ננו-חומרים

ננו-חומר הוא חומר אשר לפחות אחד משלושת ממדיו הוא בסדר גודל ננומטרי. בגלל המימד הננומטרי, תכונות פיזיקליות שונות של החומר משתנות. תחום זה הוא כר פורה של מחקר עכשווי, בגלל היכולת להנדס חומרים שונים בעלי תכונות פיזיקליות רצויות.

מחקר ננו-חומרים נוקט בגישה המבוססת על מדע החומרים לננוטכנולוגיה, תוך מינוף ההתקדמות במטרולוגיה וסינתזה של חומרים שפותחו לתמיכה במחקר המיקרו-ייצור . חומרים בעלי מבנה בקנה מידה ננומטרי הם בעלי תכונות אופטיות, אלקטרוניות, תרמו-פיזיקליות או מכניות ייחודיות.

ננו-חומרים הופכים אט אט למסחריים ומתחילים להופיע כסחורות.

## הגדרה
בתקן ISO/TS 80004 , ננו-חומר מוגדר כ"חומר בעל ממד חיצוני כלשהו בקנה מידה ננומטרי או בעל מבנה פנימי או מבנה פני שטח בקנה מידה ננומטרי", כאשר ננו-קנה מידה מוגדר כ"טווח אורכים בקירוב מ-1 ננומטר עד 100 ננומטר". הגדרה זו כוללת הן ננו-אובייקטים, שהם חלקים נפרדים של חומר, וגם חומרים בעלי מבנה פנימי או של פני השטח בקנה מידה ננומטרי; ננו-חומר עשוי להשתייך לשתי הקטגוריות הללו גם יחד.

ב-18 באוקטובר 2011, אימצה הנציבות האירופית את ההגדרה הבאה של ננו-חומר: חומר טבעי, אקראי או מיוצר, המכיל חלקיקים במצב בלתי קשור או כאגד או כצבר, ול - 50% או יותר מהחלקיקים בהתפלגות הגודל המספרית, ממד חיצוני אחד או יותר נמצא בטווח הגדלים 1 - 100 ננומטר. במקרים מסוימים וכאשר קיימות סיבות הנוגעות לסביבה, לבריאות, לבטיחות או לתחרותיות, ניצן להחליף את סף ה-50% בסף הנע בין 1% ל-50%.

## מקורות
### מתוכנן
ננו-חומרים מתוכננים תוכננו ויוצרו במכוון על ידי בני אדם כדי שיהיו בעלי תכונות נדרשות מסוימות.

ננו-חומרים ותיקים הם חומרים שהיו בייצור מסחרי עוד לפני התפתחות הננוטכנולוגיה, כתוצאה משיפורים מצטברים ביחס לחומרים קולואידיים או חלקיקיים אחרים. הם כוללים, למשל, ננו-חלקיקי פחמן שחור  וננו חלקיקים של טיטניום דו-חמצני .

### אקראי
ננו-חומרים עשויים להיווצר שלא במתכוון כתוצר לוואי של תהליכים מכניים או תעשייתיים באמצעות בעירה ואידוי. מקורות לננו-חלקיקים מקריים כוללים פליטות של מנועי רכב, התכה, אדי ריתוך, תהליכי בעירה מחימום ובישול ביתיים באמצעות דלק מוצק. לדוגמה, הקבוצה של הננו-חומרים הנקראים פולרנים נוצרת בשריפת גז, ביומסה ונרות. בנוסף, הם יכולים להיות גם תוצר לוואי של שחיקה וקורוזיה. ננו-חלקיקים מקריים באטמוספירה מכונים לעיתים חלקיקים אולטרה-דקים , שנוצרים שלא במתכוון במהלך פעולה מכוונת, ויכולים לתרום לזיהום אוויר.

### טבעי
מערכות ביולוגיות רבות כוללות ננו-חומרים טבעיים ופונקציונליים. מבנים כמו הפורמיניפרה (בעיקר גיר) ווירוסים (חלבון, קפסיד), גבישי השעווה המכסים עלה לוטוס או לוטוס הודו, משי של עכביש וקרדיות עכביש, הגוון הכחול של טרנטולות, ה"מרית" בתחתית רגלי השממית, קשקשי כנפיים של פרפרים מסוימים, קולואידים טבעיים (חלב, דם), חומרים קרניים (עור, טפרים, מקור, נוצות, קרניים , שיער ), נייר, כותנה, אם הפנינה, אלמוגים, ואפילו מטריצת העצם שלנו - כולם נחשבים לננו-חומרים אורגניים טבעיים.

ננו-חומרים אנאורגניים טבעיים נוצרים כתוצאה מגידול גבישים בתנאים הכימיים המגוונים שבקרום כדור הארץ. לדוגמה, חרסיות מציגות ננו-מבנים מורכבים עקב האנאיזוטרופיה של מבנן הגבישי הבסיסי, ופעילות געשית יכולה ליצור אופלים, שהם דוגמה לגבישים פוטוניים טבעיים הנוצרים בזכות מבנם הננומטרי. שריפות מייצגות תגובות מורכבות במיוחד ויכולות לייצר פיגמנטים, מלט, סיליקה מעושנת  ועוד.

