[2]。
納米食品,也稱納米尺度(10-9-10-7m)的食品,是以人類可食用的天然物、合成物和生物生
成物等原料採用納米技術加工製成的,並根據人體健康進行不同配製的食品。由於納米粒子
具有獨特的表面效應和量子尺寸效應,研究發現,食品和營養素經過納米化以後,亦表現出更
高生物活性,甚至顯現出常態物質沒有的活性。所以納米食品除了包括普通食品的功能外還
有以下功能:預防疾病、調節機體、康復病體的功能;降低保健食品的毒副作用功能;提高人體
對礦質元素的吸收利用率和殺菌除味等。新興納米技術下生產的食品的安全性一直受到消費
者和研究人員的高度關注。本文就納米食品的分析檢測方法進行綜述,以期為納米食品的發
展提供技術支持。
1 納米材料的安全性
納米材料是將材料的尺度在空間進行約束,併到一定的臨界尺寸後,材料的結構和性質
也隨之發生從宏觀到微觀的轉變。粒徑的減小也是引起納米材料的安全性問題的主要原因。
frampton通過對大氣中塵埃粒子的研究發現,當大氣中的塵埃粒子粒徑<10μm時,塵埃粒子
對肺部有明顯的毒性。材料對生物體的毒性強烈地依賴於材料的尺寸[3]。
在一般情況下,納米材料不會表現出明顯的毒性。但納米材料的潛在毒性、在生物體內
的富集及其對食物鏈的影響,人們卻自知甚少,研究者稱這種毒性為“生態毒性”。brunner等
研究發現,不同類型的納米粒子能夠透過細胞膜,導致細胞內自由基含量的增加,最終造成生
物體的毒性[4-6];同時,納米粒子還會在生物體的組織中富集。chen研究發現, sio2納米顆粒會
導致核質蛋白的團聚,從而損害細胞核的功能[6]。富勒烯和tio2納米顆粒會對蚤、大口鱸魚
和其他水生動物產生一定的毒性[7]。而納米材料有時也會扮演降低污染物毒性的角色: zhang
通過對鯉魚的活體實驗發現,tio2納米顆粒會大量富集遊離的鎘離子[8];納米銀也顯示出較強
的抗菌能力,研究者已將這種抗菌能力應用到人們健康保護和水生環境治理中[9]。
納米食品中採用的納米技術是一種全新的技術,如同轉基因食品,其安全性和接受程度
受到消費者的質疑。納米食品在活性、吸收利用率等增加的同時還應該考慮到有害物質的吸
收、滲透等問題。一方面粒徑減小使得食品原料本身具有的毒素,農殘和重金屬成分更易被
吸收,加劇了納米化後的安全隱患。另外,納米食品中營養成分納米粒子可以通過傳統吸收途
徑之外的其他途徑進入人體,並穿過生物膜屏障,使人體的防禦能力降低,引起機體功能紊亂,
出現健康問題。
維蒙特大學的消費經濟學家科洛丁斯基在佛羅達裏達州奧蘭多市的食品安全大會上説,
〔〕納米技術是一種新的基因工程10。美國消費聯盟的資深科研人員漢森稱,不要因為某種物質
在自然尺寸狀態下是安全的,就以為處理成納米尺寸後也一定是安全的,所有科學家都贊同,
物質的大小也是安全重要因素之一。例如,大量接觸含有納米碳(如富勒烯)的食品或化粧品,
會造成與石棉一樣的危害[10]。美國消費者保護組織稱,納米食品已經悄悄打入市場,促請美國
當局強制廠商標明食品是由納米技術製造的。因此,有必要藉助於先進的分析儀器,深入瞭解納米食品在複雜體系中的行為及其對人體和環境的潛在影響。
2 納米食品分析檢測技術
納米材料的理化性質包括尺寸大小、尺寸分佈、表面特徵、形狀、溶解度、活性、團聚狀態和化學組成等諸多信息。為了更多地獲得這些信息,應用多種分析手段來檢測和表徵納米材料成為一種必然。將分析手段分為成像、分離和表徵3種技術。
2·1 樣品前處理
