納米材料: 納米粒子將能夠殺死單個癌細胞，只留下健康的癌細胞

By Fouad Sabry

什麼是納米材料

納米材料原則上是指單個單元尺寸在 1 到 100 nm 之間的材料。

您將如何受益

(I) 關於以下主題的見解和驗證：

第 1 章：納米材料

第 2 章：納米多孔材料

第 3 章：納米粒子

第 4 章：納米粒子的表徵

第 5 章：納米技術的應用

第 6 章：納米計量學

第 7 章：材料科學

（二）回答公眾關於納米材料的熱門問題。

(III) 納米材料在多個領域的應用實例。

（四）17個附錄，簡述各行業266項新興技術，360度全方位了解納米材料技術。

本書的讀者對象

專業人士、本科生和研究生、愛好者、業餘愛好者以及想要超越任何種類的納米材料的基本知識或信息的人。

• Language: 中文
• Publisher: 十億個知識淵博 [Chinese (Traditional)]
• Release date: Jan 27, 2022

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28 - 磁性納米顆粒

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32 - 超材料

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35 - 納米材料

36 - 可程式設計物質

37 - 量子點

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10 - 高溫超導

11 - 磁性納米顆粒

12 - 磁流變液

13 - 微流體

14 - 超流動性

15 - 超材料

16 - 金屬泡沫

17 - 多功能結構

18 - 納米材料

19 - 可程式設計物質

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神經科學中的新興技術

1 - 腦機介面

機器人技術的新興技術

1 - 群體智慧

10億知識淵博

納米材料

納米顆粒將能夠殺死單個癌細胞，而留下健康的癌細胞。

福阿德·薩布里

版權

納米材料 版權所有 © 2021 by Fouad Sabry.保留所有權利。

保留所有權利。未經作者書面許可，不得以任何形式或任何電子或機械手段（包括資訊存儲和檢索系統）複製本書的任何部分。唯一的例外是審稿人，他們可能會在評論中引用簡短的摘錄。

封面由Fouad Sabry設計。

這本書是一部虛構的作品。名稱、人物、地點和事件要麼是作者想像的產物，要麼是虛構使用的。任何與真實人物的相似之處，無論是活著的還是死去的，事件或地點都是完全巧合。

獎金

您可以向 [e-mail] 發送電子郵件，主題為納米材料：納米顆粒將能夠殺死單個癌細胞，而將健康的癌細胞單獨留下，您將收到一封電子郵件，其中包含本書的前幾章。

福阿德·薩布里

訪問1BK網站

www.1BKOfficial.org

前言

我為什麼要寫這本書？

寫這本書的故事始於1989年，當時我是高級中學的學生。

它非常類似於STEM（科學，技術，工程和數學）學校，現在在許多發達國家都可以使用。

STEM是一門課程，其基礎是以跨學科和應用的方法教育四個特定學科（科學，技術，工程和數學）的學生。該術語通常用於解決學校的教育政策或課程選擇。它對勞動力發展、國家安全關切和移民政策都有影響。

圖書館每周都有一堂課，每個學生都可以自由選擇任何書籍並閱讀1小時。該課程的目的是鼓勵學生閱讀教育課程以外的科目。

在圖書館里，當我看著書架上的書時，我注意到了巨大的書，總共5000頁，分為5個部分。書名是《技術百科全書》，它描述了我們周圍的一切，從絕對零到半導體，幾乎每一種技術，在那個時候，都是用彩色插圖和簡單的文字來解釋的。我開始閱讀百科全書，當然，我無法在每周1小時的課程中完成它。

所以，我說服父親買了這本百科全書。我父親在我生命之初為我購買了所有的技術工具，第一台計算機和第一本技術百科全書，兩者都對我自己和我的事業產生了很大的影響。

我在今年的同一個暑假里完成了整本百科全書，然後我開始看到宇宙是如何運作的，以及如何將這些知識應用於日常問題。

我對這項技術的熱情始於30年前，現在的旅程仍在繼續。

這本書是新興技術百科全書的一部分，我試圖給讀者帶來我在高中時的驚人體驗，但我對21世紀的新興技術，應用和行業解決方案更感興趣，而不是 20世紀的技術。

《新興技術百科全書》將由365本書組成，每本書將專注於一項新興技術。您可以在本書末尾的即將推出部分閱讀新興技術及其按行業分類的清單。

365本書，讓讀者有機會在一年內每天增加對一項新興技術的知識。

介紹

我是怎麼寫這本書的？

在每本《新興技術百科全書》中，我都試圖直接從人們的腦海中獲得即時的原始搜索見解，試圖回答他們關於新興技術的問題。

每天有30億次谷歌搜索，其中20%以前從未見過。它們就像是人們思想的直接線。

有時是「如何清除卡紙」。其他時候，這是他們唯一敢與谷歌分享的痛苦恐懼和秘密渴望。

為了發現關於「納米材料」的未開發內容創意金礦，我使用許多工具來收聽來自Google等搜尋引擎的自動完成數據，然後快速製作出每個有用的短語和問題，人們正在圍繞關鍵字「納米材料」提問。

