纳米科技与粘土矿物学研究的思考

纳米科技已在地学领域取得了重要研究成果。粘土矿物学在材料科学中占有重要的地位,有必要建立“纳米粘土矿物学”这一学科,其研究手段与纳米科技一致,研究内容主要包括：纳米粘土矿物微粒矿物学、纳米粘土矿物体系物理学、纳米粘土矿物化学、纳米粘土矿物材料学和纳米粘土矿物加工学。本文进一步对纳米粘土矿物的检测方法和检测标准、聚合物／纳米粘土矿物复合材料的产业化提出了思考。     

纳米技术与找矿（二）

本文扼要地介绍了研究和制备新纳米相材料，介绍了纳米科技在微电子学和计算机技术、在环境与能源、在建筑材料、在医学与健康、在太空升降机方面、在生物学和日常生活中的应用等。也提到在市场上出现的一些伪纳米现象和辨别真伪纳米的标准。     

纳米科技的发展与纳米矿物学研究

本文综述了新兴的纳米科技，介绍了纳米固体及ＴＥＭ，ＳＴＭ和ＡＦＭ研究方法。纳米科技的发展，开创了纳米矿物学研究的新领域。纳米矿物学研究促使矿物学者认识改造自然界进入一个新层次，将使地质学科向更高层次发展。     

土壤中微塑料的吸附迁移及老化作用对污染物环境行为的影响研究进展

由于塑料制品大量使用和不当处置,环境中微塑料(尤其是纳米塑料)的地球化学行为已成为全球关注的热点问题。团聚效应是控制纳米塑料地球化学行为的重要因素。自然界中纳米塑料大小不一,然而已有的研究结果对于纳米塑料尺寸与团聚效应的关联性还存在一定矛盾。为揭示不同尺寸纳米塑料的团聚行为及影响作用机制,本文以50nm、100nm、200nm聚苯乙烯纳米塑料(PS50、PS100、PS200)为研究对象,利用动态光散射技术实时监测不同pH(3.0～10.0)及NaCl溶液(浓度0～800mmol/L)中纳米塑料的Zeta电位(ζ 电位)和水动力直径,并通过理论计算得到三种粒径纳米塑料的临界团聚浓度(CCC)和总相互作用能。PS50、PS100和PS200去离子水中的初始ζ电位分别为−35.2mV、−35.1mV和−38.2mV,高的表面负电荷使其在水中保持分散。离子强度增加引起的电荷屏蔽效应促进了纳米塑料的团聚,PS50、PS100、PS200在NaCl溶液中CCC值分别为325mmol/L、296mmol/L、264mmol/L,表明初始ζ电位值接近时,粒径越小的纳米塑料越稳定,能够在环境中较长时间地迁移。随着pH从酸性增加至碱性,纳米塑料表面酸性官能团发生去质子化,负电荷增多,导致其团聚行为受到抑制。当pH=7时,即使是在较高离子强度下(400mmol/L NaCl),PS100 和 PS200基本恢复稳定,但 PS50 仍发生快速团聚,可能因为在此条 件下 PS50 的 ζ 电位仍较小(−19.3mV)。通过回归分析可知,三种尺寸纳米塑料的团聚行为与ζ电位密切相关(r²为0.70～0.88)。因此在实际应用中,需要综合考虑溶液pH、离子强度以及纳米塑料自身尺寸等容易影响ζ电位的因素,以更精准地预测和评估纳米塑料在自然环境中的地球化学行为。

     

纳米矿床学—一门有前途的新科学

纳米矿床学是作者提出的一门新兴地学分支学科,它应用90年代国际上新出现的纳米科技及纳米效应,探讨了矿床上的成因问题,并以微细粒金矿床(卡林型)为例,说明中国黔西南微细粒型金矿床其物质来源是与玄武岩有关,其搬运、迁移和沉淀的形式,是纳米级的自然金.     

