纳米技术应用的领域

纳米技术应用的领域（精选6篇）

篇1：纳米技术应用的领域

纳米技术在光学领域的应用

王蒙

（长春工程学院 理学院 吉林省长春市 邮编130026）

摘要:随着科学技术的不断发展，纳米技术在日趋成熟。纳米技术在许多领域都发挥着重要的作用，如应用纳米科学技术可以引发光电子、微电子、环保等诸多领域的革命，推动社会经济的腾飞；而纳米电子学、纳米光电子学和纳米光子学将成为21世纪信息时代的关键技术。由于纳米半导体光电子材料蕴藏着许多新的物理信息和可资利用的独特功能而具有极其广阔的发展前景。它是半导体光电子材料的一颗新星。它的出现，意味着半导体光电子材料向低维化方向发展。

关键词:纳米技术；光学；纳米材料；光电材料；半导体。

引言

半导体光电子材料经过几十年的发展，已经成为在国民经济和军事等领域得到广泛应用、充满生机的一类电子信息材料。在信息化时代加速了该材料的升级，使它更加异彩纷呈，引人瞩目。

在20世纪90年代全球掀起的纳米科技浪潮推动下，纳米半导体光电子材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料和纳米生物材料等纳米材料应运而生。纳米材料是指尺寸为1～100nm的各种固体材料。纳米半导体光电子材料是纳米材料家族中的重要成员，它的崛起是光电子材料发展的一次新的飞跃，成为发展新特性、新效应、新原理和新器件的基础。当半导体光电子材料的尺寸减小到纳米量级时，其物理长度与电子自由程相当，载流子的输运将呈现量子力学特性，宏观固定的准连续能带消失而表现出分裂的能级，因而传统的理论和技术已不再实用。纳米半导体光电子材料技术是一种多学科交叉的科学和技术，该领域充满了巨大的创新机会和广阔的发展前景。

1.关于纳米的概述

1.1:纳米的概念

纳米是一种长度度量单位，1纳米等于10亿分之一米(1nm=10-3μm=10-9m）相当于头发丝直径的10万分之一。1.2:纳米技术

纳米技术是指在原子分子层次上对物质精细的观测识别与控制的研究与应用，它将对于21世纪的信息科学、生命科学、分子生物学、新材料科学和生态系统可持续发展科学提供一个新的技术基础，这将引起一场产业革命，其深远的意义堪与 世纪的工业革命相媲美，它包括的领域甚为宽广。人们根据使用的目的不同而制造不同种类的材料，把纳米材料与光学材料的制造有机地结合起来，制造一类新的功能纳米光学材料是当今光学领域里科学工作者一项义不容辞的责任。

1.3:纳米材料

-9 纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10m)的超细材料。其尺寸介于分子、原子与块状材料之间, 通常泛指1~ 100nm范围内的微小固体粉末。纳米材料是一种既不同于晶态也不同于非晶态的第三类固体材料, 它是以组成纳米材料的结构单元——晶粒、非晶粒、分离的超微粒子等的尺度大小来定义的。目前, 国际上将处于1~ 100nm尺度范围内的超微颗粒及其致密聚集体, 以及由纳米微晶所构成的材料, 统称之为纳米材料, 包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。它们是由2~ 106个原子、分子或者离子构成的相对稳定的集 团, 其物理和化学性质随着包含的粒子数目与种类而变化。纳米材料的颗粒尺寸是肉眼和一般显微镜下看不到的微小粒子, 只能用高倍电子显微镜进行观察。

1.4:纳米材料的性能

实验与理论表明, 纳米材料具有既不同于原子、分子、亦不同于宏观物体的特列性质, 例如: 所有的金属被细分到纳米微粒时, 将失去绚丽的光彩而成为对太阳光几乎全吸收的黑体, 利用此特性可进行高效光热转换, 可作为微波、红外隐形材料、优良的催化剂等。

无机非金属材料的光学性质亦随颗粒尺寸的减小而显著变化。例如硅片是不发光的, 但纳米多孔硅却能发光。研究表明, 鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及海龟等动物能识别方向的奥秘在于它们的体内含有

纳米磁性微粒, 依靠磁场而定向运动;金属、玻璃与氧化物、半导体等纳米颗粒构成复合材料时, 可以显著地改变力学、电学以及光学等性质。物质到纳米级以后, 具有常规粗晶粒材料不具备的奇异特性和反常特性, 展现出引人注目的应用前景。如铜到纳米级就不导电;绝缘的二氧化硅、晶体等, 在20nm时开始导电;高分子材料加入纳米材料制成的刀具, 比金刚石制品还坚硬等。由于纳米材料特殊的结构特征, 使它具有传统材料所不具有的物理和化学特性。

纳米材料的主要特性表现在一下几方面：①表面效应:纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化：②尺寸效应:由于颗粒尺寸变小引起的宏观物理性质的变化称为尺寸效应：③体积效应:由于纳米粒子体积极小, 所包含的原子数很少。因此, 许多现象如与界面状态有关的吸附、催化、扩散、烧结等物理、化学性质将显著与大颗粒传统材料的特性不同, 就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明, 这种特殊的现象通常称之为体积效应;④量子效应:介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒, 将大块材料中连续的能带分裂成分立的能级, 能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或磁能比平均的能级间距还小时, 就会呈现一系列与宏观物体戳然不同的反常特性, 即量子效应。

除此之外，纳米材料和常规材料在理化性质方面还有许多不同的地方，如纳米材料有高强度、高韧性；高比热和热膨胀系数；异常电导率和扩散率等性质。2.纳米材料在光学领域的应用

2.1:纳米半导体材料与器件

硅纳米结构的尺寸小到一定范围时，将会出现量子限域效应、尺寸效应及表面效应等许多新的效应，从而使它呈现出诸多新颖性质，其中一个典型的例子就是由量子效应引起的硅纳米结构的高效发光。最近的研究表明硅纳米结构具有高效的可见发光，且发光波长可以通过对硅纳米结构尺寸改变进行调节。最近，科学家已经利用硅纳米结构所呈现的这些新颖性质和效应，开发出了高灵敏生物和化学传感器、高效率太阳能电池及发光二极管等器件。因此，该类纳米材料展现出广阔的应用前景

2.2:半导体复合纳米粒子

半导体符合纳米粒子由于具有量子尺寸效应，表面效应和小尺寸效应而具有优异的光学性质（如非线性光学响应及室温光致发光），光电催化特性和光电转换特性。半导体纳米粒子复合后的性质并不是单个纳米粒子性质的简单加和，而是具有更优异的性能，可用于光电太阳能转换，废物处理及功能陶瓷的制备等。研究半导体复合纳米粒子，发展新型纳米半导体复合材料是纳米半导体领域研究的新热点。2.2.1:半导体复合纳米粒子的制备

半导体复合纳米粒子的复合方式有核-壳结构、偶联结构（3）、固溶体和量子点量子阱。核-壳结构的复合纳米粒子制备时有一定的加料顺序，即先生成核，再在核外生成另一种半导体粒子对其进行包覆。偶联结构的复合粒子可分别制备然后混合或一次形成，这依赖于两种半导体粒子的属性、生成速率和溶度积的差别。固溶体的制备则必须在同一体系中同时完成。

