Spis treści. Wprowadzenie 13 Krzysztof J. Kurzydłowski, Małgorzata Lewandowska

Transkrypt

1 Świat nanocząstek : praca zbiorowa / pod redakcją Anny Świderskiej- Środy, Witolda Łojkowskiego, Małgorzaty Lewandowskiej, Krzysztofa J. Kurzydłowskiego. Warszawa, 2016 Spis treści Wprowadzenie 13 Krzysztof J. Kurzydłowski, Małgorzata Lewandowska 1. Różne sposoby postrzegania nanotechnołogii 17 Witold Łojkowski,, Joanna Sobczyk 1.1. Wprowadzenie Czym jest nanotechnologia Jaka jest dzisiejsza nanotechnologia Nanotechnologia w oczach środowiska akademickiego Nanotechnologia z punktu widzenia przemysłu Nanotechnologia w oczach rządów i instytucji finansujących naukę Nanotechnologia w świecie przepisów, praw i standardów Nanotechnologia w odbiorze społeczeństwa Wpływ polityki edukacyjnej na rozwój nanotechnołogii Podsumowanie 30 Literatura Technologie otrzymywania nanocząstek 35 Urszula Narkiewicz 2.1. Metody wytwarzania nanocząstek w fazie ciekłej Strącanie Metoda zol-żel Metody koloidalne Metody solwotermalne Metody otrzymywania nanocząstek w fazie gazowej Metody otrzymywania nanocząstek w fazie stałej Inne metody otrzymywania nanocząstek Metoda samoorganizacji Metoda wyładowania łukowego Rozdrabnianie wybuchowe i elektroeksplozja Techniki mikrofalowe Techniki ultradźwiękowe Metoda próżniowego odparowania przepływającego płynu Metoda elektroosadzania Powlekanie obrotowe Strącanie w płynach w stanie nadkrytycznym Kontrolowana krystalizacja z amorficznych prekursorów Metody z udziałem mikroorganizmów 52

2 Literatura Nanomateriały węglowe 55 Urszula Narkiewicz 3.1. Zerowymiarowe nanomateriały węglowe Jednowymiarowe nanomateriały węglowe 57 Literatura Nanocząstki tlenków o szerokiej przerwie energetycznej jako luminofory i znaczniki biologiczne 62 Marek Godlewski, Michał Marek Godlewski 4.1. Wstęp Procesy rekombinacji promienistej Luminofory w lampach fluorescencyjnych Ziemie rzadkie jako aktywatory świecenia luminoforów Czy nanorozmiary są potrzebne Znaczniki fluorescencyjne do zastosowań w biologii i medycynie Znaczniki fluorescencyjne nowej generacji Zastosowanie luminoforów domieszkowanych jonami metali ziem rzadkich w badaniach biomedycznych 81 Literatura Nanocząstki a kataliza heterogeniczna 86 Marcin Pisarek 5.1. Wprowadzenie Kataliza heterogeniczna (kataliza kontaktowa) Wymagania stawiane katalizatorom Etapy reakcji chemicznych w katalizie heterogenicznej Otrzymywanie nanocząstek stosowanych w katalizie Metody charakteryzowania nanocząstek stosowanych w katalizie Przykłady zastosowania nanocząstek w reakcjach katalitycznych. Wpływ czynników morfologicznych, strukturalnych, chemicznych oraz geometrycznych Podsumowanie 103 Literatura Nanocząstki zwiększające przewodność elektryczną 106 Ewelina Ciecierska 6.1. Nanorurki węglowe Grafen 108 Literatura Nanocząstki w zastosowaniach biomedycznych 112 Agata Roguska 7.1. Wprowadzenie Nanocząstki metali szlachetnych 113

