使用腔室系统检测含纳米材料复合物中纳米颗粒的释放

本实验的总体目标是评估纳米复合材料在磨损情况下纳米材料的释放。该方法有助于回答职业卫生领域中的关键问题，例如风险评估和工作场所环境监测。该技术的主要优势在于能够评估纳米复合材料在磨损过程中纳米材料的释放情况。

本实验需使用带有直径为140毫米试样旋转台的磨耗仪，该旋转台转速可调范围为每分钟30至80转，并配备两个磨轮夹具。将盘状试样安装在试样旋转台上。使用砝码将包裹有100目砂纸的磨轮固定在磨轮夹具上，同时砝码也为试样施加负荷。

使用不锈钢作为腔室壁，以避免因静电作用导致的颗粒沉积。将进气口和出气口分别设置在腔室的上部和下部。将磨蚀装置置于腔室内，并在磨蚀装置上额外安装一个进气口，该进气口位于测试样品中心上方15毫米、水平距离40毫米处，以更好地使磨蚀产生的颗粒悬浮。

接下来，将中和器置于距测试样品中心28厘米处，与之成45度角，以减少颗粒物在腔室壁上的静电沉积。在腔室出口处安装凝结粒子计数器（CPC）和光学粒子计数器（OPC），分别用于测量颗粒物的数量浓度和粒径分布。以50升/分钟的流量运行安装在腔室出口处的鼓风机。

随后，通过附加进气口使用空气压缩机供应每分钟25升的额外无颗粒悬浮空气。使用冷凝颗粒计数器检测腔室内的本底颗粒物浓度，确保一小时内平均颗粒物浓度低于每立方厘米1个颗粒。接下来，通过步进电机操作磨蚀仪的样品旋转台，使样品旋转台以每分钟72转的速度旋转1000次。

分别使用CPC和OPC测量并记录释放的颗粒物数量浓度及颗粒物粒径分布。随后，使用含有滤膜介质或TEM载网的颗粒物采样器对释放的颗粒物进行采样。当颗粒物数量浓度降至峰值浓度的0.1%以下时，停止测量和采样。

保存数据后，从仪器中取出样品。此处显示了磨损测试期间颗粒物浓度的典型变化。在磨损过程中，观察到颗粒物浓度上升，磨损结束后则出现下降。

颗粒物计数器（CPC）测得的平均颗粒数为3.67×10⁹个，偏差在20%以内，表明在磨损过程中颗粒释放具有一致性。光学颗粒物计数器（OPC）测得的平均颗粒数为1.98×10⁹个，偏差在20%以内，同样表明在磨损过程中颗粒释放具有一致性。磨损后，原始测试样品质量损失约0.6克，即1.56%。此处展示了含碳纳米管的纳米复合材料在磨损试验中的总颗粒释放数量。

含有碳纳米管的纳米复合材料比对照复合材料多释放了12.6%的冷凝颗粒和1.9%的光学颗粒。大多数颗粒因磨损而破裂，场发射扫描电子显微镜在经过磨损后的滤膜样品或大量颗粒采样器样品中，均未发现含有2%碳纳米管的纳米复合材料存在游离的碳纳米管结构。观看本视频后，您应能够充分理解如何评估纳米复合材料在磨损情况下纳米材料的释放。