2.3: 纳米光电材料的良好特性

用于光电的半导体材料在尺度缩小到纳米尺度时会表现出与大尺寸材料不同的光学点穴性质。这是因为当材料尺寸减小时会显现出量子化的效果。由于半导体的载流子限制在一个小尺寸的势阱中,在此条件下,导带和价带能带过渡为分立的能级。因而有效带隙增大,吸收光谱阈值向短波方向移动,这种效应就称为尺寸量子效应。

量子尺寸效应除了会造成光学性质发生变化还会引起电学性质的明显改变。这是因为随着颗粒粒径的减少,有效带隙增大,光生电子具有更负的电位,相应地具有更强的还原性,而光生空穴因具有更正的电位而具有更强的氧化性。

表面效应是纳米光电子材料的另一个重要特性。纳米粒子表面原子所占的比例增大。当表面原子数增加到一定程度，粒子性能更多地由表面原子而不是由晶格上的原子决定。由于表面原子数的增多会导致许多缺陷，从而决定了它有更高的活性。

由此可以看出纳米光电材料比普通光电材料有更高的光催化活性。3..纳米光学材料的功能转化

3.1:太阳能转换为化学能

光解水产生氢气（5，6）在CdS—ZnS体系中，不论是核-壳结构的CdS/ZnS还是ZnxCd1-xS固溶体，加入空穴俘获剂，连续光解，氢的产率远高于纯CdS粒子单独存在时的产率。入射波长λ>400nm时，连续光解10—12h，氢的产率随ZnS含量的增大而提高，Zn:Cd=1:1时，产率最高。

3.2:太阳能转换为电能

太阳能电池：太阳能电池的光电转换效率是四个因子的乘积：

η=Kthr×Kst×Y×f×100%(a)Kthr表征了由于半导体中光吸收的量子特性所引起的能量损耗，Kthr与半导体的禁带宽度有关。

(b)Kst表征能量储存的效率，即利用在光激发过程中产生的电子-空穴对的能量(≈Eg)作有用功的效率。光电太阳能电池中Kst=eφ0,cph/Eg φ0,cph—开路光电势

(c)Y是量子产率等于通过电池外电路传输的电子数与在光转换器表面的入射光量子数之比。Y=iph/eJ,在再生式电池中，iph=isp.c—电池的短路光电流。实际上，量子产率表征了光生电荷分离的效率。(d)f是电流-电压特性曲线的填充因子，由于Ohm电压降以及通过电流时光化学电池的超电压所引起的能量损耗，对于再生式电池，4.纳米光电材料的在光学领域的一些其他应用 4.1: 一维纳米材料

当一维半导体材料的直径与其德布罗意波长相当时，它的导带与夹带进一步分裂，其能隙会随着直径减小而变大。这样以来量子限制效应、非定域量子相干效应和非线性光学都会表现明显。

定向耦合器(DC)是波分复用网络中最常用的基本元件之一。Yamada等人首次报道了一种基于纳米线波导的定向耦合器,两个耦合波导的横截面尺寸为0.3μm ×0.3μm ,间距仅为0.3μm。由于两个波导之间很强的耦合作用,定向耦合器的耦合长度仅为10μm ,当耦合波导之间的间距减少时,波导长度还可以进一步缩短。由此可以制作出结构非常紧凑的3dB 耦合器。在此基础之上, 他们还制作了一种基于纳米线波导的Bragg反射型光上/ 下路复用器，它由两个在侧壁上刻有Bragg光栅的纳米线波导和两个基于纳米线波导的3dB耦合器构成。下路波长带宽不超过0.7nm ,下路波长时输出端的消光比为8dB ,其下路波长可以通过改变光栅参数来进行调节。

将SOI 纳米线引入到热光开关中,有助于器件尺寸和功耗的减小。Chu等人首次报道了基于纳米线波导的1×1、1×2 和1×4的Mach2Zehnder干涉型热光开关。光开关中采用的纳米线波导的横截面尺寸为300 nm×300nm ,这些热光开关器件所占的面积分别为140μm ×65μm、85μm×30μm 和190μm×75μm ,消光比超过30dB ,开关功耗低于90mW ,开关响应时间小于100μs。

4.2:纳米硅薄膜

纳米硅薄膜是由纳米尺寸的硅微晶粒构成的一种纳米固体材料,其晶粒所占的体积约为50 % ,另外50 %则为晶粒之间的大量界面原子所占据。纳米硅薄膜由于独特的结构而具有一系列独特性质,如电导率高、光热稳定性好、光吸收能力强、光学能隙宽化、光致发光等,而且还具有明显的量子尺寸效应。近年来,已成功地研制了纳米硅异质结二极管，并正展开纳米硅薄膜（11）太阳电池的研制,展现了纳米硅薄膜器件的广阔前景。

紫外光电探测器方面,O.M.Nayfeh等人制作了纳米Si薄膜紫外光电探测器。他们首先以电化学分解法在HF-H2O2混合液中制备了尺寸为1 nm的纳米Si晶。然后开始器件的制作:在P 型衬底上生长500nm的氧化层;接着用氢氟酸缓冲液在氧化层上刻蚀出器件图形;然后将硅片浸入纳米硅晶的酒精悬浊液中,用一种类似于金属电镀的电化学电镀方法,将纳米Si 晶淀积到已刻蚀出的氧化层图形中,淀积厚度约500 nm;最后,在纳米Si 晶膜上淀积一层厚为4nm 的半透明Au 层,Au 层之上和衬底背面分别淀积厚300 nm 的凹，凸点,作为器件的引出电极。器件对可见光有很好的过滤特性,而对紫外光有较好的响应。5.纳米材料在我们身边光学领域中的例子——光学树脂眼镜

激光具有单色性、方向性、相干性及高亮度等特点，利用激光测距、目标指示或瞄准等在军事及民用领域应用相当广泛，但是受激光直射的眼睛和光电设备的传感器等可能被致伤或破坏。目前市售的激光防护镜多为无机玻璃片，安全性较差，有些公司采用纳米新材料，以全新的理念及技术制作屏蔽激光的光学树脂镜片，此类产品目前产量不多。这些多功能防激光特种光学树脂镜片具有如下技术特点：

1）由于是把无机纳米材料均匀复合于有机树脂镜片中，因此镜片质轻、能抵御碎弹片冲击，保护人眼不受伤害。

2）属于介观材料的纳米粒子具有奇异的光学特性，能提高镜片的增透能力使视觉清晰；并能多光源、多光区屏蔽激光射线。

近年来，由于地球南北极上空出现的臭氧层空洞越来越大，紫外线直射地面，给人的眼睛和皮肤造成伤害，尤其是在高原地区高强度紫外线照射使许多老年人的眼睛患上白内障等眼科疾病。因此这些公司推出了可完全吸收波长280-400nm的紫外线，同时在可见光区具有高透过度的纳米复合光学树脂镜片。

太阳光（相当于T=6000K）的峰值波长约在480nm 左右，太阳辐射的大部分能量分布在可见区与紫外区。可见光最易透过人眼的屈光介质造成眼底损伤，紫外线则主要是损伤人眼的晶体，因此，夏日里利用太阳镜保护人们的眼睛是必须的。现在市售的太阳镜大部分是经染料染制而成，日久褪色，并且在可见光透率较低而影响人们的视线。这些公司推出的纳米复合树脂太阳镜具有优异的稳定性、瑰丽的色彩、奇异的光学特性、超凡的阳光阻隔能力。既能屏蔽紫外线，又能屏蔽部分近红外线，兼容太阳镜，树脂镜、水晶镜的特点，人们配戴这种眼镜后，视觉清晰，有种雨过天晴，尘埃落地、心旷神怡的感觉。

