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納米粒子（粒度在1—100nm之間的粒子）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-19

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納米粒子

粒度在1—100nm之間的粒子

納米粒子是指粒度在1—100nm之間的粒子（納米粒子又稱超細(xì)微粒）。屬于膠體粒子大小的范疇。它們處于原子簇和宏觀物體之間的過度區(qū)，處于微觀體系和宏觀體系之間，是由數(shù)目不多的原子或分子組成的集團(tuán)，因此它們既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)。

1959年末，諾貝爾獎獲得者理查德·費(fèi)曼在一次演講中首次提出納米概念，但真正有效地研究納米粒子開始于二十世紀(jì)六十年代。1963年U yeda等人用氣體冷凝法制備了金納米粒子。自從1984年德國科學(xué)家Gleiter等人首次用惰性氣體凝聚法成功地制得鐵納米微粒以來，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)正式誕生。近十多年，越來越多的科學(xué)家致力于納米材料的相關(guān)研究中并在制備、性質(zhì)和應(yīng)用方面都取得了豐碩的研究成果。

基本信息

中文名	納米粒子
外文名	Nanoparticles
簡介	具有一些新異的物理化學(xué)特性
磁性粒子	磁性納米粒子大小只有6納米
應(yīng)用	納米粒子做催化劑的必要條件

簡介

可以預(yù)見，納米粒子應(yīng)具有一些新異的物理化學(xué)特性。納米粒子區(qū)別于宏觀物體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，它表面積占很大比重，而表面原子既無長程序又無短程序的非晶層?？梢哉J(rèn)為納米粒子表面原子的狀態(tài)更接近氣態(tài)，而粒子內(nèi)部的原子可能呈有序的排列。即使如此，由于粒徑小，表面曲率大，內(nèi)部產(chǎn)生很高的Gilibs壓力，能導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)的某種變形。納米粒子的這種結(jié)構(gòu)特征使它具有下列四個方面的效應(yīng)。

1.體積效應(yīng)。

2.表面效應(yīng)。

3.量子尺寸效應(yīng)。

4.宏觀量子隧道效應(yīng)。

法制備

氣相沉積法——利用金屬化合物蒸汽的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料。其特點(diǎn)是產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。

沉淀法——把沉淀劑加入到鹽溶液中反應(yīng)后，將沉淀熱處理得到納米材料。其特點(diǎn)是簡單易行，但純度低，顆粒半徑大。

水熱合成法——高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得到納米粒子。其特點(diǎn)是純度高，分散性好，粒度易控制。

溶膠凝膠法——金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低沮熱處理而生成納米粒子。其特點(diǎn)是反應(yīng)物種多，產(chǎn)物顆粒均一，過程易控制。

微乳液法——兩互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、聚結(jié)、團(tuán)聚、熱處理后得納米粒子。其特點(diǎn)是粒子的單獨(dú)分散和接口性好。

應(yīng)用

納米粒子表面活化中心多，這就提供了納米粒子做催化劑的必要條件。目前，用納米粒子進(jìn)行催化反應(yīng)可以直接用納米微粒如鉑黑、銀、氧化鋁、氧化鐵等在高分子聚合物氧化、還原及合成反應(yīng)中做催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應(yīng)觸媒，燃燒效率可提高100倍；催化反應(yīng)還表現(xiàn)出選擇性，如用硅載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應(yīng)表明，鎳粒徑在5nm以下時選擇性急劇變化，醛分解得到控制，生成酒精的選擇性急劇上升。

在磁性材料方面有許多應(yīng)用，例如：可以用納米粒子作為永久磁體材料，磁記錄材料和磁流體材料。

納米粒子體積效應(yīng)使得通常在高溫?zé)Y(jié)的材料如SiC、WC、BC等在納米狀態(tài)下在較低溫度下可進(jìn)行燒結(jié)，獲得高密度的燒結(jié)體。另一方面，由于納米粒子具有低溫?zé)Y(jié)、流動性大、燒結(jié)吸縮大的燒結(jié)特征，可作為燒結(jié)過程的活性劑使用，加速燒結(jié)過程降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時間。例如，普通鎢絲粉須在3000℃的高溫下燒結(jié)，而在摻入0.1～0.5%的納米鎳粉后，燒結(jié)溫度可降到1200至1311℃。