矿物材料在纳米科技中的应用

纳米材料由于其独特的性能和广阔的应用前景被称为21世纪的新材料、其制备技术是纳米科技的核心和研究基础。具层状结构和微孔空间的矿物材料可用于制备纳米微粒，为纳米科技提供了新的思路和生长点，也为矿物材料在高新技术领域的应用开辟新的途径。本文综述了蒙脱石、高岭石和文石珍珠层在纳米科技中的应用，粘土／有机物纳米复合材料、无机介孔材料和仿生纳米材料的制备和应用前景。     

纳米地质学：一个正在兴起的战略性地学科技领域

本文介绍了纳米物质和纳米科技学术概貌，总结了纳米地质研究成果，指出了有待研究与开发的纳米地质领域，明确提出了纳米地质学这一地学新学科及其研究内容和研究方法，阐述了发展纳米地质学的战略意义和高层决策建议。     

滑石的最小及最佳纳米粒子的结构表征与计算

从纳米科技的角度出发 ,阐述了滑石纳米化研究的必要性。为了更充分地了解纳米滑石的性质 ,开拓纳米滑石应用的新领域 ,以矿物晶体结构、晶体化学理论为基础 ,根据滑石的晶胞参数、原子排列的特点等 ,提出了其最小纳米微粒的假设。通过对滑石微粒的晶胞数、原子数、平行 (0 0 1)面表面原子数及其比例的计算 ,分析讨论了它们与滑石微粒尺度的相关规律 ,同时在理论上对滑石微粒的最佳纳米尺度进行了确定     

纳米技术与找矿（三）

本文介绍了纳米微粒与地学有关的若干特性，以及纳米效应在金成矿作用过程中的应用研究，提出了纳米技术在铀矿地质找矿中的可能应用；从若干方面展望纳米科技的未来。     

纳米地球科学:内涵与意义

纳米地球科学是纳米科技与地球科学的结合,是一门高度综合的交叉学科,很难划分出经典意义上的单科性研究.纳米地球科学的研究对象主要分为纳米物质与纳米孔隙,二者成因多样、尺度效应明显、广泛分布,对于前者,主要通过各类图像表征手段观察其形态、大小、聚集方式,通过各类谱学方法研究其晶体结构、分子结构等;对于后者,则主要通过图像表征手段、流体注入方法与数值模拟的结合来表征孔隙形态、孔径分布、连通性等特征.纳米地球科学的学科内涵主要体现于:在各传统地球科学学科研究的基础和框架上,针对地球不同圈层中纳米尺度微粒形成、运移、聚集和存在形式以及孔隙形成与演化等亟待解决的科学问题开展系统研究,从而加深对矿物、岩石、构造、地化以及资源、灾害、环境等分支学科纳米尺度特性的认知.纳米地球科学的产生与发展使人类在认识和改造自然方面进入了一个新层次,是地球与行星科学发展的必然途径,为矿床勘探、资源开发、新能源利用、环境污染和地质灾害的预防与治理等问题提供了新的理论依据,有着不可估量的科学意义和应用价值.      

纳米矿物与纳米矿物资源

为促进对纳米矿物及纳米矿物资源的认识、深入研究及开发应用,阐述了矿物纳米颗粒、纳米矿物狭义和广义概念、纳米矿物形貌分类和主要类型,并从晶体结构和晶体化学理论讨论纳米矿物形成和稳定的本质,即纳米矿物和矿物纳米颗粒形成分别受内因和外因控制.阐明了纳米矿物学研究内容及其在关键带研究的重要性,提出了纳米矿物资源的概念、属性及其开发利用的方向.      

