纳米粒的制备技术范文1
关键词：纳米材料；发展现状；规划
中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-01
二十一世纪信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防高速发展对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术对材料性能要求越来越高。新材料和新产品的创新，是未来十年对经济社会发展、国力增强有影响力的战略研究领域，纳米材料将起重要作用。纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），它是一个很小单位，如人的头发丝直径为7000-800Onm，人体红细胞直径为3000-50OOnm，一般病毒的直径在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸在微米量级；又如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。纳米材料的条件：材料的特征尺寸在1-1OOnm之间；材料具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
一、纳米材料的性能
使纳米材料具有微波吸收性能、高表面活性、强氧化性、超顺磁性，以及特殊的光学、催化、光催化、光电化学、化学反应、化学反应动力学和物理机械性质。纳米材料的应用将是传统材料、功能材料的一次革命。
纳米材料用于复合材料中，将使复合材料的发展产生巨大变化。纳米复合材料分两大类：由金属/陶瓷、金属/金属、陶瓷/陶瓷组成的无机纳米复合材料；由聚合物/无机、聚合物/聚合物组成的聚合物纳米复合材料。用于环氧树脂纳米复合材料的无机纳米材料有：SiO2、TiO2、Al203、CaCO3、ZnO、黏土等。纳米材料能大大提高环氧复合材料的力学性能、耐热性、韧性、抗划痕能力，达到提高耐热性和韧性效果。当前环氧纳米复合材料研究重点是，纳米材料在基体中均匀分散方法、复合方法、效应、规律和机理研究；环氧纳米复合材料应用研究。纳米材料和技术为环氧涂料、胶粘剂、电子材料、塑料、复合材料和功能材料的发展增添了高科技含量，将使环氧材料的发展和应用产生巨大变化。
二、纳米材料发展现状
目前我国在功能纳米材料研究上取得了重大成果，一是大面积定向碳管阵列合成。利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，该技术合成的纳米管，孔径一致2Ourn，长度1OOpm，纳米管阵列面积达3mmX3mm。其定向排列程度高，碳纳米管之间间距1OOpm。这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示场发射阴极等方面有重要应用前景。二是超长纳米碳管制备。首次大批量制备出长度为2～3mm超长定向碳纳米管列阵，它比现有碳纳米管长度提高1-2个数量级。三是氮化嫁纳米棒制备。首次利用碳纳米管作模板成功制备出直径为3-4Ourn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，提出了碳纳米管限制反应概念。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是唯一维纳米丝和纳米电缆，应用溶胶-凝胶与碳热还原相结合的新方法，首次合成了碳化或纳米丝外包覆绝缘体S10Z和TaC纳米丝外包覆石墨的纳米电缆，以及以S江纳米丝为芯的纳米电缆，当前在国际上仅少数研究组能合成这种材料。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶，发现了非水溶剂热合成技术，首次在3000C左右制成粒度达3Oum的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬、磷化钻和硫化锑纳米微晶。七是用催化热解法制成纳米金刚石，在高压釜中用中温（700C）催化热解法，使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉。
三、纳米材料存在的问题
目前纳米技术还存在着没有攻克的难题。纳米有很多理论上设想的特性没有开发出来。其瓶颈：怎样采用有效方法把材料由大颗粒粉碎到纳米级的颗粒，虽有电弧法、等离子法，但效果不好，所得到微细颗粒直径很难分布在一个窄的范围内，纳米级颗粒所占比例不高；即使得到了纳米级的颗粒，但在应用过程中颗粒是否还是以纳米形式存在，因为纳米颗粒表面有很强的活性，颗粒和颗粒之间易粘结到一起，变成大颗粒，失去了纳米特性。
这两大问题制约着纳米技术的发展，目前还没有得到解决。实验室可以得到小量的纳米材料，但不具大量生产能力。有一些产品尝试纳米材料，其中大部分用的不是真正纳米材料，而是比纳米大很多的微米级颗粒。应用纳米技术的产品在实验室出现了，市场上没有。
皮肤对纳米材料的吸附和毒性；纳米颗粒进入饮用水时的后果；纳米颗粒对操作者肺部组织影响的研究和在通风道中纳米颗粒对动物的影响；已变成海洋或淡水水域沉积物的纳米颗粒对环境的影响；在什么条件下，纳米颗粒可能吸收或释放环境污染物。专家认为，美国政府正努力评估纳米技术的生物和医学影响。
四、纳米材料的发展