它是人們洞察的金礦，我可以用它來創造新鮮、超有用的內容、產品和服務。善良的人，像你一樣，真的想要。

人搜索是有史以來收集到的關於人類心理的最重要的數據集。因此，這本書是一個活生生的產品，並且不斷更新越來越多的關於納米材料的新問題的答案，人們，就像你我一樣，想知道這個新興技術，並希望瞭解更多有關它的資訊。

寫這本書的方法是更深入地了解人們如何搜索「納米材料」，揭示我不一定會想到的問題和疑問，並用超級簡單易懂的單詞回答這些問題，並以直接的方式流覽這本書。

因此，在寫這本書時，我確保它盡可能地優化和有針對性。本書的目的是幫助人們進一步理解和增加他們對「納米材料」的瞭解。我試圖盡可能密切地回答人們的問題，並展示更多。

這是一種奇妙的，美麗的方式，可以探索人們提出的問題和問題並直接回答它們，併為本書的內容添加洞察力，驗證和創造力 - 甚至是推銷和建議。這本書揭示了豐富的，不那麼擁擠的，有時令人驚訝的研究需求領域，否則我將無法觸及。毫無疑問，在使用這種方法閱讀本書后，有望增加潛在讀者的思想知識。

我採用了一種獨特的方法，使本書的內容始終保持新鮮。這種方法取決於通過使用搜索傾聽工具來傾聽人們的思想。這種方法説明我：

準確地與讀者見面，這樣我就可以創建相關的內容，引起共鳴，並推動對主題的更多理解。

保持我的手指緊緊抓住脈搏，這樣當人們以新的方式談論這項新興技術時，我就可以獲得更新，並監控隨時間的變化趨勢。

發現隱藏的問題寶藏需要有關新興技術的答案，以發現意想不到的見解和隱藏的利基，從而提高內容的相關性並賦予其勝利優勢。

不要再把時間浪費在直覺上，不要猜測讀者想要的內容，用人們需要的東西填滿書的內容，告別基於猜測的無窮無盡的內容創意。

做出可靠的決策，減少風險，讓前排座位即時瞭解人們想要閱讀和想知道的內容，並使用搜索數據做出大膽的決定，包括哪些主題和要排除哪些主題。

簡化我的內容製作以識別內容創意，而無需手動篩選個人意見，從而節省數天甚至數周的時間。

通過回答他們的問題，幫助人們以直接的方式增加他們的知識，這真是太好了。

我認為這本書的寫作方法是獨一無二的，因為它整理並跟蹤讀者在搜尋引擎上提出的重要問題。

確認

寫一本書比我想像的更難，比我想像的更有收穫。如果沒有著名研究人員完成的工作，這一切都是不可能的，我要感謝他們為增加公眾對這項新興技術的瞭解所做的努力。

奉獻

對於開悟者，那些看待事物不同，並希望世界變得更好的人 - 他們不喜歡現狀或現有狀態。你可以過多地不同意他們，你可以與他們爭論得更多，但你不能忽視他們，你不能低估他們，因為他們總是會改變事情......他們推動人類前進，雖然有些人可能認為他們是瘋狂的人或業餘愛好者，但其他人認為天才和創新者，因為那些足夠開明的人認為他們可以改變世界，是那些這樣做的人，並帶領人們走向啟蒙。

碑文

納米材料原則上描述了其中單個單元小於1至100納米之間的材料。

目錄

納米材料

作者的其他書籍

作者系列

納米材料

版權

獎金

前言

介紹

確認

奉獻

碑文

目錄

第1章 奈米材料

第2章 納米多孔材料

第3章 奈米粒子

第4章 納米粒子的表徵

第5章 奈米技術的應用

第6章 奈米計量學

第7章 材料科學

結語

關於作者

即將推出

附錄：各行業的新興技術

第1章 奈米材料

一般來說，納米材料是具有1至100nm（納米尺度的通常定義）之間的單個單位尺寸（至少一個維度）的材料。

納米材料研究從材料科學的角度接近納米技術，利用材料計量和合成方面的突破來支援微細加工研究。具有納米級結構的材料通常具有獨特的光學，電學，熱物理或機械性能。

納米材料正在慢慢商業化，並開始成為商品。

定義

納米材料在ISO/TS 80004中被描述為在納米尺度上具有任何外在尺寸或在納米尺度上具有內部結構或表面結構的材料，納米尺度被定義為長度範圍大約從1納米到100納米。這包括納米物體，它們是不同的材料碎片，以及納米結構材料，它們在納米尺度上具有內部或表面結構;納米材料可以歸入這兩類