断裂剪切带中的纳米结构与成矿作用

纳米科学已涉及从信息学到地学的各个领域,成为这个时代一个标志性的关键词。近十多年来,国内外的纳米地学 研究,在实践、理论和实验等诸方面都取得了迅速的进展。该文运用4F (Fact, Formation, Function and Formulation,即事实观 察、形成机理、功效作用和计算模拟)研究方法,利用扫描电子显微镜（SEM） 和透射电子显微镜（TEM） 对断裂剪切带中 的纳米结构与成矿作用进行了样品观察和综合分析。首先,作者表述了岩石剪切面上广泛分布的剪切薄壳（膜） 的形成、 发育和组成,一般脆性剪切的薄壳厚度（h,毫米-厘米级） 要比韧性的剪切薄膜（忽米-毫米级） 厚,前者是由动态摩擦 粘滑滑移引起的,而后者则是由静态蠕滑滑移造成的,且两者均是由纳米矿物和纳米结构组成的。随之,作者集中探讨了 作为研究主体的剪切薄壳（膜） 中纳米结构的应变变形和生成演化,它们既具有弹性又有粘性的变形特征而不是单一的力 学属性。纳米结构的生成-发育-演化,可依剪切变形过程划分为强化(硬化)-弱化（软化） -脆化(退化)三个变形应变阶 段,和相应的纳米涂层-纳米弱化-纳米层裂三种类型纳米作用：（1） 纳米涂层是一种最基本的纳米作用,在成熟的断裂 剪切(带)中,只要有滑移摩擦存在,就会有纳米结构。这种作用能引起有序的纳米结构和定向结构,包括单体纳米颗粒 （通常直径d= 40~80 nm） -复体纳米颗粒-多重复体纳米颗粒;纳米粒-纳米线-纳米层;纳米颗粒粒化-异化-再生 等。（2） 纳米弱化作用是由颗粒粒度减小,瞬时温热,叶理发育和弱势矿物等所致,并可细分为滑动纳米弱化、流变纳米 弱化和动力纳米弱化三种类别。（3） 纳米层裂作用是一种由动力热作用到静力冷作用诱发的剥离作用,通常沿着纳米结构 的劈理面、解理和滑移面开裂。进而,以江西省的金山金矿和广丰滑石矿为例讨论了纳米结构与成矿关系：（1） 含金糜棱 岩发育过程中的纳米涂层作用成岩,纳米弱化作用成矿和纳米层裂作用形成面理的三个阶段。其重要的是纳米弱化作用期 间超糜棱岩的温度能够达到纳米金物质的熔点327 ℃,并在流变滑移过程中产生集中颗粒型（d=15~35 nm） 和分散颗粒型 （d=4~8 nm） 的金颗粒;（2） 滑石矿中高应变反映的纳米结构和纳米作用尤为强烈,具有局部熔融流变,纳米弱化作用阶段 的纳米次分层作用非常发育,沿（001） 面滑移的叶理厚度仅10~15 nm,且纳米层裂作用更是造成开放性的剥离、裂理作 用。上述的研讨,揭示了实质上至少一维的“纳米小疙瘩（nano-orange） 在地球物质中无处不在”。这场地学变革-- “纳 米科学与技术是地球科学的下一次革命（Hochell, 2000）”--大幕才刚刚开启,就促使科研工作者对一些地质现象重新认 识,也激发大家去开发“纳米小疙瘩”在地球物质中的“新奇”功效。     

纳米科技与地学研究的思考

本文对９０年代出现的纳米科技的基本内容进行了简介，提出了应用纳米效应研究矿物学、矿物材料学及矿床学等的可行性，讨论了以纳米学为基础尚待研究的有关地学问题。     

高岭石性质的尺寸效应

高岭石性质的尺寸效应陈国玺翁克难肖万生（中国科学院广州地球化学研究所，广州５１０６４０）关键词高岭石粒度纳米尺寸性质高岭石的层间距为０．７３ｎｍ。天然高岭石中虽然单颗粒片状晶体的粒径为２μｍ左右，但大部分组成叠片状集合体，几组叠片又可集合在一起组成更...     

