《纳米技术》读后感(精选多篇)

　　现在科学研究出了“纳米”，“纳米”它不是米，而是尺度单位。20世纪人们把大千世界内各种物质的运动到了分子、原子的运动和性质这一层上面。让我们一起来揭开“纳米”神秘的面纱吧!

　　“纳米”非常小，我们的肉眼是看不见的，科学家已在实验室里研究出了1.4纳米的碳管，50000根碳管并排在一起，才有一根头发粗细。纳米技术使科学家们坚信：“小”的不仅是美，而且是未来技术发展的趋势。

　　在学习中，我们何尝不去探寻每一个历史的足迹呢？科学家能发现的，说不定我们哪天也能发现，只要我们有那种欲望、那种决心，那种坚持不懈的精神。说不定哪天我们也能发明出什么了不起的东西呢？

　　科学知识是无限的，等待你去发现！

　　作为一名化工人，我这学期选修了课程《纳米科学与技术》，很荣幸在课堂展示环节担任过评委，我也是我们小组的组长和主讲人，我想谈一谈自己学习这个课程的一些感受，包括准备展示材料过程和作为评委的一些收获和体会。从学生的角度写这些东西，希望能给以后修这门课程的同学一些借鉴和收获。

　　首先，我第一次修这样一门课程，讲述科研前沿，而又有这样一个与众不同的结课方式，很新颖，我也很喜欢。亲身去参与这个过程，真的能够学到很多。

　　作为一个评委，我仔仔细细看了所有小组的展示，并按照我的判断给出了相应的分数。26组，尽管有些小组内容有些重复，但总体来说还是五花八门的，从存储、发电，医学医药，食品安全，纳米催化，到隐身防爆，等等等等，纳米材料无处不在。从评委的角度，对每组的印象各有不同，总体来说，我觉得要注意以下几点：

　　1， 要选择一个良好的主讲人，这是每一组人给评委和老师的第一印象，不仅要口齿流

　　利，还要对你们的展示内容滚瓜烂熟。

　　2， 展示的主题切入点尽量要小，不要落入泛泛而谈的境地。内容要圆满，从结构、原

　　理、研究前沿、优缺点到实际应用等等，尽量将所选主题很完整的展现出来。一定不要选择那些大而空的主题，在台上对着ppt和讲稿讲那些自己都看不懂的东西。 3， ppt做的要中规中矩，可以添加一些动画效果等来渲染你的内容，但是千万不要让

　　ppt效果淹没了你的内容，让别人印象深刻的只剩下了ppt而对内容完全没了印象。当然，还有一个问题需要注意，就是ppt颜色搭配以及字体颜色，要让大家看的清楚，看着舒服。

　　4， 准备工作要做好，比如要使用黑板就要提前擦好并准备好你用的粉笔等等.还有需要给评委和老师的文档材料一定要提前打印好。

　　作为我们小组的组长，在组织我们小组准备的过程和展示过程中，我觉得要注意以下几点：

　　1， 在组队之时就要考虑好每个人的专长，做到人尽其用，每个人都有任务。可以跨班

　　组队，这样更能扩大范围寻找好队友。

　　2， 在定题之前要查阅足够的相关前沿期刊和网站，扩大选择范围才能选到好主题，避

　　免被重复和落入俗套假大空。

　　3， 主题内容切入点一定要小。我们组就出现了这个错误。我们浏览了近十年纳米科学

　　与技术应用前沿的进展，找到了纳米电路、纳米电池、纳米管泵和发电机、纳米存储等四个非常好的话题，原理明了简单，应用研究又热门，而又与我们的生活息息相关。我们小组五人商讨很久之后才狠心砍掉了两个，留下了纳米管泵和发电机、纳米存储两个话题。但是最后战士的时候由于内容太多而使得整个展示过程显得很紧张很快，反而没有选择其中一个来集中展示来的轻松而且效果好。

　　4， 组内分工合作要明确，这样工作做起来才能事半功倍。最终展示材料做好以后每个

　　人都要详细推敲一遍去更改和完善。正式展示之前，要模拟展示几次，控制好时间和速度，这样上台之后能达到更好的效果。

　　最后，很感谢老师一学期来的授课教导，我收获很多。也希望以后选这个课的学弟学妹能够获得更大的成长！

　　纳米技术及其应用的结课作业

　　学院：理工学院班级：机械l126班姓名：韩东学号：12l0551192

　　一、简述纳米技术的两种特性，并且举例子

　　1、表面效应：

　　球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。对直径大于 0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于 0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。

　　超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金属超微颗粒进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状，它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。

　　例子：高效催化剂

　　2小尺寸效应：

　　随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。

　　例子：电脑的cpu 二、纳米技术在现实生活中的应用

　　1、超双疏纳米防污剂

　　超双疏纳米防污剂 型号：vk-f01 超双疏纳米防污剂 “二元协同纳米界面技术”理论是引入仿生学原理。研究荷叶“出淤泥而不染”“滴水成珠、拒水防污”的表面微观结构，对纺织面料的纤维表面在纳米尺度进行界面修饰、聚合和改性，使其表现出超常的纳米界面物性，并形成纳米 结构特有的四大效应。 棉、毛、麻、丝、化纤等各种材质的纺织面料经过纳米防水防油防污剂界面技术处理，可赋于防水透气、拒污易洗新功能。如同荷叶效果，同时仍保持原面料的质地、手感、风格和牢度。 精纺毛织面料经过纳米防水防油防污剂界面技术处理，可解决头疼的缩率； 处理后的棉、毛、蛋丝产品抗皱性能大幅提高，机可洗的实现解除您的洗衣愁。 超双疏技术的纳米防水防油防污剂面料同时具有防油、防水、防尘、柔软、透气、环保、快干等功能； 纳米防水防油防污剂具有防水、防油、防污、抗菌、增强纤维的功能。经其整理后的织物可保持原有的手感、透气性、色泽、穿着舒适性等特点，并具有一般烃类及有机硅类、整理剂所不具备的防油性。此外，含还具有用量小、功效高、耐久性强且符合环保要求的优点，因此得到了迅速的普及和推广。 纳米界面超双疏技术处理以后，由于其超双疏特性，使织物更具快干功能。面料具有环保无污染、无毒的特性。防水最高达到6级以上，防油最高达到6级。 使用方法： 1.施涂前应使被涂面清洁、干燥。应清除灰尘，并用水冲洗干净，干燥备用。如为玻璃、瓷砖、金属表面，