我国纳米材料研究始于80年代末，纳米材料科学列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜形式，地方政府和部分企业家的介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究。
我国纳米材料基础研究在过去十年取得了重要研究成果。已采用了多种物理、化学方法制备金属与合金氧化物、氮化物、碳化物等化合物纳米粉体，装备了相应设备，做到纳米微粒的尺寸可控，制成了纳米薄膜和块材。在纳米材料的表征、团聚体的起因和消除、表面吸附和脱附、纳米复合微粒和粉体的制取等方面都有创新和重大进展，成功研制出致密度高、形状复杂、性能优越的纳米陶瓷；在世界上首次发现纳米氧化铝晶粒，在拉伸疲劳中应力集中，区出现超塑性形变；在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应和自旋波共振等方面取得了创新性成果；在国际上首次发现纳米类钙钛矿化合物微粒的磁嫡变超过金属Gd；设计和制备了纳米复合氧化物新体系，它们的中红外波段吸收率可达92%，在红外保暖纤维得到了应用；发展了非晶完全晶化制备纳米合金的新方法；发现全致密纳米合金中的反常效应。
纳米粒的制备技术范文2
【关键词】纳米技术；纳米中药；剂型改造；研究进展
纳米科学技术(Nano-ST)是20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技,它的基本涵义是在纳米尺寸(
10-9~10-7m)范围内认识和改造自然,通过直接操作和安排原子、分子,创制新物质[1]。药剂学领域中纳米粒子的研究早于“纳米技术”概念的出现,70年代就已经对纳米脂质体、聚合物纳米囊和纳米球等多种纳米载体进行了研究。目前,我国中药剂型的老化、单一,是中药制剂难以打入国际市场的重要原因之一，同时，由于我国中药提取工艺及设备落后,限制了中药临床疗效的提高。充分利用现代科技手段，使中药具有先进的生产工艺和现代剂型可能是现代中药发展的重要方向之一。
1 纳米中药
徐辉碧等[2]认为“纳米中药”是指运用纳米技术制造的、粒径
2 固体分散技术和固体分散体
这是应用纳米技术分散水溶性药物在载体中，以增大药物的溶出-吸收，提高药物生物利用度比较典型的新技术、新剂型，近年来已被大力研究推广，还被应用与水溶性或水难溶性制成缓、控释的固体分散体。固体分散体中的水难溶性药物是以微粒、微晶或分子状态分散在易溶于水的固体载体中。若选择载体、制备方法得当，药物与载体的比例合理，制得的固体分散体中的药物分散的粒径均
3 包合技术和包合物
包合技术应该完全属于纳米技术的范围，也是一种纳米药物粒子的制备方法。包合技术所采用的载体材料，本身就是一种纳米尺度的分子材料。已被选用的主要是环糊精类，有α，β和γ型三种，目前还有它们的衍生物。这三种环糊精分别由6、7、8个葡萄糖分子组成，都具有筒状结构。其中β-型的结构，由7个葡萄糖分子环合而成筒状，内径为0．7~0．8 nm，可容纳几个药物分子，形成不到2 nm的药物超微粒，这样的包合物又称为分子型包囊。由于载体是种多羟基物质，且羟基排列于筒状结构的外壁，极易分散于水中，筒内侧可包裹水难溶性的药物分子，从而大大提高水难溶性药物在水中的溶出和体内的吸收，从而提高生物利用度，还可降低药物的刺激性和增加药物的稳定性以及用于一些液体药物的粉末化。中药挥发油应用包合技术制备包合物的研究报道较多，是包合技术在药学上应用的最好例子。如维感颗粒中挥发油β-环糊精包合物制备及稳定性研究[6]；益智挥发油β-环糊精包合物的稳定性考察[7]等。
4 毫微囊
20世纪70年展起来的毫微囊包裹技术是一种纳米级包裹技术,在中药研发中引进该制剂技术对中药现代化意义重大。毫微囊的粒径范围一般为10~100 nm,其优点在于[ 8-10 ]：所用包裹材料便于进一步表面修饰,以达到主动靶向的目的;一般成品稳定性较好,便于加工、灭菌;可制成缓释剂,以延长疗效;对所包药物有保护作用,可防止氧、介质和体内酶对药物的破坏;选用适当囊材又可达到生物相容,能在体内生物降解,从而减少毒副作用。如最近日本研究人员将抗癌药制成毫微囊,可定点将药物直接送到癌灶。这种包着药的高分子微胞进入血液后,在正常血管中是很难泄漏出来的,但是癌变组织周围的血管容易渗出大分子,所以这些带药的高分子微胞运行到癌变部位时,就会从血管里渗出来,滞留在那里,因而使药物具有了极强的靶向性[11]。
5 纳米微乳化技术和微乳剂
纳米微乳化技术是指将油、水、乳化剂和助乳化剂按一定比例在一定温度下通过适当方法混合成外观透明的胶体分散系统的技术。微乳液是由油、水、表面活性剂和表面活性剂助剂构成的透明液体,是一类各向同性、粒径为纳米级的、热力学、动力学稳定的胶体分散体系。由于微乳液的液滴在纳米尺寸范围内,所以又称为纳米液滴或纳米乳液。微乳液小球的粒径小于100 nm,所以微乳液呈透明或微蓝色;一般乳液小球的粒径为100~500 nm,所以乳液是浑浊或半透明的。通过微乳液聚合的方法可以得到尺寸分布较窄的高分子纳米颗粒,这种纳米高分子材料具有一些崭新的性质和功能。据文献报道,已用微乳液制备的纳米粒子有金属纳米粒子(Pt、Pa、Rh、Ir 等),半导体纳米粒子(CdS、PbS)、Ni、Co等金属的硼化物,SiO2、Fe2O3等氧化物、磁性材料等,其中某些纳米金属粉末可作为制备动物生长素药物的新型添加剂,还可用于免疫分析［12~15 ］。此外,微乳液本身可以作为溶剂应用。微乳液在相同溶液里能溶解不同极性的很多材料。这种独特的溶解性使微乳液能够应用于药物缓慢释放体系、生物工程上的细胞色素分离、生物转变、生物酶催化有机合成等许多方面，如紫杉醇自乳化微乳的制备及其在大鼠体内的药动学 [16]。