随着人们生活质量的提高，配戴变色镜成为一种时尚，同时可以保护眼睛少受太阳光的伤害。本公司推出两种含纳米材料的光致变色树脂镜片：一种树脂镜片是在强烈阳光下变暗，阳光不足或回到室内立即恢复为原色的光致变色镜片；另一种树脂镜片在强烈阳光下变暗，回到室内约10小时后恢复为无色的镜片。综上所述，纳米材料与光学材料复合技术的研制成功，必将引起光学材料制造领域一场革命，它会赋予树脂镜片新的功能，造福人类。6.展望

虽然现在对纳米技术的研究在不断深入，但总的来说对纳米技术的研究还不够透彻，对纳米技术的研究还有非常大的发展空间。现在人们在根据不同目的制造不同种类的材料，把纳米材料同光学材料有机的结合起来，制造一类新的功能光学纳米材料是当今光学领域科学工作者一项义不容辞的责任。我们也完全有理由相信会有越来越多的新型纳米光学新材料不断问世，不断推动科学的进步及社会的发展。

纳米技术不仅在光学领域，也将会在其他如医药，军事等领域发挥其巨大作用，为全人类带来更好的生活。

收稿日期：2012.12.11 作者简介：王蒙 理学院应化1041班 1008411115

参考文献：

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篇2：纳米技术应用的领域

纳米技术在环保领域的应用

本文简单介绍了纳米和纳米技术,着重阐述了纳米技术在环保领域的`应用.

作 者：朱娱 作者单位：吉林省白城师范学院化学系刊 名：科技信息(学术版)英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(34)分类号：X7关键词：纳米 纳米技术 环境保护

篇3：纳米技术在印刷领域的应用

传统纸张所用树木、竹、麻等纤维较粗, 而涂料、充填物颗粒较大, 使普通纸具有怕水、怕潮等缺点。柯式印刷纸张和静电复印纸虽有防水、防潮等功能, 但书写不便。目前, 纳米技术在造纸业应用可改变木材细胞结构和控制细胞生长, 改变木材特性。将木材加工到纳米级, 木材原来细胞结构就将被破坏, 纤维组织结构也随之发生变化, 纤维素、半纤维素和木素可在加工过程中用机械方法分离, 这样就大大提高了制桨率, 降低了制桨造纸工业对环境的污染。

造纸涂料中, 将纳米碳酸钙应用于涂布白纸板涂料中能有效改善白纸板性能。纳米碳酸钙的加入有利于涂层几种重要性能指针的提高, 如IGT值、K&N油墨吸收性、平滑度等。

目前, 纳米技术在造纸工业中的利用已开始进入实用性阶段, 例如:河南银鸽公司和华中师范大学纳米科技研究院采用国际最先进纳米技术, 用普通纸制备纳米结构层, 成功研制成防水纳米纸。该纸除保持纸张原有书写、复印功能外, 还具有普通纸不具备的超级疏水性和防潮性, 提高了印刷的表面强度, 降低了纸张的伸缩率。

纳米油墨

油墨的细度与印刷品质量密切相关, 油墨细度愈好, 着色力愈强, 印刷品网点也愈清晰和饱满有力。近年被科技部评为国家重点新产品的纳米级透明氧化铁系列颜料已开发成功。纳米金属微粒可吸收全部光波而使自身呈黑色, 同时对光亦有散射作用。将纳米金属微粒添加到黑色油墨中, 可提高黑色油墨纯度和密度。另外, 半导体纳米粒子表面经化学修饰后, 粒子周围介质可强烈影响其光学特质, 表现为吸收光谱发生红移或蓝移。如把它们分别加入黄色和青色油墨中制成纳米油墨, 可增加黄墨和青墨纯度, 令印刷品层次更丰富。如今, 借助高新技术可将油墨中各种成分 (如树脂、颜料、填料等) 制成纳米级原材料, 因它们高度微细而具有很好的流动与润滑性, 可达到颜料用量少, 遮盖力强的效果。若用于UV油墨中, 可加快固化速度, 并消除墨膜收缩起皱现象。纳米级碳墨具有导电性, 对静电具很好屏蔽作用, 若加入油墨便可制成导电油墨。导电油墨中如将Ag制成纳米级而代替微米级Ag, 可节省50%Ag粉, 这种墨可直接印制在陶瓷和金属上, 墨膜层薄且均匀光滑;若将Cu、Ni材料制成0.1～1μm超微颗粒, 可代替钯与银等贵重金属导电。将纳米与防伪技术结合, 将开辟防伪油墨另一个广阔天地。

有些纳米粉微粒可自己发光, 经几分钟光照就能黑暗中自行发光12～24小时以上, 其发光强度和维持时间是传统荧光材料30倍以上, 且材料本身无毒、无害, 不含任何放射性元素。又因纳米微粒具有很好的表面湿润性, 它们吸附于油墨颜料颗粒表面, 可大大改善油墨亲油和可润湿性。

纳米陶瓷网纹辊

所谓纳米陶瓷, 是指显微结构中物相具有纳米级尺度陶瓷材料, 令材料强度、韧性和超塑性大幅度提高。激光雕刻陶瓷网纹辊目前柔版印刷中应用非常普遍, 它被认为是柔版印刷提高质量的关键。窄幅柔性版印刷机和UV油墨柔印机, 几乎已全部采用陶瓷网纹辊。从柔印发展来看, 陶瓷网纹辊最终将全部淘汰金属网纹辊。英国著名材料专家Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性战略的途径。对柔版印刷用网纹辊来说, 用等离子热喷涂工艺加工网纹辊时, 要求基材表面喷涂出高质量陶瓷涂层, 涂层硬度范围须为HV300～1300, 一般孔隙率必须低于1%, 对高于1200线网纹辊, 其孔隙率须低于0.5%, 且要保证涂层结构均匀、高硬度、高密度等, 而纳米陶瓷中纳米特性能改善陶瓷硬度、韧性、耐磨度, 这就为雕刻优良网纹辊打下了基础。

纳米包装材料

篇4：纳米技术领域科技术语的标准化

(1.中国科学院纳米检测与标准重点实验室,国家纳米科学中心,北京 100190; 2.北京大学物理学院,北京 100871)

纳米技术领域科技术语的标准化

葛广路1朱星1,2

(1.中国科学院纳米检测与标准重点实验室,国家纳米科学中心,北京 100190; 2.北京大学物理学院,北京 100871)

术语和命名方法是标准化的重要工作内容。针对纳米技术的快速发展和纳米产业的不断扩大,各国和各大标准化组织都开展了纳米科技术语的标准化工作。文章主要介绍这方面的动态和进展,以期为从事纳米科技领域的专家学者和开发人员提供参考。

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前 言

统一的命名方法和术语体系对于任何一个科学研究领域来说都是至关重要的。化学家和生物学家要使用成千上万的分子和物质,很难想象没有科学的名词体系,化学和生物学能发展到今天。纳米技术是从 20世纪 80年代末兴起的,是对纳米尺度的物质进行表征、操纵和加工的技术,被广泛认为是继信息技术和生物技术之后能够改变人们生活的技术之一。作为一个成长迅速的学科领域,迫切需要统一术语,以保证纳米科技和纳米产业中的语言沟通,以及推动公众对纳米科技的理解。

