Świat nanocząstek

• Druk: Warszawa, 2016
• Redakcja naukowa: Krzysztof Kurzydłowski, Małgorzata Lewandowska, Witold Łojkowski
• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Nanocząstki występowały w przyrodzie od zawsze, jednak dopiero niedawno poznano wielkie możliwości ich zastosowania w wielu dziedzinach techniki. Stało się to za przyczyną ogromnego zainteresowania nanocząstkami, zarówno w środowisku naukowym, pragnącym zrozumieć i wyjaśnić zjawiska w nanoskali, jak i przemysłowym, chcącym wykorzystać niezwykłe cechy nanocząstek do poprawy jakości całej gamy produktów.

Publikacja przedstawia specyficzne właściwości nanocząstek, wynikające z ich rozmiarów, metody ich charakteryzowania, wytwarzania oraz obszary zastosowania. Skierowana jest do studentów kierunków ścisłych i technicznych − fizyki, chemii, inżynierii materiałowej − oraz wydziałów mechanicznych, budowlanych i elektrycznych. Będzie użyteczna również dla pracowników przedsiębiorstw działających w innowacyjnych sektorach gospodarki, wykorzystujących zaawansowane materiały.

• Kategorie:
  1. Ebooki i Audiobooki »
  2. Ebooki »
  3. Ebooki popularnonaukowe i specjalistyczne »
  4. Chemia
• Redakcja: Krzysztof Kurzydłowski, Małgorzata Lewandowska, Witold Łojkowski
• Język wydania: polski
• ISBN: 978-83-01-18818-4
• ISBN druku: 978-83-01-18770-5
• Liczba stron: 400

Wprowadzenie Krzysztof J. Kurzydłowski, Małgorzata Lewandowska                                                 13

1. Różne sposoby postrzegania nanotechnologii Witold Łojkowski, Anna Świderska-Środa, Joanna Sobczyk                      17
1.1. Wprowadzenie                                               17
1.2. Czym jest nanotechnologia                                          18
1.3. Jaka jest dzisiejsza nanotechnologia                                   19
1.4. Nanotechnologia w oczach środowiska akademickiego                    21
1.5. Nanotechnologia z punktu widzenia przemysłu                          24
1.6. Nanotechnologia w oczach rządów i instytucji finansujących naukę          26
1.7. Nanotechnologia w świecie przepisów, praw i standardów                 27
1.8. Nanotechnologia w odbiorze społeczeństwa                        28
1.9. Wpływ polityki edukacyjnej na rozwój nanotechnologii                   29
1.10. Podsumowanie                                                   30
Literatura                                                            33

2. Technologie otrzymywania nanocząstek Urszula Narkiewicz                      35
2.1. Metody wytwarzania nanocząstek w fazie ciekłej                         38
	2.1.1. Strącanie                                                 39
	2.1.2. Metoda zol–żel                                            43
	2.1.3. Metody koloidalne                                     44
	2.1.4. Metody solwotermalne                                      44
2.2. Metody otrzymywania nanocząstek w fazie gazowej                      45
2.3. Metody otrzymywania nanocząstek w fazie stałej                    47
2.4. Inne metody otrzymywania nanocząstek                           48
	2.4.1. Metoda samoorganizacji                                     48
	2.4.2. Metoda wyładowania łukowego                               48
	2.4.3. Rozdrabnianie wybuchowe i elektroeksplozja                    49
	2.4.4. Techniki mikrofalowe                                       49
	2.4.5. Techniki ultradźwiękowe                                    50
	2.4.6. Metoda próżniowego odparowania przepływającego płynu          50
	2.4.7. Metoda elektroosadzania                                    50
	2.4.8. Powlekanie obrotowe                                       51
	2.4.9. Strącanie w płynach w stanie nadkrytycznym                51
	2.4.10. Kontrolowana krystalizacja z amorficznych prekursorów       51
	2.4.11. Metody z udziałem mikroorganizmów                          52
Literatura                                                            52

3. Nanomateriały węglowe Urszula Narkiewicz                                     55
3.1. Zerowymiarowe nanomateriały węglowe                               55
3.2. Jednowymiarowe nanomateriały węglowe                          57
Literatura                                                            60

