納米技術(shù)是時(shí)下最熱門的研究領(lǐng)域之一，它甚至被視為尖端技術(shù)的代名詞。不過隨著研究的不斷深入，科學(xué)家也開始關(guān)注納米材料可能帶來的負(fù)面影響。去年，科學(xué)家就納米安全問題展開了討論，現(xiàn)在，科學(xué)家又開始研究起了納米廢物的污染問題。這項(xiàng)研究的啟動(dòng)將使正要起飛的納米材料工業(yè)可以走上可持續(xù)發(fā)展的道路。
調(diào)查納米廢物對環(huán)境潛在影響的研究人員來自美國喬治亞理工學(xué)院和賴斯大學(xué)生物與環(huán)境納米技術(shù)中心（CBEN）。科學(xué)家希望弄清楚納米材料廢物在自然界中如何流動(dòng)和它的最終去向，此外科學(xué)家還要評估納米材料是否會(huì)像普通污染物一樣對環(huán)境造成影響。在這些研究基礎(chǔ)之上，科學(xué)家試圖找出一種納米材料的處理方法，以使它對自然界的影響降到最低。
喬治亞理工學(xué)院的約翰•福特納3月16日在圣地亞哥美國化學(xué)協(xié)會(huì)第229次全國會(huì)議上對他們的研究結(jié)果進(jìn)行了報(bào)告。福特納同時(shí)也是賴斯大學(xué)的在讀博士，他說：“把一種物質(zhì)視為潛在的污染物，并將研究瞄向如何減小它的環(huán)境污染并使相關(guān)工業(yè)進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展，這還是個(gè)新事物。這件事做得完全正確，要知道，一盎司的污染需要花費(fèi)一磅來治理（藥衡制中1磅為12盎司）�！�
研究人員選擇了富勒烯（C60）作為研究碳類納米材料的模型。這種由60個(gè)碳原子構(gòu)成的分子表面由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形組成，由于其穩(wěn)定性可采用巴克明斯特•富勒發(fā)明的短程線圓頂結(jié)構(gòu)予以解釋，它也因此被命名為巴克明斯特•富勒烯，簡稱富勒烯或巴基球，由于其外形酷似足球，因而也稱之為足球烯。
富勒烯的潛在應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，包括醫(yī)藥品、潤滑劑、半導(dǎo)體以及能量轉(zhuǎn)換過程。預(yù)計(jì)大概在兩年內(nèi)就會(huì)在全世界出現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)生產(chǎn)。
盡管自1985年富勒烯被發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家已經(jīng)對它進(jìn)行了廣泛的研究，了解得比較充分，但人類對它釋放到環(huán)境中后可能產(chǎn)生的影響卻知之甚少，因?yàn)樗壳斑�沒有正式投入工業(yè)生產(chǎn)。根據(jù)美國職業(yè)安全與衛(wèi)生管理局（OSHA）現(xiàn)在的要求，應(yīng)該按照處理炭黑的方法來處理富勒烯，不過炭黑很像石墨，但其屬性與富勒烯卻相差甚遠(yuǎn)。
福特納說：“富勒烯幾乎不溶于水，但大多數(shù)生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)都是基于水的，研究人員過去認(rèn)為富勒烯的這種特性使它無法通過水來運(yùn)輸，并認(rèn)為它會(huì)很容易吸附于土壤和其它有機(jī)物，但研究卻顯示事實(shí)并非如此。當(dāng)富勒烯與水接觸時(shí)，它們會(huì)形成納米級的集合體，我們把它叫做‘納米－C60’�！�
在過去的研究中，科學(xué)家已經(jīng)了解了像富勒烯這樣的結(jié)構(gòu)如何在水中聚集到一起形成更大的顆粒，而新研究則第一次揭示了影響這類聚合顆粒大小的因素。在研究中，福特納和他的同事發(fā)明了多個(gè)新穎的成像技術(shù)，研究水與有機(jī)溶劑四氫呋喃（THF）混合液中的納米－C60的物理和化學(xué)組成。研究人員使溶液樣品凝固，并使用低溫透射電子顯微鏡（cryoTEM）對其切片進(jìn)行檢查從而確定顆粒大小不同所產(chǎn)生的影響。