6 脂质体
脂质体(Liposome)系将药物包封于类脂质双分子层形成的薄膜中间所制成的超微型球状药物载体。脂质体根据其结构和所包含的双层磷脂膜层数，可分为单室脂质体和多室脂质体。凡由一层类脂质双分子层构成者，称为单室脂质体，它又分为大单室脂质体和小单室脂质体(粒径0．02~0．08 nm，可称为纳米脂质体)。由多层类脂质双分子层构成的称为多室脂质体，粒径1~5 μm。由于其结构类似于生物膜,可包封水溶性和脂溶性药物,选择性高,靶向性强,具有减少药物剂量、降低毒副作用、无免疫原性、缓慢释放、降低体内消除速度、保护药物、提高稳定性、适合多途径给药等特点,含有药物脂质体的制剂在医药界得到了日益广泛的关注。如靶向性制剂人参皂苷脂质体、丹参多相脂质体、黄芩前体脂质体的研究[17]；鱼腥草挥发油纳米脂质体的制备及其肺靶向效果[18]；甘露聚糖修饰的靶向纳米脂质体的抗肿瘤作用实验研究[19]等。
7 聚合物纳米粒
聚合物纳米粒作为一种高效、毒副作用低的靶向药物载体,近十年来受到了广泛的关注[20]。药物与聚合物纳米粒的结合可以是包封,也可以是附载,前者形成毫微囊,后者形成分散体,这两种形式的聚合物纳米粒作为口服蛋白、多肽、基因等药物的载体,已有文献报道[21]。聚合物纳米粒具有以下优点：①高载药量(包封率)及控制释放特性;②纳米粒表面容易改性,使之不易团聚、在水中形成稳定的分散体;③为生物相容和可降解材料;④聚合物本身经化学改性后,具有两亲性,在制备纳米微粒时,可不再用表面活性剂(而大多数表面活性剂均为非生物相容)。聚合物纳米粒在化学合成药物及蛋白类药物领域里的成功应用,已有大量文献报道,这些药的新剂型应用是可行的，但在中药领域里的应用却较少报道。徐辉碧、杨祥林、谢长生等[22]认为聚合物纳米粒作为中药的新剂型应用是可行的。
8 结语
纳米技术在中药剂型改造中的应用,将极大地丰富中药的剂型，为提高临床疗效提供了保证,并有利于降低药物的毒副作用,使中药具有一定的缓释性和一定的组织靶向性。目前我国的中药产业所以尚未走出困境,在很大程度上是因为中药剂型改造的进展缓慢。纳米技术的介入,在促进新剂型开发应用的同时,使中药制剂工艺避免了传统中药及其复方在加工过程中繁琐的处理工序,从而有利于对制剂质量的控制,促进中药生产走向工程化、标准化和规模化,并有望将中药制成高效、速效、长效、剂量小、毒性小、副作用小、服用方便的现代制剂,符合并达到国际主流市场对产品的标准和要求,最终实现中药产业的现代化和国际化。
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纳米粒的制备技术范文3
1．1纳米材料的鉴别和表征
目前，由于不断有研究工作揭示出与纳米材料相关的风险。企业为规避监管，可能不会宣称其产品使用了纳米材料或者在产品的生产过程中应用了纳米技术。因为国家食品药品监督管理总局早在2006年就将纳米产品从Ⅱ类升级为Ⅲ类，并对其安全性和有效性进行审慎的考察。因此，企业并不以纳米技术作为其产品的主要宣传点，在这类情况中，由于纳米物质具有某些优异性能，或者在生产工艺中需要采用纳米技术，从而可能产生一批没有贴纳米标签的，实质上的纳米产品。对于此类产品，在技术审评工作中，首先要求审评人员具备一定的专业知识，能够从企业递交的注册资料中准确判断产品中是否有纳米物质成分，或者在生产中采用了纳米技术。为了准确鉴别医疗器械中是否使用了纳米材料，证明等同性非常重要。化学成分的相似性并不足以证明纳米材料的等同性，因为纳米材料是否呈现出特定性质可能取决于纳米材料的化学成分和形状，和(或)纳米材料的来源(供货方)。当判定了产品确实是纳米产品之后，对于其安全性和有效性的把握，需要具备必要的纳米表征手段知识。对含有纳米材料的医疗器械的生物学效应的试验和评价要求对纳米材料进行全面表征。因为纳米材料的毒性，不仅取决于其化学成分，也与其粒度(粒度分布)、长径比、形状、表面形貌、表面电势、表面化学、亲水(疏水性)、团聚(聚集)态等因素密切相关。因此，对于某些产品，可能需要根据扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、电感耦合等离子质谱等表征手段所获得的图像和数据来判断其安全性和有效性。应该根据纳米材料的类型和形式，以及器械的预期用途来选取表征方法。对特定物理化学参数的表征通常可采取多种方法。单一的表征方法可能无法提供对于参数的准确评估(例如:粒度分布、表面成分)。在该类情况下，如果可行，可能需要采取补充方法来对需要表征的性质进行充分评估，即采用两种独立的表征方法。需要特别注意的是，用不同的方法获取的有关特定性质的结果不能直接进行对比。例如，正如指导性文件所指出的，对于粒径测定，应至少采用两种显微镜技术(例如:透射电镜和激光扫描共聚焦显微镜)。为了对使用纳米技术的医疗器械进行可靠的表征，需要毒理学、物理学、化学、工程学和其他专业领域的专家之间的跨专业合作。
1．2纳米材料剂量