歐盟委員會於2011年10月18日通過了納米材料的以下定義：天然，偶然或製造的材料，其中包含處於未結合狀態的顆粒，作為聚集體或作為附聚物，以及尺寸範圍內的一個或多個外部尺寸範圍1 nm – 100 nm，用於數量尺寸分佈中50%或更多的顆粒。在某些情況下，如果對環境，健康，安全或競爭力的擔憂需要它，則可以用1%至5%之間的閾值ercent到50%"來代替50%的數量大小分佈障礙。

來源

工程

工程納米材料是由人類有目的地設計和創造的，具有特定的特徵。

傳統納米材料是在納米技術出現之前作為傳統膠體或顆粒材料的漸進式改進而商業化的納米材料。炭黑和二氧化鈦納米顆粒就是其中之一。

附帶

納米材料可能是由於機械或工業操作（如燃燒和汽化）而無意中產生的。汽車發動機尾氣、冶鍊、焊接氣體以及來自家庭固體燃料加熱和烹飪的燃燒過程都是意外納米顆粒的來源。例如，富勒烯是由氣體，生物質和蠟燭燃燒產生的納米材料家族。它也可以作為磨損和腐蝕產物的副產品生產。偶然的大氣納米顆粒是在有意操作期間無意產生的超細顆粒，可能導致空氣污染。

自然的

天然的功能納米顆粒經常在生物系統中發現。天然有機納米材料包括有孔蟲（主要是粉筆）和病毒（蛋白質，衣殼）的結構，覆蓋蓮花或金蓮花葉的蠟晶體，蜘蛛和蜘蛛蟎絲，狼蛛的藍色色調，壁虎腳底的鏟子，一些蝴蝶翅膀鱗片，天然膠體（牛奶，血液），角質材料（皮膚，爪子，喙，羽毛）

天然無機納米顆粒是在地殼的各種化學條件下形成晶體的結果。例如，粘土由於其底層晶體結構的各向異性而表現出複雜的納米結構，並且火山活動可以產生蛋白石，由於其納米級結構，這是天然存在的光子晶體的一個例子。火災是特別複雜的過程，可以產生顏料，水泥，氣相二氧化矽和其他材料。

森林大火，火山灰，海洋噴霧和氡氣的放射性分解都是納米顆粒的天然來源。天然納米材料也可能由於含金屬或陰離子岩石以及酸性礦井排水現場的風化過程而發生。

天然納米材料畫廊

病毒衣殼

A close up of a drop of water on a leaf Description automatically generated with medium confidence

蓮花效應，疏水效果，具有自潔性

Close-up of a person's mouth Description automatically generated with medium confidence

壁虎在玻璃牆上行走時腳底的特寫鏡頭（刮刀：200×10-15 nm）

A close up of a flag Description automatically generated with low confidence

蝴蝶翅膀刻度的SEM顯微照片（×5000）

Logo Description automatically generated

孔雀羽毛（詳細）

A picture containing fabric Description automatically generated

來自巴西的蛋白石晶體 二氧化矽球體之間光線的干涉和衍射導致顏色發揮（直徑為 150 - 300 nm）。

一種狼蛛的藍色調（450 nm ± 20 nm）

類型

納米物體通常根據其在納米尺度上的尺寸進行分類。納米粒子被定義為納米級具有所有三個外部尺寸的納米物體，其最長和最短軸沒有顯著差異。在納米尺度上，納米纖維具有兩個外部尺寸，納米管是中空納米纖維，納米棒是固體納米纖維。在納米尺度上，納米片/納米片具有一個外部尺寸，如果兩個較大的尺寸顯著不同，則稱為納米帶。納米纖維和納米板的其他尺寸可能在納米尺度上，也可能不在納米尺度上，但它們必須大得多。在所有情況下，觀察到實質性差異至少為三倍。

納米結構材料所包含的物質相經常被用來對它們進行分類。納米複合材料是具有至少一個物理或化學上不同的區域或區域集合的固體，具有至少一個納米級尺寸。納米泡沫是充滿氣相的液體或固體基質，其中一個具有納米級尺寸。納米多孔物質是含有納米孔的固體，納米孔是具有亞微米長度的開放或封閉孔的形式形成的空隙。納米晶體物質在納米尺度上含有高比例的晶粒。