מקורות טבעיים לננו-חלקיקים כוללים תוצרי בעירה של שריפות יער, אפר געשי, רסס אוקיינוס ודעיכה רדיואקטיבית של גז ראדון. ננו-חומרים טבעיים יכולים להיווצר גם בתהליכי שחיקה של סלעים המכילים מתכת או אניונים, וכן באתרים של ניקוז חומצי ממכרות .

גלריה של ננו-חומרים טבעיים
קובץ:Kapsid_Schema-01.png|טקסט=Viral capsid|קפסיד ויראלי
קובץ:Lotoseffekt.jpg|טקסט="Lotus effect", hydrophobic effect with self-cleaning ability|" אפקט לוטוס ", אפקט הידרופובי עם יכולת ניקוי עצמי
קובץ:Gecko_foot_on_glass.JPG|טקסט=Close-up of the underside of a gecko's foot as it walks on a glass wall (spatula: 200 × 10–15 nm)|תקריב של החלק התחתון של כף רגלה של שממית כשהיא הולכת על קיר זכוכית (מרית: 200 × 10–15 ננומטר)
קובץ:SEM_image_of_a_Peacock_wing,_slant_view_4.JPG|טקסט=SEM micrograph of a butterfly wing scale (× 5000)|מיקרוסקופ SEM של קשקשת כנף פרפר (× 5000)
קובץ:Trevarno,_pavo_cristatus06.jpg|טקסט=Peacock feather (detail)|נוצת טווס (פרט)
קובץ:62cts_Brazilian_Crystal_Opal.JPG|טקסט=Brazilian Crystal Opal. The play of color is caused by the interference and diffraction of light between silica spheres (150–300 nm in diameter).|אופל קריסטל ברזילאי. משחק הצבעים נגרם על ידי הפרעה ודיפרקציה של אור בין כדורי סיליקה (150-300 ננומטר בקוטר).
קובץ:Lasiodora_parahybana,_claws.JPG|טקסט=Blue hue of a species of tarantula (450 nm ± 20 nm)|גוון כחול של מין של טרנטולה (450 ננומטר ± 20 ננומטר)


## סוגי ננו-חלקיקים
ננו-חומרים מסווגים לעיתים קרובות לפי כמה ממדים שלהם נופלים בקנה מידה ננומטרי:
* ננו-חלקיק מוגדר כננו-אובייקט עם שלושת הממדים החיצוניים בקנה מידה ננומטרי, כאשר הצירים הארוכים והקצרים ביותר שלו אינם שונים באופן משמעותי.
* לננו-סיב יש שני ממדים חיצוניים בקנה מידה ננומטרי, כאשר ננו-צינוריות הן ננו-סיבים חלולים וננו-מוטות  הם ננו-סיבים מוצקים. לננו-לוח/ננו-יריעה יש ממד חיצוני אחד בקנה מידה ננומטרי, ואם שני הממדים הגדולים יותר שונים באופן משמעותי זה נקרא סרט ננו. עבור ננו-סיבים וננו-יריעות, הממדים האחרים עשויים להיות או לא להיות בקנה מידה ננומטרי, אך חייבים להיות גדולים משמעותית. בכל המקרים האלה, "שוני משמעותי" נחשב לרוב לפחות פי 3.

חומרים ננו-מבניים מסווגים לעיתים קרובות לפי פאזות החומר שהם מכילים. ננו-קומפוזיט  הוא מוצק המכיל לפחות אזור אחד או אוסף של אזורים מובחנים מבחינה פיזיקלית או כימית, בעלי לפחות ממד אחד בקנה מידה הננומטרי. ננו-קצף  יהוא בעל מטריצה נוזלית או מוצקה, מלאה בפאזה גזית, כאשר לאחת משתי הפאזות יש ממדים בקנה מידה ננומטרי. חומר ננו-נקבובי  הוא מוצק המכיל ננו-נקבוביות , חללים בצורת נקבוביות פתוחות או סגורות באורכי תת-מיקרון. חומר ננו-גבישי  מכיל חלק משמעותי מגבישי החומר בממדים ננומטריים.

### חומרים ננו-נקבוביים
המונח חומרים ננו-נקבוביים כולל בתוכו תתי-קבוצות של חומרים מיקרו-נקבוביים ומזו-נקבוביים. חומרים מיקרו-נקבוביים הם חומרים נקבוביים בעלי גודל נקבוביות ממוצע הקטן מ-2 ננומטר, בעוד שחומרים מזו-נקבוביים הם בעלי גודל נקבוביות בתחום של 2-50 ננומטר. חומרים מיקרו-נקבוביים מציגים גודלי נקבוביות באותו סדר גודל כמו מולקולות קטנות. מסיבה זו, חומרים כאלה עשויים לשמש ליישומים חשובים, כולל ממברנות להפרדה. חומרים מזו-נקבוביים מעניינים במיוחד עבור יישומים הדורשים שטח פנים ספציפי גדול, תוך כדי אפשרות חדירה של מולקולות שגדולות מדי מכדי להיכנס לנקבוביות של חומר מיקרו-נקבובי. במקורות מסוימים, חומרים ננו-נקבוביים וננו-קצף נחשבים לעיתים לננו-מבנים אך לא לננו-חומרים מכיוון שרק החללים ולא החומר עצמו נמצאים בטווח הננומטרי. למרות שהגדרת ISO מחשיבה רק ננו-אובייקטים עגולים כאל ננו-חלקיקים, מקורות אחרים משתמשים במונח ננו-חלקיק לכל הצורות.