用于毒理学研究的剂量水平通常是以质量浓度为基础。然而，纳米材料的多个属性可能会影响其毒理性质。普遍认为，除了质量浓度以外，还应使用包括表面积和数量浓度在内的其他参数来充分表征纳米材料剂量。在确定用于纳米材料体外研究的毒理学相关的剂量时，应该考虑可分沉淀物的可能性。小纳米颗粒(例如:水动力学直径＜40nm)与培养细胞层之间的接触主要取决于扩散和对流力。由于沉降力的额外影响，在细胞培养基中形成的稍大的纳米材料和纳米材料聚集体的沉淀速度更快。这些因素，以及与蛋白质和培养基其他成分的相互作用，可能会影响直接接触培养细胞的颗粒的数量。应该根据具体情况评价可分沉淀物出现的可能性。若有必要，应开展对于体外细胞剂量的分析性或计算性评估。目前，对介质中的剂量(分散/溶液浓度)或实际的纳米颗粒细胞摄入/接触量是否应该被用于剂量本身的表达还存在争议。
1．3纳米材料参照样品
试验结果的可靠性在一定程度上取决于是否可获得适合的参照样品。参照样品指拥有一项或多项特性参数、具有足够可重复性的已经确认的材料。可利用该材料或物质对仪器进行校准，评估测量方法或为材料赋值。纳米尺度参照样品的最初研发重点在于将其用于校准试验仪器，而不是作为生物响应基准进行参照样品研发。开发一种广泛接受的参照样品，包括在适合不同的试验系统的阳性对照与阴性对照纳米颗粒方面达成共识，已经成为纳米材料风险评估的一个关键性要求。虽然参照样品对于评估医疗器械中应用的纳米材料至关重要，但是因为存在实际困难，研发进度还是很慢。认识到纳米材料代表性样本的可用性对于纳米物质安全试验的可重复性和可靠性至关重要。ISO/TC229nm技术委员会已提出使用“代表性试验材料”，并且正对其进行讨论。代表性试验材料的拟议定义为“来自同一批的物质，在其一个或多个特定性质方面具有同质性和稳定性，被认为适合于开发用于针对除已表现出的同质性和稳定性以外的性质的试验方法”。目前这种方法已被应用于OECD人造纳米材料工作组的纳米材料安全性试验合作项目，该项目使用欧洲委员会联合研究中心代表性纳米材料库中的代表性纳米材料来进行。
1．4纳米材料样品制备
纳米材料体积小，并且其物理化学特性可能发生改变，这使得与宏观(非纳米尺度)颗粒或化学物质的试验相比，纳米材料的样品制备会遇到重大的挑战。带来挑战的因素包括能加强纳米材料反应性的表面性质;聚集或团聚颗粒的形成;纳米颗粒在通过水合作用，部分溶解或其他过程的分散中发生的转变;以及低浓度水平污染物对纳米材料的物理化学性质和毒理性质的强烈潜在影响。如同其他类型的试验样品，纳米物体有可能吸附到容器表面。因此，确认标称浓度非常重要。对于研发针对含有纳米材料的医疗器械的可靠的样品制备方案来说，必须认识到这些问题。相比于使用常规材料的医疗器械，解决这些问题也许需要极大提高直接针对样品制备的研发力度，并制定处理策略。由于其独特的表面性质，纳米材料对用于样品制备的技术表现出极强的敏感性。颗粒之间以及颗粒与周围环境之间的相互作用会影响颗粒的分散。分散的纳米材料不一定呈现单分散颗粒的形式。呈聚集形式的单分散颗粒(由强结合或强融合的颗粒组成的颗粒)和呈团聚形式的非单分散颗粒(弱结合颗粒，聚集体，或两者的混合体)可以出现在以液体、粉末和气溶胶形式出现的纳米材料中，除非通过表面电荷或立体效应进行稳定化处理。因此，样品中纳米材料的分散状态和粒度分布可能随时间变化。这一属性对于制备浸提液和(或)储存溶液和剂量分散溶液有着非常重要的意义，pH值、离子强度或分子成分的轻微调整就可能显著改变颗粒分散度。基于该原因，受试品的稳定性对于在生物评价中获取具有代表性的和可重复性的结果来说显得尤为重要。纳米材料的样品制备可能包含对于制造商生产的或供应商提供的材料的表征，以及制备用于动物试验或体外实验的储存溶液和剂量溶液。制备细节可能根据给药途径和递送方法的不同而有所差别。
1．5纳米材料对于生物相容性研究试验的影响
将纳米材料用于试验系统时，必须认识到需要测定的一些性质可能会受到周围环境的影响，并且在很大程度上依赖于周围环境(例如:组织培养基、血液/血清、蛋白质存在)。与环境的相互作用可能导致纳米材料本身发生暂时性改变，如通过获得/脱落蛋白涂层，形成纳米颗粒团聚/聚集，或纳米材料其它方面的变化。由于这样的变化可能会影响纳米材料的特性，因此会影响纳米材料的毒性特征。因此，纳米材料应完全根据制造出来的形态/组成，以及最终用户所接收的形式(如果该形式包含自由纳米材料)进行表征。最后，还应该对最终产品中的纳米材料进行评价。对于生物安全性评价，需要将纳米材料分散在适当的介质中进行评价。这些介质与纳米材料之间的相互作用可严重影响到纳米材料在试验系统中的表现。应该在试验过程和试验结果评价过程中考虑该因素。纳米物体在生物环境中很容易将蛋白质迅速吸附在其表面，形成所谓的蛋白质“冕晕”。据报道，冕晕是由两层结构组成，内层是由强结合的蛋白质组成，而外层是由快速交换的分子组成。蛋白质冕晕并不是静态的，可能根据纳米材料所处环境的不同而发生改变。作为有机体内的异物，纳米材料的归宿为从被吸收、分布、代谢到排泄/消除。众所周知，纳米材料表现出与其对应的常规材料不同的物理化学特性(力学、化学、磁学、光学或电学特性)，因此，可以合理的期望纳米尺度材料会影响生物学行为，并且生物学行为会引发在细胞、亚细胞和生物分子层面(例如:基因和蛋白质)包括细胞摄取的各种不同反应。因此，与由常规材料引发的毒理学反应所不同的各种毒理学反应可能在接触到纳米材料后才会显现。应该注意的是，不仅蛋白质会以冕晕形式参与这个过程，而且脂质也会参与这个过程。