如今,纳米技术、纳米材料的应用研究如火如荼,纳米材料所具有的优越性能为当前的物质世界增添新的光彩,为人类发展奠定新的发展平台。有人预测,21世纪的技术革命将从纳米技术开始,也正因如此,无论发达国家还是发展中国家,为在未来科技领域占有一席之地,为把握新世纪发展技术,都不遗余力地开展纳米领域的研究工作。近十几年来,我国在纳米技术领域取得了很多成果,纳米技术也涉及到纺织品、个人防护用品、家庭生活用品等方面。但是,历史的经验早已证实,科学技术在造福人类的同时,也可能会给人类带来危害。在2004年11月30日至12月2日 期间召开的第243次香山科学会议中,把"纳米尺度物质的生物效应(即纳米安全性)"作为此次会议的主题,来自纳米科学、生物、化学、医学、物理、环境等多个领域的40多名专家一致呼吁加强纳米材料和纳米技术的生物环境安全性研究。会议执行主席、著名纳米科学专家白春礼院士在大会主题报告中指出:"任何技术都是有两面性的,纳米技术也可能同样是把双刃剑。我们要做的是,在发展纳米技术的同时,同步开展其安全性研究,使纳米技术有可能成为人类第一个在其可能产生负效应之前,就已经过认真研究,引起广泛重视,并最终能安全造福人类的新技术"。此外,美国Rice大学生物和环境纳米技术中心(CBEN)主任Vicki Colvin认为:纳米材料微小,有可能进入人体中那些大颗粒所不能到达的区域,如健康细胞。此外,关于纳米颗粒对环境和人类健康安全性的研究和相关信息非常缺乏。美国环境保护机构(US出境environmental protection agency)已确认了一些关于纳米颗粒安全性评价的课题[2],例如:①人造纳米颗粒的毒理学;②使用已知颗粒和纤维的毒理数据外推人造纳米颗粒毒性的可能性;③人造纳米颗粒对环境和生物的传送、持续和转化等影响。
英国政府已委托英国皇家学会和英国皇家工程学院组成调查小组,调查纳米技术的安全性。2004年7月29日 美国的《科学此刻》杂志及2004年8月4日 《自然》杂志分别介绍了该研究小组的报告,对纳米材料的使用安全性发出预警。报告指出,游离的纳米颗粒和纳米管可能会穿透细胞,有损人体健康。该研究小组还建议英国政府设立一个研究中心,专门研究纳米颗粒对环境和人类健康的影响。美国和欧盟正在考虑规范纳米材料和纳米科技产品。
因此,在发展的同时我们应该时刻保持清醒的认识,理智而全面综合地研究与开发纳米技术。如此,才能发挥科学技术的巨大潜能,才能使科技更加有效地为人类服务。
1 纳米材料
纳米材料是指由纳米结构单元构成的任何类型的材料,其颗粒尺寸一般介于0.1nm到1OOnm之间。纳米材料具有一般材料所没有的特殊性能[3]:
(1)体积效应,又称小尺寸效应。当纳米粒子的尺寸与传导电子的波长及超导态的相干波长等物理尺寸相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏。熔点、磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化性等与普通粒子相比都有很大变化。
(2)表面效应。是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。纳米晶粒尺寸的减小结果导致其表面积、表面能及表面结合能的增大,并具有不饱和性质,表现出很高的化学活性。
(3)量子尺寸效应。微粒尺寸下降到一定值时,费密能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级,纳米材料中处于离散的量子化能级中的电子波动性使纳米材料具有一系列特殊性质,如特异性催化,强氧化性和还原性。
(4)宏观量子隧道效应。微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。磁化的纳米粒子具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化,即宏观量子隧道效应。
(5)化学反应性质。纳米材料表面原子数多,吸附能力强,表面反应活性高。
(6)催化性质。纳米粒子晶粒体积小,比表面积大,表面活性中心多,其催化活性和选择性大大高于传统催化剂。而且,纳米催化剂没有孔隙,可避免使用常规催化剂时,反应物向孔隙扩散的影响。在使用纳米催化剂时,不必将其附着在惰性载体上,可以直接放入液相反应体系中。
(7)光学性质。纳米晶粒吸光能力强。
(8)其他性质。纳米材料具有硬度高、可塑性强、高比热和热膨胀、高导电率、高扩散性、烧结温度低、烧结收缩比大等性质。以上性质为其广泛应用奠定了基础。
目前,纳米技术和纳米材料在许多行业都有广泛深入的应用,如医学、环保、纺织、生物和电子等多个领域。而且,科研工作者还在不断地研究扩大纳米技术的应用范围。在纺织领域中,纳米技术的应用已有足够的积累和长足的发展。纺织行业中常用的纳米材料有:纳米TiO2、ZnO、SiO2,Fe2O3,、Al203、Cr2O3、纳米云母等[4]。通过一定的染整加工技术,将上述纳米材料处理到织物上后,可以赋予织物一定功能,如抗静电、防紫外线、抗电磁波辐射、抗菌除臭和防水防污等优良性能。然而,在纳米材料赋予纺织品功能化的同时,是否存在着使用安全隐患,目前还未见相关的专题报道。但是,我们应该主动积极地去探讨和研究。