樣品處理是整個分析過程中最薄弱環節和時間決定步驟,也是誤差的主要來源。而環境因素對納米材料的結構和組成等性質的影響很大。因此,前處理或消化後“納米食品”得到的結果常常不同於原位檢測的結果[11]。避免或減少樣品的前處理,可以有效地減少人為干擾因素。如果不得不對樣品進行前處理,仔細地記錄前處理的每一環節對“追蹤”人為干擾因素至關重要。同時,一些新的樣品前處理技術應用到納米材料的分析檢測技術,尤其是涉及到成像鄰域: paunov採用凝膠捕獲技術結合掃描電鏡(sem)對乳液進行了成像[12]; bickmore採用固定技術結合原子力顯微鏡(afm)對水溶液中的黏土礦物質進行了成像[13];lonsdale應用高壓冷凍和冷凍基質技術,藉助於透射電鏡(tem)對稀有的糊粉原生質體進行了成像,這種技術保留了細胞結構的完好和蛋白質的抗原性,優於傳統的化學固定和去水技術[14];wang
採用低温透射電鏡,對摻雜fe的tio2納米顆粒進行了“原位成像”[15]。當然,這些新的樣品前處理技術也有望在納米食品的分析檢測技術中得到廣泛的應用。
2·2 成像技術
納米材料的尺寸都在可見光的衍射極限以下,普通光學顯微鏡無法觀測納米材料。目前,電子顯微和掃描探針顯微技術是運用最多的成像技術。依賴於這些技術,可以得到亞納米的分辨率。利用掃描電鏡(sem)、透射電鏡(tem)和原子力顯微鏡(afm)3種常見的成像技術,人們可以得到納米材料的許多性質,諸如團聚的狀態、分散、吸附、尺寸、結構和形狀。
parris通過sem觀測到包埋香精油的蛋白納米微球的形態,更深入瞭解這種香精油的抗氧化性。tem可以對各種納米粒子進行成像,可觀測到不同形狀的納米管狀牛乳蛋白,製備出嵌入活性酶的多肽自組裝材料。利用tem,研究者還可以控制最終合成的納米β-環糊精的形態和尺寸分佈。
對於tem和sem而言,必須在真空條件下操作,因此大大阻礙了這2種技術的推廣。樣品必須進行去水、低温固定或嵌入等前處理;而前處理的引入,不可避免地改變了樣品的原有性質。如果在全液體狀態下成像,就需要應用afm技術。afm屬於掃描探針顯微鏡的一類,振盪的懸臂掠過樣品的表面,在針尖和表面之間,可以檢測到<10-12n的靜電力。基於以上原理, afm可以提供3d表面形態(大約0·5 nm的高度分辨率)。afm的主要優勢在於提供 濕的或潮濕狀態下的樣品的亞納米結構。如果樣品是液體狀態,樣品就很難固定在基質上,甚至到處流動,有時甚至吸附在振盪的懸臂上。以上會導致“塗污效應”的產生和振盪懸臂性質的改變。人們採用非接觸式掃描,來減小“塗污效應”。afm可以用於表徵蛋白、多糖和脂質體的結構,afm很早就用於成像納米管狀α-乳清蛋白的分子結構,還可以研究脂質體包埋體系的形態、尺寸、穩定性和動力學過程。
以上3種成像技術均屬於損傷性技術,因此同一樣品不能多次分析。電子顯微技術的另一個缺點是“充電效應”,這種效應源於組織成像時,由於電子輻射導致靜態電場的累積。如果將樣品的表面包裹導電性材料,可以消除充電效應,但是同時會導致部分信息的缺失。此外, 3種成像技術普遍存在成本高、耗時等缺點,因此很難成為最常用的分析手段。
2·3 分離技術
常見的分離技術如高效液相色譜(hplc)、場流分級分離(fff)、毛細管電泳(ce)、水動力色譜(hdc)、凝膠電泳(gel electrophoresis, ge),藉助於傳統的檢測器,這些分離技術不僅能夠快速、靈敏、無損傷地定性檢測各種環境中的納米粒子(包括納米食品),而且能對其定量。其缺點在於,由於溶劑的引入和不同介質的相互作用,使樣品原始環境發生改變,最終導致分析結果的偏差。將各種分離技術的靈敏度、簡單程度、分析時間、成本消耗和應用程度進行對比(表1所示),不難看出hplc和fff是兩類優勢明顯的分離技術。
表1 三種分析檢測手段的對比1)
簡稱靈敏度簡單程度分析時間成本消耗應用程度
分離技術hplc○√○√√
fff○√√√○
hdc○√√√×