3 7.3. Nanocząstki hyroksyapatytowe Nanocząstki magnetyczne Kropki kwantowe Nośniki leków Biosensory Podsumowanie 128 Literatura Metody i procedury charakteryzowania morfologii nanocząstek Parametry opisu budowy nanocząstek i techniki ich pomiaru Fundamentalne elementy charakterystyki nanoobiektów Techniki badawcze, stosowane w miernictwie nonoobiektów Znaczenie procedur w analizie morfologicznej nanocząstek Procedura badań nanomateriałów stosowana w Laboratorium Nanostruktur Nanometrologia w dokumentach UE Podsumowanie 142 Literatura Obrazowanie nanocząstek metodami mikroskopii sił atomowych 144 Michał Woźniak 9.1. Sonda skanująca Rozdzielczość pikselowa Warunki środowiskowe 147 Literatura Obrazowanie nanocząstek metodami mikroskopii elektronowej 156 Tomasz Płociński Oddziaływanie wiązki elektronów z materią Detektory Mikroskopy wysokorozdzielcze HR STEM/TEM, wyposażone w korektor aberracji sferycznej i/lub chromatycznej Uchwyty Mikroanaliza składu chemicznego nanocząstek Przygotowanie nanocząstek do obserwacji w mikroskopie elektronowym 170 Literatura Metody opisu kształtu i pomiary wielkości nanocząstek 173 Krzysztof Rożniatowski, Tomasz Wejrzanowski Wstęp Parametry lokalne i globalne Ograniczenia pomiarowe Obrazowanie nanocząstek 175

4 11.5. Parametry opisujące wielkość i kształt Analiza obrazu i wyznaczanie wielkości parametrów Podsumowanie 182 Literatura Pomiar rozkładu wielkości nanocząstek metodą rozpraszania światła laserowego 184 Agnieszka Opalińska Literatura Pomiar stabilności koloidów i zawiesin nanocząstek 195 Jacek Wojnarowicz, Agnieszka Opalińska Układy dyspersyjne Stabilność koloidów i zawiesin Siły i oddziaływania między cząsteczkami Niestabilność Ostwalda Ruchy Browna Teoria DLVO (podwójna warstwa elektryczna) Zmienność układów dyspersyjnych Termodynamiczny aspekt stabilności układu dyspersyjnego Efekt steryczny Podsumowanie Proces destabilizacji zawiesin i koloidów Zasada pomiaru stabilności metodą MLS Stabilność Zmiana wielkości cząstek Migracja cząstek Połączenie niestabilności Podsumowanie Stabilność elektrostatyczna - potencjał zeta Pomiary potencjału zeta metodą elektroforetyczną Pomiary potencjału zeta metodą elektroakustyczną Pomiary potencjału zeta metodą potencjału strumieniowego Podsumowanie Podsumowanie rozdziału 220 Literatura Pomiar rozmiaru nanokryształów metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego 223 Stanisław Gierlotka Wstęp Dyfrakcja promieniowania na kryształach Analogie do dyfrakcji światła Specyficzne cechy dyfrakcji na kryształach Dyfrakcja na polikryształach Jak rozmiar krystalitu uwidacznia się na dyfraktogramach 229

5 14.3. Określanie średniego rozmiaru krystalitów - metoda Scherrera Małe krystality z naprężeniami - metoda Williamsona-Halla Badanie rozkładu wielkości krystalitów przez analizę kształtu piku dyfrakcyjnego Ograniczenie metody analizy kształtu piku Podsumowanie, czyli jak postępować w praktyce 248 Literatura Badanie rozkładu wielkości nanokrystalitów metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego 250 Roman Pielaszek Zasada działania Proszki monodyspersyjne - metoda Scherrera Proszki polidyspersyjne Metoda Integral Breadth (uogólniona) Metoda Scherrera uogólniona, FW ⅕/⅘M Nanokryształy dużych cząsteczek Metody bezpośredniego dopasowania Narzędzia internetowe Oszacowanie i redukcja błędów pomiarowych Błąd oznaczenia stałej sieci nanokryształów Błąd oznaczenia rozmiaru ziarna nanokryształów Określanie poziomu tła piku Ograniczenia metod rentgenowskich Podstawy fizyczne (dla dociekliwych) Równanie Debye'a Równanie Debye'a dla kryształów, warunek Bragga Profil linii i stała Scherrera dla kryształów prostopadłościennych Profil linii i stała Scherrera dla kryształów kulistych Profil linii dla proszków polidyspersyjnych (wielościany) Profil linii dyfrakcyjnej dla proszków polidyspersyjnych (ziarna kuliste) FW ⅕/⅘M - metoda Scherrera dla proszków polidyspersyjnych Metoda Integral Breadth (uogólniona) Oszacowanie błędów pomiarowych stałej sieci Oszacowanie błędów pomiaru rozmiaru ziarna 286 Literatura Znaczenie morfologii w kształtowaniu właściwości nanocząstek 287 Literatura Toksyczność nanocząstek i sposoby jej wyznaczania 291 Agnieszka Gajewicz, Tomasz Puzyn, Przemysław Oberbek, Michał Woźniak Czy nanocząstki są toksyczne 291