　　应用玻璃清洗剂或洗涤剂水溶液清洗干净。塑料表面可用洗涤剂清洗，必要时用有机溶剂清洗。 2.建议使用高性能雾化良好之高品质喷头 ，喷涂距离30~40cm为宜，这样可喷涂均匀，并节省涂料，耗量约为50-100m2/l以上。 3.一般喷涂一遍即可，如要提高效能可喷两遍，但间隔时间应在50min以上。 4.喷涂后晾干即可。在150-180℃热处理30-50秒大大有利于提高涂层强度和效果。小型物品可用热吹风机。 虽然本品无毒，但还是建议施工时穿戴好防护用品

　　2、在生物工程上的应用

　　虽然分子计算机目前只是处于理想阶段，但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用，它将使单位体积物质的储存和信息处理能力提高上百万倍。 在光电领域的应用纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。最近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊讶。 在化工领域的应用将纳米tio2粉体按一定比例加入到化妆品中，则可以有效地遮蔽紫外线。将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中，可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩。纳米微粒还可用作导电涂料，用作印刷油墨，制作固体润滑剂等。 研究人员还发现，可以利用纳米碳管其独特的孔状结构，大的比表面、较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。

　　三、谈谈你对纳米技术或者纳米材料的认识

　　从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下，即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。

　　纳米级结构材料简称为纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。

　　纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产，性能检测技术。纳米加工技术包含精密加工技术及扫描探针技术。