因此，毒物动力学研究应被视作针对含有纳米材料的医疗器械开展的毒理学风险评估的一个部分。当接触到生物环境的时候，纳米材料会与蛋白质发生相互作用，这种相互作用的定量和定性水平取决于生理环境的性质(例如，血液、血浆、细胞质等)和纳米材料的特性。同样，当接触到试验介质的时候，纳米材料也会与周围环境发生相互作用并且/或者也会对环境产生干扰，这取决于其本身的性质和所接触的条件;跟相应的常规材料相比，它们可能会有不同的表现。因此，对于任何被设计用来对医疗器械进行生物学评价的试验方法，对其进行专门的验证是十分有必要的。试验方法的选择将取决于纳米材料的特性。在纳米材料的毒性试验中，有几个已知的风险因素应该避免。对纳米材料的毒性和最终结局了解的还不多，所以一些未知的隐患还会在将来逐渐显露出来。由于纳米材料的毒性试验存在许多不确定性，所以公开透明变得至关重要。潜在的生物相互作用不是直接取决于分子的浓度或数量，而是取决于纳米颗粒本身。在纳米毒理学中，剂量反应关系的单位可能不是传统意义的质量单位，而可能是以纳米颗粒的数量或者他们的总表面积来表示剂量。除了表征以外，还应该以文件的形式记录下实验条件的详细情况。
2纳米材料标准化工作
纳米粒的制备技术范文4
【关键词】 纳米技术 粒子 制备方法 化工生产
纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料性质和应用。由于纳米粒子的特性：表面效应，体积效应，量子尺寸效应，宏观量子隧道效应。这4种效应使纳米粒子和固体呈现许多优异的物理性质，化学性质，出现特殊现象。随着科技进步的发展，纳米技术已经渗透到化学加工行业。
1 纳米粒子制备方法
纳米材料制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。
1.1 物理方法
1.1.1 真空冷凝法
等离子体经过真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化制取，最后骤冷。特点：晶体组织好，纯度高，可控粒度大小，较高水平的技术设备。
1.1.2 物理粉碎法
纳米粒子由机械粉碎、电火花爆炸等工艺制取。特点：成本低，过程简易，但颗粒不均匀分布，纯度低。
1.1.3 机械磨球法
机械磨球法，纳米粒子由一定控制条件下的纯元素，合金或复合材料制成，特点：成本低，操作简单，颗粒不均匀分布，但纯度较低。
1.2 化学法
1.2.1 气相沉积法
通过金属化合物蒸气的化学反应制成纳米材料。其特点：纯度高，粒度分布窄。
1.2.2 沉淀法
把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点：简单易行，但颗粒半径大，纯度低，适合制备氧化物。
1.2.3 水热合成法
在高温高压下，在蒸汽等流体或水溶液中制取，经分离和热处理得到纳米粒子。特点：分散性好、纯度高、粒度易控制。
1.2.4 溶胶凝胶法
金属化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，经过低温热处理而合成纳米粒子。其特点反应物种多，过程易控制，颗粒均匀，适合氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物制备。
1.2.5 微乳液法
互不相容的两种溶剂，在表面活性剂的作用下生成乳液，在微泡中历经成核、聚核、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。
2 纳米材料在石油化工生产中的应用
2.1 纳米管在化工中应用
纳米管可制成高强度碳纤维材料，其作为增强填料可形成各种复合材料，还可制成贮氢材料。（碳纳米管储气能力极强，多壁碳纳米管储氢量可达4.2%可作为储氢材料用于料电池等领域）由纳米尺寸碳颗粒形成的碳纳米管可用作料电池电极的支撑材料。
导电纳米管衍生的增强氟聚合物，扩展了纳米管增强的塑料范围，其中包括乙烯一四氟乙烯和聚偏二氟乙烯，在汽车、电子和材料处理各个领域有广泛的应用，可控制静电、提高抗化学品性能、增强内在性。
2.2 在催化剂方面的应用
纳米粒子表面活性中心多，而且粒径变小，表面积增大，吸附性能和催化能力的增强，为它作催化剂提供了条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。由纳米微粒合成的催化剂比普通催化剂的反应速度提高10～15倍。半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面纳米微粒作为催化剂有较为广泛的应用。半导体颗粒分散在溶液中，可近似地看成是一个短路的微型电池，能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光，从而产生电子—空穴对，电子与空穴分离，分别移动到粒子表面的不同位置，与溶液中相近的成分，进行氧化反应和还原反应。
光催化反应包括许多反应类型。例如如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中多相催化难以实现的都靠光催化得以实现。水中的有机污染物会在半导体多相光催化剂作用下降解。
2.3 在过滤和分离方面的运用