ce×√○√○
ge○√×√○
成像技術tem√√××√
sem√√××○
afm○√○×○
表徵技術maldi-ms√○××√
esi-ms√√√○○
desi-ms√○√××
im-ms√○√×○
pcs○√○√√
au○○××○
nmr×○○×○
xrd√×××○
saxs○××××
注: 1)√,良好;○,中等;×,較差。
食品鄰域內,用於分離納米材料的hplc主要有2種: sec(尺寸排阻色譜)和iec(離
子交換色譜)。眾所周知,尺寸排阻色譜是尺寸分離常用的技術。這種技術已經應用到量子點、碳納米管和聚苯乙烯納米顆粒的尺寸表徵。儘管有着良好的分離效率,但尺寸排阻色譜存在以下缺點:溶劑與流動相之間存在強烈的相互作用,測定的粒徑分佈較窄,不能同時分離納 米粒子和其團聚物。藉助於紫外-可見光檢測器(uv-vis)或獨特的熒光檢測器(fl), sec和iec均可監控納米蛋白材料的洗脱情況。與光子相關光譜(pcs)相結合, sec可以檢測納米脂質體包埋體系,並給出詳細、準確的尺寸分佈。sec還可以與示差折光檢測器(ri)或多角度光散射(mals)聯用表徵多糖。高靈敏的檢測器,如電噴霧質譜(esi-ms)和基質輔助激光解吸附-飛行時間質譜(maldi-tof-ms)與sec聯用後,可以得到多糖的組成、尺寸和重複單元次序等重要信息。
20世紀60年代誕生的場流分級分離技術(fff),現已在理論、儀器技術和實際應用方面都有了較大的發展,尤其在分離複雜的大分子物質方面,驅動技術的基本要素。與色譜一樣,fff是一種洗脱技術;與場驅動技術一樣,需要一外加場或梯度。在場流分級分離中,分離是在外加場的誘導下與流體聯合作用進行的。場流分級分離技術是一個分離技術的大家族,它包括多種分支技術。根據引入的外加場的不同,主要有沉澱場流分級分離、流動場流分級分 離、熱力場、流分級分離、電力場流分級分離等。同高靈敏的檢測技術(諸如icp-ms和多
角度激光散射)結合,fff已經成功應用到地球化學和天然膠體研究,同樣也應用到功能化納米粒子的行為研究。應用範圍從新鮮水樣和海水中的膠體物質,到土壤懸浮物的尺寸分離。peng利用雙電場fff技術分離了不同尺寸的納米管;此外,人們利用fff技術分析了諸多納米粒子,如sio2、金屬、金屬氧化物和炭黑等。fff的主要缺點:積聚壁的相互作用,通道內的連續再平衡,某些情況下的樣品前處理,平衡過程中的樣品補加和通道內樣品團聚的可能性增大。
與sec不同,毛細管電泳技術,不存在固定相間的相互作用。但由於分離不單單建立在尺寸的基礎上,數據干擾更加複雜。水動力色譜(hdc)利用無孔剛性固體顆粒來填充其分離柱,讓含有被測乳液的淋洗液在高壓下通過牀層,由於水動力效應,使粒徑不同的粒子流出速度不同,從而實現了對聚合物乳液或膠體懸浮液中的粒子分級或分離。同sec相比,測定的粒徑分佈很寬,涵蓋了5-1 200 nm的範圍。hdc的主要缺點就是峯的分辨率較差。hdc同最常用的uv-vis檢測相結合,已經應用到(熒光)納米材料、膠體懸浮液和生物大分子的尺寸分離。此外,這種技術同dls相結合,應用到脂質納米膠囊的尺寸分離。
2·4 表徵技術
光子相關光譜(pcs)、質譜(ms)、分析性超濾(au)、核磁共振(nmr)、x射線衍射(xrd)和小角度x射線散射(saxs)是幾種常見的表徵技術。在表1 中不難看出:ms結合pcs後,幾乎可以滿足所有的分析要求。
2·4 表徵技術