　　纳米食品的分析检测进展

　　摘 要 介绍了纳米材料的安全性,重点对纳米食品的3种分析检测手段(成像、分离和表征

　　技术)进行了较为详细的综述,并对该领域的工作进行了展望。

　　关键词 纳米材料,纳米食品,分析手段

　　进入21世纪以来,纳米技术已经在材料、化工、生物、医药、食品、通信、能源等众多

　　领域展现出广阔的应用前景,并对各学科领域的发展产生了深远的影响。在食品工业中真正

　　运用了纳米技术的产品只占消费品的一小部分,主要包括纳米包装材料、纳米营养物和纳米

　　添加剂等。目前,全球有200多家公司致力于纳米技术在食品工业中的应用。根据著名咨询

　　公司helmutkaiser一项调查显示,仅在食品饮料包装行业, 2014年纳米产品的全球销售额就

　　高达8·6亿美元,而在2014年,纳米产品的全球销售额只有1·5亿美元。

　　纳米食品,也称纳米尺度(10-9-10-7m)的食品,是以人类可食用的天然物、合成物和生物生

　　成物等原料采用纳米技术加工制成的,并根据人体健康进行不同配制的食品。由于纳米粒子

　　具有独特的表面效应和量子尺寸效应,研究发现,食品和营养素经过纳米化以后,亦表现出更

　　高生物活性,甚至显现出常态物质没有的活性。所以纳米食品除了包括普通食品的功能外还

　　有以下功能:预防疾病、调节机体、康复病体的功能;降低保健食品的毒副作用功能;提高人体

　　对矿质元素的吸收利用率和杀菌除味等。新兴纳米技术下生产的食品的安全性一直受到消费

　　者和研究人员的高度关注。本文就纳米食品的分析检测方法进行综述,以期为纳米食品的发

　　展提供技术支持。

　　1 纳米材料的安全性

　　纳米材料是将材料的尺度在空间进行约束,并到一定的临界尺寸后,材料的结构和性质

　　也随之发生从宏观到微观的转变。粒径的减小也是引起纳米材料的安全性问题的主要原因。

　　frampton通过对大气中尘埃粒子的研究发现,当大气中的尘埃粒子粒径<10μm时,尘埃粒子

　　对肺部有明显的毒性。材料对生物体的毒性强烈地依赖于材料的尺寸。

　　在一般情况下,纳米材料不会表现出明显的毒性。但纳米材料的潜在毒性、在生物体内

　　的富集及其对食物链的影响,人们却自知甚少,研究者称这种毒性为“生态毒性”。brunner等

　　研究发现,不同类型的纳米粒子能够透过细胞膜,导致细胞内自由基含量的增加,最终造成生

　　物体的毒性;同时,纳米粒子还会在生物体的组织中富集。chen研究发现, sio2纳米颗粒会

　　导致核质蛋白的团聚,从而损害细胞核的功能。富勒烯和tio2纳米颗粒会对蚤、大口鲈鱼

　　和其他水生动物产生一定的毒性。而纳米材料有时也会扮演降低污染物毒性的角色: zhang

　　通过对鲤鱼的活体实验发现,tio2纳米颗粒会大量富集游离的镉离子;纳米银也显示出较强

　　的抗菌能力,研究者已将这种抗菌能力应用到人们健康保护和水生环境治理中。

　　纳米食品中采用的纳米技术是一种全新的技术,如同转基因食品,其安全性和接受程度

　　受到消费者的质疑。纳米食品在活性、吸收利用率等增加的同时还应该考虑到有害物质的吸

　　收、渗透等问题。一方面粒径减小使得食品原料本身具有的毒素,农残和重金属成分更易被

　　吸收,加剧了纳米化后的安全隐患。另外,纳米食品中营养成分纳米粒子可以通过传统吸收途

　　径之外的其他途径进入人体,并穿过生物膜屏障,使人体的防御能力降低,引起机体功能紊乱,

　　出现健康问题。

　　维蒙特大学的消费经济学家科洛丁斯基在佛罗达里达州奥兰多市的食品安全大会上说,

　　〔〕纳米技术是一种新的基因工程10。美国消费联盟的资深科研人员汉森称,不要因为某种物质

　　在自然尺寸状态下是安全的,就以为处理成纳米尺寸后也一定是安全的,所有科学家都赞同,

　　物质的大小也是安全重要因素之一。例如,大量接触含有纳米碳(如富勒烯)的食品或化妆品,

　　会造成与石棉一样的危害。美国消费者保护组织称,纳米食品已经悄悄打入市场,促请美国

　　当局强制厂商标明食品是由纳米技术制造的。因此,有必要借助于先进的分析仪器,深入了解纳米食品在复杂体系中的行为及其对人体和环境的潜在影响。

　　2 纳米食品分析检测技术

　　纳米材料的理化性质包括尺寸大小、尺寸分布、表面特征、形状、溶解度、活性、团聚状态和化学组成等诸多信息。为了更多地获得这些信息,应用多种分析手段来检测和表征纳米材料成为一种必然。将分析手段分为成像、分离和表征3种技术。

　　2·1 样品前处理

　　样品处理是整个分析过程中最薄弱环节和时间决定步骤,也是误差的主要来源。而环境因素对纳米材料的结构和组成等性质的影响很大。因此,前处理或消化后“纳米食品”得到的结果常常不同于原位检测的结果。避免或减少样品的前处理,可以有效地减少人为干扰因素。如果不得不对样品进行前处理,仔细地记录前处理的每一环节对“追踪”人为干扰因素至关重要。同时,一些新的样品前处理技术应用到纳米材料的分析检测技术,尤其是涉及到成像邻域: paunov采用凝胶捕获技术结合扫描电镜(sem)对乳液进行了成像; bickmore采用固定技术结合原子力显微镜(afm)对水溶液中的黏土矿物质进行了成像;lonsdale应用高压冷冻和冷冻基质技术,借助于透射电镜(tem)对稀有的糊粉原生质体进行了成像,这种技术保留了细胞结构的完好和蛋白质的抗原性,优于传统的化学固定和去水技术;wang

　　采用低温透射电镜,对掺杂fe的tio2纳米颗粒进行了“原位成像”。当然,这些新的样品前处理技术也有望在纳米食品的分析检测技术中得到广泛的应用。

　　2·2 成像技术

　　纳米材料的尺寸都在可见光的衍射极限以下,普通光学显微镜无法观测纳米材料。目前,电子显微和扫描探针显微技术是运用最多的成像技术。依赖于这些技术,可以得到亚纳米的分辨率。利用扫描电镜(sem)、透射电镜(tem)和原子力显微镜(afm)3种常见的成像技术,人们可以得到纳米材料的许多性质,诸如团聚的状态、分散、吸附、尺寸、结构和形状。

　　parris通过sem观测到包埋香精油的蛋白纳米微球的形态,更深入了解这种香精油的抗氧化性。tem可以对各种纳米粒子进行成像,可观测到不同形状的纳米管状牛乳蛋白,制备出嵌入活性酶的多肽自组装材料。利用tem,研究者还可以控制最终合成的纳米β-环糊精的形态和尺寸分布。

　　对于tem和sem而言,必须在真空条件下操作,因此大大阻碍了这2种技术的推广。样品必须进行去水、低温固定或嵌入等前处理;而前处理的引入,不可避免地改变了样品的原有性质。如果在全液体状态下成像,就需要应用afm技术。afm属于扫描探针显微镜的一类,振荡的悬臂掠过样品的表面,在针尖和表面之间,可以检测到<10-12n的静电力。基于以上原理, afm可以提供3d表面形态(大约0·5 nm的高度分辨率)。afm的主要优势在于提供 湿的或潮湿状态下的样品的亚纳米结构。如果样品是液体状态,样品就很难固定在基质上,甚至到处流动,有时甚至吸附在振荡的悬臂上。以上会导致“涂污效应”的产生和振荡悬臂性质的改变。人们采用非接触式扫描,来减小“涂污效应”。afm可以用于表征蛋白、多糖和脂质体的结构,afm很早就用于成像纳米管状α-乳清蛋白的分子结构,还可以研究脂质体包埋体系的形态、尺寸、稳定性和动力学过程。

　　以上3种成像技术均属于损伤性技术,因此同一样品不能多次分析。电子显微技术的另一个缺点是“充电效应”,这种效应源于组织成像时,由于电子辐射导致静态电场的累积。如果将样品的表面包裹导电性材料,可以消除充电效应,但是同时会导致部分信息的缺失。此外, 3种成像技术普遍存在成本高、耗时等缺点,因此很难成为最常用的分析手段。

　　2·3 分离技术

　　常见的分离技术如高效液相色谱(hplc)、场流分级分离(fff)、毛细管电泳(ce)、水动力色谱(hdc)、凝胶电泳(gel electrophoresis, ge),借助于传统的检测器,这些分离技术不仅能够快速、灵敏、无损伤地定性检测各种环境中的纳米粒子(包括纳米食品),而且能对其定量。其缺点在于,由于溶剂的引入和不同介质的相互作用,使样品原始环境发生改变,最终导致分析结果的偏差。将各种分离技术的灵敏度、简单程度、分析时间、成本消耗和应用程度进行对比(表1所示),不难看出hplc和fff是两类优势明显的分离技术。