研究人員利用核磁共振成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，所形成的納米－C60顆粒的直徑是20－500納米，屬性與C60分子相同。這個(gè)發(fā)現(xiàn)意義重大，因?yàn)镃60是可回收的，所以富勒烯的生產(chǎn)加工也有望成為可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。此外，電子與粉末衍射試驗(yàn)顯示，納米－C60有特殊的晶狀結(jié)構(gòu)，這些發(fā)現(xiàn)對過去的研究做出了補(bǔ)充。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，改變混有C60的水的酸堿度會(huì)影響顆粒的大小。更高的堿性，比如pH值為9，就會(huì)得到比較小的顆粒；而更高的酸性，比如pH值為5，就會(huì)得到比較大的顆粒。而且，C60與水混合的速度也會(huì)影響形成顆粒的大小，較慢的混合速度會(huì)產(chǎn)生更大的顆粒。福特納說：“該研究第一次報(bào)告了通過這些參數(shù)控制的顆粒形成過程�！�
研究人員還檢驗(yàn)了這些顆粒在有其它離子存在的水中的穩(wěn)定性，納米－C60顆粒由于表面帶負(fù)電可以懸浮在水中，當(dāng)加入高濃度的其它離子，比如溶入氯化鈉后，納米－C60顆粒表面就會(huì)呈現(xiàn)電中性，沉到溶液底部。
“我們的工作建立在環(huán)境工程學(xué)過去的研究之上，我們想知道納米－C60在不同自然環(huán)境條件下的集合形式。”福特納說：“在實(shí)驗(yàn)室中，科學(xué)家一般會(huì)使用去離子化的水，但這卻不是自然條件，水中一般多少都有鹽的存在，即使在地下水中也是如此。我們發(fā)現(xiàn)在正常鹽濃度的地下水中，納米－C60顆�？梢詰腋�(shù)月，然而在相似的海水中，這些顆粒就會(huì)變?yōu)橹行裕跀?shù)小時(shí)內(nèi)下沉成為一團(tuán)�！辈贿^研究人員還不完全了解這一現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。
福特納說：“我們還只是建立了一個(gè)概念模型，還沒有把自然環(huán)境中所有不同與不確定的因素考慮進(jìn)去。我們的研究還只是在特定環(huán)境下得到的初步數(shù)據(jù)�！�
能夠在納米工業(yè)處于起步階段就開始研究其污染問題，福特納等人可謂眼光獨(dú)到。實(shí)際上，科學(xué)家在改善人類生活，不斷創(chuàng)造新技術(shù)的同時(shí)，更有責(zé)任保護(hù)人類免受新技術(shù)可能帶來的危害。防患未然，對可能產(chǎn)生的負(fù)面影響進(jìn)行全面的評估，是保障新興產(chǎn)業(yè)走上可持續(xù)發(fā)展道路的關(guān)鍵。
調(diào)查納米廢物對環(huán)境潛在影響的研究人員來自美國喬治亞理工學(xué)院和賴斯大學(xué)生物與環(huán)境納米技術(shù)中心（CBEN）。科學(xué)家希望弄清楚納米材料廢物在自然界中如何流動(dòng)和它的最終去向，此外科學(xué)家還要評估納米材料是否會(huì)像普通污染物一樣對環(huán)境造成影響。在這些研究基礎(chǔ)之上，科學(xué)家試圖找出一種納米材料的處理方法，以使它對自然界的影響降到最低。
喬治亞理工學(xué)院的約翰•福特納3月16日在圣地亞哥美國化學(xué)協(xié)會(huì)第229次全國會(huì)議上對他們的研究結(jié)果進(jìn)行了報(bào)告。福特納同時(shí)也是賴斯大學(xué)的在讀博士，他說：“把一種物質(zhì)視為潛在的污染物，并將研究瞄向如何減小它的環(huán)境污染并使相關(guān)工業(yè)進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展，這還是個(gè)新事物。這件事做得完全正確，要知道，一盎司的污染需要花費(fèi)一磅來治理（藥衡制中1磅為12盎司）�！�
研究人員選擇了富勒烯（C60）作為研究碳類納米材料的模型。這種由60個(gè)碳原子構(gòu)成的分子表面由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形組成，由于其穩(wěn)定性可采用巴克明斯特•富勒發(fā)明的短程線圓頂結(jié)構(gòu)予以解釋，它也因此被命名為巴克明斯特•富勒烯，簡稱富勒烯或巴基球，由于其外形酷似足球，因而也稱之為足球烯。
富勒烯的潛在應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，包括醫(yī)藥品、潤滑劑、半導(dǎo)體以及能量轉(zhuǎn)換過程。預(yù)計(jì)大概在兩年內(nèi)就會(huì)在全世界出現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)生產(chǎn)。