納米多孔材料

微孔和介孔材料的子集包括在術語 納米孔 材料中。微孔材料是平均孔徑小於2nm的多孔材料，而介孔材料的孔徑範圍為2至50nm。微孔材料的孔徑在長度尺度上與微小分子相當。因此， 這種材料可能在分離膜等應用中有用。介孔材料對於需要高比表面積的應用很有吸引力，同時允許太大而無法進入微孔材料孔隙的分子滲透。根據一些消息來源， 納米多孔 材料和納米泡沫是納米結構，但不是納米材料，因為只有間隙是納米級的，而不是材料本身。雖然ISO定義僅包括圓形納米物體作為納米顆粒，但其他來源包括所有形狀的納米顆粒。

納米顆粒

在納米尺度上，納米顆粒具有所有三個維度。納米顆粒也可以植入散裝固體中以產生納米複合材料。

富勒烯

富勒烯是碳同素異形體家族，本質上是摺疊成管或球的石墨烯片。碳納米管（或矽納米管）由於其機械強度和電氣品質而特別重要。

A screenshot of a computer Description automatically generated with low confidence

C60的旋轉視圖，一種富勒烯

第一個被發現的富勒烯分子，也是該家族的同名產品，buckminsterfullerene（C60），由萊斯大學的Richard Smalley，Robert Curl，James Heath，Sean O'Brien和Harold Kroto於1985年製備。這個名字是對巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller）的致敬，他的測地線圓頂與巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller）相似。此後發現富勒烯存在於自然界中。最近，在外太空發現了富勒烯。

富勒烯的化學和物理性質在過去十年中一直是研究和開發領域的熱門話題，並且很可能在很長一段時間內保持這種狀態。2003年4月，富勒烯被研究用於潛在的藥物應用，例如將某些藥物與耐葯細菌的結構聯繫起來，甚至靶向某些類型的癌細胞，如黑色素瘤。2005年10月出版的《化學與生物學》雜誌上的一篇文章描述了富勒烯作為光活化抗菌劑的使用。耐熱性和超導性是納米技術領域備受關注的兩個特徵。

在惰性氣氛中，在兩個緊密的石墨電極之間發送大量電流是生產富勒烯的典型方法。電極之間形成的碳等離子體電弧冷卻成煙灰殘留物，從中可以分離出許多富勒烯。

已經使用ab-initio量子方法對富勒烯進行了許多計算。紅外、拉曼光譜和紫外光譜可以使用DFT和TDDFT方法獲得。這種計算的結果可以與實驗結果進行比較。

金屬基納米顆粒

由於其有趣的光學和電學性質，無機納米材料（例如，量子點，納米線和納米棒）可用於光電子學。此外，納米材料的光學和電學性質受其大小和形式的影響， 可以使用合成方法進行修改。這些材料有可能用於有機材料基光電器件，如有機太陽能電池、OLED等。諸如電子傳輸和能量轉移之類的光誘導機制控制著這些設備的運行。負責小工具操作的光誘導過程的有效性決定了它們的性能。為了在光電子器件的有機/無機納米材料複合系統中採用光誘導過程，需要更好地瞭解有機/無機納米材料復合系統中的這些過程。

由金屬，半導體或氧化物形成的納米顆粒或納米晶體的機械，電，磁，光學，化學和其他性質特別令人感興趣。納米顆粒已被用作量子點以及化學催化劑，如納米材料基催化劑。最近，各種納米顆粒已被廣泛研究用於生物醫學應用，如組織工程，藥物輸送和生物感測器。

納米顆粒具有特殊的科學意義，因為它們是本體材料與原子或分子結構之間的紐帶。無論其尺寸大小如何，散裝材料都應具有恆定的物理性質，但是在納米尺度上並非總是如此。半導體粒子中的量子約束，某些金屬粒子中的表面等離子體共振以及磁性材料中的超順磁性都具有尺寸依賴性特徵。

與散裝材料相比，納米顆粒具有許多獨特的特徵。例如，當銅原子/團簇在大約50nm尺度上移動時，會發生塊狀銅（導線，帶狀等）的彎曲。小於50nm的銅納米顆粒被認為是 超硬 材料，缺乏塊狀銅的延展性和延展性。不總是需要變更屬性 。尺寸小於10 nm的鐵電材料可以使用室溫熱能來切換其偏振方向，使其不適合記憶體存儲。納米顆粒的懸浮液是可以想像的，因為顆粒表面與溶劑的相互作用足夠強，可以克服密度差異，這通常會導致物質下沉或漂浮在液體中。由於納米顆粒足夠小，可以捕獲電子並誘導量子效應，因此它們經常表現出意想不到的光學特徵。例如，在溶液中，金納米顆粒呈深紅色至黑色。