光子相關光譜(pcs)、質譜(ms)、分析性超濾顆粒粒徑分佈的標準方法,可以提供快速的原位和實時檢測[24]。pcs,是一種無損檢測技術,可以快速、準確提供納米脂質體或蛋白包埋體尺寸大小。pcs還可以提供納米多糖包埋體系的尺寸大小及其分佈和穩定性表等信息。藉助於這項技術,通過研究納米殼聚糖包埋體系,人們可以改善納米保健或功能食品效和提高其安全性。用pcs測顆粒的大小時,隨着懸浮液顆粒濃度的增大,除了發生重散射外,顆粒之間還會因為互相碰撞而聚集在一起,形成團聚顆粒,影響測試結果。所得顆粒大小隻是一定條件狀態下相對值,並非顆粒的真實值。只有輔以其他表徵手段,才能確定顆粒的實際大小和分佈狀況。
4種質譜技術-電噴霧質譜(esi-ms)、基質輔助激光解吸附質譜(maldi-ms)、解吸電噴霧質譜(de-si-ms)和離子遷移質譜(ims-ms)均已應用到納米材料的表徵中。分析檢測固體和液體納米材料,常用2種軟電離方式-電噴霧(esi)和基質輔助激光解吸附(maldi)。icp電離源可以用於納米食品的金屬元素分析,與ms技術結合後,樣品可以直接注入離子源中,再與hplc等技術聯用後,可用於元素的價態分析。fff-icp-ms作為一種交叉技術,已經應用到樣品的尺寸分離及定量分析,這種分析檢測最大限度地保留了樣品的原始狀態。核磁振(nmr)技術,能夠提供固體或懸浮狀納米樣品的動態和三維結構信息。carter利用nmr
技術表徵了空氣和水中的硅納米顆粒。擴散nmr技術可以有效地表徵膠體物質的尺寸和相互作用。lead利用脈衝梯度場nmr技術測定了腐殖酸的擴散係數。x射線光譜分為x射線光電子光譜(xps)、x射線熒光光譜(xrf)、x射線吸收光譜(xas)、x射線散射光譜(xrd)。小角度x射線散射(saxs)技術,可用於固體或液體納米材料的結構表徵。對單一分散體系而言, saxs可以提供材料的尺寸、形狀和結構信息;而對多分散體系而言, saxs只能提供尺寸 的可能性分佈信息。
2·5 離心和過濾等其他技術
離心和過濾技術可以用於納米材料的製備和分離,其優點在於低成本和高效。超離心
技術能夠提供最大可達1×106g的相對離心力,從而可以對膠體粒子進行沉降分離和分析,現已廣泛地用於蛋白質分子的分離與分析。傳統的膜過濾可以分離尺寸範圍在0·2-1μm的顆粒,濾又稱微孔過濾,膜的平均孔徑為0·05-14μm,能阻擋住懸浮物、細菌、部分病毒及膠體的
透過。超濾也是一種加壓膜分離技術,膜的平均孔徑為1-10 nm,用於分離大分子溶質。納濾作為一項新型的膜分離技術,介於反滲透和超濾之間的壓力驅動膜分離過程,納濾膜的孔徑圍在幾個納米左右納濾技術主要應用於水的軟化、淨化以及分子質量在102的物質分離、分級和濃縮、脱色和去異味等。新興的錯流過濾和傳統過濾技術的差別在於:傳統方式是一種靜態過濾,懸浮液和垂直濾層直接接觸,這通常被認為是“死亡”過濾,在這個過程中無法移動越積越厚的濾層,導致濾層逐漸堵塞。而在錯流過濾中,懸浮液在濾柱的孔道中做高速的循環運動,懸浮液以從過濾膜片表面切過的方式,通過膜片和多孔的基體作為濾液排出,由孔道中的高速流動引起的湍流不斷的沖洗膜片表面,從而防止了堵塞。錯流過濾已經成為分離膠體和顆粒的標準方法,其效果已經通過afm技術得到了驗證。利用錯流過濾技術熒光分析檢測湖水、河水和海水中膠體,已有相關報道。sung利用電場輔助的錯流過濾技術,成功分離了多 種納米粒子。先進的離心和過濾技術也有望在納米食品的分析檢測技術中得到廣泛的應用。 3 展望