### ננו-חלקיקים
ננו־חלקיקים הם בעלי שלושת הממדים בטווח הננומטרי. ניתן גם לשלב ננו־חלקיקים בתוך חומר מוצק בתפזורת ליצירת ננו־מרוכב.

#### פולרנים
פולרנים הם סוג של אלוטרופים של פחמן , שהם באופן מושגי יריעות גרפן המגולגלות לצינורות או לכדורים. קבוצה זו כוללת את ננו-צינוריות הפחמן (או ננו-צינוריות הסיליקון ) שמעוררים עניין הן בשל חוזקם המכני והן בשל תכונותיהם החשמליות.
ממוזער|מבט מסתובב של C <sub>60</sub>, סוג אחד של פולרן

מולקולת הפולרן הראשונה שהתגלתה, ושהעניקת את שמה למשפחה, היא בקמינסטרפולרן (C 60), שהוכנה בשנת 1985 על ידי ריצ'רד סמאלי, רוברט קרל, ג'יימס הית' , שון או'בריאן והרולד קרוטו באוניברסיטת רייס. השם ניתן כמחווה לבקמינסטר פולר, שאת כיפותיו הגיאודזיות היא מזכירה. מאז נמצא כי פולרנים מופיעים בטבע. לאחרונה, אף התגלו פולרנים בחלל החיצון.

בעשור האחרון, התכונות הכימיות והפיזיקליות של פולרנים היו נושא חם בתחום המחקר והפיתוח, וסביר שימשיכו להיות כך עוד זמן רב. באפריל בשנת 2003, נחקרו פולרנים לשימושים רפואיים פוטנציאליים: קשירת אנטיביוטיקות ספציפיות למבנה של חיידקים עמידים ואף מיקוד לסוגים מסוימים של תאי סרטן כמו מלנומה. בגיליון אוקטובר 2005 של כתב העת Chemistry and Biology פורסם מאמר שתיאר את השימוש בפולרנים כסוכנים אנטי-מיקרוביאליים  המופעלים על ידי אור. בתחום הננוטכנולוגיה, עמידות לחום ומוליכות-על הן בין התכונות שמעוררות עניין רב במחקר.

שיטה נפוצה לייצור פולרנים היא העברת זרם חשמלי חזק בין שתי אלקטרודות גרפיט סמוכות באטמוספירה אינרטית. קשת הפלזמה הפחמנית שנוצרת בין האלקטרודות מתקררת לשאריות פיח שממנה ניתן לבודד פולרנים רבים.

בוצעו חישובים רבים באמצעות שיטות קוונטיות ab-initio שיושמו על פולרנים. בעזרת שיטות DFT ו-TDDFT ניתן לקבל ספקטרום IR, ראמאן  ו-UV. תוצאות חישובים כאלה ניתנות להשוואה עם תוצאות ניסיוניות.

#### ננו-חלקיקים מבוססי מתכת
ננו-חומרים אי-אורגניים (למשל נקודות קוונטיות, ננו-חוטים וננו-מוטות) בשל תכונותיהם האופטיות והחשמליות המעניינות, יכולים לשמש באופטואלקטרוניקה. בנוסף, התכונות האופטיות והאלקטרוניות של ננו־חומרים, שתלויות בגודל ובצורה שלהם, ניתנות לכוונון באמצעות טכניקות סינתטיות. קיימות אפשרויות להשתמש בחומרים אלה במכשירים אופטואלקטרוניים מבוססי חומרים אורגניים, כגון תאים סולאריים אורגניים , OLED ועוד. עקרונות הפעולה של מכשירים כאלה נשלטים על ידי תהליכים המושרים על ידי אור כמו העברת אלקטרונים  והעברת אנרגיה. ביצועי המכשירים תלויים ביעילות התהליך המושרה על ידי אור האחראי לתפקודם. לכן, נדרשת הבנה טובה יותר של תהליכים מושרים על ידי אור במערכות מרוכבות של ננו-חומרים אורגניים/אי-אורגניים כדי שניתן יהיה להשתמש בהם במכשירים אופטואלקטרוניים.

ננו-חלקיקים או ננו-גבישים העשויים ממתכות, מוליכים למחצה או תחמוצות מעוררים עניין מיוחד בשל תכונותיהם המכניות, החשמליות, המגנטיות, האופטיות, הכימיות ואחרות. ננו-חלקיקים שימשו כנקודות קוונטיות וכזרזים כימיים כגון זרזים מבוססי ננו-חומרים . לאחרונה, מגוון רחב של ננו-חלקיקים נחקר בהרחבה עבור יישומים ביו-רפואיים, כולל הנדסת רקמות, הולכת תרופות וביוסנסורים.

ננו־חלקיקים מעוררים עניין מדעי רב, שכן הם מהווים למעשה גשר בין חומרים בתפזורת לבין מבנים אטומיים או מולקולריים. חומר בתפזורת אמור להיות בעל תכונות פיזיקליות קבועות ללא קשר לגודלו, אך בקנה מידה ננומטרי המצב לרוב שונה. נצפות תכונות התלויות בגודל כגון ריסון קוונטי בחלקיקי מוליכים למחצה, תהודת פלסמון פני שטח בחלקיקי מתכת מסוימים, וסופר-פאראמגנטיות בחומרים מגנטיים.