納米顆粒的大表面積與體積比，特別是在高溫下，為擴散提供了顯著的推動力。與較大顆粒的燒結相比，較小顆粒的燒結可以在較低的溫度和較短的時間內實現。儘管流動問題和納米顆粒結塊的趨勢使操作複雜化，但從理論上講，這對最終產品的密度沒有影響。納米顆粒的表面影響也會降低初始熔化溫度。

一維納米結構

在圓柱形約束中，可以創建橫截面小至單個原子的最微小的可想像的晶線。碳納米管是一種天然的半1D納米結構，可用作合成範本。約束提供機械穩定性，避免線性原子鏈的解體;1D納米線的其他結構即使在與範本隔離時也具有機械穩定性。

二維納米結構

D材料是由單個二維原子層組成的晶體材料。2004年，發現了最重要的代表性石墨烯。納米級厚度的薄膜 被稱為 納米結構， 但它們並不總是被認為是納米材料，因為它們不是獨立於基板而存在的。

塊狀納米結構材料

納米複合材料，納米晶材料，納米結構薄膜和納米紋理表面是具有納米級特性的散裝材料的例子。

3D納米材料是一種箱形石墨烯（BSG）納米結構。熱解石墨機械裂解后，形成BSG納米結構。該納米結構是平行空心納米通道的多層系統，其四邊形橫截面沿表面定位。通道壁的厚度約為1 nm。通道刻面的平均寬度約為 25 nm。

應用

油漆，過濾器，絕緣和潤滑劑添加劑是用於製造工藝，產品和醫療保健的納米材料的例子。在醫學領域，納米酶是具有酶樣特性的納米材料。它們是一種新型的人工酶，已被用於各種應用，包括生物感測，生物成像，腫瘤診斷，抗菌污漬等。納米結構可用於製造高品質的篩檢程式，能夠消除像病毒一樣小的顆粒，如SeldonTechnologies製造的水篩檢程式所示。 納米材料 膜生物反應器（NMs-MBR）是下一代傳統MBR，最近已被提議用於增強廢水處理。在空氣凈化領域，2012年利用納米技術來對抗MERS在沙烏地阿拉伯醫院的傳播。納米材料現在被用於當前的人類安全絕緣技術;以前，它們是在石棉基絕緣材料中發現的。納米材料 在 用作潤滑劑添加劑時，能夠最大限度地減少運動部件中的摩擦。磨損和 腐蝕的部分也可以使用TriboTEX修復 ，TriboTEX是自組裝的各向異性納米顆粒。納米材料還用於各種行業和消費應用。礦物納米顆粒，如氧化鈦，已被用於防曬霜，以改善紫外線防護。使用碳納米管的更輕的蝙蝠已經在體育業務中製造，以提高性能。移動顏料納米顆粒的另一個用途是在軍事上，在那裡它們被用來產生更有效的偽裝。納米材料也可以用作三元催化劑（TWC）。TWC轉換器具有減少氮氧化物（NOx）排放的優勢，氮氧化物（NOx）排放是酸雨和煙霧的前兆。納米材料形成殼體，作為核殼結構中的催化劑載體，以保護鈀和銠等貴金屬。載體的基本作用是輸送催化劑活性組分，分散它們，最大限度地減少對貴金屬的需求，增加催化活性，提高機械強度。

合成

任何納米材料合成方法的目的是生產一種材料，其品質源於其特性長度尺度在納米範圍內（1 - 100nm）。因此，合成過程應在此範圍內顯示大小控制，以便實現一個或多個屬性。方法通常被歸類為自下而上或自上而下。

自下而上的方法

自下而上的方法需要將原子或分子排列成納米結構陣列。這些程式中使用的原材料可以是氣體，液體或固體的形式。後者在被整合到納米結構之前需要解構。自下而上的方法分為兩類：混亂和規範。

混沌過程需要將組成原子或分子帶入混沌狀態，然後突然改變環境以使該狀態不穩定。產品形成主要是由於化學動力學，當任何數量的參數被巧妙地操縱時。由於從混沌狀態坍縮可能難以或不可能調節，因此經常使用集合統計來指導所得的大小分佈和平均大小。因此，納米顆粒的產生通過操縱產品的最終狀態來調節。激光燒蝕、爆破線、電弧、火焰熱解、燃燒和沉澱合成程式是混沌過程的例子。

