이 글에서, 실험 프로토콜을 제시 마모에 따라 환경 풍화에 따라 제품의 입자 에어로졸을 조사합니다. 에어로졸의 형태로 설계 나노 물질의 방출에 결과가 표시됩니다. 구체적인 실험 장치를 상세히 설명한다.
이 글에서, 실험 프로토콜을 제시 마모에 따라 환경 풍화에 따라 제품의 입자 에어로졸을 조사합니다. 에어로졸의 형태로 설계 나노 물질의 방출에 결과가 표시됩니다. 구체적인 실험 장치를 상세히 설명한다.
본 논문은 내마모성 및 환경 풍화 하에서 제품의 입자 에어로졸화를 조사하기 위한 실험 프로토콜을 제시하며, 이는 내구성 있는 개발을 위한 나노 구조 제품의 나노 안전성 설계에 의한 접근 방식의 기본 요소입니다. 이 접근 방식은 기본적으로 제품 수명 주기의 사용 단계에서 엔지니어링된 나노 물질의 에어로졸 방출을 최소화하는 데 중점을 두는 선제적 접근 방식입니다. 이는 추가 이점을 손상시키지 않고 설계 단계에서 재료 특성을 변경함으로써 달성할 수 있습니다. 이 기사에서는 기계적 권유 및 환경 풍화와 관련하여 3가지 상업용 나노 구조 제품의 나노 안전성 설계를 조사하기 위해 실험적인 프로토콜이 제시됩니다. 기계적 권유를 적용하기 위해 선택된 수단은 마모 공정이며 환경 풍화의 경우 습도와 열이 있는 곳에서 가속화된 UV 노출입니다. 조작된 나노 물질의 최종 방출은 수 농도, 크기 분포, 형태 및 화학 조성 측면에서 연구됩니다. 프로토콜의 목적은 실제 상황에 해당하는 테스트 샘플 및 실험 조건의 방출을 연구하는 것입니다. 기계적 응력의 적용만으로도 엔지니어링된 나노물질의 에어로졸이 방출되는 것으로 밝혀졌으며, 이 에어로졸에서는 엔지니어링된 나노물질이 항상 제품 매트릭스 내부에 내장되어 있어 대표적인 제품 요소인 것으로 나타났습니다. 이러한 경우, 방출된 에어로졸은 나노 입자와 미량 입자로 구성됩니다. 그러나 기계적 응력이 환경 풍화와 결합되는 경우, 실험 프로토콜은 특정 풍화 지속 시간 후에 제품의 최종 악화가 자유 엔지니어링 나노 물질 에어로졸의 방출로 이어질 수 있음을 보여줍니다.
나노 기술의 급속한 성숙으로의 발전은 놀라운 특성을 가진 엔지니어링 나노 (ENM)를 포함하는 제품의 빠른 상용화에 의해 구동된다. 기사에 Potocnick 1 바와 같이 18 (5) 유럽위원회가 발행 한 규정 2,011분의 1,169,의, ENM은 결합되지 않은 상태에서 또는 집계 또는 응집 같은 입자를 포함, 어떤 의도적으로 제조 된 물질 "로 정의 할 수 있습니다 및 개수 분포에서 입자의 50 % 이상, 하나 이상의 외부 치수는 "크기 범위 1 내지 100 나노 미터에서이다. 또한, 자신의 고체 대량 또는 고체 표면에 또는 액체 현탁액에 어느 ENM가 포함 된 제품은 나노 구조의 제품으로 지칭 될 수있다. 다른 제제와 관능과 ENM의 다른 종류의 응용 프로그램과 예산의 성격에 따라 같은 제품에 사용된다. 제품은 그마의 형태 일 수있다NGS, 페인트, 타일, 집 벽돌, 미장 전자 등.