由於納米材料擁有眾多優良性能,越來越多的納米食品將走入百姓的生活。納米材料的潛在毒性及其對食物鏈的影響使人們有必要認識納米材料在複雜體系中的行為。為了獲得這些信息,人們採用了多種技術分析和表徵納米食品。將3種分析手段———成像、分離和表徵技術進行對比,不難發現對納米食品特殊地前處理,利用hplc或fff技術將納米材料分離開,再利用ms結合pcs的表徵技術,就可以得到納米食品中納米材料的理化性質的基本全貌了。一種理想的、可用於分析和表徵“納米食品”的分析儀器必須滿足以下條件:能同時檢測納米材料的物理和化學特性;能實時、快速檢測納米食品。但目前還沒有一種儀器能夠滿足理想儀器所具有的所有條件,現有的分析儀器都存在以下或多或少的不足:(1)需要對樣品進行前處理,增添了人為因素; (2)有損檢測,樣品只能分析一次; (3)只能提供材料的某些特徵信息; (4)不能分析非均一相的樣品。因此,這些關鍵性技術都有待於研究人員去突破和解決。 參考文獻
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第五篇：納米粘土礦物的研究概況及應用技術特點
納米粘土礦物的研究概況及應用技術特點
張廣川
（河北工業大學材料學院，天津300130）
摘要介紹了納米粘土礦物的概況，指出納米粘土礦物除了蒙脱石外，還有高嶺石、海泡石、蛭石、坡縷石、累脱石等。闡述了納米粘土礦物的應用情況。例如，環境保護領域,以及醫藥、工程領域應用現狀。
關鍵詞納米粘土，蒙脱石，比表面積，表面活性
application and research situation of technical characteristics of nanoclay
zhanganchuan
(hebei industry university, tianjin 300130) materials department
abstractthis paper introduce the nanoclay,point out the clay minerals include not only montmorillonite,but also kaolinite, sepiolite, vermiculite, fiber-like palygorskites, tired from stone, unds the application of nanometer clay minerals. for example, the environmental protection field, and medicine, engineering field application situation.
key wordsnanoclay, montmorillonite,specific surface area, surface activity
信息技術、生命科學技術和納米技術是21世紀的主流技術，其中納米技術又是信息技術和生命科學技術持續發展的基礎。納米料在化學、電子、冶金、宇航、生物和醫學等領域展現出廣闊的應用前景。
目前人工納米材料的製備方法均需要較高成本，如物理的蒸發冷凝法、離子濺射法、機械研磨法、等離子體法、電火花和爆炸法，以及化學的液相反應法、氣相反應法和固相反應法，菲的價格使一些民生工業望而卻步。
與傳統的納米材料製備技術相比，納米粘土具有原料豐富、工藝簡單、成本低廉等特點因此，納米粘土的研究成為材料科學研究的一個熱點。
簡介
所謂的納米材料，從尺寸大小來説，通常產生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米＝100釐米，1釐米＝10000微米，1微米＝1000納米，1納米＝10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。納米級結構材料簡稱為納米材料(nano material)，是指其結構單元的尺寸介於1納米～100納米範圍之間。由於它的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發生很大變化。並且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同於該物質在整體狀態時所表現的性質。而納米粘土礦物就是指從尺寸大小來講具有納米級尺度並且具有一定納米特性的粘土礦物。納米粘土的研究最先涉及到的粘土是蒙脱土[1]，且由於其本身的特性，對納米蒙脱土的研究最為廣泛且最為深入，目前已投入工業化生產階段。
