更绿色的纳米材料可以改变我们日常用品的生产方式

微小纳米粒子处于材料科学的前沿，具有特殊的性质，使其能够很好地吸收太阳能电池板中的光线、清洁废水和精确输送药物。

一些纳米粒子呈片状或纤维状。但纳米材料都有一个共同点——它们的结构包含纳米级尺寸的成分。纳米级尺寸比人类头发的宽度小10,000多倍。研究表明，纳米材料的性能通常优于以更大规模制造的相同材料。纳米材料潜力巨大，但目前纳米材料的制造可能会因使用或生产危险化学品而对环境造成有害影响。

我是众多研究人员之一，研究如何可持续地创造、操纵和应用这些材料来开发新技术并改进现有技术。这为许多应用带来了优势，包括航空航天、太阳能电池板和电子产品。

二氧化硅纳米材料已经无处不在，但你可能甚至没有意识到。二氧化硅(SiO2)是一种含有硅和氧的化合物，常见于岩石中。它是全球产量最大的纳米材料之一，预计到2025年市场规模将达到5万亿美元(3.8万亿英镑)。

它用于制造我们每天接触到的物品，从提高混凝土的强度到提高橡胶轮胎的耐用性，此外它还能增强牙膏的清洁性能和稠度。二氧化硅纳米材料可能具有令人兴奋的高价值应用，如药物和废水处理。

虽然硅胶产品可能很棒，但它们的制造方式通常对环境不利，甚至在经济上也不可行。制造是产品整体可持续性的关键，但消费者往往看不到它。因此，大多数人对它的考虑远少于例如某物是否会被回收利用。

制造二氧化硅通常需要耗能的工艺，或者会产生难以安全处理的有害废品。试图减少现有工艺对环境的影响是不够的。开发新的生产方法对于确保新技术(如更先进​​的太阳能电池板)既能造福社会，又能比传统制造业减少对环境的影响至关重要。

我是谢菲尔德大学绿色纳米材料研究小组的成员，我和我的同事正在努力开发可持续、可扩展且经济的功能性纳米结构材料。我们研究从发现到制造、应用和商业化的各个方面，考虑性能、可扩展性、环境和成本。

更加绿色的化学方法

我们的目标是为重要的应用制造更好的纳米材料，同时考虑纳米材料生命周期中每个阶段对环境的影响，从原材料到产品的使用和处置以及任何副产品。这种方法被称为“绿色化学”，这一概念于1998年提出，并被用于制定更环保的纳米材料生产战略。

二氧化硅纳米材料适合这种绿色化学方法，因为它已经在自然界中由植物和海绵作为结构支撑而制成。还有什么比从大自然中学习更好的绿色化学老师呢?我的研究小组创造了仿生二氧化硅，这种产品可以在室温下制造，并且在生物体中自然制造二氧化硅的温和条件下制造。

现在，我研究小组的同事正在扩大仿生二氧化硅的生产，探索其在不同应用领域的用途，并制造不同的纳米材料。与此同时，我正在探索如何通过改变二氧化硅的制造条件来改善其性能，如表面积，使其更好地发挥作用。

绿色纳米材料在推动基础技术发展方面具有巨大的应用空间，如果绿色二氧化硅能够扩大规模，那么它将对药物输送和可再生能源产生巨大的根本性改变。

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