受控過程需要以受控的方式將組成原子或分子傳遞到納米顆粒形成的位點，以便納米顆粒可以以受控方式生長到定義的大小。一般來說，組成原子或分子永遠不會遠離納米顆粒生產所需的條件。結果，納米顆粒的產生通過改變反應物的條件來調節。自限性生長溶液、自限化學氣相沉積、定型脈衝飛秒鐳射方法和分子束外延是調節過程的示例。

自上而下的方法

自上而下的方法使用力（例如，機械力，鐳射）將散裝材料分解成納米顆粒。球磨是一種將散裝材料機械分解成納米顆粒的流行工藝。此外，納米顆粒可以使用鐳射燒蝕來製造，激光燒蝕使用短脈衝鐳射器（例如飛秒鐳射器）來燒蝕目標（固體）。

表徵

當結構的尺寸與幾個可以想像的長度尺度中的任何一個相對應時，例如電子的德布羅意波長或高 能光子的光學波長，材料中可能發生新的過程。在某些情況下，量子力學效應可以優先於物質特徵。一個例子是量子約束，它改變了材料的電特性，顆粒尺寸大大減小。納米顆粒的光學性質，如螢光，也受到粒徑的影響。當從宏觀尺寸移動到微米尺寸時，這種影響並不明顯，但是當移動到納米級尺寸時，這種影響變得更加明顯。

除了光學和電氣特性外， 納米力學 研究還側重於各種納米材料的新機械性能。當納米顆粒被添加到散裝材料中時，它們會對材料的機械性能產生重大影響，例如剛度或彈性。例如，傳統的聚合物可以用納米顆粒（如碳納米管）增強，從而產生可用作金屬輕質替代品的創新材料。這種複合材料可以減輕重量，同時還可以提高穩定性和功能性。

最後，具有小粒徑的納米結構材料，如沸石和石棉，在許多基本的工業化學反應中被用作催化劑。這種催化劑的進步可以作為更高效、更環保的化學工藝的基礎。

在二十世紀的第一個十年中，對納米顆粒進行了第一次觀察和測量。Zsigmondy研究了直徑小至10奈米的金溶膠和其他納米材料。1914年，他寫了一本書。他採用了一種超顯微鏡，它使用暗場方法來觀察尺寸遠小於光波長的粒子。

在二十世紀，在介面和膠體科學中開發了用於表徵納米材料的既定方法。這些通常用於下一節中描述的 第一代 無源納米材料。

在這些策略中，有許多用於表徵粒度分佈的技術。這種 表徵 至關重要，因為許多納米尺寸的材料確實聚集在溶液中。一些方法依賴於光散射。其他人使用超聲波來評估濃縮的納米分散體和微乳液，例如超聲波衰減光譜。

還有一系列經典方法可用於確定溶液中納米顆粒的表面電荷或zeta電位。這些數據對於有效的系統穩定是必要的，這可以防止聚集和絮凝。微電泳、電泳光散射和電聲學就是這些技術的例子。後者，例如膠體振動電流方法，適用於表徵集中系統。

均勻

高純度陶瓷、聚合物、微晶玻璃和材料複合材料是私營、工業和軍事部門高性能技術部件的化學加工和合成所必需的。典型粉末中納米顆粒的可變尺寸和形狀通常會導致由細粉產生的冷凝體中的不均勻填料形態，從而導致粉末壓坯中的堆積密度差異。

由有吸引力的范德華力引起的粉末團聚也可能導致微觀結構不均勻性。由於不均勻的乾燥收縮而產生的差異應變與溶劑的抽出速率成正比，因此強烈依賴於孔隙率分佈。這種壓力與 固結材料中的塑膠到脆性轉變有關，如果不緩解，可能導致未燒制物體中的裂紋擴展。

此外，在燒結過程中，壓坯在窯爐製備時堆積密度的任何變化都會經常被放大，從而導致不均勻的緻密化。一些與密度波動相關的孔隙和其他結構缺陷已被證明會通過發展並限制端點密度來阻礙燒結過程。由不均勻緻密化引起的差分應力也被證明會傳播內部裂紋，從而成為強度控制缺陷。

因此，生產材料似乎更可取，即在組分分佈和孔隙率方面具有物理均勻性，而不是利用優化綠色密度的粒度分佈。需要完全控制顆粒 - 顆粒相互作用的完全控制，以容納懸浮液中強烈相互作用顆粒的均勻分散元件。多種分散劑，包括檸檬酸銨（水性）和咪唑啉或油醇（非水性），是改善分散和除團塊的有前途的添加劑。這種潛力是由單分散納米顆粒和膠體提供的。