　　表1 三种分析检测手段的对比1)

　　简称灵敏度简单程度分析时间成本消耗应用程度

　　分离技术hplc○√○√√

　　fff○√√√○

　　hdc○√√√×

　　ce×√○√○

　　ge○√×√○

　　成像技术tem√√××√

　　sem√√××○

　　afm○√○×○

　　表征技术maldi-ms√○××√

　　esi-ms√√√○○

　　desi-ms√○√××

　　im-ms√○√×○

　　pcs○√○√√

　　au○○××○

　　nmr×○○×○

　　xrd√×××○

　　saxs○××××

　　注: 1)√,良好;○,中等;×,较差。

　　食品邻域内,用于分离纳米材料的hplc主要有2种: sec(尺寸排阻色谱)和iec(离

　　子交换色谱)。众所周知,尺寸排阻色谱是尺寸分离常用的技术。这种技术已经应用到量子点、碳纳米管和聚苯乙烯纳米颗粒的尺寸表征。尽管有着良好的分离效率,但尺寸排阻色谱存在以下缺点:溶剂与流动相之间存在强烈的相互作用,测定的粒径分布较窄,不能同时分离纳 米粒子和其团聚物。借助于紫外-可见光检测器(uv-vis)或独特的荧光检测器(fl), sec和iec均可监控纳米蛋白材料的洗脱情况。与光子相关光谱(pcs)相结合, sec可以检测纳米脂质体包埋体系,并给出详细、准确的尺寸分布。sec还可以与示差折光检测器(ri)或多角度光散射(mals)联用表征多糖。高灵敏的检测器,如电喷雾质谱(esi-ms)和基质辅助激光解吸附-飞行时间质谱(maldi-tof-ms)与sec联用后,可以得到多糖的组成、尺寸和重复单元次序等重要信息。

　　20世纪60年代诞生的场流分级分离技术(fff),现已在理论、仪器技术和实际应用方面都有了较大的发展,尤其在分离复杂的大分子物质方面,驱动技术的基本要素。与色谱一样,fff是一种洗脱技术;与场驱动技术一样,需要一外加场或梯度。在场流分级分离中,分离是在外加场的诱导下与流体联合作用进行的。场流分级分离技术是一个分离技术的大家族,它包括多种分支技术。根据引入的外加场的不同,主要有沉淀场流分级分离、流动场流分级分 离、热力场、流分级分离、电力场流分级分离等。同高灵敏的检测技术(诸如icp-ms和多

　　角度激光散射)结合,fff已经成功应用到地球化学和天然胶体研究,同样也应用到功能化纳米粒子的行为研究。应用范围从新鲜水样和海水中的胶体物质,到土壤悬浮物的尺寸分离。peng利用双电场fff技术分离了不同尺寸的纳米管;此外,人们利用fff技术分析了诸多纳米粒子,如sio2、金属、金属氧化物和炭黑等。fff的主要缺点:积聚壁的相互作用,通道内的连续再平衡,某些情况下的样品前处理,平衡过程中的样品补加和通道内样品团聚的可能性增大。

　　与sec不同,毛细管电泳技术,不存在固定相间的相互作用。但由于分离不单单建立在尺寸的基础上,数据干扰更加复杂。水动力色谱(hdc)利用无孔刚性固体颗粒来填充其分离柱,让含有被测乳液的淋洗液在高压下通过床层,由于水动力效应,使粒径不同的粒子流出速度不同,从而实现了对聚合物乳液或胶体悬浮液中的粒子分级或分离。同sec相比,测定的粒径分布很宽,涵盖了5-1 200 nm的范围。hdc的主要缺点就是峰的分辨率较差。hdc同最常用的uv-vis检测相结合,已经应用到(荧光)纳米材料、胶体悬浮液和生物大分子的尺寸分离。此外,这种技术同dls相结合,应用到脂质纳米胶囊的尺寸分离。

　　2·4 表征技术

　　光子相关光谱(pcs)、质谱(ms)、分析性超滤(au)、核磁共振(nmr)、x射线衍射(xrd)和小角度x射线散射(saxs)是几种常见的表征技术。在表1 中不难看出:ms结合pcs后,几乎可以满足所有的分析要求。

　　2·4 表征技术

　　光子相关光谱(pcs)、质谱(ms)、分析性超滤颗粒粒径分布的标准方法,可以提供快速的原位和实时检测。pcs,是一种无损检测技术,可以快速、准确提供纳米脂质体或蛋白包埋体尺寸大小。pcs还可以提供纳米多糖包埋体系的尺寸大小及其分布和稳定性表等信息。借助于这项技术,通过研究纳米壳聚糖包埋体系,人们可以改善纳米保健或功能食品效和提高其安全性。用pcs测颗粒的大小时,随着悬浮液颗粒浓度的增大,除了发生重散射外,颗粒之间还会因为互相碰撞而聚集在一起,形成团聚颗粒,影响测试结果。所得颗粒大小只是一定条件状态下相对值,并非颗粒的真实值。只有辅以其他表征手段,才能确定颗粒的实际大小和分布状况。

　　4种质谱技术-电喷雾质谱(esi-ms)、基质辅助激光解吸附质谱(maldi-ms)、解吸电喷雾质谱(de-si-ms)和离子迁移质谱(ims-ms)均已应用到纳米材料的表征中。分析检测固体和液体纳米材料,常用2种软电离方式-电喷雾(esi)和基质辅助激光解吸附(maldi)。icp电离源可以用于纳米食品的金属元素分析,与ms技术结合后,样品可以直接注入离子源中,再与hplc等技术联用后,可用于元素的价态分析。fff-icp-ms作为一种交叉技术,已经应用到样品的尺寸分离及定量分析,这种分析检测最大限度地保留了样品的原始状态。核磁振(nmr)技术,能够提供固体或悬浮状纳米样品的动态和三维结构信息。carter利用nmr