4. Nanocząstki tlenków o szerokiej przerwie energetycznej jako luminofory i znaczniki biologiczne Marek Godlewski, Michał Marek Godlewski                      62
4.1. Wstęp                                                     62
4.2. Procesy rekombinacji promienistej                               62
4.3. Luminofory w lampach fluorescencyjnych                              64
4.4. Ziemie rzadkie jako aktywatory świecenia luminoforów                   70
4.5. Czy nanorozmiary są potrzebne                                      74
4.6. Znaczniki fluorescencyjne do zastosowań w biologii i medycynie            77
4.7. Znaczniki fluorescencyjne nowej generacji                         79
4.8. Zastosowanie luminoforów domieszkowanych jonami metali ziem rzadkich w badaniach biomedycznych                             81
Literatura                                                            84

5. Nanocząstki a kataliza heterogeniczna Marcin Pisarek                       86
5.1. Wprowadzenie                                               86
5.2. Kataliza heterogeniczna (kataliza kontaktowa)                      88
	5.2.1. Wymagania stawiane katalizatorom                            90
	5.2.2. Etapy reakcji chemicznych w katalizie heterogenicznej             90
5.3. Otrzymywanie nanocząstek stosowanych w katalizie                 92
5.4. Metody charakteryzowania nanocząstek stosowanych w katalizie            93
5.5. Przykłady zastosowania nanocząstek w reakcjach katalitycznych. Wpływ czynników morfologicznych, strukturalnych, chemicznych oraz geometrycznych                                          97
5.6. Podsumowanie                                                  103
Literatura                                                           104

6. Nanocząstki zwiększające przewodność elektryczną Ewelina Ciecierska          106
6.1. Nanorurki węglowe                                          106
6.2. Grafen                                                         108
Literatura                                                           111

7. Nanocząstki w zastosowaniach biomedycznych Agata Roguska              112
7.1. Wprowadzenie                                              112
7.2. Nanocząstki metali szlachetnych                                    113
7.3. Nanoczątski hyroksyapatytowe                                 117
7.4. Nanocząstki magnetyczne                                     119
7.5. Kropki kwantowe                                                122
7.6. Nośniki leków                                              124
7.7. Biosensory                                                 127
7.8. Podsumowanie                                                  128
Literatura                                                           129

8. Metody i procedury charakteryzowania morfologii nanocząstek Anna Świderska-Środa   131
8.1. Parametry opisu budowy nanocząstek i techniki ich pomiaru              132
	8.1.1. Fundamentalne elementy charakterystyki nanoobiektów      132
	8.1.2. Techniki badawcze, stosowane w miernictwie nonoobiektów       133
8.2. Znaczenie procedur w analizie morfologicznej nanocząstek           138
	8.2.1. Procedura badań nanomateriałów stosowana w Laboratorium Nanostruktur                                        139
8.3. Nanometrologia w dokumentach UE                                 141
8.4. Podsumowanie                                                  142
Literatura                                                           142

9. Obrazowanie nanocząstek metodami mikroskopii sił atomowych Michał Woźniak                                             144
9.1. Sonda skanująca                                                 146
9.2. Rozdzielczość pikselowa                                      146
9.3. Warunki środowiskowe                                       147
Literatura                                                           154

10. Obrazowanie nanocząstek metodami mikroskopii elektronowej Tomasz Płociński 156
10.1. Oddziaływanie wiązki elektronów z materią                           160
10.2. Detektory                                                  162
10.3. Mikroskopy wysokorozdzielcze HR STEM/TEM, wyposażone w korektor aberracji sferycznej i/lub chromatycznej                 164
10.4. Uchwyty                                                   167
10.5. Mikroanaliza składu chemicznego nanocząstek                         167
10.6. Przygotowanie nanocząstek do obserwacji w mikroskopie elektronowym                                                   170
Literatura                                                           172

11. Metody opisu kształtu i pomiary wielkości nanocząstek Krzysztof Rożniatowski, Tomasz Wejrzanowski        173
11.1. Wstęp                                                     173
11.2. Parametry lokalne i globalne                                   173
11.3. Ograniczenia pomiarowe                                      174
11.4. Obrazowanie nanocząstek                                     175
11.5. Parametry opisujące wielkość i kształt                                176
11.6. Analiza obrazu i wyznaczanie wielkości parametrów                179
11.7. Podsumowanie                                                  182
Literatura                                                           182

12. Pomiar rozkładu wielkości nanocząstek metodą rozpraszania światła laserowego Agnieszka Opalińska                                            184
Literatura                                                           194

