"Świat nanocząstek"
Identyfikator Librowy: 163561
Spis treści
Wprowadzenie Krzysztof J. Kurzydłowski, Małgorzata Lewandowska 11
1.1. Wprowadzenie 15
1. Różne sposoby postrzegania nanotechnologii Witold Łojkowski, Anna Świderska-Środa, Joanna Sobczyk 15
1.2. Czym jest nanotechnologia 16
1.3. Jaka jest dzisiejsza nanotechnologia 17
1.4. Nanotechnologia w oczach środowiska akademickiego 19
1.5. Nanotechnologia z punktu widzenia przemysłu 22
1.6. Nanotechnologia w oczach rządów i instytucji finansujących naukę 24
1.7. Nanotechnologia w świecie przepisów, praw i standardów 25
1.8. Nanotechnologia w odbiorze społeczeństwa 26
1.9. Wpływ polityki edukacyjnej na rozwój nanotechnologii 27
1.10. Podsumowanie 28
Literatura 31
2. Technologie otrzymywania nanocząstek Urszula Narkiewicz 33
2.1. Metody wytwarzania nanocząstek w fazie ciekłej 36
2.1.1. Strącanie 37
2.1.2. Metoda zol–żel 41
2.1.3. Metody koloidalne 42
2.1.4. Metody solwotermalne 42
2.2. Metody otrzymywania nanocząstek w fazie gazowej 43
2.3. Metody otrzymywania nanocząstek w fazie stałej 45
2.4. Inne metody otrzymywania nanocząstek 46
2.4.1. Metoda samoorganizacji 46
2.4.2. Metoda wyładowania łukowego 46
2.4.3. Rozdrabnianie wybuchowe i elektroeksplozja 47
2.4.4. Techniki mikrofalowe 47
2.4.5. Techniki ultradźwiękowe 48
2.4.6. Metoda próżniowego odparowania przepływającego płynu 48
2.4.7. Metoda elektroosadzania 48
2.4.10. Kontrolowana krystalizacja z amorficznych prekursorów 49
2.4.8. Powlekanie obrotowe 49
2.4.9. Strącanie w płynach w stanie nadkrytycznym 49
Literatura 50
2.4.11. Metody z udziałem mikroorganizmów 50
3.1. Zerowymiarowe nanomateriały węglowe 53
3. Nanomateriały węglowe Urszula Narkiewicz 53
3.2. Jednowymiarowe nanomateriały węglowe 55
Literatura 58
4.1. Wstęp 60
4.2. Procesy rekombinacji promienistej 60
4. Nanocząstki tlenków o szerokiej przerwie energetycznej jako luminofory i znaczniki biologiczne Marek Godlewski, Michał Marek Godlewski 60
4.3. Luminofory w lampach fluorescencyjnych 62
4.4. Ziemie rzadkie jako aktywatory świecenia luminoforów 68
4.5. Czy nanorozmiary są potrzebne 72
4.6. Znaczniki fluorescencyjne do zastosowań w biologii i medycynie 75
4.7. Znaczniki fluorescencyjne nowej generacji 77
4.8. Zastosowanie luminoforów domieszkowanych jonami metali ziem rzadkich w badaniach biomedycznych 79
Literatura 82
5.1. Wprowadzenie 84
5. Nanocząstki a kataliza heterogeniczna Marcin Pisarek 84
5.2. Kataliza heterogeniczna (kataliza kontaktowa) 86
5.2.1. Wymagania stawiane katalizatorom 88
5.2.2. Etapy reakcji chemicznych w katalizie heterogenicznej 88
5.3. Otrzymywanie nanocząstek stosowanych w katalizie 90
5.4. Metody charakteryzowania nanocząstek stosowanych w katalizie 91
5.5. Przykłady zastosowania nanocząstek w reakcjach katalitycznych. Wpływ czynników morfologicznych, strukturalnych, chemicznych oraz geometrycznych 95
5.6. Podsumowanie 101
Literatura 102
6.1. Nanorurki węglowe 104
6. Nanocząstki zwiększające przewodność elektryczną Ewelina Ciecierska 104
6.2. Grafen 106
Literatura 109
7.1. Wprowadzenie 110
7. Nanocząstki w zastosowaniach biomedycznych Agata Roguska 110
7.2. Nanocząstki metali szlachetnych 111
7.3. Nanoczątski hyroksyapatytowe 115
7.4. Nanocząstki magnetyczne 117
7.5. Kropki kwantowe 120
7.6. Nośniki leków 122
7.7. Biosensory 125
7.8. Podsumowanie 126
Literatura 127
8. Metody i procedury charakteryzowania morfologii nanocząstek Anna Świderska-Środa 129
8.1. Parametry opisu budowy nanocząstek i techniki ich pomiaru 130
8.1.1. Fundamentalne elementy charakterystyki nanoobiektów 130
8.1.2. Techniki badawcze, stosowane w miernictwie nonoobiektów 131
8.2. Znaczenie procedur w analizie morfologicznej nanocząstek 136
8.2.1. Procedura badań nanomateriałów stosowana w Laboratorium Nanostruktur 137
8.3. Nanometrologia w dokumentach UE 139