ננו-חלקיקים מפגינים מספר תכונות מיוחדות ביחס לחומר בתפזורת. לדוגמה, הכיפוף של נחושת בתפזורת (חוט, סרט וכו') מתרחש עם תזוזת אטומי/אשכולות נחושת בקנה מידה של כ-50 ננומטר. ננו-חלקיקי נחושת  שגודלם קטן מ-50 ננומטר נחשבים לחומרים קשים במיוחד, שאינם מפגינים את אותה משיכות  וגמישות כמו נחושת בתפזורת. השינוי בתכונות אינו תמיד רצוי. חומרים פרואלקטריים שגודלם קטן מ-10 ננומטר יכול להחליף את כיוון הקיטוב שלהם באמצעות אנרגיה תרמית בטמפרטורת החדר, ובכך להפוך אותם לבלתי שמישים לאחסון זיכרון. ניתן ליצור תרחיפים של ננו-חלקיקים משום שהאינטראקציה של פני שטח החלקיק עם הממס חזקה מספיק כדי להתגבר על הבדלי צפיפות, אשר בדרך כלל גורמים לחומר לשקוע או לצוף בנוזל. לננו-חלקיקים לעיתים קרובות יש תכונות חזותייות בלתי צפויות משום שהם קטנים מספיק כדי לכלוא את האלקטרונים שלהם ולייצר אפקטים קוונטיים. לדוגמה, תמיסה של ננו-חלקיקי זהב נראית בצבע אדום כהה עד שחור.

יחס שטח הפנים לנפח של ננו-חלקיקים, שלרוב הוא גבוה מאוד, מספק כוח מניע עצום לדיפוזיה, במיוחד בטמפרטורות גבוהות. סינטור אפשרי בטמפרטורות נמוכות יותר ובמשך זמן קצר יותר מאשר בחלקיקים גדולים יותר. באופן תאורטי, הדבר אינו משפיע על הצפיפות של המוצר הסופי, אולם קשיי זרימה והנטייה של ננו-חלקיקים להתאגד מסבכים את העניין. השפעות פני השטח של ננו-חלקיקים מורידות גם את טמפרטורת ההיתוך ההתחלתית.

### ננו-מבנים חד-ממדיים
ניתן להנדס את החוטים הגבישיים הקטנים ביותר האפשריים, בעלי שטח חתך קטן עד כדי אטום בודד, בתוך תחום גלילי. ננו-צינוריות פחמן, שהם ננו-מבנה טבעי כמעט חד-ממדי, יכולים לשמש כתבנית לסינתזה. תחום כליאה זה מספק ייצוב מכני ומונע התפרקות של שרשראות אטומיות ליניאריות; מבנים אחרים של ננו-חוטים חד-ממדיים צפויים להיות יציבים מבחינה מכנית גם לאחר בידודם מהתבניות.

### ננו-מבנים דו-ממדיים
חומרים דו-ממדיים  הם חומרים גבישיים המורכבים משכבה דו-ממדית יחידה של אטומים. הנציג החשוב ביותר, גרפן, התגלה בשנת 2004. שכבות דקות בעלי עובי בסקאלה ננומטרית (ננו-פילמים ) נחשבות לננו-מבנים, אך לעיתים אינן נחשבות לננו-חומרים מכיוון שהן אינן קיימות בנפרד מהמצע.

### חומרים ננו־מובנים בתפזורת
חלק מחומרים בתפזורת מכילים מאפיינים בקנה מידה ננומטרי, כולל חומרים ננו-מרוכבים , חומרים ננו-גבישיים , סרטים ננו-מובנים  ומשטחים ננו-מרקמיים .

ננו-מבנה של גרפן בצורת קופסה (BSG) הוא דוגמה לננו-חומר תלת-ממדי. ננו-מבנה BSG הופיע לאחר ביקוע מכני של גרפיט פירוליטי . ננו-מבנה זה הוא מערכת רב-שכבתית של ננו-תעלות חלולות מקבילות הממוקמות לאורך המשטח ובעלות חתך מרובע. עובי דפנות התעלות הוא בקירוב 1 ננומטר. הרוחב האופייני של חזיתות התעלות הוא כ-25 ננומטר.