13. Pomiar stabilności koloidów i zawiesin nanocząstek Jacek Wojnarowicz, Agnieszka Opalińska              195
13.1. Układy dyspersyjne                                          195
	13.1.1. Stabilność koloidów i zawiesin                               196
	13.1.2. Siły i oddziaływania między cząsteczkami                  197
	13.1.3. Niestabilność Ostwalda                                200
	13.1.4. Ruchy Browna                                       201
	13.1.5. Teoria DLVO (podwójna warstwa elektryczna)              202
	13.1.6. Zmienność układów dyspersyjnych                       203
	13.1.7. Termodynamiczny aspekt stabilności układu dyspersyjnego        204
	13.1.8. Efekt steryczny                                           206
	13.1.9. Podsumowanie                                           207
13.2. Proces destabilizacji zawiesin i koloidów                              207
13.3. Zasada pomiaru stabilności metodą MLS                         209
	13.3.1. Stabilność                                           211
	13.3.2. Zmiana wielkości cząstek                                   212
	13.3.3. Migracja cząstek                                      213
	13.3.4. Połączenie niestabilności                               214
	13.3.5. Podsumowanie                                           215
13.4. Stabilność elektrostatyczna – potencjał zeta                       215
	13.4.1. Pomiary potencjału zeta metodą elektroforetyczną               217
	13.4.2. Pomiary potencjału zeta metodą elektroakustyczną               218
	13.4.3. Pomiary potencjału zeta metodą potencjału strumieniowego                                          219
	13.4.4. Podsumowanie                                           219
13.5. Podsumowanie rozdziału                                          220
Literatura                                                           220

14. Pomiar rozmiaru nanokryształów metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego Stanisław Gierlotka                           223
14.1. Wstęp                                                    223
14.2. Dyfrakcja promieniowania na kryształach                         224
	14.2.1. Analogie do dyfrakcji światła                                224
	14.2.2. Specyficzne cechy dyfrakcji na kryształach                      225
	14.2.3. Dyfrakcja na polikryształach                            227
	14.2.4. Jak rozmiar krystalitu uwidacznia się na dyfraktogramach         229
14.3. Określanie średniego rozmiaru krystalitów – metoda Scherrera            232
14.4. Małe krystality z naprężeniami – metoda Williamsona–Halla              239
14.5. Badanie rozkładu wielkości krystalitów przez analizę kształtu piku dyfrakcyjnego                                               242
	14.5.1. Ograniczenie metody analizy kształtu piku                     247
14.6. Podsumowanie, czyli jak postępować w praktyce                   248
Literatura                                                           249

15. Badanie rozkładu wielkości nanokrystalitów metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego Roman Pielaszek                           250
15.1. Zasada działania                                                 250
15.2. Proszki monodyspersyjne – metoda Scherrera                          252
15.3. Proszki polidyspersyjne                                       254
	15.3.1. Metoda Integral Breadth (uogólniona)                      256
	15.3.2. Metoda Scherrera uogólniona, FW1_ 5/4_ 5M                   258
	15.3.3. Nanokryształy dużych cząsteczek                        259
	15.3.4. Metody bezpośredniego dopasowania                         261
	15.3.5. Narzędzia internetowe                                     262
15.4. Oszacowanie i redukcja błędów pomiarowych                          264
	15.4.1. Błąd oznaczenia stałej sieci nanokryształów                264
	15.4.2. Błąd oznaczenia rozmiaru ziarna nanokryształów                265
	15.4.3. Określanie poziomu tła piku                            265
15.5. Ograniczenia metod rentgenowskich                                 266
15.6. Podstawy fizyczne (dla dociekliwych)                            267
	15.6.1. Równanie Debye’a                                        267
	15.6.2. Równanie Debye’a dla kryształów, warunek Bragga          267
	15.6.3. Profil linii i stała Scherrera dla kryształów prostopadłościennych                                      271
	15.6.4. Profil linii i stała Scherrera dla kryształów kulistych              273
	15.6.5. Profil linii dla proszków polidyspersyjnych (wielościany)      274
	15.6.6. Profil linii dyfrakcyjnej dla proszków polidyspersyjnych (ziarna kuliste)                                           278
	15.6.7. FW1_ 5/4_5M – metoda Scherrera dla proszków polidyspersyjnych                                         280
	15.6.8. Metoda Integral Breadth (uogólniona)                      283
	15.6.9. Oszacowanie błędów pomiarowych stałej sieci              284
	15.6.10. Oszacowanie błędów pomiaru rozmiaru ziarna                  286
Literatura                                                           286

16. Znaczenie morfologii w kształtowaniu właściwości nanocząstek Anna Świderska-Środa    287
Literatura                                                           290