在化学工业中，纳米过滤技术广泛应用于水、空气的纯化以及其它工业过程中，其中包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。纳米多孔材料的吸收和吸附性能，提供了在污染治理方面应用的可能性。在膜生物方面，其过滤分离功能尤为优异。
膜生物反应器，具备出水水质良好、装置结构合理、方便管理、水力停留时间和泥龄完全分离、剩余污泥量少和低能耗等突出特性。但膜生物污染使其难以广泛应用，探求新的解决办法：向一体式膜生物反应器中投加纳米材料从而改变料液性质，能有效提高膜生物反应器对污染物的去除效率和预防膜污染，扫描电镜分析中空纤维膜的表观结构的变化情况，用红外光谱分析活性污泥性质的变化。
实验结果表明：纳米材料的加入，对COD和NH3-N的清除并无明显影响，增高TP去除率，TP去除率达70%。投入纳米材料能改变生物膜和活性污泥的性质的表观结构，抑制膜污染。在MBR中加入碳化钨对COD和NH3-N的去除效果无影响，但对磷的去除有显著作用。纳米材料的加入，大大减少了膜孔堵塞的几率，减少了污染物质在膜面的阻滞、沉积，也能改善污泥的活性，为防治膜污染的一种有效手段。
2.4 在涂料方面的应用
表面涂层技术与纳米技术的结合本世纪关注的热点，使得涂层材料结构和功能性质的得到极大地改善。其中结构涂层：指涂层提高基体的某些性质和改性。特点：耐磨、超硬涂层，抗氧化、阻燃、耐热涂层，装饰、耐腐蚀涂层等；功能涂层：赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。特点：光反射、消光、光选择吸收等光学涂层。半导体、绝缘、导电功能的电学涂层
纳米材料应用于涂层材料中，能更加提高其防护能力，实现耐大气侵害和抗降解、防紫外线照射、变色等功效，实现在卫生用品上可起到杀菌保洁作用。在标牌上应用纳米材料涂层储存太阳能，达到节约能源的目的。在涂料、玻璃中加入合适的纳米材料，能减少光的透射和热传递效果，具有阻燃、隔热等效果。纳米二氧化硅，是抗紫外线辐射材料，把其加入到涂料中，可使涂料的光洁度、抗老化性能、强度较大提高。
2.5 在其它精细化工方面的应用
纳米材料的优越性会在精细化工得以体现。在橡胶、涂料、塑料等精细化工范畴，纳米材料都能起到重要作用。
如在橡胶中加入纳米SiO2，提高橡胶的红外反射和抗紫外辐射能力。纳米Al2O3 和SiO2，投入到普通橡胶中，有效提高橡胶的介电特性和耐磨性，并且弹性也明显提高。塑料中添加适量的纳米材料，能够提高塑料的韧性和强度，与此同时防水性和致密性也相应得以提高。纳米二氧化硅加入到密封胶和粘合剂中，使得其粘合特性和密封特性都大为提高。此外，纳米材料在有机玻璃制造、纤维改性方面也都有很好的利用。加入纳米SiO2，能够使有机玻璃抗紫外线辐射，从而达到抗老化的目的。添加纳米Al2O3，有利于提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型SiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且无毒无臭，质地细腻，可很好地提高化妆品的性能。
研究者研发了用于食品包装的SiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米SiO2，可吸收太阳光中强烈的紫外线而具有很强的光化学活性，用光催化来降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高、适用性广泛、无二次污染等优点。在环保水处理方面，有着广泛的应用前景。
2.6 在医药方面的应用
当代的健康科学对控制药物释放、提高药效、减少副作用、发展药物定向治疗提出更高要求。智能药物随纳米粒子进入人体主动搜索、攻击癌细胞或修补损伤组织；纳米技术应用于新型诊断仪器，仅仅检测少量血液从而诊断出各种疾病。研究人员已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，即“定向导弹”。该技术是蛋白质表面被磁性纳米微粒包覆而携带药物，注射到血液中，通过磁场制导，运送至病变部位释放药物。
纳粒和微粒作为给药系统，其合成材料的特性为稳定、无毒、与药物不发生化学反应并且有良好的生物性。纳米系统主要用于毒副作用大、易被生物酶降解的药物、生物半衰期短的给药。
纳米生物学，指研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表的聚合物后，能够固定大量蛋白质尤其是酶而控制生化反应。使纳米技术和生物学相结合，利用纳米传感器从获取生物信息，深化人们对生理及病理的解释。
3 结语
纳米技术已经逐步渗透到化工生产的方方面面，应该加大科研力度，不断创新，使之更好的适应社会时代的发展。
参考文献
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纳米粒的制备技术范文5
关键词：纳米材料；纳米技术；特性
纳米技术是上世纪出现的新技术，在当前社会的诸多领域都得到了广泛应用。纳米材料则是纳米技术的重要组成部分，从上世纪八十年代纳米技术问世以来，在之后的技术发展速度比较迅速，对应用领域的进一步发展起到了积极促进作用。通过从理论上加强纳米技术的研究分析，对纳米材料的实际应用就能提供理论支持。
1.纳米材料的特性以及制备的方法分析
1.1纳米材料的特性分析
