纳米颗粒的应用与特性分析

纳米颗粒，又称纳米尘埃、纳米尘末，指纳米量级的微观颗粒。一般指粒径范围在1～100 nm的微小粒子；小于10 nm的半导体纳米颗粒，由于其电子能级量子化，又被称为量子点。

纳米颗粒具有重要的科学研究价值，其在大颗粒物质和原子、分子之间搭起了一座桥梁。通常情况下，大颗粒物质的物理特性与其尺寸大小没有关系，但是到了纳米尺度却并非如此，一些和尺寸相关的物理特性已经被知晓，例如：半导体纳米颗粒的量子束缚；一部分金属纳米颗粒的表面胞质共振（surface plasmon resonance）；纳米磁性材料的超顺磁性；类固体和软的纳米颗粒也被制造出来。脂质体是典型的具有类固体特性的纳米颗粒。由于纳米颗粒自身具备的许多特性，从20世纪80年代开始的纳米科技成为当今科学研究的一个热点领域。

纳米颗粒的存在形式多种多样，它的形态可能是乳胶体、聚合物、陶瓷颗粒、金属颗粒或者碳颗粒等，正在被越来越多地应用于医学、防晒化妆品以及电子产品等多种行业中。在医药领域，由于纳米颗粒能够渗透到膜细胞中，沿神经细胞突触、血管和淋巴管传播，并有选择性地积累在不同的细胞和一定的细胞结构中，因此不仅为药物的使用提供了有效性，同时也对人体健康带来了潜在威胁。在电子行业中，录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性颗粒作为磁记录介质。随着社会的信息化，要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属磁粉（20 nm左右的纳米磁性颗粒）制成的金属磁带、磁盘，国外已经商品化，其记录密度可达4 106～4 107位/cm（107～108位/in），即每厘米可记录400万～4 000万的信息单元；与普通磁带相比，它具有高密度、低噪声和高信噪比等优点。另外，美国的F-117A型隐形战斗机，其机身外表所包覆的红外与微波隐身材料中亦包含有多种纳米颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力。在火箭发射的固体燃料推进剂中添加1%重量比的超微铝或镍颗粒，每克燃料的燃烧热可增加1倍。由此可见，纳米颗粒在国防、国民经济各领域均有广泛的应用。

综上所述，纳米颗粒的粒度直接关系到其在工艺过程和各种应用过程中的性质和行为。随着颗粒技术的发展，纳米颗粒的测试技术受到越来越多的重视，对改善产品质量、控制环境污染、保障人身健康等有着重大的经济意义和深远的社会意义。(www.xing528.com)

目前，众多方法被应用于纳米颗粒的检测，常用的纳米颗粒测量手段有电镜法、动态光散射法、离心沉降法、X射线衍射法等。其中电镜法是测量纳米颗粒粒度与形态最常用的方法，但是由于设备价格昂贵，使用条件严格以及取样的代表性问题等限制了该种方法的应用。动态光散射法作为纳米颗粒测试的新方法，近年来发展较快，国外一些著名的仪器生产公司如马尔文、贝尔曼库尔特、新帕泰克等都推出了性能优异的产品，而国内尚无该类产品问世，表明国内在同类仪器产品的开发与生产方面与国外还存在较大差距。X射线由于其波长极短，也是一种测量纳米颗粒的理想手段，国外已见商品仪器面世，国内也已经将该技术的研发列入了国家开发计划，国家钢铁研究总院也对此进行了大量研究。

与上述几种检测方法相比，超声波测量纳米颗粒具备了特殊的优点：①检测成本相对较低；②超声波由于具备较宽的频带范围，可以测量从纳米至毫米级较宽的颗粒范围；③更为重要的是，超声波穿透能力强，适用于较高浓度颗粒两相介质的测量，因此具备了在线测量的潜质。

德国著名颗粒测量仪器和技术公司Sympatec推出的OPUS系列超声波在线颗粒粒度检测仪器，采用20～200 MHz的检测频率，可实现200 nm～1 000μm的颗粒粒度分布测量；英国Leeds大学的Povey教授长期以来一直致力于超声波颗粒粒度分布测量的研究，在纳米颗粒粒度分布测量方面走在了世界的前列。但是到目前为止，为拓展纳米颗粒粒度分布测量的下限，国际上所采用的超声波频率均为高频，动辄几百兆，由此所带来的问题显而易见：一方面提高了对检测仪器的要求；另一方面带来很多如信号采集、信号处理等方面的问题。本书正是基于此，将对中、低频超声波测量纳米颗粒粒度分布以及浓度展开研究。