17. Toksyczność nanocząstek i sposoby jej wyznaczania Agnieszka Gajewicz, Tomasz Puzyn, Przemysław Oberbek, Michał Woźniak           291
17.1. Czy nanocząstki są toksyczne                                       291
17.2. Potencjalne mechanizmy toksyczności nanocząstek                 293
17.3. Ocena ryzyka stwarzanego przez nanocząstki                          295
17.4. Metody eksperymentalne                                      297
	17.4.1. Metody in vitro                                       298
	17.4.2. Metody mikroskopowe                                     301
	17.4.3. Metody in vivo                                            305
	17.4.4. Podstawowe badania toksykometryczne                   306
17.5. Metody komputerowe (in silico)                                 309
	17.5.1. Zbieranie danych eksperymentalnych                     310
	17.5.2. Podział związków na zbiór uczący i testowy                310
	17.5.3. Obliczenie deskryptorów                               311
	17.5.4. Kalibracja i walidacja modelu                                313
17.6. Przykłady zastosowania metod QSAR do nanocząstek               317
17.7. Podsumowanie                                                  323
Literatura                                                           324

18. Bezpieczeństwo i higiena pracy z nanocząstkami Anna Świderska-Środa              330
18.1. Ochrona zdrowia pracowników                                 331
	18.1.1. Rekomendowane limity stężeń nanocząstek w środowisku pracy                                   331
	18.1.2. Rekomendowane środki ochrony pracowników                  333
18.2. Ryzyko pożaru i eksplozji w środowisku pracy                     338
	18.2.1. Środki ochrony przeciwpożarowej                        338
18.3. Przekazywanie informacji w łańcuchu dostaw                          339
	18.3.1. Karty charakterystyki materiału                              339
	18.3.2. Etykiety znamionowe na pojemnikach                         341
18.4. Podsumowanie                                                  341
Literatura                                                           342

19. Nanomateriały w świetle przepisów Unii Europejskiej Anna Świderska-Środa, Agnieszka Baran         345
19.1. Definicje i normy                                            345
	19.1.1. Definicja nanomateriału                                    345
	19.1.2. Działania normalizacyjne w nanotechnologii                    349
19.2. Kluczowe regulacje Unii Europejskiej dotyczące substancji chemicznych, w tym nanomateriałów                            351
	19.2.1. System kontroli substancji chemicznych w Unii Europejskiej                                   351
19.3. Przepisy sektorowe zawierające odniesienia do nanomateriałów       357
	19.3.1. Produkty kosmetyczne                                     357
	19.3.2. Produkty biobójcze                                        358
	19.3.3. Produkty spożywcze                                       358
19.4. Przepisy na poziomie krajowym odnoszące się do nanomateriałów     360
19.5. Podsumowanie                                                  362
Literatura                                                           362

20. Polityka i działania Unii Europejskiej w odniesieniu do nanomateriałów Anna Świderska-Środa                                        366
Literatura                                                           369

21. Rynek nanocząstek tlenków metali Elżbieta Krawczyk-Dembicka                          371
21.1. Nanotechnologia na świecie                                        371
21.2. Nanotechnologia w Polsce                                         375
21.3. Rynek nanocząstek tlenków metali                              378
	21.3.1. Nanocząstki tlenku glinu (Al2O3)                             380
	21.3.2. Nanocząstki tlenku antymonu cyny (ATO)                 383
	21.3.3. Nanocząstki tlenku bizmutu (Bi2O3)                      384
	21.3.4. Nanocząstki ditlenku ceru (CeO2)                        384
	21.3.5. Nanocząstki tlenku kobaltu (CoO)                       385
	21.3.6. Nanocząstki tlenku miedzi (CuO)                        386
	21.3.7. Nanocząstki tlenku żelaza (Fe2O3 oraz Fe3O4)                   386
	21.3.8. Nanocząstki tlenku indu (In2O3)                         387
	21.3.9. Nanocząstki tlenku magnezu (MgO)                          387
	21.3.10. Nanocząstki tlenku manganu (MnO oraz Mn2O3)                388
	21.3.11. Nanocząstki tlenku niklu (NiO)                         389
	21.3.12. Nanocząstki ditlenku krzemu (SiO2)                          389
	21.3.13. Nanocząstki ditlenku tytanu (TiO2)                           390
	21.3.14. Nanocząstki tlenku itru (Y2O3)                          390
	21.3.15. Nanocząstki tlenku cynku (ZnO)                             391
	21.3.16. Nanocząstki ditlenku cyrkonu (ZrO2)                     392
Literatura                                                           404

Ważniejsze skróty i akronimy                                    405

Skorowidz                                                     413