지금까지 연구에 관한 한, 하나는 나노 기술을 통해 달성 된 혁신에 출판물의 거대한 수를 찾을 수 있습니다. 이 엄청난 연구에도 불구하고, ENM의 매력적인 특성, 예를 Oberdorster 등의 등의 나노 제품의 사용 또는 처리 (동안 방출 또는 에어로졸의 형태로 공중에 방출 얻을 그들의 경향에 잠재적 인 건강 또는 환경에 위험에 대한 프로브 받고있다 .이 르 Bihan이 외. (3) Houdy 외. 4). Kulkarni 등. 5는 기체 매질에서 고체 또는 액체 입자의 서스펜션으로 에어로졸을 정의합니다. 슈와 Chein 6은 나노 제품의 사용 또는 처리 중, 나노 제품이 그러한 촉진 다양한 기계적 스트레스 환경 풍화를 실시한 것을 증명방사.
메이 나드 7 항에있어서, 노광시 ENM 이러한 에어로졸 흡입 또는 피부 접촉을 통해 인간 유기체와 상호 작용할 수 있으며, 결과적으로 암을 포함 해 여러 가지 유해한 효과를 일으킬 수있는 체내 증착 얻는다. 따라서, ENM 발광 현상의 철저한 이해 Shatkin 등. (8)에 의해 언급 된 바와 같이, 나노 구조 제품의 새로운 용도 주어진 가장 중요하다. 이것은 자신의 노출에서 발생하는 예기치 못한 건강 관련 합병증을 피하는뿐만 아니라 나노 기술에 대한 대중의 신뢰를 장려에 도움이되지 않을 수 있습니다.
그럼에도 불구하고, 노출 관련 문제는 현재 연구 커뮤니티에서 주목을 받기 시작했으며 최근 (전 세계에 걸쳐 다양한 연구 단위에 의해 강조되었다 예를 들어, 슈와 Chein 6 Göhler 등. 9, 알렌 등. (10), 알렌 등. 11, 알 - Kattan 등. (12), Kaegi 등. (13), 히 르트 등. (14), Shandilya 등. 15, 31, 33, Wohlleben 등. (16), Bouillard 등. 17 Ounoughene 등. 18). 상업적 시장에서 나노 제품의 대규모 전개를 고려하면,이 문제를 해결하기위한 가장 효과적인 방법은 선점 한 것이다. 이러한 접근법에서, 제품은 "바이 디자인 nanosafe -"또는 "안전한 나노위한 디자인"(침울 19) 즉, 낮은 방출되는 방식으로 설계된다. 즉,이 환경에서 에어로졸의 최소량을 방출하면서 사용 중에 문제 해결에서 자신의 장점을 최대화한다.
나노 구조 제품의 사용 단계에서 nanosafety 별 설계를 테스트하기 위해, 저자는 적절한 실험 방법을 제시본 문서에서 그렇게 할 수 있습니다. (ⅰ) 기계 및 (ii) 환경 실생활을 시뮬레이션하기에 이는 나노 제품, 석조 벽돌을 강조 목표로하는, 그것의 사용 단계에서 실시되는이 방법은 권유의 두 가지 유형으로 구성되어 있습니다.