8.4. Podsumowanie 140
Literatura 140
9. Obrazowanie nanocząstek metodami mikroskopii sił atomowych Michał Woźniak 142
9.1. Sonda skanująca 144
9.2. Rozdzielczość pikselowa 144
9.3. Warunki środowiskowe 145
Literatura 152
10. Obrazowanie nanocząstek metodami mikroskopii elektronowej Tomasz Płociński 154
10.1. Oddziaływanie wiązki elektronów z materią 158
10.2. Detektory 160
10.3. Mikroskopy wysokorozdzielcze HR STEM/TEM, wyposażone w korektor aberracji sferycznej i/lub chromatycznej 162
10.4. Uchwyty 165
10.5. Mikroanaliza składu chemicznego nanocząstek 165
10.6. Przygotowanie nanocząstek do obserwacji w mikroskopie elektronowym 168
Literatura 170
11.1. Wstęp 171
11.2. Parametry lokalne i globalne 171
11. Metody opisu kształtu i pomiary wielkości nanocząstek Krzysztof Rożniatowski, Tomasz Wejrzanowski 171
11.3. Ograniczenia pomiarowe 172
11.4. Obrazowanie nanocząstek 173
11.5. Parametry opisujące wielkość i kształt 174
11.6. Analiza obrazu i wyznaczanie wielkości parametrów 177
11.7. Podsumowanie 180
Literatura 180
12. Pomiar rozkładu wielkości nanocząstek metodą rozpraszania światła laserowego Agnieszka Opalińska 182
Literatura 192
13.1. Układy dyspersyjne 193
13. Pomiar stabilności koloidów i zawiesin nanocząstek Jacek Wojnarowicz, Agnieszka Opalińska 193
13.1.1. Stabilność koloidów i zawiesin 194
13.1.2. Siły i oddziaływania między cząsteczkami 195
13.1.3. Niestabilność Ostwalda 198
13.1.4. Ruchy Browna 199
13.1.5. Teoria DLVO (podwójna warstwa elektryczna) 200
13.1.6. Zmienność układów dyspersyjnych 201
13.1.7. Termodynamiczny aspekt stabilności układu dyspersyjnego 202
13.1.8. Efekt steryczny 204
13.2. Proces destabilizacji zawiesin i koloidów 205
13.1.9. Podsumowanie 205
13.3. Zasada pomiaru stabilności metodą MLS 207
13.3.1. Stabilność 209
13.3.2. Zmiana wielkości cząstek 210
13.3.3. Migracja cząstek 211
13.3.4. Połączenie niestabilności 212
13.4. Stabilność elektrostatyczna – potencjał zeta 213
13.3.5. Podsumowanie 213
13.4.1. Pomiary potencjału zeta metodą elektroforetyczną 215
13.4.2. Pomiary potencjału zeta metodą elektroakustyczną 216
13.4.3. Pomiary potencjału zeta metodą potencjału strumieniowego 217
13.4.4. Podsumowanie 217
13.5. Podsumowanie rozdziału 218
Literatura 218
14.1. Wstęp 221
14. Pomiar rozmiaru nanokryształów metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego Stanisław Gierlotka 221
14.2. Dyfrakcja promieniowania na kryształach 222
14.2.1. Analogie do dyfrakcji światła 222
14.2.2. Specyficzne cechy dyfrakcji na kryształach 223
14.2.3. Dyfrakcja na polikryształach 225
14.2.4. Jak rozmiar krystalitu uwidacznia się na dyfraktogramach 227
14.3. Określanie średniego rozmiaru krystalitów – metoda Scherrera 230
14.4. Małe krystality z naprężeniami – metoda Williamsona–Halla 237
14.5. Badanie rozkładu wielkości krystalitów przez analizę kształtu piku dyfrakcyjnego 240
14.5.1. Ograniczenie metody analizy kształtu piku 245
14.6. Podsumowanie, czyli jak postępować w praktyce 246
Literatura 247
15.1. Zasada działania 248
15. Badanie rozkładu wielkości nanokrystalitów metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego Roman Pielaszek 248
15.2. Proszki monodyspersyjne – metoda Scherrera 250
15.3. Proszki polidyspersyjne 252
15.3.1. Metoda Integral Breadth (uogólniona) 254
15.3.2. Metoda Scherrera uogólniona, FW1_ 5/4_ 5M 256
15.3.3. Nanokryształy dużych cząsteczek 257
15.3.4. Metody bezpośredniego dopasowania 259
15.3.5. Narzędzia internetowe 260
15.4. Oszacowanie i redukcja błędów pomiarowych 262
15.4.1. Błąd oznaczenia stałej sieci nanokryształów 262
15.4.2. Błąd oznaczenia rozmiaru ziarna nanokryształów 263
15.4.3. Określanie poziomu tła piku 263
15.5. Ograniczenia metod rentgenowskich 264
15.6. Podstawy fizyczne (dla dociekliwych) 265
15.6.1. Równanie Debye’a 265