6 17.2. Potencjalne mechanizmy toksyczności nanocząstek Ocena ryzyka stwarzanego przez nanocząstki Metody eksperymentalne Metody in vitro Metody mikroskopowe Metody in vivo Podstawowe badania toksykometryczne Metody komputerowe (in silico) Zbieranie danych eksperymentalnych Podział związków na zbiór uczący i testowy Obliczenie deskryptorów Kalibracja i walidacja modelu Przykłady zastosowania metod QSAR do nanocząstek Podsumowanie 323 Literatura Bezpieczeństwo i higiena pracy z nanocząstkami Ochrona zdrowia pracowników Rekomendowane limity stężeń nanocząstek w środowisku pracy Rekomendowane środki ochrony pracowników Ryzyko pożaru i eksplozji w środowisku pracy Środki ochrony przeciwpożarowej Przekazywanie informacji w łańcuchu dostaw Karty charakterystyki materiału Etykiety znamionowe na pojemnikach Podsumowanie 341 Literatura Nanomateriały w świetle przepisów Unii Europejskiej 345, Agnieszka Baran Definicje i normy Definicja nanomateriału Działania normalizacyjne w nanotechnologii Kluczowe regulacje Unii Europejskiej dotyczące substancji chemicznych, w tym nanomateriałów System kontroli substancji chemicznych w Unii Europejskiej Przepisy sektorowe zawierające odniesienia do nanomateriałów Produkty kosmetyczne Produkty biobójcze Produkty spożywcze Przepisy na poziomie krajowym odnoszące się do nanomateriałów Podsumowanie 362 Literatura 362

7 20. Polityka i działania Unii Europejskiej w odniesieniu do nanomateriałów 366 Literatura Rynek nanocząstek tlenków metali 371 Elżbieta Krawczyk-Dembicka Nanotechnologia na świecie Nanotechnologia w Polsce Rynek nanocząstek tlenków metali Nanocząstki tlenku glinu (Al 2 O 3 ) Nanocząstki tlenku antymonu cyny (ATO) Nanocząstki tlenku bizmutu (Bi 2 O 3 ) Nanocząstki ditlenku ceru (CeO 2 ) Nanocząstki tlenku kobaltu (CoO) Nanocząstki tlenku miedzi (CuO) Nanocząstki tlenku żelaza (Fe 2 O 3 oraz Fe 3 O 4 ) Nanocząstki tlenku indu (ln 2 O 3 ) Nanocząstki tlenku magnezu (MgO) Nanocząstki tlenku manganu (MnO oraz Mn 2 O 3 ) Nanocząstki tlenku niklu (NiO) Nanocząstki ditlenku krzemu (SiO 2 ) Nanocząstki ditlenku tytanu (TiO 2 ) Nanocząstki tlenku itru (Y 2 O 3 ) Nanocząstki tlenku cynku (ZnO) Nanocząstki ditlenku cyrkonu (ZrO 2 ) 392 Literatura 404 Ważniejsze skróty i akronimy 405 Skorowidz 413 oprac. BPK