納米粒子

納米粒子是指粒度在1—100nm之間的粒子（納米粒子又稱超細微粒）。屬於膠體粒子大小的範疇。它們處於原子簇和巨觀物體之間的過度區，處於微觀體系和巨觀體系之間，是由數目不多的原子或分子組成的集團，因此它們既非典型的微觀系統亦非典型的巨觀系統。

1959年末，諾貝爾獎獲得者理察·費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於二十世紀六十年代。1963年U yeda等人用氣體冷凝法製備了金納米粒子。自從1984年德國科學家Gleiter等人首次用惰性氣體凝聚法成功地製得鐵納米微粒以來，標誌著納米科學技術正式誕生。近十多年，越來越多的科學家致力於納米材料的相關研究中並在製備、性質和套用方面都取得了豐碩的研究成果。

基本介紹

• 中文名：納米粒子
• 外文名：Nanoparticles
• 簡介：具有一些新異的物理化學特性
• 磁性粒子：磁性納米粒子大小只有6納米
• 套用：納米粒子做催化劑的必要條件

簡介

可以預見，納米粒子應具有一些新異的物理化學特性。 納米粒子區別於巨觀物體結構的特點是，它表面積占很大比重，而表面原子既無長程式又無短程式的非晶層。可以認為納米粒子表面原子的狀態更接近氣態，而粒子內部的原子可能呈有序的排列。即使如此，由於粒徑小，表面曲率大，內部產生很高的Gilibs壓力，能導致內部結構的某種變形。納米粒子的這種結構特徵使它具有下列四個方面的效應。

1.體積效應

2.表面效應

3.量子尺寸效應

4.巨觀量子隧道效應

製備納米粒子的方法

超聲自組裝法——利用超音波的輔助，使物質之間相互作用形成納米粒子。其特點是操作簡便，但是實驗條件較嚴格，所選原材料要具有兩種基團（親水基團和親油基團）。
氣相沉積法——利用金屬化合物蒸汽的化學反應合成納米材料。其特點是產品純度高，粒度分布窄。
沉澱法——把沉澱劑加入到鹽溶液中反應後，將沉澱熱處理得到納米材料。其特點是簡單易行，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，再經分離和熱處理得到納米粒子。其特點是純度高，分散性好，粒度易控制。
溶膠凝膠法——金屬化合物經溶液、溶膠、凝膠而固化，再經低沮熱處理而生成納米粒子。其特點是反應物種多，產物顆粒均一，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，在微泡中經成核、聚結、團聚、熱處理後得納米粒子。其特點是粒子的單分散和接口性好。

套用

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，用納米粒子進行催化反應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、還原及合成反應中做催化劑，可大大提高反應效率，利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應觸媒，燃燒效率可提高100倍；催化反應還表現出選擇性，如用矽載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應表明，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套用，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。

納米粒子體積效應使得通常在高溫燒結的材料如SiC、WC、BC等在納米狀態下在較低溫度下可進行燒結，獲得高密度的燒結體。另一方面，由於納米粒子具有低溫燒結、流動性大、燒結吸縮大的燒結特徵，可作為燒結過程的活性劑使用，加速燒結過程降低燒結溫度，縮短燒結時間。例如，普通鎢絲粉須在3000℃的高溫下燒結，而在摻入0.1～0.5%的納米鎳粉後，燒結溫度可降到1200至1311℃。

復相材料的燒結：復相材料由於不同的熔點及相變溫度不同使得燒結較困難。納米粒子的體積效應和表面效應，不僅使其熔點降低，相轉變溫度也降低，在低溫下就能進行固相反應，因此可得到燒結性能很好的復相材料。

高純度納米粉可作為精細陶瓷材料。它具有堅硬、耐磨、耐高溫、耐腐蝕的能力，並且有些陶瓷材料具有能量轉換，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。

納米材料在醫學和生物工程也有許多套用。已成功開發了以納米磁性材料為藥物載體的靶向藥物，稱為“生物飛彈”。即在磁性Fe3O4納米微粒包敷的蛋白質表面攜帶藥物，注射進入人體血管，通過磁場導航輸送到病變部位釋放藥物，可減少肝、脾、腎等所受由於藥物產生的副作用。利用納米感測器可獲取各種生化反應的信息和電化學信息。還可以利用納米粒子研製成納米機器人，注入人身的血液，對人體進行全身健康檢查，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，殺死癌細胞等，可以預言，隨著製備納米材料技術的發展和功能開發，會有越來越多的新型納米材料在眾多的高科技領域中得到廣泛的套用。

磁性粒子

布法羅大學研究小組所開發的這種磁性納米粒子大小只有6納米，很容易在細胞間擴散。研究人員首先將納米粒子固定在細胞膜上，然後利用高周波磁場對其加熱，從而刺激細胞。鑒於這種方法可以比較大範圍均勻地刺激細胞，科學家認為該方法今後可以在人體內套用。

研究人員目前已證明該方法可以打開鈣離子通道，激活通過細胞培養的神經細胞，甚至可以操縱微小線蟲的運動。當研究人員將磁性納米粒子固定線上蟲的口部，開始線蟲只是爬來爬去。不過，當科學家將磁性納米粒子加熱至34攝氏度後，就能夠控制線蟲的前進和後退了。

該研究小組還發明了一種螢光探針，能夠根據螢光強度的變化，來測量納米粒子是否被加熱到34攝氏度，這種螢光探針可以說是一個納米溫度計。

這項研究具有廣泛的套用價值，比如在癌症治療中，科學家可針對選定的蛋白質或特定組織進行遠程操作，從而開發出新型癌症治療方法。此外在糖尿病治療方面，也可以遠程刺激胰腺細胞釋放胰島素。該方法還可套用於某些因刺激不足導致的神經系統疾病。

科學家表示這種方法非常重要，由於該方法只會加熱細胞膜，而細胞內的溫度沒有發生變化，因此不會導致細胞死亡。通過開發這種方法，科學家能夠利用磁場在體外和體內刺激細胞，幫助理解細胞的信號網路，以及控制動物的行為。