对纳米技术涉及的术语进行标准化存在如下困难：(1)纳米科技是一个学科高度交叉的领域,涉及化学、物理、生物、工程等多个学科,衍生出纳米生物医学、纳米器件加工、纳米表征测量等分支领域,来自不同学科的研究人员会从各自的角度出发对纳米材料进行命名。因此,结合已有的术语体系,建立统一的命名法,难度很大。(2)纳米科技正处在飞速发展阶段,很多新材料、新现象、新手段层出不穷,甚至一些已经相对成熟的术语也随着学科发展需要不断修订,这也对建立一个力求完整的术语体系提出了挑战。(3)纳米尺度既是长度单位,又蕴涵性质的突变,而这种突变对不同性质来说又是在不同长度上发生,所以定义纳米尺度及纳米性质既需要科学准确,又需要高度凝练,不能过于繁复[1]。

正因为术语对纳米科技研究本身以及纳米产品和市场都有重大的意义,几年来国内外都开展了纳米科技术语标准化的工作。本文介绍该领域的最新进展,以期为从事纳米科技领域的专家学者和开发人员提供参考。

一 国内纳米技术术语标准化

2005年 4月我国颁布第一批七项纳米领域的国家标准,其中就有《纳米材料术语》(GB/T 19619—2004,terminology for nanomaterials)。这项标准规定了纳米材料一般概念和按技术分类的具体概念的术语。分为一般概念、纳米材料的种类、特性、制备方法、处理方法和表征方法 6类,共 68个术语。其中对纳米尺度的定义是在 1到 100纳米范围的几何尺度,没有涉及性质变化。

与纳米材料相关的其他术语标准有 2008年发布的《颗粒系统术语》(GB/T 16418—2008,particle system—vocabulary)。该标准适用于任何固体颗粒、液滴或气泡的颗粒系统,也包含传统上称为超微颗粒的纳米颗粒,以及可以用于表征纳米颗粒的X光小角散射,光子相关光谱法等术语。

二 国际纳米技术术语标准化

1.国际标准化组织 (ISO)

2005年 ISO成立了纳米技术委员会 (ISO/ TC229)。成立之初就把术语和命名法的标准化放在重要的位置,设立了第一工作组：Terminology and Nomenclature。2006年 IEC(国际电工组织)的纳米技术委员会 TC113成立之后,为避免重复,与 ISO/ TC229成立了联合工作组,共同制定纳米技术的术语和命名法标准。

该工作组的召集人为加拿大人 Clive W illis,秘书为Brian Haydon。参加成员来自加拿大、中国、德国、法国、日本、荷兰、挪威、南非、瑞士、英国、美国等国家,也有协作组织成员,如OECD(经合组织)、ANF(亚洲纳米论坛)、CEI—Italy等。他们包括纳米科技研究人员、标准化专职人员、工程师、产业界代表、语言学家、律师、各国标准局官员等。

由于参加人员来自不同的领域,知识结构差别很大,第一工作组的进展来之不易。2008年发布了第一项技术规范 (TS,technical specification), 2010年即将发布一个技术规范和两个技术报告(TR,technical report),另外两个 TS将很快进入投票阶段,有四个 TS进入委员会草案 (committee draft)阶段。

第一工作组目前有 11个工作项目：

①ISO/TS 27687：2008 nanotechnologies—terminology and definitions for nano-objects—nanoparticle, nanofibre and nanoplate(纳米技术 ——纳米物体的术语和定义 ——纳米粒子、纳米纤维和纳米板)

这个项目由英国人Mark Gee主持,2006年立项,2008年完成并由 ISO发布。最早的名称是 vocabulary—nanoparticles(纳米粒子词汇),是英国标准学会 (BSI,British standard institution)于 2005年5月发布的BSI PAS 71纳入 ISO工作范围后内容的进一步丰富。后来将纳米粒子(三维都在纳米尺度)、纳米纤维(二维在纳米尺度)和纳米板 (一维在纳米尺度)统称纳米物体。

②TR：framework for core concepts(核心概念的分类框架)

该项目由加拿大负责,目前已到 DTR(draft technical report)阶段,预计于 2010年上半年出版。它和第 5项是互为补充的两个部分。它实际上是基于 ISO对建立术语体系的规定 (如 ISO 704—terminology work—principles and methods),由核心概念出发得到核心词汇,再加以定义。这种先从语言学的角度对技术领域内的术语进行分类和建立关联的方法值得我们学习。

③TS：terminology and definitions—carbon nanoobjects(碳纳米物体的术语和定义)

该项目是由日本的阿部 (Shuji Abe)担任负责人,规定了碳纳米管、富勒烯等纳米材料的术语。

④TR：outline of a method for nanomaterials classification(纳米材料分类方法总则),即将发布。

图 1 纳米尺度领域分类

该项目也是由加拿大负责,核心词汇在建立术语体系中占有重要地位,根据这些核心词汇可以衍生出所有的其他词汇,所以数量上不能太多。纳米领域最核心的词汇就是“纳米尺度 (nanoscale)”一词,目前的定义是：The size range from approximately 1nm to 100 nm.附加说明 (note)：Properties that are not extrapolations from larger size will typically,but not exclusively,be exhibited in this size range.For such properties,the size limits are considered approximate.

经过代表们在历次会议上非常详尽的讨论,已经接近共识的词语有：

nanotechnology, nanoscience, nanoscale phenomena,nanoscale properties,nanomaterial,manufactured nanomaterial,incidental nanomaterial,nanostructured material,nanomanufacturing processes

正在讨论中的通用词语 (general terms)包括：nanofabrication,self-assembly,lithography,bottomup process,top-down process

其他十大类涉及纳米加工过程的词语包括：

assembly techniques

biological techniques

nanostructured material synthesismethods

deposition methods

etchingmethods

nanocomposite manufacturingmethods

nanoparticle synthesis

nanopatterning lithography

roll-to to-rollmanufacturing techniques

self-assembly and directed self assembly

⑥ terminology and definitions—nanostructured materials(纳米结构材料的术语和定义)

纳米结构材料指的是具有纳米结构的宏观材料 (如多孔材料)。定义工作包括对 nanostructured、nanophase、nanocomposite的描述,从三个不同层次进行定义。

⑦ter minology and definitions—bio-nano interface(纳米生物界面的术语和定义)

对于如何区分纳米技术词语、生物技术词语,从而选出与纳米—生物交界的关键词语需要深入讨论。

⑧ter minology and definitions—nanoscale measurement and instrumentation(纳米测量和设备的术语和定义)

这个项目是和 ISO/TC201(表面分析)联合,由澳大利亚的 JohnMilles负责。

⑨ ter minology and definitions—for medical, health and personal care applications(用于医药、健康和个人保健用途的术语和定义)

⑩terminology and definitions—nanomanufacturing processes(纳米加工过程的术语和定义)

该项目与国际纯粹与应用化学联合会 ( IUPAC)联合进行。以纳米粒子为例,命名中应该包含哪些指标(粒径、成分、表面配体、电荷,等等)需要仔细考虑,这也是学术界一直关心的问题[2]。

除这些正式立项的项目之外,第一工作组还成立了若干任务组,进行一些特定领域的信息收集和立项前的准备工作。其中一个是纳米技术集成术语数据库“Integrated Ter minologyDatabase forNanotechnology”的问题,这个数据库将在 ISO范围内协同使用,有助于整合不同委员会之间有关纳米技术的术语和命名法标准的建立。在下次 TC229荷兰马斯特里赫特 (Maastricht)会议上将提出有关数据库结构的提案 (architecture for the database),这个工作的第一步是建立“The ISO Concept Database”(网址是：cdb.iso.org,2009年 10月 27日开始启动)。这一数据库的建立将有助于从 ISO已经发布的标准中遴选一个初步的术语表。