因此在許多參考文獻中，納米粘土指的就是納米蒙脱土。從粘土礦物的分類可看出，粘土礦物有很多種類型，且具有不同的結構與性質。而且目前對於納米粘土的研究，涉及到的粘土礦物除了蒙脱石外，還有高嶺石、海泡石、蛭石、坡縷石、累脱石等。
概況及應用
現如今對納米粘土礦物材料的研究非常廣泛。主要進行的研究有納米粘土礦物在環境治理領域的研究；納米礦物對橡膠增強增韌的機理研究；納米粘土礦物材料在醫藥、保健品中的應用研究等等。
應用於環境治理領域
如隨着科學技術的不斷髮展，人們在享受科技成果的同時，也造成了對自身生存環境的污染。目前，對於環境污染，特別是對水污染的治理，主要採用活性污泥法和粉未活性碳投料——活性污泥法兩種，但由於活性污泥存在着對水質變動敏感，容易膨脹等缺陷，並且活性價格昂貴，投放量難以增加，所以開發一種新型的材料是很有意義的，納米粘土礦物具有較大表面積，吸附性能好，價格較便宜，被越來越多的應用於污水治理的研究中。
在粘土礦物中，硅、鋁、氧氣是其中最主要的元素。在這些粘土礦物中，碳和氧結合生成硅氧四面體，鋁和氧結合生成了鋁氧八面體，其中硅氧四面體分佈在同一個平面內，彼此以3個角頂相連，從而形成二維延展的網層即四面體片，用t表示。同樣，鋁氧八面體共用邊角形成了八面體，用o表示。這些硅氧四面體片和鋁氧八面體片又共用氧原子，將不同的片結合在一起，形成層狀結構。
由一片鋁氧八面體和一片硅氧四面體結合在一起形成層，氫鍵將這些層結合在一起，生成了to型(1∶1型)，這類礦物層間不帶電荷，陽離子交換容量(cec)很低，高嶺石為最典型的to型粘土礦物。兩個硅氧四面體片中間夾一個鋁氧八面體片生成層，這些層再堆積在一起，生成tot型(2∶1型)，常見的tot型粘土礦物有伊利石，蒙脱石，蛭石等。在tot型粘土礦物中，常存在着同晶置換，即四面體中的si4+被al3+所置換，或者八面體中的al3+被fe3+，mg2+或fe2+等置換，或者是兩種置換均發生。這種類型稱為2∶1∶1型。但是這種置換並不改變礦物的晶體結構。由於通常是高價陽離子被低價陽離子置換，常見的tot型粘土礦物帶有永久性負電荷，存在於硅氧四面體和鋁氧八面體中，或者兩者兼有，必須由陽離子來中和，由此造成tot型粘土礦物具有相對較高的cec，大小主要取決於同晶置換程度。
利用這一結構特性，使得粘土礦物就具有了在污水處理中的使用前景。粘土礦物對於重金屬離子、有機物、陽離子染料分子等的吸附主要有表面吸附和離子交換吸附。表面吸附是一種或多種化學物質在表面的富集。只有具有較大的表面積，例如高度分散的細粉或多孔的固體，才具有較大的表面能，才能作為良好的吸附材料。離子交換吸附是為了平衡電荷常需要吸附環境中的異號離子，如上述的2∶1∶1型粘土，為了消除電價不飽和，就要在層間吸附其它陽離子來進行置換，以達到吸附目的【2】。
吸附作用還可以分為選擇性吸附和非選擇性吸附。選擇性吸附是屬於化學吸附，受可變電荷表面的電量控制，非選擇性吸附即通常所説的交換吸附，屬於靜電作用，受礦物所帶的永久電荷量控制，主要是在粘土結構單元之間的空隙進行的。
吸附能力的大小取決於活性表面的多少及表面電荷密度，而能否吸附則與粘