　　技术表征了空气和水中的硅纳米颗粒。扩散nmr技术可以有效地表征胶体物质的尺寸和相互作用。lead利用脉冲梯度场nmr技术测定了腐殖酸的扩散系数。x射线光谱分为x射线光电子光谱(xps)、x射线荧光光谱(xrf)、x射线吸收光谱(xas)、x射线散射光谱(xrd)。小角度x射线散射(saxs)技术,可用于固体或液体纳米材料的结构表征。对单一分散体系而言, saxs可以提供材料的尺寸、形状和结构信息;而对多分散体系而言, saxs只能提供尺寸 的可能性分布信息。

　　2·5 离心和过滤等其他技术

　　离心和过滤技术可以用于纳米材料的制备和分离,其优点在于低成本和高效。超离心

　　技术能够提供最大可达1×106g的相对离心力,从而可以对胶体粒子进行沉降分离和分析,现已广泛地用于蛋白质分子的分离与分析。传统的膜过滤可以分离尺寸范围在0·2-1μm的颗粒,滤又称微孔过滤,膜的平均孔径为0·05-14μm,能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及胶体的

　　透过。超滤也是一种加压膜分离技术,膜的平均孔径为1-10 nm,用于分离大分子溶质。纳滤作为一项新型的膜分离技术,介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程,纳滤膜的孔径围在几个纳米左右纳滤技术主要应用于水的软化、净化以及分子质量在102的物质分离、分级和浓缩、脱色和去异味等。新兴的错流过滤和传统过滤技术的差别在于:传统方式是一种静态过滤,悬浮液和垂直滤层直接接触,这通常被认为是“死亡”过滤,在这个过程中无法移动越积越厚的滤层,导致滤层逐渐堵塞。而在错流过滤中,悬浮液在滤柱的孔道中做高速的循环运动,悬浮液以从过滤膜片表面切过的方式,通过膜片和多孔的基体作为滤液排出,由孔道中的高速流动引起的湍流不断的冲洗膜片表面,从而防止了堵塞。错流过滤已经成为分离胶体和颗粒的标准方法,其效果已经通过afm技术得到了验证。利用错流过滤技术荧光分析检测湖水、河水和海水中胶体,已有相关报道。sung利用电场辅助的错流过滤技术,成功分离了多 种纳米粒子。先进的离心和过滤技术也有望在纳米食品的分析检测技术中得到广泛的应用。 3 展望

　　由于纳米材料拥有众多优良性能,越来越多的纳米食品将走入百姓的生活。纳米材料的潜在毒性及其对食物链的影响使人们有必要认识纳米材料在复杂体系中的行为。为了获得这些信息,人们采用了多种技术分析和表征纳米食品。将3种分析手段———成像、分离和表征技术进行对比,不难发现对纳米食品特殊地前处理,利用hplc或fff技术将纳米材料分离开,再利用ms结合pcs的表征技术,就可以得到纳米食品中纳米材料的理化性质的基本全貌了。一种理想的、可用于分析和表征“纳米食品”的分析仪器必须满足以下条件:能同时检测纳米材料的物理和化学特性;能实时、快速检测纳米食品。但目前还没有一种仪器能够满足理想仪器所具有的所有条件,现有的分析仪器都存在以下或多或少的不足:(1)需要对样品进行前处理,增添了人为因素; (2)有损检测,样品只能分析一次; (3)只能提供材料的某些特征信息; (4)不能分析非均一相的样品。因此,这些关键性技术都有待于研究人员去突破和解决。 参考文献

　　 孙勇,李华佳,辛志宏,等·纳米食品的活性与安全性

　　研究.食品科学, 2014, 27(12): 936-939.

　　 曾晓雄·纳米技术在食品工业中的应用研究进展.

　　湖南农业大学学报(自然科学版), 2014, 33(1): 90-

　　95.

　　 framptonmw, stewartjc, oberdorsterg, etal·inhala-

　　tion of ultrafine particles alters blood leukocyte expression

　　of adhesionmolecules in humans . environhealth per-

　　spect, 2014, 114: 51-58.

　　 brunnert j, w ick p, manserp, etal·in vitro cytotoxici-

　　ty of oxide nanoparticles: comparison to asbestos, silica,

　　and the effect ofparticle solubility . environ scitech-

　　no,l 2014, 40: 4 374-4 381.

　　 hardmanr·a toxicologic review ofquantum dots: toxicity

　　depends on physicochemical and environmental factors

　　. env(我们一定会做的更好wWw.HaOWord.cOm)ironhealth perspect, 2014, 114: 165-172.

　　 chenm, vonmikecz a·formation of nucleoplasmic pro- tein aggregates impairs nuclear function in response to sio2 nanoparticles . exp cellres, 2014, 305: 51-62.

　　 lovern s b, klaperr·daphniamagnamortalitywhen ex- posed to titanium dioxide and fullerene (c-60) nanopar- ticles . environ toxicol chem, 2014, 25: 1 132 -

　　1 137.

　　 zhang xuezh,i sun hongwen, zhang zhiyan, et al·en- hanced bioaccumulation ofcadmium in carp in the presence of titanium dioxide nanoparticles . chemosphere, 2014, 67: 160-166.

　　 lyon d y, adams l k, falkner j c, et al·antibacterial activity of fullerene water suspensions: effects of prepara- tionmethod and particle size . environ sci technol· 2014, 40: 4 360-4 366.