(ⅰ) 기계 모집을 시뮬레이션 선형 마모 장치. 도 1a에 도시 된 바와 같이 원래의 상업 형태는, ASTM의 D4060 (20), ASTM의 D6037 (21)는 ASTM D1044 (22)와 같은 다수의 국제 공인 시험 표준에서 참조됩니다. 인해 강력하고 사용자 친화적 인 설계에 Golanski 외. (23)에 의하면, 원래의 형태가 이미 등 응력 인 페인트, 코팅, 금속, 종이, 섬유 등의 제품의 성능을 분석하기위한 산업 분야에서 널리 사용되고 이 장치를 통해인가 함께 걸어, 예를 들면, 가정 환경에서 적용되는 일반적인 하나에 대응신발과 가정에서 다른 개체의 변위 (Vorbau 등. (24)와 하산 등. 25). 도 1a에서, 수평 변위 표시 줄과 시료 표면의 움직임 이리저리 A의 표준 연마제로 이동합니다. 마모 마모로 인해 접촉에서 마찰 접촉 표면에서 발생한다. 마모 마모의 크기는 연마제의 상단에 작용하는 정상 부하 (F N)를 변화시켜 변화 될 수있다. 연마제 정상 부하 값의 종류를 변경함으로써, 하나의 마모성 따라서 기계적 응력을 변할 수있다. Morgeneyer 외. (26)은 응력 텐서는 통상 접선 성분으로 구성되어 연마 중에 측정 될 수 있음을 지적 하였다. 접선 응력 번째의 결과 인 반면에 수직 응력은 F N의 정상 부하, 즉 직접적인 결과E는 접선 방향의 힘 (F T)로 측정 마찰 처리를 연기하고 마모가 발생하는 방향에 평행 한 방향 또는 반대 작용한다. 이 연마에있어서의 원래의 형태에서, 하나는 F T를 결정할 수있다. 따라서 ENM의 에어로졸 동안 기계적 응력의 역할은 완전하게 결정될 수 없다. Morgeneyer 외. (26)에 의해 상세하게 설명한 바와 같이, 이러한 제한을 박멸하기 위해 (a) 및 (b) 상기 상부면 상에 스트레인 게이지를 장착 알루미늄 2024 합금 복제하여 이미 설치된 수평 철근을 대체하여 수정 한 이 복제 된 알루미늄 합금 바. 이것은도 1b에 도시된다. 이 스트레인 게이지는 활성 측정 그리드 길이 1.5 mm 그리드 캐리어 길이를 측정 5.7 mm 있습니다. 이는 두께 3.8 μm의 게이지 계수 1.95 ± 1.5 % 인 콘스 탄탄 호일로 제조된다.기계적 응력의 적절한 측정 따라서 게이지에서 생산 균주의 안정적인 측정을 허용하는 스트레인 게이지에 직렬로 접속되는 동적 스트레인 게이지 증폭기를 통해 보장된다. 증폭기를 통해 송신 된 데이터는 데이터 수집 소프트웨어를 이용하여 획득된다.

그림 1. 마모 장치 및 스트레인 게이지. 마모 속도, 지속 시간 및 스트로크 길이 제어와 테이 버 마모 장치 (A)의 상업 표준 양식. 원래 장착 된 스틸 바는 알루미늄 막대로 교체하고, 더 스트레인 게이지를 장착 하였다 (B) 접선 힘 (F T)를 측정 할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
에서 이 수정 테이 버 마모 장치는 nanosecured 작업 게시물의 적합성 아래에 배치된다 trong> 그림 2는 전체 실험 장치가 표시됩니다. 파티클이없는 공기가 지속적 31,000리터 / min의 유량이 작업 후 내부 순환된다. 이것은 99.99 %의 입자 필터 효율이 이미 성공적으로 다양한 나노 입자 DUSTINESS 시험에서 Morgeneyer 외. (27)에 의해 사용되어왔다.

