纳米材料的应用和环境风险

纳米材料的应用和环境风险

纳米碳管是由单层或多层石墨片层卷曲而成的典型一维纳米材料，纳米碳管的发现是碳团簇领域的又一重大科研成果。科学家探讨了纳米碳管的结构、特性、活化方法，评述了这种纳米尺寸的新型碳材料在电化学器件、氢气存储、场发射装置、纳米碳管场效应晶体管、催化剂载体、纳米碳管修饰电极领域的应用价值，展望了纳米碳管的介入对全球性物理、化学及材料等学科界所带来的美好前景。

纳米材料的应用

纳米碳管自1991年被问世以来，纳米碳管因其在众多领域的应用前景吸引了广泛关注。其力学性质及可能的应用一直广受关注。单壁纳米碳管的轴向力学性质接近完美石墨片层的理论值，因而利用其作为增强材料制备而成的纳米碳管增强高分子基复合材料有可能具有极其优异的力学性质；尤其是在纳米电子学领域，由于单壁纳米碳管随直径和手性的不同，可以具有金属或半导体的导电特性，将可能取代传统的硅电子器件，获得更高的效率与集成度……总之，纳米碳管各方面优异的性能决定了其广泛的用途，例如

（1）新型碳纤维材料及增强材料，纳米碳管由于纳米中空管及螺旋度的共同作用，具有极高的强度和理想的弹性，杨氏模量甚至可达1.3TPa，在内外层承受了16%的应变的情况下，纳米碳管没有断裂，证明其具有非凡的韧性和恢复能力。纳米碳管长径比在1万以上，强度比钢高100倍，但重量不及钢的1/6。纳米碳管具有如此优秀的力学性能，是一种绝好的纤维材料，它的性能优于当前的任何纤维，它既具有碳纤维的固有性质，又具有金属材料的导电导热性，陶瓷材料的耐热耐蚀性，纺织纤维的柔软可编性，以及高分子材料的轻度易加工性，是一种一材多能和一材多用的功能材料和结构材料，可望应用于材料领域的多个方面。尤其在汽车、飞机及其它飞行器的制造上带来革命性的突破。

纳米碳管作为复合材料的纤维增强体表现出极好的强度、弹性、抗疲劳性以及各向同性。纳米碳管又具有石墨的润滑性和导电性，所以纳米碳管在摩擦技术方面一定有很大的前途，特别是在航空、航天领域里的特殊制造业上有无可比拟的优势。

（2）用作超级电容器电料极材，纳米碳管结晶度高、导电性好、比表面积大、微孔大小可通过合成工艺加以控制，比表面利用率可达100%，具备理想的超级电容器电极材料的所有要求。

超级电容器（supercapacitor）又叫电化学电容器，双电层电容器，是一种新型的电容器，它的出现使得电容器的极限容量骤然上升了3-4个数量级，达到了千F/g级以上的大容量。由于双电层电容器的工原理是基于电极与电解液界面形成所谓的双电层的空间电荷层，在这种双电层中积蓄电荷，从而来实现储能之目的。它不同于传统意义上的电容器，类似于充电电池，但比传统的充电电池（镍氢电池和锂离子电池）具有更高的比功率和更长的循环寿命，其比功率可达到千瓦/kg数量级以上，循环寿命在万次以上（使用年限超过5年）。因此电化学超级电容器在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景。鉴于电化学超级电容器的重要性，各工业发达国家都给予了高度重视，成为国家重点的战略研究和开发项目。目前一般用多孔炭作电极材料，不但微孔分布宽（对存储能量有贡献的孔不到30%），而且结晶度低，导电性差，导致容量小。纳米碳管的出现为超级电容器的开发提供了新机遇。（注：此段摘录网页改写而得）

（3）用作生活日用品，单壁纳米碳管的轴向力学性质接近完美石墨片层的理论值，因而利用其作为增强材料制备而成的纳米碳管增强高分子基复合材料具有极其优异的力学性质，利用这些优点，人们在生产生活日用品时添加了部分纳米材料，例如，山地车材料中添加纳米碳管可以减轻重量且增加了强度、弹性、抗疲劳性……在袜子中添加银纳米颗粒可以起到杀