纳米颗粒物:独具特性的地球化学组成

至少一维尺度上小于100 nm的颗粒物均称为纳米颗粒物,在人工纳米颗粒物产生的几十亿年前,地球已经通过其特有的生物地球化学过程合成各类天然纳米颗粒物.这些纳米颗粒物及其次生产物具有独特的理化特性,并参与各种地球化学过程,体现其非凡的地球化学意义.从地球化学的角度,解析了环境纳米颗粒物的定义和分类,重点阐述了风化壳与水体中天然和次生纳米颗粒物的形成,并在天然纳米颗粒物中区分了纳米矿物和矿物纳米颗粒物;同时,也讨论了大气纳米颗粒物的来源、成因与环境影响.该综述列举了目前环境中纳米颗粒物表征与鉴别的技术和方法,重点剖析了纳米颗粒物的地球化学功能和环境意义,并对该领域的研究前沿问题进行了概述.      

无机纳米(矿物)颗粒的生物活性研究进展

纳米(矿物)颗粒具有独特的物理化学性质,其对人体健康以及环境的潜在影响已经引起人们的广泛关注。本文综述了纳米金属、纳米氧化物、纳米硫及其化合物、无机盐类纳米颗粒及无机纳米复合颗粒的部分生物活性及细胞毒性的研究现状,包括纳米颗粒微生物活性;纳米颗粒引起的细胞毒性、细胞凋亡等。纳米颗粒(矿物)的这些生物活性及细胞毒性的机理人们目前尚无法完全了解。因此,今后应从纳米颗粒学、矿物学、材料学、生物毒理学、环境安全暴露评价等方面展开多学科联合研究。     

纳米材料及其应用前景

纳米材料包含纳米粒子与纳米固体材料两层次，由于其具有特殊的尺寸和结构，导致了纳米材料拥有独特的表面效应、小尺寸效应和最子尺寸效应等特性，并且在化工产品、环保、医药、微电子、陶瓷等领域有广阔的市场前景。     

海南岛小妹韧性剪切带的纳米尺度

为查明构造性质不明、空间位置不清楚的南海北缘琼南缝合带西段——九所－陵水断裂带,采集断裂带东段小妹韧性剪切带中花岗岩、石榴石石英片岩和花岗质片麻岩3类样品,探讨其纳米尺度特征.扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观测结果表明:这3类岩石存在多种纳米结构和构造,结合野外实践得到的该剪切带纳米颗粒的发育程度与其所受剪切作用有关.纳米颗粒的形成机制可能有:(1) 剪切力作用下层状硅酸盐热分解;(2) 颗粒塑性变形后发生脆性破裂,再经剪切作用研磨而成.与台湾太鲁阁深大断裂带中的韧性剪切带岩石样品进行SEM测试结果对比,发现其纳米颗粒特征和研究区具可比性,据此推测小妹韧性剪切带在区域构造归属上可能与九所－陵水深大断裂带密切相关.      

纳米级高岭石晶胞数、原子数和晶面原子数的计算与研究

以矿物晶体结构、晶体化学理论为基础，通过对纳米级高岭石颗粒的晶胞数、原子数以及平行(001)面的表面原子数的计算，讨论了它们与纳米级高岭石颗粒尺度大小的相关规律，并结合纳米微粒的特性对其进行了简要分析。     

洛川黄土纳米尺度观察：纳米棒状方解石

本文对洛川黄土剖面典型样品进行了透射电镜分析，发现黄土中存在纳米棒状方解石。此类方解石直径30～50nm，长度几百纳米至几微米。纳米棒状晶体有圆滑地粗细变化和弯曲现象，偶见晶体连接成树枝状或晶体直角连接形成框架状形态。X-射线能谱分析显示方解石有少量的镁、磷和硫，这种纳米棒状方解石在国内外文献中鲜有报道。根据纳米尺度研究结果推测，这种纳米棒状方解石形成与生物衍生物诱导的定向结晶有关。纳米棒状方解石是一种重要的黄土堆积时期干旱环境指示矿物，其碳、氧稳定同位素组成代表黄土堆积时气候参数。纳米棒状方解石的发现，对环境中纳米矿物研究、黄土中碳酸盐碳成因及古气候研究具有重要价值。