在第一工作组任务中,纳米技术集成术语数据库的建立和其他项目的实施,将会使过去三年间建立的工作框架更加充实,并且加强与其他委员会的合作关系。其他的合作项目将在化妆品、食品添加剂、营养保健品等方面发挥作用。

与此相关,2008年由召集人内部任务组(Convenor's Inter im Task Group(CTG))设立的项目“纳米技术本体论方法(ontology)”执行一年后被宣布停止,认为与 the Integrated Ter minology Database for Nanotechnology的思路不符。这个项目的申请人是来自一个私人个体咨询公司的挪威人,并不从事任何具体的科技研究,而仅仅从事数据库的调研和整理工作,提出的 ontology方法也是没有任何针对性,没有被认可,只能中途停止。这说明从ISO大局发展需要,不可能支持意义不大的项目。

在前不久召开的 TC229以色列全会上,第一工作组作出以下决议：

由伊朗人Ali领衔的项目JWG1-TG2 Outline of Nanomaterials Classification (Nano-tree)—Applications将转移到第四工作组,因其所涉及的内容更加适于后者的材料技术指标 (Materials Specification)部分。

伊朗人在波尔多会议上提出 Nano-tree的项目,并且以树枝状分类表形式给出详尽的与材料制备相关的分类内容,其后又与各国代表多次沟通。

从第一工作组的进展来看,美、加充满强烈的主导意识,英、德努力推动将本国标准列入国际标准,日本在标准制定中取得实质性进展。

2.欧美国家的纳米技术术语标准化

1)美国的AST M/E56

早在 2005年 E56(纳米技术委员会)成立之初,其优先工作项目就包括在所有利益相关者的需求驱动下,制定一份全球范围的纳米技术术语标准。纳米结构的特性、合成和应用研究正在以指数级数迅速增长,远远超过了对这些新材料化学构成和物理组成进行描述的语言的发展。和 ISO/ TC220相似,E56的第一分委员会 (E56.01)也是信息学和术语方面。

2006年 11月,E56审批通过了该技术委员会的第一个标准：AST M E 2456-06 Terminology for Nanotechnology(纳米技术术语)。这份标准是若干组织经过通力合作完成制定的,可以在AST M/E56技术委员会网站上 (http：//www.astm.org/COMM IT/SUBCOMM IT/E5601.htm)免费获取。该标准规定了 nanoscale、nanotechnology等 13个术语。

E56技术委员会主席 Vicki Colvin说：“这份AST M术语标准将改变我们与决策者、教师和邻居们的交流方式。我们将第一次能够放心使用诸如‘纳米微粒’这样的关键性术语,并且确信自己的用语是精确的,能够与全球的纳米技术专家交流和共享。更加美妙的是这份文献是免费获取的。现在,对纳米技术感兴趣的教师和学生们能够方便地查询这份术语辞典,自行消化理解我们这个技术在众多领域的细微差别。”[3]

为了促进术语标准的制定工作,AST M发起此项目并与很多合作伙伴签订了联合制定标准的协议,包括美国电气电子工程师学会 (IEEE)、美国机械工程师协会 (AS ME)、美国国家科学基金会(NSF)、日本国家先进工业科技学会 (A IST)、国际半导体设备与材料公司和美国化学工程学会。

AST M相信通过合作协议可以避免众多标准组织间的资源重复建设,为专家团提供唯一标准的研发基地,进而制定出一份既包括信息又包括应用的真正的全球术语标准。

2)英国的 PAS

英国标准学会于 2008年 2月发布了 6项纳米名词的公开规范(PAS),分别是：

PAS 131 Terminology for medical,health and personal care applications of nanotechnology

PAS 132 Terminology for the bio-nano interface

PAS 133 Terminology for common nanoscale measurement terms including instrumentation

PAS 134 Terminology for carbon nanostructures

PAS 135 Terminology for nanofabrication

PAS 136 Terminology for nanomaterials

这里的 131、132、133、135已经成为 ISO/ TC229相应标准的基础文件,反映出英国在标准制定上的超前意识。

三 结论与展望

纳米技术领域的术语体系建立和标准化是一个紧迫的任务,同时又是一项系统工程,ISO/TC229正在进行的术语标准化工作集合了各方面的专家,保持与各标准组织密切协作,参照其他传统领域的成熟经验,并严格遵循 ISO规定的科学方法,值得我们认真借鉴。

[1]W ills C.Nanotechnology—The terminology challenge[J]. ISO Focus,2007(4)：26-27.

[2]Gentlemen D J,ChanW CW.A systematic nomenclature for codifying engineered nanostructures[J].Small,2009,5 (4)：426-431.

[3]AST M标准化新闻.[EB/OL].(2006-12-01)[2009-12-05].http：//www.cssn.net.cn.

The Standardization of Ter minology in Nanotechnology

GE Guanglu,ZHU Xing

Te rm inology and nom enc la ture a re imp ortant p a rts of s tanda rd iza tion.W ith the fas t deve lopm ent and indus tria l g row th of nanotechnology,s tanda rd iza tion organiza tions a round the w orld have s ta rted working on this asp ec t.This a rtic le introduces the current s ta tus in this fie ld,and p rovides inform a tion for both academ ia and R&D sec tors.

nanotechnology,s tanda rd iza tion,ISO

N04

A

1673-8578(2010)01-0026-05

2010-01-12

篇5：纳米技术在生物制药领域的创新

摘要：纳米技术即在1-100mm范围中研究物质反应与结构，并进行纳米结构检测的新型技术，纳米技术是一种新型交叉学科，纳米技术为生物医学诊断、生物分子结构的改造提供了新思路与新途径，但是，就现阶段来看，纳米技术还处于初级发展阶段，在临床中应用的品种还不多，该种技术在生物制药领域应用中最为关键的问题就是讲解产物的毒性问题，本文主要分析纳米技术的含义及其在生物制药领域的应用与创新。

关键词：纳米技术生物制药领域创新

Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2014.05.606

【中图分类号】R9【文献标识码】B【文章编号】1671-8801（2014）05-0373-01

纳米技术是一门新型交叉性学科，是一门与应用开发密切相关的高新技术，纳米技术已经在生物制药领域中得到了广泛的使用，纳米产业也是未来社会发展的支柱性产业，下面就针对纳米技术在生物制药领域中的应用进行深入的分析。

1纳米技术的含义

纳米技术即在1-100mm范围中研究物质反应与结构，并进行纳米结构检测的新型技术，纳米技术为生物制药与生命科学的研究提供了高效的研究方式，当物质粒度达到纳米级别之后，其化学性质与物理性质会发生变化，这就是“纳米效应”。“纳米效应”包括量子尺寸效应、小尺寸效应、界面效应与表面效应等内容，纳米技术有着十分广泛的影响面，能够向不同的领域中渗透，并带动能源产业、信息技术以及生物技术等学科的发展。纳米生物技术即用于研究生命现象的纳米技术，其研究内容包括纳米尺度的生物分子功能、结构与动态生物过程，不仅在生物医学中有广泛的应用范围，也能够应用在其他的社会需求中。纳米生物技术属于国际生物学科的前言技术，为人们改造与研究生物分子功能和结构提供了新的思维方式与手段，也能够为人们提供新的疾病诊断方式与治疗方法。