## יישומים
ננו-חומרים משמשים במגוון תהליכי ייצור, מוצרים ושירותי בריאות, כולל צבעים, מסננים, חומרי בידוד ותוספים לסיכה. בתחום הבריאות, ננו-אנזימים הם ננו-חומרים בעלי מאפיינים דמויי אנזימים. מדובר בסוג חדשני של אנזים מלאכותי, אשר משמש ליישומים רחבים כגון חישה ביולוגית, הדמיה ביולוגית, אבחון גידולים, ועוד. ניתן לייצר מסננים באיכות גבוהה באמצעות ננו-מבנים, מסננים אלה מסוגלים להסיר חלקיקים קטנים עד גודל של נגיף כפי שהודגם במסנן מים שנוצר על ידי חברת Seldon Technologies. מתקן ביו-ריאקטור ממברנלי מבוסס ננו-חומרים (NMs-MBR), הוצע לאחרונה כדור הבא של תהליכי טיפול מתקדמים בשפכים. נעשה שימוש בננו־טכנולוגיה כדי להילחם בהתפשטות נגיף MERS בבתי חולים בסעודיה בשנת 2012. ננו-חומרים משמשים בטכנולוגיות בידוד מודרניות ובטוחות לבני אדם; בעבר נעשה בהם שימוש בבידוד מבוסס אסבסט. כתוסף סיכה, לננו-חומרים יש יכולת להפחית חיכוך בחלקים נעים. ניתן לתקן חלקים שחוקים וחלודים גם באמצעות ננו-חלקיקים אניזוטרופיים המתארגנים מעצמם ונקראים TriboTEX. ננו-חומרים יושמו גם במגוון תעשיות ומוצרי צריכה. ננו־חלקיקים מינרליים כמו תחמוצת טיטניום משמשים לשיפור ההגנה מפני קרינה אולטרא-סגולה (UV) בקרם הגנה מהשמש. בתעשיית הספורט, יוצרו מחבטים קלים יותר באמצעות ננו-צינוריות פחמן כדי לשפר את הביצועים. יישום נוסף הוא בתחום הצבאי, שם נעשה שימוש בננו-חלקיקי פיגמנט ניידים ליצירת הסוואה יעילה יותר. ננו־חומרים יכולים לשמש גם ביישומים של ממירים קטליטיים תלת־כיווניים, בעלי יתרון של שליטה בפליטות תחמוצות חנקן (NOx), שמהן נוצרים גשם חומצי ולערפיח. במבנה ליבה-קליפה (Core–Shell) ננו-חומרים יוצרים שכבת מעטפת כתמיכה לזרזים, כדי להגן על מתכות אצילות כמו פלדיום ורודיום. תפקיד המעטפת הוא לשאת את רכיבי הזרז הפעילים, להפוך אותם למפוזרים יותר, להפחית את השימוש במתכות אצילות, להגביר את פעילות הזרז, ובפוטנציאל גם לשפר את יציבותו.

## סינתזה

המטרה של כל שיטה סינתטית לייצור ננו־חומרים היא לקבל חומר בעל תכונות הנובעות מכך שממדיו האופייניים נמצאים בתחום הננומטרי (1–100 ננומטר). בהתאם לכך, השיטה הסינתטית צריכה לאפשר שליטה בגודל בתחום זה, כך שניתן יהיה להשיג תכונה מסוימת רצויה. לרוב נהוג לחלק את השיטות לשני סוגים עיקריים: ״מלמטה למעלה” (bottom up) ו־״מלמעלה למטה” (top down).

### שיטות מלמטה למעלה
שיטות מלמטה למעלה כוללות הרכבה של אטומים או מולקולות למערכים בעלי מבנה ננו-מטרי. בשיטות אלו, חומרי הגלם יכולים להיות בצורה של גזים, נוזלים או מוצקים. במקרה של מוצקים, נדרש תהליך של פירוק כלשהו לפני שילובם במבנה הננומטרי. באופן כללי, ניתן לחלק את השיטות מלמטה למעלה לשתי קטגוריות: כאוטיות ומבוקרות.

תהליכים כאוטיים כוללים העלאת האטומים או המולקולות המרכיבים למצב כאוטי ולאחר מכן שינוי פתאומי בתנאים כך שמצב זה יהפוך לבלתי יציב. באמצעות מניפולציה חכמה של פרמטרים שונים, נוצרים תוצרים בעיקר כתוצאה מהקינטיקה שנגרמת כתוצאה מכך. הקריסה מהמצב הכאוטי יכולה להיות קשה או בלתי אפשרית לשליטה ולכן התפלגות הגודל והממוצע של החלקיקים נקבעת לעיתים קרובות לפי סטטיסטיקה של אוכלוסיות (ensemble statistics). בהתאם לכך, היווצרות הננו-חלקיקים נשלטת באמצעות מניפולציה של מצבם הסופי של התוצרים. דוגמאות לתהליכים כאוטיים כוללות אבלציה בלייזר, חוט מתפוצץ, קשת חשמלית, פירוליזה בלהבה, בעירה, ושיטות סינתזה על ידי שיקוע,

תהליכים מבוקרים כוללים אספקה מבוקרת של האטומים או המולקולות המרכיבים את הננו-חלקיקים אל האתר (או האתרים) שבהם נוצרים הננו-חלקיקים, כך שהחלקיקים יכולים לגדול לגודל מסוים בצורה נשלטת. בדרך כלל, מצבם של האטומים או המולקולות המרכיבים אינו רחוק מהמצב הדרוש ליצירת ננו-חלקיקים. בהתאם לכך, היווצרות הננו-חלקיקים נשלטת באמצעות שליטה במצבם של החומרים המגיבים. דוגמאות לתהליכים מבוקרים כוללות צמיחה מוגבלת עצמית בתמיסה, שקיעה כימית מוגבלת-עצמית מאדי חומרים (CVD) , שימוש בפולסים מעוצבים של לייזר פמטו-שניות, גישות ביולוגיות של צמחים ומיקרואורגניזמים ואפיטקסיה באמצעות קרן מולקולרית.

### שיטות מלמעלה למטה
שיטות מלמעלה למטה משתמשות ב"כוח" מסוים (למשל כוח מכני, לייזר) כדי לפרק חומרים בתפזורת לננו-חלקיקים. שיטה נפוצה היא טחינה בכדורים (ball milling), שבה שוברים מכנית את החומר הגושי לחלקיקים ננומטריים. בנוסף, ניתן לייצר ננו-חלקיקים גם באמצעות צריבה בלייזר, שבה נעשה שימוש בפולסי לייזר קצרים מאוד (למשל, לייזר בפמטו-שניות) כדי לאדות חלקים ממטרה מוצקה.