그림 2. 실험 셋업 (등. (31) Shandilya은). nanosecured 작업 시설은 생성 된 에어로졸 입자의 마모 테스트 및 실시간 특성 (질적 및 quantitavive) 실행합니다. 입자없는 공기의 작은 부분은 배경 수 농도 입자 제거 방출 챔버 내부에 슬롯을 통과한다.PLOAD / 53496 / 53496fig2large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
(레 Bihan이의 상세 등. 28), 0.5 m m 0.6 × m 0.3 × 치수와 연마 장치의 모터 외부에 유지되며, 그 직선 슬라이딩 부분은 자기 설계 방출 시험 챔버 안에 유지된다. 이 시험 결과에 간섭하는 연마 장치 "모터의 배출을 방지 할 수 있습니다. 생성 된 에어로졸 입자의 샘플링은 방사상 대칭 후드 (713cm 3 부피) 근방 내부에서 수행된다. 이러한 후드를 이용함으로써, 표면에 인해 증착 에어로졸 입자의 손실은 최소화 할 수있다. 다른 장점으로 인해 방출 시험 챔버에 대한 후드의 비교적 낮은 볼륨 에어로졸 입자의 수 농도의 증가를 포함한다. 이 덕분에, 입자 에어로졸의 실시간 특성 및 분석을 설정연마 착용 중에 생성하기들 그들의 수 농도의 크기 분포의 원소 조성 및 형상의 관점에서 실험적으로 수행 할 수있다. Kulkarni 외. 제 5 항에있어서, ENM의 수 농도는 입자 "공기의 단위 cm3의 ENM 존재 숫자"로 정의 할 수 에어로졸. 마찬가지로 ENM 에어로졸의 크기 분포 "는 ENM 속성 특정 크기 범위의 입자와 관련된 (통상적으로 수와 질량 농도)의 양을 표현하는 관계"이다.
파티클 카운터 (측정 크기 범위 : 4 내지 3 μm의) 에어로졸을 측정 수 농도 (PNC)를 입자. 입자 선별기 (측정 가능한 크기 범위 : 15 내지 - 20 μm의)의 입자 크기 분포 (PSD)를 측정한다. R'mili 등의 알에 의해 상세하게 설명 에어로졸 입자 샘플러 (. 30)은 방출 된 입자의 다양한 정성 분석에 대한 투과 전자 현미경 (TEM)에서 나중에 사용될 수있는 다공성 구리 메시 그리드에 여과 기법을 통해 입자 수집을 위해 사용된다.
(ⅱ) 환경 권유는도 3에 나타낸 내후 챔버 가속 인공 풍화 통해 시뮬레이션 될 수있다. Shandilya 등으로되어있다. (31), 외기 조건은 국제 기준에 따라 유지 될 수 있거나 따라 정의 할 시뮬레이션의 유형입니다. 광 방사 필터 설치 - (400 내지 300nm)을 UV 노출은 크세논 아크 램프를 통해 제공된다. 비의 활동은 그들에 탈 정제 물을 분사하여 시뮬레이션된다. 저수지가 유출 물을 수집하기 위해 테스트 샘플을 아래에 배치됩니다. 수집 물 침출액은 ENM 침출 분석을 수행하기 위해 나중에 사용될 수있다.
그림 3. 풍화 상공 회의소. Suntest의 XLS + 풍화 챔버의 상업 형태는 나노 코팅 샘플이 배치되는 내부 스테인레스 스틸 후드가 포함되어 있습니다. 물 탱크가 후드 내부에 분사되는 물 소스 인 후드 아래에 배치됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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주 : 여기에서 프로토콜에서 제시된 방법 만 제시 시료에 한정되지 않고, 또한 다른 샘플을 사용할 수있다.
1. 인공 풍화 [CEREGE 플랫폼, 엑상 프로방스]
2. 마모 및 ENM 에어로졸 특성 [INERIS S-NANO 플랫폼, 베르누이]
참고 : 사용하기 전에 별도의 이미 설치 참조 카운터 파트로 구성 INERIS S-NANO 플랫폼의 교정 벤치에 악기의 특성을 입자 에어로졸을 미리 확인합니다. 특정 프로토콜에 따라, 악기가 소품을 작동하는지 확인지함.
액을 Suspensions- 드롭 증착 기술 3. TEM 분석 [INERIS 교정 플랫폼, 베르누이]
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테스트 샘플
문서에 제시된 프로토콜은 세 가지 다른 상업 나노 제품에 적용 하였다. 포커스는 실험 방법의 세부 사항에 여기에 넣어 :
이산화 티탄 나노 입자로 강화 (가) 알루미 노 규산염 벽돌 (X 5cm X 2cm 11cm). 이 주사 전자 현미경 이미지와 함께 그 재료 특성은 표 1에 나타낸 각각 그림 4되는 등 외관, 집 벽, 벽 타일, 포장 도로를 건설에서의 빈번한 응용 프로그램을 찾습니다.