2纳米技术在生物制药领域中的应用分析

关于纳米药物载体的研究进展。

纳米药物载体即使用纳米颗粒作为载体，将药物置于纳米颗粒或者吸附于其表面，并结合特异性配体通过细胞表面特异性受体以及靶向分析受体结合，促进靶向治疗的方式。纳米药物载体有着特殊的性质，可以将不同药物在相应的时间运动到患者身体的特定部位之中。此外，纳米药物载体也能够调节好药物的靶向给药、释放速度、透皮吸收、靶向给药，有效降低用药不良反应。

2.1磁性纳米载体。磁性纳米载体是一种现代医药与纳米技术结合的产物，有着靶向性、生物相容性、小尺寸效应与功能集团的特点，能够有效优化药物使用效果，减低药物不良反应，在疾病诊断工作中也有着良好的使用成效。

2.2纳米粒药物载体。纳米粒药物载体属于纳米级别的亚微粒药物载体输送系统，该种技术可以将药物封存于纳米粒之中，可以有效提升生物膜通透性、调节释药速度，也可以有效提升药物利用度。

2.3纳米乳药物载体。纳米乳剂微乳，是一种由水、油、助表面活性剂、表面活性剂组成的胶体分散系统，其粒径为1到100nm，大小分布均匀，液体为球形，呈半透明或者透明状，有着良好的各向同性与热力稳定性。从质点大小进行分析，纳米乳药物载体有着乳状液与胶团特性；从结构进行分析，纳米乳包括油包水型、水包油型与双连续型几种类型。纳米乳有着良好的生物利用度、稳定性，可以有效提高难溶性药物溶。纳米乳可以自动形成，但是需要大量的表面活性剂，因此，在该种技术中，需要采取科学有效的措施降低其毒性与表面活性剂用量。在纳米乳处方中助表面活性剂、表面活性剂以及油的用量确定之后，就可以使用三角相图法来分析最佳组成比，在确定后，就可以能够选择适宜的制备工艺。

2.4高分子药物载体。高分子药物载体是一种利用高分子药物聚合物作为载体制作而成的药剂，高分子药物载体能够控制药物释放速度，该种药物载体聚合体被讲解之后，药物与载体会进入靶细胞，在进入靶细胞之后，表层载体就会出现降解的情况，此时，芯部药物的疗效就会充分的发挥出来，避免药物释放在其他的组织之中。这就能够有效提升药物的治疗效果，并减少药物对机体产生的毒副作用。

3纳米中药的研究进展

纳米中药即使用纳米技术制造的粒径不足100nm的中药原药、中药有效部位与中药有效成分的复方制剂，纳米中药是中药纳米化的产物，将纳米技术应用在中药制造中能够有效提升中药生产的标准化与现代化程序，也能够有效提升中药的生物利用率与药物活性，还可能降低药物的毒副作用。

纳米技术能够有效提升药剂的生物溶解度，将其应用在外用散剂中可以有效提升药物的分散性，助于药物的附着与涂布，此外，纳米技术能够丰富中药炮制技术，优化中药的使用效果，因此，纳米技术对传统中药制造产业带来了巨大的机遇与挑战，传统中药业要想实现发展，就需要将中医药理与纳米技术进行有机结合，充分的考虑到中药成分的复杂性以及中药处方的多样性，在生产过程中，也应该限制要纳米重要的范围与制备成本。

4结束语

总而言之，纳米技术是一种新型交叉学科，纳米技术为生物医学诊断、生物分子结构的改造提供了新思路与新途径，但是，就现阶段来看，纳米技术还处于初级发展阶段，在临床中应用的品种还不多，该种技术在生物制药领域应用中最为关键的问题就是讲解产物的毒性问题，相信在研究的不断深入之下，纳米技术必将在生物制药领域中发挥出更加广阔的前景。

参考文献

[1]赵清俊，孙海.纳米技术在生物制药领域的创新绩效研究[J].企业经济，2012（07）

[2]李会东.纳米技术在生物学与医学领域中的应用[J].湘潭师范学院学报（自然科学版）.2005（02）

[3]王英泽，黄奔，吕娟，梁兴杰.纳米技术在生物医学领域的研究现状[J].生物物理学报.2009（03）

篇6：纳米技术应用的领域

摘要：粘土矿物是颗粒直径小于0.1mm的含水层状结构的硅酸盐矿物。其结构使其有着催化性，离子交换性，分散性等特殊的性质而引起人们广泛的关注和研究的对象。本文重点介绍了粘土矿物及其特性，在治理空气污染、水污染、固体废物污染、噪声污染等方面的用途。并阐述了纳米粘土矿物未来的发展方向。

关键词：纳米材料，粘土矿物, 环境治理, 污染, 硅酸盐

Environmental Governance by Applications of Nano-clay mimeral material Abstract: Clay mineral is a kind of silicate mineral with moist layered structure whose diameter is less than 0.1mm.It has attracted many attentions and researches because of its specific characteristics such as better catalysis, ions exchange and better dispersion which are determined by its structure.This article mainly focus on the introduction of clay mineral and its features and the applications of governance of air pollution, water pollution, solid waste pollution, noise pollution, etc.The future development of the clay minerals is illustrated.Key words: nano material, clay mineral, environmental governance, pollution, silicate

随着工业的发展，环境污染日趋严重，甚至影响到人们的正常生活。环保问题正逐渐引起我们的重视。由于环境污染物的消除需要消耗大量的能源，这给日益枯竭的能源提出严峻的挑战。寻找一种较为廉价的环境净化材料，降低污染物的处理成本，提高净化效率，已成为环境保护中亟待解决的问题。纳米粘土矿物的储量丰富、价格低廉，因其独特的层状结构而具有良好的吸附性能和离子交换性能，在废水、废气及土壤修复等众多环境治理领域表现[1]出广阔的应用前景。

1.纳米材料

纳米材料广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的材料的总称。由于纳米尺寸的物质具有与宏观物质所迥异的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应，因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。纳米材料可应用于工程、催化、精细化工、涂料等方面[2]。

根据物理形态可将纳米材料大致分为纳米粉末（纳米颗粒）、纳米纤维（纳米管、纳米线）、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。

根据结构可划分为，零维纳米材料，即三维尺寸均为纳米量级的纳米粒子或人造原子、一维纳米材料（具有纤维结构）、二维纳米材料（具有层状结构）、三维纳米材料。

按化学组分可划分为纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料。

按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。

按材料物性可分为纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。

2.粘土矿物简介

粘土矿物是颗粒直径小于0.1mm的含水层状结构的硅酸盐矿物，硅、铝、氧是其中最主要的元素。其结构单元层是由[SiO4]四面体与[AlO6]八面体彼此以3个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片。铝氧八面体共用边角形成了八面体。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。按其连接方式的不同把粘土矿物分为1:1和2:1两种结构类型，前者如高岭石，基本式为Si4Al4O10(OH)8，各单元层间距小，小分子或阳离子很少有机会进入层际空隙中，故层际通常不发生离子交换，而是在粘土的表面和边、角发生；后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石及云母类等，其基本式为Si3Al4O20(OH)4•nH2O，由于同晶置换，这两种类型的粘土矿的离子交换除在层面的边、角上发生，更多是由于层际间的阳离子交换而形成。粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换，比如四面体中Si4+被Al3+置换，八面体重Al3+被Fe2+、Mg2+置换，从而使其单元层表面具有电性。此外，粘土矿物颗粒细小，比表面积大，因而，粘土矿物会表现吸附性、离子变换性、胶体性、分散性和催化性，这些特性在环境污染处理中具有十分重要意义。