## אפיון
תופעות חדשות יכולות להתרחש בחומרים כאשר נוצרים מבנים בגדלים דומים לאחת ממספר סקלות אורך אפשריות, כגון אורך הגל של דה ברולי של אלקטרונים, או אורכי הגל האופטיים של פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה. במקרים כאלה, השפעות מכניקת קונטים עשויות לשלוט בתכונות החומר. דוגמה לכך היא כליאה קוונטית שבה התכונות האלקטרוניות של מוצקים משתנות באופן משמעותי כאשר גודל החלקיקים קטן מאוד. גם התכונות האופטיות של ננו-חלקיקים, למשל פלואורסצנציה, תלויות בגודל החלקיק. השפעה זו אינה ניכרת במעבר מממדים מקרוסוקופיים למיקרומטריים, אך הופכת בולטת מאוד כאשר מגיעים לקנה המידה הננומטרי.

בנוסף לתכונות אופטיות ואלקטרוניות, התכונות המכניות החדשות של ננו-חומרים רבים הן נושא למחקר בתחום ננו-מכניקה. כאשר מוסיפים ננו-חלקיקים לחומר בתפזורת, הם יכולים להשפיע באופן משמעותי על התכונות המכניות שלו, כגון קשיחות או גמישות. לדוגמה, ניתן לחזק פולימרים מסורתיים באמצעות חלקיקים ננומטריים (כגון ננו-צינוריות פחמן) ובכך ליצור חומרים חדשים שיכולים לשמש כתחליפים קלים למתכות. חומרים מרוכבים כאלה מאפשרים הפחתת משקל לצד עלייה ביציבות ושיפור בתפקוד.

לבסוף, חומרים ננו-מובנים בעלי גודל חלקיקים קטן, כגון זאוליטים ואסבסט, משמשים כזרזים במגוון רחב של תגובות כימיות תעשייתיות חשובות. פיתוחם של זרזים כאלה יכול להוות בסיס לתהליכים כימיים יעילים יותר וידידותיים יותר לסביבה.

התצפיות הראשונות ומדידות הגודל של ננו-חלקיקים בוצעו בעשור הראשון של המאה ה-20. זיגמונדי ערך מחקרים מפורטים של סול זהב וחומרים ננומטריים אחרים בגדלים של עד 10 ננומטר ואף פחות. הוא פרסם ספר בשנת 1914. הוא השתמש באולטרה-מיקרוסקופ המפעיל את שיטת השדה האפל כדי לראות חלקיקים שגודלם קטן בהרבה מאורך הגל של האור.

ישנן שיטות מסורתיות שפותחו במהלך המאה ה-20 במדעי הממשק והקולואידים  לצורך אפיון ננו-חומרים. שיטות אלה נמצאות בשימוש נרחב עבור ננו-חומרים פסיביים מהדור הראשון. שיטות אלו כוללות מספר טכניקות שונות לאפיון התפלגות גודל החלקיקים . אפיון זה הוא חיוני כיוון שרבים מהחומרים הצפויים להיות ננומטריים למעשה מתאגדים בתמיסות. חלק מהשיטות מבוססות על פיזור אור. אחרות משתמשות באולטרסאונד, כגון ספקטרוסקופיית דעיכת אולטרסאונד  לבדיקת ננו-דיספרסיות מרוכזות ומיקרו-אמולסיות.

ישנה גם קבוצה של שיטות מסורתיות לאפיון מטען פני השטח  או פוטנציאל זטה של ננו-חלקיקים בתמיסות. מידע זה נחוץ לייצוב נכון של המערכת, ומניעת הצטברות או הפתתה  שלה. שיטות אלו כוללות מיקרואלקטרופורזה , פיזור אור אלקטרופורטי  ואלקטרואקוסטיקה . השיטה האחרונה, לדוגמה שיטת זרם הרטט הקולואידי,  מתאימה לאפיון מערכות מרוכזות.

## תכונות מכניות
המחקר המתמשך הראה כי התכונות המכניות יכולות להשתנות באופן משמעותי בננו-חומרים בהשוואה לחומרים בתפזורת. לננו-חומרים יש תכונות מכניות בולטות הנובעות מנפחם, משטחם ומהשפעות קוונטיות של הננו-חלקיקים. תופעה זו נצפית כאשר מוסיפים ננו-חלקיקים לחומר בתפזורת - הננו-חומר מחדד את הגרגרי החומר ויוצר מבנים בין-גרגריים ותוך-גרגריים אשר משפרים את גבולות הגרגרים ובהתאם גם את התכונות המכניות של החומר. שיפור גבולות הגרגרים מחזק את החומר על ידי העלאת רמת המאמצים הנדרשת כדי לגרום לשברים בין-גרגיריים או חוצי-גרגירים. דוגמה נפוצה לכך היא הוספת ננו-סיליקה למלט, פעולה שמשפרת את חוזק המתיחה, חוזק הלחיצה וחוזק הכיפוף של החומר באמצעות המנגנונים שהוזכרו לעיל. הבנת תכונות אלו צפויה לשפר את השימוש בננו-חלקיקים ביישומים חדשניים בתחומים שונים כגון הנדסת משטחים, טריבולוגיה , ננו-ייצור וננו-עיבוד.