土礦物的自由孔徑有關。如果被吸附的離子團或分子直徑大於粘土礦物自由孔徑，使離子團或分子難以進入粘土礦物內表面，吸附便只發生在外表面，從面降低了吸附效果。而納米粘土礦物就具有大的比表面積、優良的表面活性等特性。有利於其對污水中的重金屬離子、有機物、陽離子染料分子等的吸附主要有表面吸附和離子交換吸附。
由於粘土礦物的資源豐富，價格便宜，被越來越多的應用於環境保護中。目前，用於污水處理的主要是膨潤土、凹凸棒石、坡縷石、海泡石、硅藻土等幾種，海泡石更多的是應用在催化方面，粘土礦物在環境保護中還有其它的用途，如空氣淨化，土壤的淨化，地下水的修復[27]等，因此對粘土礦物應用的研究還有更大的發展前景。
在醫藥、保健品中的應用研究
粘土礦物因有大的比表面積，豐富的孔隙率，良好的吸附性能，較高的吸附容量和離子交換能力等，已作為很多藥物的活性成分和藥物輔料，被廣泛用於胃、腸道疾病，急慢性腹瀉，皮膚病及風濕病的治療。隨着人們對粘土礦物性能和治病機理研究的深入，粘土礦物作為天然無毒副作用藥物材料的研究越來越受到重視。
例如，由於海泡石具有大的活性表面，可以保持活性產物，又因其表面的低交換性能與三價鐵的含量低，可用作製藥的賦形劑，能使藥品耐氧化褪變. 同樣，因其良好的吸附性能，海泡石在治療腹瀉中可用作毒素，細菌和液體的腸胃吸附劑.再者，對海泡石與mgo混合物同海泡石與al(oh)3及三硅酸鎂(tri-silicates magnesium)混合物進行比較研究顯示，海泡石具有控制ph值的性能，在治療胃酸症中可用作抗酸藥品。
國外對納米級天然蒙脱石的藥理研究表明，由於蒙脱石帶有不飽和的負電荷及具強烈的陽離子交換能力，對進入人體的病毒細菌有絕對的吸附固定作用，當納米級的蒙脱石進入人體時，在肺道的消化粘膜內層覆蓋一層膜，可以阻止有害病毒細菌通過腸道與粘液結合進到血液中，從而起到抑制作用。納米蒙脱石對大腸桿菌、霍亂弧菌、空腸彎曲菌、金黃色葡萄球菌和輪狀病毒及膽鹽都有較好的吸附作用，對細菌毒素有固定作用；研究還表明蒙脱石只吸附、固定表面帶有粒編碼蛋白(cs31a)的致病性帶電病原菌，對錶面不帶cs31a的正常菌羣無固定清除作用。
在此基礎上，國內採用納米蒙脱石和普通蒙脱石與大腸桿菌的體外對比吸附檢測的方法，結果發現納米蒙脱石的吸附能力明顯提高，這為納米蒙脱石應用於醫藥領域提供了證據。納米蒙脱石還可起到較好的緩釋作用，提高戊二醛消毒劑的穩定性[3]。
另外，經試驗，超細納米級蒙脱石粉末在某種中藥粉末中按比例配搭，治療燙傷有奇效。
在化粧品生產中，利用粘土礦物與有機物結合形成保護因子有屏蔽紫外線功能，能夠有效減輕紫外輻射對皮膚的傷害。海泡石或蒙脱石與苯基水楊酸鹽的複合藥劑就具有較好的紫外線吸收能力。吸附有n一甲基一8一羥基喹啉甲基硫酸鹽的蒙脱石也能很好的吸收紫外輻射，減輕紫外線對皮膚的傷害。
因此，粘土礦物主要作為胃、腸道疾病，腹瀉的治療藥物或藥物的輔料填料。
[4]以及護膚品領域。
納米粘土礦物在其他方面的研究
在土工領域，由於納米粘土礦物具有較大的比表面積及表面活性，再加上具有較好的流變性和潤滑性。因此，納米粘土礦物可作為填充劑加入混凝土水泥中提高混凝土的部分性能。例如，據有關實驗數據表明在一定摻量時，在水化混凝土中摻納米粘土材料可提高水化混凝土的流動度、抗壓強度和抗滲、抗凍融性。另外，納米粘土材料摻入水泥混凝土中未見有新的水化產物產生，但增長了水泥水化的程度，早期加快了水泥水化的速度，使水化產物的量增多。在水泥混凝土中摻入納米粘土材料可改善混凝土水化的孔結構，小孔量增加，大孔明顯減少。提高了混凝土的密實度，提高其強度。摻納米粘土材料提高混凝土強度和耐久性是減水增強，填充密實和晶核反應等多種作用的宏觀表現[5-6]。