　　 http: //news·hexun·com /2014-08-01/107839942. ht- m.l

　　 burleson d j, driessenm d, penn r l·on the charac- terization of environmental nanoparticles . j environ scihealtha, 2014, 39: 2 707-2 753.

　　 paunov v n, cayre o j, noble p f, et al·emulsions stabilised by food colloid particles: role of particle ad- sorption and wettability at the liquid interface . j

　　colloid interface sc,i 2014, 312: 381-389.

　　 bickmore b r, hochellam f, bosbach d, et al·meth- ods forperforming atomic forcemicroscopy imaging of clay minerals in aqueous solutions . clays clay miner· 1999, 47: 573-581.

　　 lonsdale j e, mcdonald k l, jonesr l·high pressure freezing and freeze substitution reveal new aspects of fine structure andmaintain protein antigenicity in barley aleu- rone cells . plant j, 1999, 17: 221-229·

　　 wang c y, bottcherc, bahnemann d w, et a.l in situ electron microscopy investigation of fe( iii)-doped tio2 nanoparticles in an aqueous environment . nanoparti- cle res, 2014, 6: 119-122·

　　纳米粘土矿物的研究概况及应用技术特点

　　张广川

　　摘要介绍了纳米粘土矿物的概况，指出纳米粘土矿物除了蒙脱石外，还有高岭石、海泡石、蛭石、坡缕石、累脱石等。阐述了纳米粘土矿物的应用情况。例如，环境保护领域,以及医药、工程领域应用现状。

　　关键词纳米粘土，蒙脱石，比表面积，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, etc.expounds 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

　　信息技术、生命科学技术和纳米技术是21世纪的主流技术，其中纳米技术又是信息技术和生命科学技术持续发展的基础。纳米料在化学、电子、冶金、宇航、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。

　　目前人工纳米材料的制备方法均需要较高成本，如物理的蒸发冷凝法、离子溅射法、机械研磨法、等离子体法、电火花和爆炸法，以及化学的液相反应法、气相反应法和固相反应法，菲的价格使一些民生工业望而却步。

　　与传统的纳米材料制备技术相比，纳米粘土具有原料丰富、工艺简单、成本低廉等特点因此，纳米粘土的研究成为材料科学研究的一个热点。

　　简介

　　所谓的纳米材料，从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下，即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米级结构材料简称为纳米材料(nano material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。而纳米粘土矿物就是指从尺寸大小来讲具有纳米级尺度并且具有一定纳米特性的粘土矿物。纳米粘土的研究最先涉及到的粘土是蒙脱土，且由于其本身的特性，对纳米蒙脱土的研究最为广泛且最为深入，目前已投入工业化生产阶段。

　　因此在许多参考文献中，纳米粘土指的就是纳米蒙脱土。从粘土矿物的分类可看出，粘土矿物有很多种类型，且具有不同的结构与性质。而且目前对于纳米粘土的研究，涉及到的粘土矿物除了蒙脱石外，还有高岭石、海泡石、蛭石、坡缕石、累脱石等。

　　概况及应用

　　现如今对纳米粘土矿物材料的研究非常广泛。主要进行的研究有纳米粘土矿物在环境治理领域的研究；纳米矿物对橡胶增强增韧的机理研究；纳米粘土矿物材料在医药、保健品中的应用研究等等。

　　应用于环境治理领域

　　如随着科学技术的不断发展，人们在享受科技成果的同时，也造成了对自身生存环境的污染。目前，对于环境污染，特别是对水污染的治理，主要采用活性污泥法和粉未活性碳投料——活性污泥法两种，但由于活性污泥存在着对水质变动敏感，容易膨胀等缺陷，并且活性价格昂贵，投放量难以增加，所以开发一种新型的材料是很有意义的，纳米粘土矿物具有较大表面积，吸附性能好，价格较便宜，被越来越多的应用于污水治理的研究中。

　　在粘土矿物中，硅、铝、氧气是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，碳和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成了铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以3个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片，用t表示。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体，用o表示。这些硅氧四面体片和铝氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起，形成层状结构。

　　由一片铝氧八面体和一片硅氧四面体结合在一起形成层，氢键将这些层结合在一起，生成了to型(1∶1型)，这类矿物层间不带电荷，阳离子交换容量(cec)很低，高岭石为最典型的to型粘土矿物。两个硅氧四面体片中间夹一个铝氧八面体片生成层，这些层再堆积在一起，生成tot型(2∶1型)，常见的tot型粘土矿物有伊利石，蒙脱石，蛭石等。在tot型粘土矿物中，常存在着同晶置换，即四面体中的si4+被al3+所置换，或者八面体中的al3+被fe3+，mg2+或fe2+等置换，或者是两种置换均发生。这种类型称为2∶1∶1型。但是这种置换并不改变矿物的晶体结构。由于通常是高价阳离子被低价阳离子置换，常见的tot型粘土矿物带有永久性负电荷，存在于硅氧四面体和铝氧八面体中，或者两者兼有，必须由阳离子来中和，由此造成tot型粘土矿物具有相对较高的cec，大小主要取决于同晶置换程度。

　　利用这一结构特性，使得粘土矿物就具有了在污水处理中的使用前景。粘土矿物对于重金属离子、有机物、阳离子染料分子等的吸附主要有表面吸附和离子交换吸附。表面吸附是一种或多种化学物质在表面的富集。只有具有较大的表面积，例如高度分散的细粉或多孔的固体，才具有较大的表面能，才能作为良好的吸附材料。离子交换吸附是为了平衡电荷常需要吸附环境中的异号离子，如上述的2∶1∶1型粘土，为了消除电价不饱和，就要在层间吸附其它阳离子来进行置换，以达到吸附目的。