#### טכניקות בהן נעשה שימוש
שטייניץ בשנת 1943 השתמש בטכניקת מיקרו-החדרה (micro-indentation) כדי לבדוק את הקשיות מיקרו-חלקיקים, וכיום נעשה שימוש בננו-החדרה למדידת התכונות האלסטיות של חלקיקים ברמה של כ-5 מיקרון. פרוטוקולים אלה משמשים לעיתים קרובות לחישוב המאפיינים המכניים של ננו-חלקיקים באמצעות שיטות מיקרוסקופיית כוח אטומי (AFM). כדי למדוד את מודול האלסטיות, מתקבלים נתוני ההחדרה באמצעות עקומות כוח-העתקה של AFM, אשר מומרות לעקומות כוח-החדרה. חוק הוק משמש לקביעת עיוות הקנטיליבר ועומק חדירת הקצה.

מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) מאפשר לנו לקבל תמונה ברזולוציה גבוהה של סוגים שונים של משטחים, בעוד שקצה הקנטילבר משמש להשגת מידע על התכונות המכניות של החומר. בנוסף, נעשה שימוש הולך וגובר בהדמיות מחשב כדי לבדוק תיאוריות ולהשלים מחקרים ניסיוניים. השיטה החישובית הנפוצה ביותר היא סימולציית דינמיקה מולקולרית, המשתמשת במשוואות התנועה של ניוטון עבור כדי לתאר את האטומים או המולקולות במערכת. שיטות נוספות, כמו שיטת הגשש הישיר, משמשות לקביעת תכונות הדביקות (הצמדות) של ננו-חומרים. גם הטכניקות הנסיוניות וגם הסימולציות משולבות עם מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM) ועם טכניקות AFM כדי לספק תוצאות מדויקות ומשלימות.

#### תכונות מכניות של סוגי ננו-חומרים נפוצים
ננו-חומרים מכתיים גבישיים: תקלות סריקה (Dislocations) הן אחד הגורמים העיקריים המשפיעים על התכונות האלסטיות של ננו-חומרים בדומה לחומרים גבישיים בתפזורת. למרות התפיסה המסורתית שאין תקלות סריקה בננו-חומרים, ראמוס הראה כי הקשיות של ננו-חלקיקי זהב גבוהה בהרבה מזו של הזהב בתצורתו בתפזורת, מכיוון שבחומר נוצרים פגמי ערימה (stacking faults) ותקלות סריקה המפעילים מנגנוני חיזוק שונים בחומר. מחקרים נוספים הראו שבאמצעות שיטות של ננו-החדרה, חוזק החומר; כלומר המאמץ בלחיצה, עולה עם ירידה בגודל החלקיקים, וזאת עקב היווצרות תקלות סריקה חדשות (nucleating dislocations). תקלות אלה נצפו באמצעות טכניקות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM), בשילוב עם ננו-החדרה. נמצא כי חוזקם וקשיותם של ננו־חלקיקי צורן (סיליקון) גבוהים פי ארבעה מערכיהם בחומר בתפזורת. ההתנגדות הגבוהה ללחץ נובעת הן מפגמים קוויים בתוך החלקיקים והן מתקלות סריקה שמחזקות את התכונות המכניות של הננו-חומר. יתר על כן, הוספת ננו-חלקיקים למטריצה (לחומר הבסיס) מחזקת אותה משום שהחלקיקים המעוגנים בגרעינים מונעים את צמיחתם של גבישים גדולים יותר. פעולה זו מחדדת את גבולות הגרגרים, ובכך משפרת את התכונות המכניות. עם זאת, לא כל הוספה של ננו-חומרים משפרת את תכונות החומר, למשל במקרה של ננו-נחושת. הדבר מוסבר בכך שהתכונות המכניות הפנימיות של הנחושת עצמה חלשות יותר משל חומר הבסיס שבו היא משולבת.

ננו-חלקיקים וננו-חומרים לא מתכתיים: ההתנהגות התלויה בגודל של התכונות המכניות עדיין אינה ברורה במקרה של ננו-חומרים פולימריים, אולם במחקר אחד של להואי (Lahouij) נמצא כי מודול הלחיצה של ננו-חלקיקי-פוליסטירן היה נמוך מזה של החומר בתצורתו בתפזורת. ניתן לייחס זאת לכך שהקבוצות הפונקציונליות שעל פני החלקיקים היו קשורות למולקולות מים. בנוסף, ננו-חומרים לא מתכתיים עלולים לגרום להיווצרות צברים בתוך המטריצה שאליה הם מתווספים, ובכך להפחית את התכונות המכניות של החומר משום שהצברים הללו עלולים לגרום לשבירה גם תחת עומסים מכניים נמוכים — לדוגמה, בעת הוספת ננו־צינורות פחמן (CNTs). צברים כאלה מתפקדים כמישורי החלקה וגם כמישורים שבהם סדקים יכולים להתפשט בקלות. עם זאת, רוב הננו-חומרים האורגניים גמישים, ולכן והתכונות המכניות כגון קשיות וכו' אינן דומיננטיות אצלם.