粘土矿物的基本结构包括五个层次：

（1）Si-O构成的四面体或Al(Mg)-O(HO)构成的八面体；

（2）由第一个层次的四面体和八面体连接成四面和八面体结构片；（3）结构片按比例组成的结构单元层；

（4）结构单元层在c轴方向上按一定间隔垒砌构成不同的粘土矿物并形成层间域，层间域空间中有时是空的，有时填充水分子或同时被阳离子和水分子填充，不同粘土矿物的层间域厚度是不同的，如高岭石和绿泥石是固定的；蒙脱石的层间域厚度是可变的；

（5）一个结构单元层加一个相邻的层间域，构成粘土矿物的单位构造层，不同种类的粘土矿物，单元构造层的厚度不同。

3.粘土矿物的特性[3]

3.1分散性和胶体性

粘土颗粒因层间类质同象置换表面具有永久电负性，而其端面断键也会使粘土颗粒具有可变电性。粘土颗粒在水体系中的稳定性主要取决于这些电性所引起的双电层结构特征，而双电层结构会因电解质或pH值作用发生的变化。因此，粘土颗粒在水体系中的分散和絮凝可以通过添加电解质或调解pH值来加以控制。利用粘土矿物的这些性质，可以表面吸附、混凝、沉淀污水中的污染物，达到治理污染的目的。

3.2 催化性

粘土矿物因具有很大的表面积，适宜的孔径及表面酸性，从而表现出良好的催化性。粘土矿物经酸化处理后，能够大大改善其催化活性。因为，经酸化后，不仅可以引起粘土矿物组分和结构的变化，而且能够提高其比表面积、改善其孔径分布、增强其表面吸附性。3.3 离子交换性

粘土矿物层间具有永久电负性，为保持结构单元层电价平衡，在其结构层间会吸附一定量的阳离子，而这些层间阳离子具有可交换的特性。阳离子交换反应式可表示为：

M+-Clay + A+ ⇌ A+-Clay + M+

粘土矿物层间阳离子交换性质主要取决于离子电价、离子半径大小极离子浓度等。一般而言，离子势与离子选择性成正比，离子浓度与离子选择性也成正比关系。粘土矿物大都具有阳离子交换性，但交换容量有一定差异。蒙脱石、蛭石阳离子交换容量为80~150meq/100g，伊利石和海泡石为10~40meq/100g，高岭石为3~15 meq/100g。粘土矿物的阴离子交换性为20~30 meq/100g。这一作用主要发生在结构单元层的端面，特别是pH较低的情况下，端面因带一定正电荷而吸附许多无机或有机阴离子，如PO42-、AsO32-、SeO42-、S2-、CN-、CH3COO-等。

3.4 与有机物的复合性

粘土矿物具有与有机物符合的特殊性质，其复合的吸附力来自于离子交换作用、范德华力、氢键力以及离子偶极力作用。粘土矿物复合的有机物大致可划分为三种类型：中性分子有机物，例如NH3、SO2、醇、酮、胺、尿素等；有机阳离子，例如烷基、羟烷基、烷酰基等；高分子聚合物，例如酶、蛋白质、病毒、腐殖质等，其吸附力有离子交换、范德华力和氢键力。粘土矿物除可以直接复合有机物外，还可以通过人工有机复合制备吸附交换性更好的有机粘土，例如有机膨润土。

4.纳米粘土矿物在环境治理中的应用

粘土矿物具有环境修复（如大气、水污染治理等）、环境净化（如杀菌、消毒、分离等）和环境替代（如替代环境负荷大的材料）等功能[4]。在环境领域中的应用包括：污水处理方面、土壤净化、大气净化、核废料处理、清除放射性气体、阻止有机和无机有害物质迁移等[5]。

目前粘土主要作为粘结剂、吸水剂、吸附剂、催化剂、絮凝剂等广泛应用于冶金、机械、石油、化工、和环保的各个领域。为了提高其附加值, 使用前往往要对天然粘土进行改性。改性方法、机理、工艺及条件已成为人们关注的焦点[6]。

4.1空气污染[7]

4.1.1 室内空气污染

室内空气污染主要来自装饰材料中的人工合成高分子材料。物质主要包括甲醛(HCHO)、氨、苯、氡等，对人体危害严重，并会引发鼻腔癌、咽喉癌、肺癌和消化系统癌症。对于上述几种有害物质, 以沸石、坡缕石、海泡石、膨润土、累托石等粘土矿物为载体的载银无机抗菌剂可以起到良好的作用效果。目前开发的以多孔结构粘土矿物为载体的无机抗菌剂已成功应用于室内空气净化, 并对病菌及其分泌物毒素均有较强的杀灭和降解作用。

由于坡缕石、海泡石、沸石、膨润土、累托石等为典型的天然纳米粘土矿物材料, 基于其特有的孔道结构、晶体表面生长缺陷的发育和纳米级尺寸效应,经充分分散处理后具有大比表面积和超强吸附性。如以纤维状坡缕石、海泡石、沸石制作的环保型特种多功能纸不仅具有难燃、阻燃效果, 而且能有效地吸附室内空气中的氮氧化物(NOx)和有害极性气体, 应用于空气净化的超细滤膜纸, 由于海泡石、坡缕石的强防辐射屏蔽性, 其开发的壁纸材料可有效防止建筑墙体氡气的析出。

4.1.2城市空气污染

城市空气污染主要来源于汽车尾气的排放，其中包括NOx、金属排放物排放。无铅汽油的使用使得汽汽车排放的铅金属阳离子的危害大为减少，同时三元催化油的使用使得汽油燃烧的NOx排放量显著减少。

青石可以用来吸收汽车尾气，其结构为环状结构含铝硅酸盐，其四面体结构存在着[AlO4]对[SiO4]的置换以及配位多面体中金属阳离子的类质同象置换，活性强，同时具有极好的高温热稳定性。国外用粘土矿物制成汽车排气管、过滤器, 主要是充分利用粘土矿物的吸附性。用粘土矿物代替活性炭可降低卷烟中含有的焦油、自由基、尼古丁等对人体的危害。4.1.3 工业废气治理

工业废气是我国大气污染的主要来源，主要包括：CO2、SO2、粉尘等。由于有害气体多为酸酐, 大部分能溶于水, 因而可用呈碱性的粘土矿物与酸酐发生中和, 从而吸收酸酐, 达到清除废气的目的。对于不溶于水的酸酐,可先转化为溶于水的酸酐, 再用上述方法处理, 此外利用粘土矿物, 如沸石、海泡石、膨润土、坡缕石、高岭土、累托石以及其改型后的多孔状矿物作吸附剂也可排除有害气体, 净化环境。

4.1.4 大气净化

蒙脱石、海泡石、坡缕石及高岭石等因比表面积大、吸附性强，作为吸附过滤材料广泛应用于空气污染的净化。这些矿物经简单的处理之后，即可用于臭气、毒气及有害气体如NOx、SOx、H2S等的吸附过滤。现已成功地用其迅速、有效的去除与腐烂变质物臭气有关的1，4-丁二胺和1，5-戊二胺以及包含排泄物臭气中的吲哚、丁烷一类气体。实验证明，在含氨为100×106/m3气体中放置40个海泡石，可使氨的浓度降至18×106/m3。4.2水污染