　　吸附作用还可以分为选择性吸附和非选择性吸附。选择性吸附是属于化学吸附，受可变电荷表面的电量控制，非选择性吸附即通常所说的交换吸附，属于静电作用，受矿物所带的永久电荷量控制，主要是在粘土结构单元之间的空隙进行的。

　　吸附能力的大小取决于活性表面的多少及表面电荷密度，而能否吸附则与粘

　　土矿物的自由孔径有关。如果被吸附的离子团或分子直径大于粘土矿物自由孔径，使离子团或分子难以进入粘土矿物内表面，吸附便只发生在外表面，从面降低了吸附效果。而纳米粘土矿物就具有大的比表面积、优良的表面活性等特性。有利于其对污水中的重金属离子、有机物、阳离子染料分子等的吸附主要有表面吸附和离子交换吸附。

　　由于粘土矿物的资源丰富，价格便宜，被越来越多的应用于环境保护中。目前，用于污水处理的主要是膨润土、凹凸棒石、坡缕石、海泡石、硅藻土等几种，海泡石更多的是应用在催化方面，粘土矿物在环境保护中还有其它的用途，如空气净化，土壤的净化，地下水的修复等，因此对粘土矿物应用的研究还有更大的发展前景。

　　在医药、保健品中的应用研究

　　粘土矿物因有大的比表面积，丰富的孔隙率，良好的吸附性能，较高的吸附容量和离子交换能力等，已作为很多药物的活性成分和药物辅料，被广泛用于胃、肠道疾病，急慢性腹泻，皮肤病及风湿病的治疗。随着人们对粘土矿物性能和治病机理研究的深入，粘土矿物作为天然无毒副作用药物材料的研究越来越受到重视。

　　例如，由于海泡石具有大的活性表面，可以保持活性产物，又因其表面的低交换性能与三价铁的含量低，可用作制药的赋形剂，能使药品耐氧化褪变. 同样，因其良好的吸附性能，海泡石在治疗腹泻中可用作毒素，细菌和液体的肠胃吸附剂.再者，对海泡石与mgo混合物同海泡石与al(oh)3及三硅酸镁(tri-silicates magnesium)混合物进行比较研究显示，海泡石具有控制ph值的性能，在治疗胃酸症中可用作抗酸药品。

　　国外对纳米级天然蒙脱石的药理研究表明，由于蒙脱石带有不饱和的负电荷及具强烈的阳离子交换能力，对进入人体的病毒细菌有绝对的吸附固定作用，当纳米级的蒙脱石进入人体时，在肺道的消化粘膜内层覆盖一层膜，可以阻止有害病毒细菌通过肠道与粘液结合进到血液中，从而起到抑制作用。纳米蒙脱石对大肠杆菌、霍乱弧菌、空肠弯曲菌、金黄色葡萄球菌和轮状病毒及胆盐都有较好的吸附作用，对细菌毒素有固定作用；研究还表明蒙脱石只吸附、固定表面带有粒编码蛋白(cs31a)的致病性带电病原菌，对表面不带cs31a的正常菌群无固定清除作用。

　　在此基础上，国内采用纳米蒙脱石和普通蒙脱石与大肠杆菌的体外对比吸附检测的方法，结果发现纳米蒙脱石的吸附能力明显提高，这为纳米蒙脱石应用于医药领域提供了证据。纳米蒙脱石还可起到较好的缓释作用，提高戊二醛消毒剂的稳定性。

　　另外，经试验，超细纳米级蒙脱石粉末在某种中药粉末中按比例配搭，治疗烫伤有奇效。

　　在化妆品生产中，利用粘土矿物与有机物结合形成保护因子有屏蔽紫外线功能，能够有效减轻紫外辐射对皮肤的伤害。海泡石或蒙脱石与苯基水杨酸盐的复合药剂就具有较好的紫外线吸收能力。吸附有n一甲基一8一羟基喹啉甲基硫酸盐的蒙脱石也能很好的吸收紫外辐射，减轻紫外线对皮肤的伤害。

　　因此，粘土矿物主要作为胃、肠道疾病，腹泻的治疗药物或药物的辅料填料。

　　以及护肤品领域。

　　纳米粘土矿物在其他方面的研究

　　在土工领域，由于纳米粘土矿物具有较大的比表面积及表面活性，再加上具有较好的流变性和润滑性。因此，纳米粘土矿物可作为填充剂加入混凝土水泥中提高混凝土的部分性能。例如，据有关实验数据表明在一定掺量时，在水化混凝土中掺纳米粘土材料可提高水化混凝土的流动度、抗压强度和抗渗、抗冻融性。另外，纳米粘土材料掺入水泥混凝土中未见有新的水化产物产生，但增长了水泥水化的程度，早期加快了水泥水化的速度，使水化产物的量增多。在水泥混凝土中掺入纳米粘土材料可改善混凝土水化的孔结构，小孔量增加，大孔明显减少。提高了混凝土的密实度，提高其强度。掺纳米粘土材料提高混凝土强度和耐久性是减水增强，填充密实和晶核反应等多种作用的宏观表现。

　　在有机复合材料工程领域，纳米粘土矿物的应用研究也在蓬勃兴起。比如，聚合物/ 粘土纳米复合材料是近 10 年国内外在纳米复合材料领域的研究热点之一。这种纳米复合材料， 与聚合物基体或微米复合材料相比， 除了具有更加优越的力学性能、气密性、抗溶剂性、热性能; 还具有阻燃的特性， 为研究新一代高效、清洁、低烟、无毒聚合物阻燃材料开拓了新的途径， 被国外誉为阻燃材料技术革命。