15.6.2. Równanie Debye’a dla kryształów, warunek Bragga 265
15.6.3. Profil linii i stała Scherrera dla kryształów prostopadłościennych 269
15.6.4. Profil linii i stała Scherrera dla kryształów kulistych 271
15.6.5. Profil linii dla proszków polidyspersyjnych (wielościany) 272
15.6.6. Profil linii dyfrakcyjnej dla proszków polidyspersyjnych (ziarna kuliste) 276
15.6.7. FW1_ 5/4_5M – metoda Scherrera dla proszków polidyspersyjnych 278
15.6.8. Metoda Integral Breadth (uogólniona) 281
15.6.9. Oszacowanie błędów pomiarowych stałej sieci 282
Literatura 284
15.6.10. Oszacowanie błędów pomiaru rozmiaru ziarna 284
16. Znaczenie morfologii w kształtowaniu właściwości nanocząstek Anna Świderska-Środa 285
Literatura 288
17.1. Czy nanocząstki są toksyczne 289
17. Toksyczność nanocząstek i sposoby jej wyznaczania Agnieszka Gajewicz, Tomasz Puzyn, Przemysław Oberbek, Michał Woźniak 289
17.2. Potencjalne mechanizmy toksyczności nanocząstek 291
17.3. Ocena ryzyka stwarzanego przez nanocząstki 293
17.4. Metody eksperymentalne 295
17.4.1. Metody in vitro 296
17.4.2. Metody mikroskopowe 299
17.4.3. Metody in vivo 303
17.4.4. Podstawowe badania toksykometryczne 304
17.5. Metody komputerowe (in silico) 307
17.5.1. Zbieranie danych eksperymentalnych 308
17.5.2. Podział związków na zbiór uczący i testowy 308
17.5.3. Obliczenie deskryptorów 309
17.5.4. Kalibracja i walidacja modelu 311
17.6. Przykłady zastosowania metod QSAR do nanocząstek 315
17.7. Podsumowanie 321
Literatura 322
18. Bezpieczeństwo i higiena pracy z nanocząstkami Anna Świderska-Środa 328
18.1. Ochrona zdrowia pracowników 329
18.1.1. Rekomendowane limity stężeń nanocząstek w środowisku pracy 329
18.1.2. Rekomendowane środki ochrony pracowników 331
18.2. Ryzyko pożaru i eksplozji w środowisku pracy 336
18.2.1. Środki ochrony przeciwpożarowej 336
18.3. Przekazywanie informacji w łańcuchu dostaw 337
18.3.1. Karty charakterystyki materiału 337
18.4. Podsumowanie 339
18.3.2. Etykiety znamionowe na pojemnikach 339
Literatura 340
19.1. Definicje i normy 343
19. Nanomateriały w świetle przepisów Unii Europejskiej Anna Świderska-Środa, Agnieszka Baran 343
19.1.1. Definicja nanomateriału 343
19.1.2. Działania normalizacyjne w nanotechnologii 347
19.2. Kluczowe regulacje Unii Europejskiej dotyczące substancji chemicznych, w tym nanomateriałów 349
19.2.1. System kontroli substancji chemicznych w Unii Europejskiej 349
19.3. Przepisy sektorowe zawierające odniesienia do nanomateriałów 355
19.3.1. Produkty kosmetyczne 355
19.3.2. Produkty biobójcze 356
19.3.3. Produkty spożywcze 356
19.4. Przepisy na poziomie krajowym odnoszące się do nanomateriałów 358
19.5. Podsumowanie 360
Literatura 360
20. Polityka i działania Unii Europejskiej w odniesieniu do nanomateriałów Anna Świderska-Środa 364
Literatura 367
21.1. Nanotechnologia na świecie 369
21. Rynek nanocząstek tlenków metali Elżbieta Krawczyk-Dembicka 369
21.2. Nanotechnologia w Polsce 373
21.3. Rynek nanocząstek tlenków metali 376
21.3.1. Nanocząstki tlenku glinu (Al2O3) 378
21.3.2. Nanocząstki tlenku antymonu cyny (ATO) 381
21.3.3. Nanocząstki tlenku bizmutu (Bi2O3) 382
21.3.4. Nanocząstki ditlenku ceru (CeO2) 382
21.3.5. Nanocząstki tlenku kobaltu (CoO) 383
21.3.6. Nanocząstki tlenku miedzi (CuO) 384
21.3.7. Nanocząstki tlenku żelaza (Fe2O3 oraz Fe3O4) 384
21.3.8. Nanocząstki tlenku indu (In2O3) 385
21.3.9. Nanocząstki tlenku magnezu (MgO) 385
21.3.10. Nanocząstki tlenku manganu (MnO oraz Mn2O3) 386
21.3.11. Nanocząstki tlenku niklu (NiO) 387
21.3.12. Nanocząstki ditlenku krzemu (SiO2) 387
21.3.13. Nanocząstki ditlenku tytanu (TiO2) 388
21.3.14. Nanocząstki tlenku itru (Y2O3) 388
21.3.15. Nanocząstki tlenku cynku (ZnO) 389
21.3.16. Nanocząstki ditlenku cyrkonu (ZrO2) 390
Literatura 402
Ważniejsze skróty i akronimy 403
Skorowidz 411