菌去脚气……

纳米颗粒再医学的应用：新研究的成果（即：下文纳米颗粒对DNA的损害）指出或许可以用纳米颗粒疗法来攻击致病肿瘤，甚至有助于弄清一些人们所知道甚少的病菌是如何侵入人体器官。美国科学院学报上的一份报告称，在化疗药物中加入纳米粒子，抗癌药物可以在剂量削减95%的情况下达到相同的治疗效果。

纳米材料的的风险

尽管纳米材料的在各个方面性能表现优异，在许多领域有着美好前景。但许多新技术对人类来说都是双刃剑，许多人们曾经认为使用价值大且对人类无害的技术，最后都被认定对人类危害很大。而且其广泛的用途也就意味了其风险程度。纳米材料是否也对人类的健康以及对环境具有某种危害或使用风险呢，这是近年来人们一直关注的一个话题。下面是我的一点理解

（1）纳米碳管的环风险境：纳米碳管比表面积大、微孔分布均匀、微孔率高……它具有超强的的吸附能力，是优异的吸附材料。但由于生产的废管、使用后的废管处理不当大量流如环境。一旦流如水体可能会大量吸附水体的无染物，阻碍了水体的自净，增加水体污染物浓度（尚未确定）。如果属实将会威胁到人类的饮水安全，这将是灾难性的危害。

再者这种直径以十亿分之一计的材料在相对较大的生物细胞前是否可以不受细胞保护膜的限制而自由进出细胞体损害内部物资，纳米碳颗粒进入细胞内部是否会与DNA结合（纳米碳颗粒有超强的吸附能力）阻碍正常DNA的分裂、复制，这种情况下新分裂的细胞染色体可能会加倍或不足造成基因突变。如果这种情况属实那么生物体的健康将又多了一项致命的威胁，更恐怖的是新生体中就会出现怪物（想到这儿毛骨悚然）……

（2）纳米颗粒对DNA的损害：科学家近日公布，用于医学应用上的纳米颗粒能够隔着身体组织的保护性屏障发送信号，损害被保护细胞内部的DNA。这一令人惊讶的发现成为围绕纳米颗粒展开的日益增多的研究活动的又一项成果。这些研究活动关注的是目前应用范围还在迅速拓宽的以十亿分之一计算的这种物质给人体健康造成的确切及潜在的危险。

在英国绍斯米德医院专家查尔斯.凯斯的带领下，科学家在实验室中培育出一种人体细胞的多层“屏障”来模拟身体中一种专门的保护组织。在这层有三四个细胞后的屏障下面，科学家放置了人类成纤维细胞，在这层屏障的上面，他们放置了纳米钴、铬颗粒。研究人员想知道，实验室培育的屏障能在多大的程度上保护下面的成纤维细胞。然而，让科学家惊讶的是，这层屏障并未发挥任何保护作用，而且在屏障的下面并未发现钴、铬颗粒。也就是说，再不直接接触这种颗粒情况下，仍然导致了DNA受损。

当考虑到纳米颗粒的安全性时，必须将医学应用与广泛的工业应用区分开。新药经过严格检验，降低了出线范围伤害的风险。而且，即便纳米颗粒存在一定风险也并不一定意味着不该使用这项技术。

总而言之，不管我们是否愿意，纳米材料已经大量涌入我们的生活。我们不否定纳米材料在许多方面表现优异、纵多领域有着广泛的前景，但也不可忽视其风险。况且纳米材料存在一定风险也并不一定意味着不该使用这项技术。在利用它各方面优异性能时，我们是不是也要考虑它可能带来的风险，一种新的纳米材料在流入社会之前经过严格检验，降低了出线范围伤害的风险。否则，恶果终究还是人类自食！！！！

姓名：童涛柱

学号：200710702114