在有機複合材料工程領域，納米粘土礦物的應用研究也在蓬勃興起。比如，聚合物/ 粘土納米複合材料是近 10 年國內外在納米複合材料領域的研究熱點之一。這種納米複合材料， 與聚合物基體或微米複合材料相比， 除了具有更加優越的力學性能、氣密性、抗溶劑性、熱性能; 還具有阻燃的特性， 為研究新一代高效、清潔、低煙、無毒聚合物阻燃材料開拓了新的途徑， 被國外譽為阻燃材料技術革命。
由於粘土具有層狀結構的無機天然礦物，資源豐富，價廉易得，是聚合物工業中常用的填料。從可持續發展的觀點來看，有關專家提出在礦產資源的開採和使用方面，應當由原來的粗放型向精細化轉變，提高其使用價值，物盡其用。針對粘土特殊的層狀結構，利用表面改性和納米複合技術使粘土全部或部分以單晶層狀態分佈於聚合物基質中，提高聚合物基體的各項性能，實現了粘土由傳統的體積填料向功能填料的轉化，同時粘土片層的剛性、不可透性和納米尺寸效應賦予聚合物以新的功能，在力學性能、熱穩性、導電性、阻隔性能等諸多方面得到提高和改善。目前，粘土/塑料那米複合材料得到較多的研究和應用，並由此製備出一批具有特殊性能的新型材料。
這種新型的材料作為結構材料，粘土/聚合物納米複合材料的物理力學性能與常規聚合物基複合材料相比，具有如下優點[7]：
（1）比傳統聚合物體系質量輕，只需質量分數很少的填料即具有很高的強度韌性及阻隔性能。
（2）納米複合材料具有優良的熱穩定性和尺寸穩定性。
（3)力學性能有望優於纖維增強聚合物體系，因為層狀硅酸鹽可以在二維方向上起到增強作用，無需特殊的層壓處理。
（4）納米複合材料膜因硅酸鹽片層平面取向，因此有優異的阻隔性能，有可能取代聚合物金屬箔複合，且容易回收。
再有，利用納米粘土材料的一些特性，通過添加複合我們還可以將其加工成具有一些特殊用途的的功能材料。
比如，有機-無機複合抗菌劑兼有有機抗菌劑的高效性、持續性和無機抗菌劑的安全性、耐熱性。利用層間插入技術將有機抗菌劑引入到銀離子交換過的層狀粘土的層間隙中，這類硅酸鹽具有足夠的層間距離和耐熱温度，在高温下使用時，銀離子和有機抗菌劑可一起慢慢釋放出來，可獲得綜合抗菌、防黴的效果。另外，納米坡縷石也是金屬離子型無機抗菌劑的優良載體。因此，我們就可以得到一種具有抗菌性能的功能材料【8-9】。
再者，坡縷石、海泡石是具有結構性納米孔道的粘土礦物，其納米孔道可在一維或多維尺度上分佈。有人對海泡石-坡縷石族礦物的超臨界氫吸附性能進行了研究，並對礦物儲氫的機制進行了探討。還有人研究了蒙脱土在複合貯能材料
方面的應用，利用插層複合法制備了npg-tam/蒙脱土納米複合材料，結果表明該材料具有較適宜的相變温度和相轉變焓，同時較好地解決了多元醇單獨使用時存在的塑晶現象。因此，我們可以製備成儲能材料[10]。
結束語
作為一種特殊的納米材料，納米粘土具有特殊的性能和很廣闊的應用前景。但是，在納米粘土的製備、加工和應用中都存在一個比較棘手的問題，即納米微粒的團聚問題。納米微粒由於具有很高的表面活性而容易團聚，分散性差，這是納米材料在實際應用中存在的一個普遍問題。為避免納米微粒的團聚，應及時對微粒表面進行修飾處理，使其穩定而不再發生團聚。選擇合適的表面處理方法(表面化學改性或包覆改性以及分散穩定方法是避免團聚現象的關鍵環節。另外，對於納米粘土，特別是聚合物基納米複合材料的研究儘管十分熱門，但由於其結構複雜，加上納米粒子具有的量子效應、表面效應等，對它的研究還不夠深入。目前，聚合物/粘土納米複合材料的製備技術有些已十分成熟，然而大規模應用問題至今尚未能很好地解決，從而在一定程度上限制了其發展。而且，目前對於納米粘土的研究，主要集中在聚合物/粘土納米複合材料方面，而對其它領域研究相對較少。因此，納米粘土許多新的特性及應用領域還有待進一步研究和開發。
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