나노 구조 알루미 노 규산염 벽돌 그림 4. SEM 이미지 (등. 33 Shandilya).
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본 기사에서는 nanosafety 별 디자인 상업 나노 제품의 실험 조사가 표시됩니다. 그것이 기계적 스트레스 환경 내후성을 실시하면 nanosafety 별 설계 모든 제품은 그와 PNC PSD의 관점에서 검토 될 수있다. 연구를 위해 선택된 제품은 이산화 티탄 나노 입자로 강화 된 알루미 노 규산염 벽돌이며, 이산화 티탄 나노 입자의 CeO2 나노 입자 광촉매 나노 코팅과 유약. 이들 제품은 상업 시장에서 고객에게 쉽게 접근 잘 그들의 일상 생활과 관련된입니다. 따라서, 자신의 nanosafety 별 디자인에 대한 그들의 연구는 매우 중요하다.
인공 풍화
다른 동작 조건이 사용되는 경우 열화 관측 변형이 예상 될 수있다. 또한, 형광 UV 빛의 스펙트럼 전력 분포 / 크세논 아크 램프 기호는다른 광원을 사용하여 빛과 물에 노출 장치에서 생성 된 것과 ificantly 다...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
이 작업은 Labex SERENADE(ANR-11-LABX-0064) 및 A*MIDEX 프로젝트(ANR-11-IDEX-0001-02)의 프레임워크에서 수행되었으며, 프랑스 정부 프로그램인 Investissements d'Avenir의 자금 지원을 받고 프랑스 국립 연구국(ANR)이 관리했습니다. 이 작업에 자금을 지원해 준 프랑스 환경부(DRC 33 및 Program 190)와 ANSES(Nanodata Project 2012/2/154, APR ANSES 2012)에 감사드립니다. 실험 기간 동안 협력과 조언을 해준 Olivier Aguerre-Chariol, Patrice Delalain, Morgane Dalle, Laurent Meunier, Pauline Molina, Farid Ait-Ben-Ahmad에게도 감사한다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Photocal Masonry | Nanofrance Technologies | 테스트 샘플 | |
| 벽돌 벽돌 (ref. 901796) | Castorama | 테스트 샘플 지원 | |
| 광학 현미경 (모델 Imager.M1m) | Carl Zeiss MicroImaging GmbH | 현미경 분석 용 | |
| 에너지 분산 분광기 (모델 X-max) | 옥스포드 기기 | 원소 용 구성 분석 | |
| 투과 전자 현미경 (모델 CM12) | Philips | 현미경 분석용 | |
| 내후성 챔버 (모델 Suntest XLS+) | Atlas | 가속 인공 풍화 | |
| 크세논 아크 램프용 (모델 NXE 1700) | Ametek SAS | UV 광선 소스 | |
| 유도 결합 플라즈마 질량 분석기 (모델 7500cx) | 애질런트 기술 | 침출수 수 시료 분석용 | |
| Taber 선형 abraser(모델 5750) | Taber Inc. | 마모용: | |
| Taber H38 연마제 | , Taber Inc. | 마모용 | |
| 응축 입자 카운터 3775 | TSI | 에어로졸 입자의 농도 수를 세는 데 사용됩니다 | |
| 공기역학적 입자 Sizer 3321 | TSI | 에어로졸 입자의 크기를 측정하기 위해 | |
| 시차 이동성 분석기 3081 | TSI | 에어로졸 입자의 크기 측정용 | |
| 미니 입자 샘플러 | Ecomesure | 에어로졸 입자 샘플링 | |
| 용 Gilian LFS-113 저유량 개인용 공기 샘플링 펌프 | Sensidyne | 에어로졸 입자 샘플링 용 |
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이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청
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