纳米材料的类型是多样化的，在使用的常规材料方面尺寸都相对比较大，材料有着宏观陛。而纳米材料则与之不同，倘若是三维方向是几个纳米长的就是3D纳米微晶，在二维方向则是纳米级。从纳米材料的制造方法角度来看，只要是人工方式进行制造的就是人工纳米材料。纳米材料有着比较特殊的物理化学性能，由于其特殊性能，就在高分子材料领域有着广泛应用。从纳米材料的表面效应层面来看，主要是纳米粒子表面原子数和总原子数比会随着粒子粒径减小从而大幅度增大。在纳米粒子的表面能与表面的张力也会随之增加，这样就使得纳米粒子的性质有着很大变化，比较容易和其它的原子趋于稳定，这一材料的吸附特性也比较突出。
纳米材料的量子尺寸效应特性方面，在纳米粒子热能以及电能和磁场能等能级比平均的能级问还要小的时候，纳米材料就和宏观物质的特性有着不同。在量子隧道效应特性层面，纳米材料有着波粒二象性，所以就会有着隧道效应。当前的改性涂料使用的纳米材料通常是纳米半导材料。
除此之外，纳米材料的小尺寸效应特性也比较鲜明。在纳米材料的晶体尺寸和光波的波长以及传导电子德布罗意波长等物体特征尺寸相当以及比其小的时候，这样一般的固体材料就会以成立的周期性边界条件，将破关以及声和热等电磁特征显示出小尺寸的效应。
1.2纳米材料制备的方法分析
对纳米材料的制备过程中，需要在方法上科学应用。纳米材料的制备的方法比较多，其中的气相法就是比较突出的方法，是直接将气体以及通过各种手段把物质变成气体，然后在气体状态下发生物理变化以及化学反应。气相法的应用方法类型也比较多，比较重要的有化学气相反应法以及气体中蒸发法等。气体中蒸发法重要是在惰性气体或者是在活泼气体当中把金属以及合金等蒸发汽化，接着和惰性气体进行冲突以及冷却等从而就形成了纳米微粒。采用这一气体冷凝法进行制备纳米微粒表面清洁以及粒径分布相对比较窄。
通过液相法的应用也能对纳米材料进行制备，这一方法的应用主要是通过均相溶液作为出发点的，然后在各种途径的实施下，将溶质和溶剂进行分离，这样溶质就能形成相应形状以及大小的微粒。对溶胶以及凝胶的方法应用是比较多的，这是对纳米材料制备的特殊性工艺，对微粉以及纤维等复合材料能加以制备。由于这一方法的应用相对比较简单，对设备的应用要求也比较低，在未来的应用前景比较广阔。
纳米材料制备方法中的化学气相凝聚法也是比较重要的方法，这是上世纪末提出的新型纳米微粒合成技术。这一方法应用中，主要是通过气态原料在气相当中通过化学反应来形成的基本粒子，以及实施冷凝合成纳米微粒。当前采用这一方法对碳化硅以及二氧化锆等纳米微粒进行了合成。
2.纳米材料的应用领域
纳米材料在当前的应用领域比较多样，其中将纳米材料在建筑涂料中的应用，对建筑涂料的性能改变有着影响，能起到抗老化以及耐候性的作用效果。涂料的康老虎以及耐候性主要是涂膜受到紫外线以及阳光照射等因素影响出现的褪色以及变色等，在纳米材料的应用下，就能将SiO2、TiO2、ZnO、Fe2O3等都是在实际中比较优良的抗老化剂，对建筑涂料的抗老化以及耐候性的性能提高有着积极促进作用。
纳米材料应用到化学电源当中也比较广泛。纳米材料其庞大表面积以及特异电催化性能在化学电源当中的开发应用比较突出，纳米轻烧结体是电池电源的性能质量提高的重要保障，这是将纳米微粒构成的密度只有原物质十分之一块状海绵体作为化学电池以及燃料电池电极，从而能有效增加以及电解质溶液和反应气体接触表面和对效率有效提高。
例如：镍和银的轻烧结体作为化学电池等的电极在实际当中已经得到了应用。TiO2纳米微粒的烧结体作为光化学电池和锂电池的电极得到了广泛的研究和开发。通过纳米材料和电源相结合，就能创造出新的电源类型，在电源的性能方面也能有效提高。
纳米材料在结构材料中的应用也比较广泛，纳米结构材料应用主要是对纯金属纳米材料的研究，在当前的多元合金和纳米复合材料的应用发展也比较突出。在纳米陶瓷材料的应用上就是比较重要的，其耐高温以及高强度性能在生活中的应用比较广泛，将其在高温发动机当中加以应用在当前已经得到了实现，对燃料的热效率增加也起到积极作用，对污染就能有效降低。
可以将纳米材料作为光催化剂加以应用。在半导体的光催化效应的发挥上比较突出，在光照下价带电子跃迁到导带以及价带空穴能将周围环境中烃基电子夺过来，从而烃基就成为了自由基，能作为强氧化剂加以应用。
纳米粒的制备技术范文6
[关键词]纳米材料；制备方法；液相法；气相法
[DOI]1013939/jcnkizgsc201615049
很多人都曾预言在21世纪纳米技术将成为一项最有前途的技术，主要原因在于它具有网络技术和基因技术所不可比拟的优势。正因如此，世界各个国家加大了对纳米技术的研究，投入了大量的人力物力，并相继启动了纳米计划，进一步推动了纳米制备方法的创新。在这种大环境下，我国相关研究者也应当顺时而变，不断提高纳米材料制备水平，创造出多种多样的制备方法。
1纳米材料的性质
纳米材料具有大量界面以及高度的弥散性，它能够为原子提供转成扩散途径。除此之外，纳米材料所表现的力、热等性质，与传统经济材料相比，还具有其自身独特的特性，因此被应用到各个领域。
11力学性质
结构材料开发一直以来都以高韧、高硬、高强为主题。材料制作如果融进了纳米材料的话，其强度就会与粒径成反比。纳米材料的位错密度相对较低，不仅如此，其临界位错圈的直径要远远高于纳米晶粒粒径，通常情况下，增值后位错塞积的平均间距与晶粒相比，略微大一些，这种现象使得纳米材料不会发生位错滑移和增值等相关现象，这就是我们众所周知的纳米晶强化效应。[1]作为一种刀具，金属陶瓷已经有很多年的历史了，然而，其力学强度却一直没有突破，主要原因在于一是金属陶瓷的混合烧结，二是晶粒粗大。如果将纳米技术制成超细或纳米晶粒材料的时候，金属陶瓷的硬度等基本性质就有了大幅度提高，从而在加工材料刀具领域占据了非常重要的位置。现阶段，使用纳米技术制作纤维和陶瓷等产品已经应用到各行各业的领域当中。