例如，膠體二氧化矽的單分散粉末可以充分穩定，以確保在所得膠體晶體或多晶膠體固體中具有高度的有序性。秩序的程度似乎受到可用於建立遠端連接的時間和空間的限制。這種有缺陷的多晶膠體結構似乎是亞微米膠體材料科學的基本要素，從而為更嚴格地瞭解高性能材料和元件中微觀結構演變的機制提供了第一步。

物品、專利和產品中的納米材料

截至2018年9月，納米顆粒，納米管，納米晶體材料，納米複合材料和石墨烯分別在400000，181000，144000，140000和119000 ISI索引出版物中被引用。納米顆粒，納米管，納米複合材料，石墨烯和納米線分別在45600，32100，12700，12500和11800專利中被提及。對全球市場上可訪問的約7000種商業納米基物品的監測表明，納米顆粒使大約2330種產品具有或增加了其屬性。脂質體、納米纖維、 納米膠體和氣凝膠是消費品中最常見的納米材料。

歐盟納米材料觀察站（EUON）創建了一個資料庫（NanoData），其中包含與納米材料相關的單個專利，產品和學術出版物的資訊。

健康與安全

世界衛生組織指南

2017年底，世界衛生組織（WHO）發佈了一項指導方針，以保護工人免受生產納米顆粒可能帶來的危害。世界衛生組織的指導原則之一是預防性方法。這意味著，當有合理跡象表明應減少接觸時，儘管有害健康影響存在不確定性，但應盡量減少接觸。最近的科學研究表明，納米顆粒可以通過細胞屏障並與細胞成分相互作用，突出了這一點。此外，控制等級是一個關鍵的指導因素。這表明，在選擇控制措施時，那些更接近問題根源的措施，例如使用 個人防護裝備，應始終 受到比 那些給工人帶來更大負擔（PPE）的措施更受青睞。世衛組織委託對所有重大問題進行系統評價，以便按照《世衛組織指南制定手冊》概述的程式，評估證據的現狀並提出建議 。 根據科學證據的強度，價值觀和偏好以及與建議相關的費用，建議被歸類為強或有條件。

世衛組織指南為安全處理生產的納米材料（MNMs）提供了以下建議

A. 評估多邊管理機制的健康危害

世衛組織建議，所有滅主管理部門應根據《全球化學品分類和標籤統一制度》（GHS）為危險類別分配，以用於安全數據 表 這些資訊在有限數量的MNM的指南中提供（強烈建議，中等質量證據）。

世衛組織建議修訂安全數據表，提供MNM特定的危害資訊，或說明哪些毒理學終點缺乏適當的檢測（強烈建議，中等質量的證據）。

GDG建議採用MNM的現有分類，對同一組的納米材料進行臨時分類，用於可吸入纖維和顆粒 生物持久性 顆粒的分組（有條件的建議，低質量證據）。

B. 評估與多邊管理的接觸情況

世衛組織建議使用與計算MNM建議的具體職業暴露限值（OEL）（有條件建議，低質量證據）類似的方法評估員工在工作場所的暴露情況。

由於工作場所沒有確定MNM的OEL值，世衛組織建議確定職業暴露是否超過建議的MNM OEL值。準則的增編載有擬議的職業預期值清單。對於材料的散裝形式（有條件的建議，低品質的證據），所選擇的OEL至少應與法律強制規定的OEL一樣具有保護作用。

如果工作場所沒有針對多國管理企業的特定無害環境管理者，世衛組織建議採取循序漸進的吸入暴露方法，首先評估接觸的可能性;評估吸入暴露的可能性;評估吸入暴露的可能性;評估吸入暴露的可能性;評估吸入暴露第二，進行基本的暴露評估，第三，進行全面的暴露評估，例如經濟合作與發展組織（經合組織）或歐洲標準化委員會（歐洲標準化委員會，CEN）提出的評估（有條件的建議，中等質量的證據）。

世衛組織確定，沒有足夠的證據推薦一種皮膚暴露評估方法優於 另一種方法。

C. 控制與多國管理公司的接觸

基於預防方法，世衛組織建議將暴露控制集中於預防吸入暴露並盡可能降低（強烈建議，中等質量證據）。

世衛組織建議減少接觸在工作場所得到可靠監測的各種多國管理機制，特別是在清潔和維護、從反應容器中收集材料以及將多國管理機制送入製造 過程中。 在缺乏毒理學數據的情況下 ，世衛組織建議採取盡可能嚴格的措施，保護工人免受任何接觸。當獲得更多資訊時，世衛組織建議採取更加個人化的方法（強烈建議，中等質量證據）。