　　由于粘土具有层状结构的无机天然矿物，资源丰富，价廉易得，是聚合物工业中常用的填料。从可持续发展的观点来看，有关专家提出在矿产资源的开采和使用方面，应当由原来的粗放型向精细化转变，提高其使用价值，物尽其用。针对粘土特殊的层状结构，利用表面改性和纳米复合技术使粘土全部或部分以单晶层状态分布于聚合物基质中，提高聚合物基体的各项性能，实现了粘土由传统的体积填料向功能填料的转化，同时粘土片层的刚性、不可透性和纳米尺寸效应赋予聚合物以新的功能，在力学性能、热稳性、导电性、阻隔性能等诸多方面得到提高和改善。目前，粘土/塑料那米复合材料得到较多的研究和应用，并由此制备出一批具有特殊性能的新型材料。

　　这种新型的材料作为结构材料，粘土/聚合物纳米复合材料的物理力学性能与常规聚合物基复合材料相比，具有如下优点：

　　比传统聚合物体系质量轻，只需质量分数很少的填料即具有很高的强度韧性及阻隔性能。

　　纳米复合材料具有优良的热稳定性和尺寸稳定性。

　　纳米复合材料膜因硅酸盐片层平面取向，因此有优异的阻隔性能，有可能取代聚合物金属箔复合，且容易回收。

　　再有，利用纳米粘土材料的一些特性，通过添加复合我们还可以将其加工成具有一些特殊用途的的功能材料。

　　比如，有机-无机复合抗菌剂兼有有机抗菌剂的高效性、持续性和无机抗菌剂的安全性、耐热性。利用层间插入技术将有机抗菌剂引入到银离子交换过的层状粘土的层间隙中，这类硅酸盐具有足够的层间距离和耐热温度，在高温下使用时，银离子和有机抗菌剂可一起慢慢释放出来，可获得综合抗菌、防霉的效果。另外，纳米坡缕石也是金属离子型无机抗菌剂的优良载体。因此，我们就可以得到一种具有抗菌性能的功能材料。

　　再者，坡缕石、海泡石是具有结构性纳米孔道的粘土矿物，其纳米孔道可在一维或多维尺度上分布。有人对海泡石-坡缕石族矿物的超临界氢吸附性能进行了研究，并对矿物储氢的机制进行了探讨。还有人研究了蒙脱土在复合贮能材料

　　方面的应用，利用插层复合法制备了npg-tam/蒙脱土纳米复合材料，结果表明该材料具有较适宜的相变温度和相转变焓，同时较好地解决了多元醇单独使用时存在的塑晶现象。因此，我们可以制备成储能材料。

　　结束语

　　作为一种特殊的纳米材料，纳米粘土具有特殊的性能和很广阔的应用前景。但是，在纳米粘土的制备、加工和应用中都存在一个比较棘手的问题，即纳米微粒的团聚问题。纳米微粒由于具有很高的表面活性而容易团聚，分散性差，这是纳米材料在实际应用中存在的一个普遍问题。为避免纳米微粒的团聚，应及时对微粒表面进行修饰处理，使其稳定而不再发生团聚。选择合适的表面处理方法(表面化学改性或包覆改性以及分散稳定方法是避免团聚现象的关键环节。另外，对于纳米粘土，特别是聚合物基纳米复合材料的研究尽管十分热门，但由于其结构复杂，加上纳米粒子具有的量子效应、表面效应等，对它的研究还不够深入。目前，聚合物/粘土纳米复合材料的制备技术有些已十分成熟，然而大规模应用问题至今尚未能很好地解决，从而在一定程度上限制了其发展。而且，目前对于纳米粘土的研究，主要集中在聚合物/粘土纳米复合材料方面，而对其它领域研究相对较少。因此，纳米粘土许多新的特性及应用领域还有待进一步研究和开发。

　　参考文献

　　乔放,李强,漆宗能.聚酰胺/粘土纳米复合材料的制备、结构表征及性能究，高分子通报.1997,(3)：135-143.

　　戴清清,宋绵新.粘土矿物在水污染治理中的应用发展概述,矿业快报

　　.2014,(2）：428

　　林亚萍,皮振邦,田熙科,等.蒙脱石对戊二醛的吸附及其控释研究,应用化工

　　.2014,33 (5)：45-47.

　　汤庆国1沈上越 2梁金生1，梁广川1，欧秀琴1，王丽娟 1，丁 燕1(1．河北工业大学能源与环保研究所，天津300130；2．中国地质大学材料科学和化学工程学院，武汉430074).粘土矿物的药理作用及其医药应用,中国制药机械设备网.2014-1-26

　　仲晓林,孙跃生,仲朝明,朱泽民,李维霞.纳米粘土材料对水泥混凝土作用机理的研究.全国中文核心期刊.2014,(04):198.

　　仲晓林,李顺凯,孙跃生,仲朝明,于秀斌.纳米粘土材料对水泥混凝土性能的影响,全国中文核心期刊.2014,(08):190.

　　吴人洁,复合材料,天津大学出版社,2014,12:298

　　noriko chrikaraishi kasuga , kiyoshi sekino , moto ki ishika-wa , et al . synt hesis , st ruct ural characterization and antimicro-bial activities of zine (ⅱ)co mplexes wit h four t hio semicarba2zone and t wo semicarbazone ligands . journal of inorganicbiochemist ry , 2014 ,96 , (2-3) :298-310.

　　胡发社,罗淑湘,杨飞华,等.新型无机抗菌剂载体-天然纳米坡缕石显微表面结构研究 .中国非金属工业导刊,2014 (5) :12-15.

　　蒋长龙,于少明,杭国培. npg-tam/蒙脱土纳米复合贮能材料的研究 .合肥工业大学学报,2014 ,27 (10) :1281-1283.

《纳米技术》读后感（精选多篇）