12磁学性质
近些年来，计算机硬盘系统的磁记录密度得到了极大地提高，现阶段已经超过了155Gb/cm2，也就是说，感应法读出磁头等已经难以满足社会的需求，然而，如果我们将纳米多层膜系统应用到计算机硬盘系统中，则可以有效提高巨磁电阻效应，其低噪声和灵敏度都能够满足需求。与此同时，我们还可以将其应用在新型的磁传感材料当中。高分子复合纳米材料能够很好地投射可见光，与传统的粗晶材料相比，对可见光的吸收系数要高出很多，然而，该种材料对红外波段的吸收系数则相对较少，正是这个原因，使其能够在光磁系统、光磁材料中被广泛应用。
13电学性质
众所周知，纳米材料的电阻在晶界面上原子体积分数增大情况下要远远高于同类粗晶材料，甚至还会产生绝缘体转变。通过充分利用纳米粒子效应我们可以制作成超高速、超容量、超微型低能耗的纳米电子器具，从长远角度来看，这种做法在不久的将来会有很大的成就，甚至还有可能超过现阶段半导体器件。[2]2001年，相关研究者用碳纳米管制成了纳米晶体管，这种纳米晶体管将晶体三极管的放大属性充分地体现出来。不仅如此，根据碳纳米管在低温下的三极管放大特性，研究者还将室温下的单电子晶体管研制出来。笔者相信，随着研究的不断深入，我们还能够研制出更多的符合社会需求的物品。
14热学性质
与一般非晶体和粗晶材料相比，纳米材料的比热和热膨胀系数值都非常高，界面原子排列相对比较混乱、原子的密度较低等综合作用变弱是导致这种现象的主要原因。正因如此，我们可以将其广泛应用在储热材料等领域，相信会有一个更为广阔的市场。
15光学性质
纳米粒子的粒径要远远低于光波波长。其与入射光之间的作用为交互作用，通过控制粒径和气孔率等途径，光透性可以得到更为精准的控制，这也是其为什么能够在光感应和光过滤中得到大范围应用的主要原因。[3]纳米半导体微粒的吸收光谱由于受量子尺寸效应的影响，通常都会存在一种蓝移现象，它的光吸收率非常大，因此，我们可以将其广泛应用在红外线感测器材料。
16生物医药材料应用
与红血细胞相比，纳米粒子相对较小，它能够在血液中运动自如，那么，如果我们将纳米粒子应用到机器人制作当中，并将其注入人体血管内，就可以实现全方位的检查人体，将人体脑血管中的血栓清除干净，甚至还可以将心脏动脉脂肪沉积物等消除，除此之外，还可以将这种机器人应用到吞噬病毒，杀死癌细胞。纳米材料也可以应用到医药领域，能够极大地促进药物运输。
2纳米材料的制备方法
21液相法
液相法其实就是指在一定的方法下将潜在溶液中的溶剂和溶质通过一定的方法进行分离，在这种情况下，溶剂中的溶质就能够逐步形成一种颗粒，不仅如此，这些颗粒的大小甚至这些颗粒的形状都是一定的，在此基础上，我们可以热解处理这些前躯体，经过上述步骤，就可以制备一定的纳米微粒。液相法的有点数不胜数，包括制备的设备相对简单，制备材料容易获得等。现阶段，液相法的发展情况相对较为广泛，得到了大家的普遍关注。具体来说，可以包括沉淀法和溶胶―凝胶法。这两种方法是液相法中比较常用的方法，方便、简单，是很多研究者进行纳米材料制备时候的首选方法。
22气相法
所谓气相法主要是与液相法相对来说的一种纳米制备方法，其应用范围要略微低于液相法。该种方法是指通过一定的手段，在一定条件下直接将物质转变为气体，然后再使气态物质在气体的条件下逐步发生物化反应，最后，我们就可以通过凝聚处理等方式，形成一定量的纳米微粒。[4]从该种纳米材料制备方法的制备过程和制备的条件来看，其具有其他制备方法无法比拟的优势，具体来说，主要包括以下几个方面：
一是制备的纳米微粒粒径存在较小的差异，且能够实现均匀分布；二是我们能够轻易地控制纳米微粒的力度；三是微粒的分散性要远远高于其他同类制备方法。如果将气相法和液相法放在一起进行比较，我们不难发现，气相法能够以自身独有的优势将那些液相法所不能够生产出来的纳米微粒生产出来，由此可见，该种制备方法的优势非常明显。[5]
化学气相法的应用范围非常广泛，其又被相关研究者称之为气相沉淀法，英文名称简称为CVD，它能够充分利用金属化合物的挥发属性，并通过化学反应等途径，使所需要的化合物在保护气体环境下迅速冷凝，这样才能够制作出各类物质的纳米微粒，在气相法中，该种方法是一种比较典型的应用，当然，其也是一种运用比较广泛的制备方法。[6]运用该种方法所制备的纳米微粒颗粒比较均匀，且具有较高的纯度，分散性也相对较强。根据加热的方式方法不同，我们可以将该种方法进行分类，例如可以将其分为热化学气相沉积法、激光诱导沉积法等。
3结论
深入分析现阶段纳米材料的应用现状，我们可以发现其应用范围已经得到了较大幅度的扩展，其在各行各业中的作用得到了一定的发挥。在这种形势下，我们必须加大研究力度，制作出更多更好的制备方法，笔者通过长期的研究与实践认为，未来的制备方法的发展也将逐步趋向于在纳米微粒的结构、尺寸等方面上，可以说，将纳米材料不断应用到各行各业，能够满足各行业的多样化需求，从而将纳米材料的优势充分体现出来。当然，研制工作并不是一蹴而就的，它需要广大科研工作者齐心协力，众志成城才能够实现。
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