盡管自1985年富勒烯被發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家已經(jīng)對它進(jìn)行了廣泛的研究，了解得比較充分，但人類對它釋放到環(huán)境中后可能產(chǎn)生的影響卻知之甚少，因?yàn)樗壳斑�沒有正式投入工業(yè)生產(chǎn)。根據(jù)美國職業(yè)安全與衛(wèi)生管理局（OSHA）現(xiàn)在的要求，應(yīng)該按照處理炭黑的方法來處理富勒烯，不過炭黑很像石墨，但其屬性與富勒烯卻相差甚遠(yuǎn)。
福特納說：“富勒烯幾乎不溶于水，但大多數(shù)生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)都是基于水的，研究人員過去認(rèn)為富勒烯的這種特性使它無法通過水來運(yùn)輸，并認(rèn)為它會(huì)很容易吸附于土壤和其它有機(jī)物，但研究卻顯示事實(shí)并非如此。當(dāng)富勒烯與水接觸時(shí)，它們會(huì)形成納米級的集合體，我們把它叫做‘納米－C60’�！�
在過去的研究中，科學(xué)家已經(jīng)了解了像富勒烯這樣的結(jié)構(gòu)如何在水中聚集到一起形成更大的顆粒，而新研究則第一次揭示了影響這類聚合顆粒大小的因素。在研究中，福特納和他的同事發(fā)明了多個(gè)新穎的成像技術(shù)，研究水與有機(jī)溶劑四氫呋喃（THF）混合液中的納米－C60的物理和化學(xué)組成。研究人員使溶液樣品凝固，并使用低溫透射電子顯微鏡（cryoTEM）對其切片進(jìn)行檢查從而確定顆粒大小不同所產(chǎn)生的影響。
研究人員利用核磁共振成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，所形成的納米－C60顆粒的直徑是20－500納米，屬性與C60分子相同。這個(gè)發(fā)現(xiàn)意義重大，因?yàn)镃60是可回收的，所以富勒烯的生產(chǎn)加工也有望成為可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。此外，電子與粉末衍射試驗(yàn)顯示，納米－C60有特殊的晶狀結(jié)構(gòu)，這些發(fā)現(xiàn)對過去的研究做出了補(bǔ)充。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，改變混有C60的水的酸堿度會(huì)影響顆粒的大小。更高的堿性，比如pH值為9，就會(huì)得到比較小的顆粒；而更高的酸性，比如pH值為5，就會(huì)得到比較大的顆粒。而且，C60與水混合的速度也會(huì)影響形成顆粒的大小，較慢的混合速度會(huì)產(chǎn)生更大的顆粒。福特納說：“該研究第一次報(bào)告了通過這些參數(shù)控制的顆粒形成過程�！�
研究人員還檢驗(yàn)了這些顆粒在有其它離子存在的水中的穩(wěn)定性，納米－C60顆粒由于表面帶負(fù)電可以懸浮在水中，當(dāng)加入高濃度的其它離子，比如溶入氯化鈉后，納米－C60顆粒表面就會(huì)呈現(xiàn)電中性，沉到溶液底部。
“我們的工作建立在環(huán)境工程學(xué)過去的研究之上，我們想知道納米－C60在不同自然環(huán)境條件下的集合形式。”福特納說：“在實(shí)驗(yàn)室中，科學(xué)家一般會(huì)使用去離子化的水，但這卻不是自然條件，水中一般多少都有鹽的存在，即使在地下水中也是如此。我們發(fā)現(xiàn)在正常鹽濃度的地下水中，納米－C60顆�？梢詰腋�(shù)月，然而在相似的海水中，這些顆粒就會(huì)變?yōu)橹行裕跀?shù)小時(shí)內(nèi)下沉成為一團(tuán)�！辈贿^研究人員還不完全了解這一現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。
福特納說：“我們還只是建立了一個(gè)概念模型，還沒有把自然環(huán)境中所有不同與不確定的因素考慮進(jìn)去。我們的研究還只是在特定環(huán)境下得到的初步數(shù)據(jù)�！�
能夠在納米工業(yè)處于起步階段就開始研究其污染問題，福特納等人可謂眼光獨(dú)到。實(shí)際上，科學(xué)家在改善人類生活，不斷創(chuàng)造新技術(shù)的同時(shí)，更有責(zé)任保護(hù)人類免受新技術(shù)可能帶來的危害。防患未然，對可能產(chǎn)生的負(fù)面影響進(jìn)行全面的評估，是保障新興產(chǎn)業(yè)走上可持續(xù)發(fā)展道路的關(guān)鍵。