世衛組織建議根據控制等級原則採取控制措施，這意味著第一項控制措施應該是在實施更依賴工人參與的控制措施之前消除接觸源，僅作為最後手段使用個人防護用品 。 當吸入暴露程度高或沒有毒理學資訊或毒理學資訊很少時，應根據這一原則應用工程控制。在缺乏適當工程控制的情況下，應將PPE，特別是呼吸防護，作為呼吸防護計劃的一部分，包括適合性測試（強烈建議，中等質量證據）。

世界衛生組織建議通過職業衛生習慣（如表面清潔和使用防護手套）來預防皮膚暴露（有條件的建議，低質量的證據）。

當無法獲得工作場所安全專家的評估和測量時，世衛組織建議對納米材料採用控制帶，以選擇職業暴露控制方法。世衛組織不能建議一種控制範圍優於另一種方式，因為缺乏研究（有條件的建議，非常低質量的證據）。

由於缺乏證據，世衛組織無法就針對MNM的針對性衛生監測規劃提出建議，高於已經使用的現有衛生監測規劃。由於缺乏研究，世衛組織認為工人培訓和工人參與健康和安全問題是最佳做法，但不能建議一種形式的工人培訓優於另一種形式或一種形式的工人參與優於另一種形式。據設想， 在經過驗證的測量方法和風險評估方面將取得重大進展，世衛組織的目標是在2022年五年內更新這些指南。

其他指導

由於納米技術是一種較新的現象，納米材料暴露對健康和安全的影響，以及可接受的暴露量仍在研究中。吸入暴露似乎是最令人擔憂的潛在危險。在動物試驗中已經證明，碳納米管和碳納米纖維可引起肺部效應，如炎症、肉芽腫和肺纖維化，與其他公認的 纖維化 材料（如二氧化矽、石棉和超細炭黑）相比，其效力相當或更大。健康動物急性吸入暴露於可生物降解的無機納米顆粒不會造成實質性傷害。雖然目前尚不清楚動物數據在多大程度上可以預測工人的臨床顯著肺部影響，但在短期動物研究中觀察到的毒性表明，暴露於這些納米材料的工人需要採取保護行動， 儘管截至 2013年，沒有關於使用或生產這些納米材料的工人的實際不良健康影響的報告。皮膚 接觸 和攝入暴露，以及粉塵爆炸危險，是額外的問題。

最需要的危險控制技術是消除和替代。雖然納米材料不能總是被淘汰或替代常規材料，但可以選擇納米顆粒的性質，如尺寸，形狀，功能化，表面電荷，溶解度，團聚和聚集狀態，以改善毒理學性質，同時保持所需的功能。處理過程也可以改進;例如，利用納米材料漿料或懸浮液在液體溶劑中代替乾粉可以減少粉塵暴露。工程控制是對工作場所的物理更改，可將人員與風險隔離開來，例如通風櫥、手套箱、生物安全櫃和通風天平 外殼。行政控制是人員為減輕危害而做出的行為改變，例如關於安全處理，儲存和處置納米材料的最佳實踐的培訓，通過標籤和警告標誌充分了解風險，以及支援一般安全文化。個人防護設備必須戴在工人身上，是最不可接受的危險控制替代方案。通常用於常規化學品的個人防護設備，如長褲，長袖襯衫和露趾鞋，以及安全手套，護目鏡和不透水的實驗室外套，也適用於納米材料。在某些情況下可以使用呼吸器。

用於監測污染物排放和工人暴露的一套方法稱為暴露評估。個人採樣，其中採樣器放置在工人的個人呼吸區，通常附著在襯衫領子上，以盡可能靠近鼻子和嘴巴;和區域/背景採樣，其中它們位於靜態位置，是其中兩種方法。在評估中應使用監測納米材料和其他背景顆粒的實時數量的粒子計數器，以及可用於識別納米材料的基於篩檢程式的樣品，通常通過電子顯微鏡和元素分析。截至2016年，大多數納米材料沒有量化的職業暴露限值。美國國家職業安全與健康研究所已經制定了碳納米管、碳納米纖維和超細二氧化鈦的非監管建議暴露限值。其他國家的機構和組織，如英國標準協會和德國職業安全與健康研究所，已經為特定的納米材料創建了OEL，一些公司為其產品提供了OEL。

{第1章完結}

See also

Nanostructure

Nanotopography

Nanozymes

List of software for nanostructures modeling

Artificial enzyme

References

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