復(fù)相材料的燒結(jié)：復(fù)相材料由于不同的熔點(diǎn)及相變溫度不同使得燒結(jié)較困難。納米粒子的體積效應(yīng)和表面效應(yīng)，不僅使其熔點(diǎn)降低，相轉(zhuǎn)變溫度也降低，在低溫下就能進(jìn)行固相反應(yīng)，因此可得到燒結(jié)性能很好的復(fù)相材料。

高純度納米粉可作為精細(xì)陶瓷材料。它具有堅硬、耐磨、耐高溫、耐腐蝕的能力，并且有些陶瓷材料具有能量轉(zhuǎn)換，信息傳遞功能。

可作為紅外吸收材料，如Cr系合金納米粒子對紅外線有良好的吸收作用。

納米材料在醫(yī)學(xué)和生物工程也有許多應(yīng)用。已成功開發(fā)了以納米磁性材料為藥物載體的靶向藥物，稱為“生物導(dǎo)彈”。即在磁性Fe3O4納米微粒包敷的蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射進(jìn)入人體血管，通過磁場導(dǎo)航輸送到病變部位釋放藥物，可減少肝、脾、腎等所受由于藥物產(chǎn)生的副作用。利用納米傳感器可獲取各種生化反應(yīng)的信息和電化學(xué)信息。還可以利用納米粒子研制成納米機(jī)器人，注入人身的血液，對人體進(jìn)行全身健康檢查，疏通腦血管中血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物，甚至還能吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞等，可以預(yù)言，隨著制備納米材料技術(shù)的發(fā)展和功能開發(fā)，會有越來越多的新型納米材料在眾多的高科技領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

磁性粒子

布法羅大學(xué)研究小組所開發(fā)的這種磁性納米粒子大小只有6納米，很容易在細(xì)胞間擴(kuò)散。研究人員首先將納米粒子固定在細(xì)胞膜上，然后利用高周波磁場對其加熱，從而刺激細(xì)胞。鑒于這種方法可以比較大范圍均勻地刺激細(xì)胞，科學(xué)家認(rèn)為該方法今后可以在人體內(nèi)應(yīng)用。

研究人員目前已證明該方法可以打開鈣離子通道，激活通過細(xì)胞培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞，甚至可以操縱微小線蟲的運(yùn)動。當(dāng)研究人員將磁性納米粒子固定在線蟲的口部，開始線蟲只是爬來爬去。不過，當(dāng)科學(xué)家將磁性納米粒子加熱至34攝氏度后，就能夠控制線蟲的前進(jìn)和后退了。

該研究小組還發(fā)明了一種熒光探針，能夠根據(jù)熒光強(qiáng)度的變化，來測量納米粒子是否被加熱到34攝氏度，這種熒光探針可以說是一個納米溫度計。

這項(xiàng)研究具有廣泛的應(yīng)用價值，比如在癌癥治療中，科學(xué)家可針對選定的蛋白質(zhì)或特定組織進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，從而開發(fā)出新型癌癥治療方法。此外在糖尿病治療方面，也可以遠(yuǎn)程刺激胰腺細(xì)胞釋放胰島素。該方法還可應(yīng)用于某些因刺激不足導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

科學(xué)家表示這種方法非常重要，由于該方法只會加熱細(xì)胞膜，而細(xì)胞內(nèi)的溫度沒有發(fā)生變化，因此不會導(dǎo)致細(xì)胞死亡。通過開發(fā)這種方法，科學(xué)家能夠利用磁場在體外和體內(nèi)刺激細(xì)胞，幫助理解細(xì)胞的信號網(wǎng)絡(luò)，以及控制動物的行為。

研究發(fā)現(xiàn)

2023年，中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院的周欣研究員團(tuán)隊(duì)利用腫瘤微環(huán)境與正常組織的差異，開發(fā)出了一種可智能識別腫瘤的模塊化自組裝納米粒子GQD NT。這是一種能夠?qū)崿F(xiàn)癌癥精準(zhǔn)檢測與治療的納米粒子，可顯著降低癌癥檢測治療過量使用藥物帶來的副作用。相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》。

參考資料

[1]

我國科研人員開發(fā)出可精準(zhǔn)檢測與治療癌癥的納米粒子 · 今日頭條-IT之家[引用日期2023-05-07]