粘土矿物主要用于生活和化工用水过滤、重金属离子从Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等的去除，印染废水（阳离子染色分子）和有机污染物的吸附以及阴离子PO43-、SO42-的去除。

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[8]。膨润土对废水中有极性结构的非离子型表面活性剂有较强的吸附能力，每克膨润土可吸附200-300mgCODcr。对于无极性的非离子表面活性剂，用2%的投加量可使CODcr浓度为1000mg/L左右的废水达到排放标准。将无机钠盐与膨润土按照一定比例制成的HB絮凝剂加入到味精废水中，能吸附废水中的有机污染物，使废水中的COD大大降低。用明矾和膨润土作为吸附—徐宁剂处理再生纸废水中的COD和悬浮物，也可使排放出的废水由碱性变为中性[9]。将膨润土与CaCl2无机盐制成混合物，按5g/L的量加入印染废水中，可以除去九成的燃料和八至九成的表面活性剂。

蒙脱石可以用来吸附Pb2+、Cd2+及Cr(III)，即用蒙脱石—聚合氯化铝交联处理废水中的重金属，可进一步改善去除效果并提高固—液分离速度，是低浓度废水中Pb2+等的去除率达到93.1%。经研究发现：经酸化的蒙脱石出去废水中的重金属离子效果更佳。

凹凸棒石可以净化处理印染废水，投加量为10-12g/L，pH=6-10，反应时间为10min，COD去除率达74%，色度去除率大93%，净化效果与常用的聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁等相比均有明显的提高。经活化的凹凸棒石粘土可以处理铀。采用动态法(交换柱)处理含铀废水，效果良好，铀的去除率在99.95%以上。膨润土等粘土矿物经过适当的有机改性，可用来处理含有机物废水。膨润土、硅石、凹凸棒石、海泡石等粘土矿物可直接利用或经过适当的活化改性处理，也可用来处理含重金属离子废水，获得了较好的效果。经预处理的海泡石、凹凸棒石等以吸附与离子交换法可以降氟除磷，同时有利于降低废水处理成本，减少污泥产生量，重复利用资源。

4.3固体废物污染

固体废物主要指工业废物、矿业废物和城市生活废物等。工业废弃物可通过二次加工烧成可制成新型建筑材料，如混凝土外加剂用超细矿粉、微晶玻璃等。城市生活固体废弃物主要是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物，即城市生活垃圾，主要包括居民生活垃圾、医院垃圾、商业垃圾、建筑垃圾。矿业废物指开采和选洗矿石过程中产生的废石和尾矿。

对于固体废弃物中含有的放射性元素。可利用沸石、膨润土、累托石、坡缕石、海泡石等一些高吸附性材料来吸附、过滤放射性气体和空气中具有放射性的尘埃。粘土矿物也可作为一种固化剂，“矿物固相法”是放射性固体废弃物处理的十分重要和行之有效的方法，例如沸石加热发泡、融化、可固化核废料。坡缕石、海泡石也是屏蔽辐射的常规密封材料。4.4 噪声污染

随着对噪声危害认识的提高，噪声已与“三废”并列为环境“四害”之一。硅藻土、浮石、蛭石、珍珠岩等具有良好的消声隔音性能，尤其是膨胀蛭石吸引系数可达0.53-0.73，隔音能力为40-50dB，经常用作汽车减音器和隔音泥灰。

4.5 粘土矿物在其他方面的应用

粘土矿物可治理土地荒漠化：荒漠化的颗粒较粗，一般呈细砂、粉砂状，无粘性，深水性强，而粘土矿物的颗粒极细，有较强的膨胀性、粘性吸水性，两者混合均拌匀, 即可变成能保水的种植土。而且粘土矿物一般含有许多有利于动、植物生长的成分, 可以为动、植物提供多种营养,从而达到采用粘土矿物治理沙漠的目的[10]。

粘土矿物因其导热系数低，分散性高，以及特有的微孔结构等，适用于研制开发保温涂料等多种保温材料。保温材料的开发具有重要的“绿色意义”。20世纪80年代以来海泡石复合硅酸盐保温材料发展迅速。利用纤维状海泡石和粘土状海泡石为主要原料，研制的新型保温隔热涂料常温下导热系数为0.079W/(m·K)。以坡缕石为主要原料的SM复合硅酸盐保温涂料，常温下导热系数小于0.05W/(m·K)。

伊利石具有较好的化学惰性、电绝缘性、绝热性及随温度升高体积膨胀的特性，可作为一种新型的传压介质材料。其特性在某些方面由于叶腊石，其钛、铁杂质可成为合成金刚石的有益添加剂，同时所需和成功率下降，利于节能[9]。

过滤清除放射性气体及尘埃；坡缕石、海泡石、蒙脱石等用作阳离子交换剂净化被放射性污染的水体；也可用作危险废物的镇定剂，对放射性物质永久性吸附固化；以及机房中软X射线的吸收等方面。蒙脱石、海泡石、坡缕石等现已广泛用于油污废塑料、城市垃圾等处理，阻止无机或邮寄有害物迁移[9]。

粘土矿物对地质作用和地质环境的变化反应敏感，还可用于岩相古地理、古气候、古环境、地层对比和成岩成矿条件的研究和回复。另外，深海中的粘土矿物和深海软泥存在于非常独特的环境，有着独特的潜在应用价值。从环境角度考虑，深海中的粘土和碳酸盐的利用有可能要早于其他矿产资源。

由于粘土矿物有着独特的物理化学性能，作为较理想的载体材料已广泛受到人们的关注，发展相当迅速，特别是膨润土、凹凸棒石、海泡石、蛭石等。目前采用离子交换法已经成功地制备了载银膨润土、载银凹凸棒石、载银海泡石和铜型蛭石等无机抗菌剂，其抗菌效果良好，可制成抗菌制品。

还有一些粘土矿物有抗紫外线能力，比如伊利石，可作为化妆品。伊利石无毒无臭，质软滑腻，且呈丝绢光泽，分散性好，附着力强，其pH值一般为6~7，化学性能稳定，矿物组分简单，不含对人体有害的成分[9]。

5.纳米粘土矿物的未来及研究发展方向

由于粘土矿物的资源丰富，价格便宜并且有着优越的物理和化学性能，被越来越多的应用于环境保护中。除少数粘土矿物，如石棉外，大多说天然产出的矿物材料基于其不同的性能在不同领域起着环境保护和环境治理的作用，它们皆可认为是环境矿物材料。随着科学技术的进步，人们对环境条件要求的提高，粘土矿物材料的应用将越来越广，其作用也越来越重要，如在节能保温材料方面、在降噪隔声方面、在无形磁波污染控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌材料方面、在人体健康材料方面等都起着不可缺少、甚至不可替代的作用。

未来粘土矿物的研究方向：研究粘土矿物材料的成分、结构和性能之间的相互关系；研究粘土矿物材料在外界作用力下的成分、结构和物化性能变化及变化规律；研究粘土矿物材料的深加工、处理方法，包括提纯和改性；研究粘土矿物材料的自然形成条件及人工合成方法和技术参数；研究设计和制备新的矿物材料和功能复合材料；研究粘土矿物材料的应用技术和应用方法[7]。

参考文献：