ננו-חוטים וננו-צינוריות: מודול האלסטיות של חלק מהננו-חוטים, כמו עופרת וכסף, פוחת עם עליית הקוטר. תופעה זו מיוחסת למאמצי פני השטח, לשכבת החמצון ולחספוס פני השטח. עם זאת, ההתנהגות האלסטיות של ננו-חוטי תחמוצת האבץ (ZnO) אינה מושפעת ממאפייני פני השטח, אך תכונות השבירה שלהם כן מושפעות. לכן, באופן כללי, התנהגותם המכנית תלויה גם באופי החומר עצמו ובסוגי הקשרים הכימיים שבו. הסיבה לכך שהתכונות המכניות של ננו-חומרים עדיין מהוות נושא מחקר פעיל היא שמדידת התכונות המכניות של ננו-חלקיקים בודדים היא תהליך מורכב, הכולל גורמי בקרה רבים. עם זאת, מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) משמש באופן נרחב למדידת התכונות המכניות של ננו-חומרים.

#### הצמדות וחיכוך של ננו־חלקיקים
כאשר מדברים על יישומים של חומרים, ההצמדות והחיכוך ממלאים תפקיד מרכזי בקביעת הצלחת היישום. לכן, חשוב להבין כיצד גם גודל החומר משפיע על תכונות אלה. שוב, AFM היא אחת השיטות הנפוצות ביותר למדידת תכונות אלו ולקביעת עוצמת ההצמדות של ננו-חלקיקים למשטחים מוצקים שונים, יחד עם שיטת הגשש הקולואידי ושיטות כימיות נוספות. יתר על כן, הכוחות שתורמים לתכונות ההצמדות של חומרים ננומטריים כוללים בין היתר כוחות אלקטרוסטטיים, כוחות ואן דר ואלס (VdW), כוחות נימיים, כוחות ממיסים וכוחות מבניים. נמצא כי הוספת ננו-חומרים לחומרים בתפזורת משפרת במידה ניכרת את יכולת ההצמדות שלהם על ידי חיזוק החומר באמצעות מנגנוני קשר שונים. כאשר ממדי הננו-חומרים מתקרבים לאפס, המשמעות היא שחלק היחסי של אטומי פני השטח מתוך כלל האטומים בחלקיק גדל, ולכן תכונות פני השטח — ובהן ההצמדות והחיכוך — נעשות משמעותיות במיוחד.

בנוסף להשפעות פני השטח, תנועת הננו־חלקיקים עצמה ממלאת תפקיד בקביעת התכונות המכניות שלהם, כגון יכולת הגזירה. ניתן לצפות בתנועת החלקיקים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM). לדוגמה, בהתבוננות ישירה בתנועתם של ננו-חלקיקי MoS2 נצפה כי במגע דינמי הם מסוגלים לעבור גזירה באמצעות התגלגלות או החלקה. עם זאת, צפייה בתכונות אלו היא תהליך מורכב מאוד, בשל ריבוי הגורמים המשפיעים על ההתנהגות של הננו־חלקיקים.

יישומים ספציפיים לתכונות מכניות
* סיכה
* ייצור ננו
* ציפויים

## אחידות
עיבוד כימי וסינתזה של רכיבים טכנולוגיים מתקדמים עבור המגזר הפרטי, התעשייתי והצבאי דורשים שימוש בחומרים קרמיים, פולימרים, מזכוכית קרמית  וחומרים מרוכבים טהורים במיוחד. בגופים מוצקים המתקבלים מאבקות דקות, הגדלים והצורות הלא סדירים של הננו-חלקיקים באבקה טיפוסית גורמים לעיתים למבני אריזה לא אחידים, וכתוצאה מכך לשונות בצפיפות האריזה של גוף האבקה הדחוס.

התאגדות בלתי מבוקרת של אבקות כתוצאה מכוחות המשיכה של ואן דר ואלס יכולה גם היא לגרום לחוסר אחידות במבנה המקרוסקופי. מאמצים דיפרנציאליים (שונים ממקום למקום) המתפתחים כתוצאה מהתכווצות ייבוש לא אחידה קשורים ישירות לקצב שבו ניתן להסיר את הממס, ולכן הם תלויים במידה רבה בפיזור הנקבוביות בחומר. מאמצים כאלה נקשרים למעבר מפלסטיות לשבירות בגופים מוצקים מאוחדים, ועלולים לגרום להתפשטות סדקים בגוף הלא־צרוב אם אינם משתחררים

בנוסף, תנודות בצפיפות האריזה של החומר הדחוס בזמן הכנתו לכבשן נוטות להתגבר במהלך תהליך הסינטור, וכתוצאה מכך נוצרת צפיפות לא הומוגנית. נקבוביות ופגמים מבניים אחרים הקשורים לשינויים בצפיפות נמצאו כבעלי השפעה מזיקה על תהליך הסינטור משום שהם נוטים להתרחב ובכך מגבילים את הצפיפות הסופית של החומר. מאמצים דיפרנציאליים הנוצרים כתוצאה מצפיפות לא אחידה עשויים לגרום להתפשטות סדקים פנימיים, אשר הופכים למוקדי כשל המגבילים את חוזק החומר.

לכן, נראה כי רצוי לעבד חומר באופן שיבטיח אחידות פיזית מבחינת פיזור המרכיבים והנקבוביות, במקום להשתמש בהתפלגויות גודלי חלקיקים שמטרתה למקסם את הצפיפות לפני הסינטור. שמירה על פיזור אחיד של חלקיקים בעלי אינטראקציות חזקות בתרחיף דורשת שליטה מלאה באינטראקציות בין החלקיקים. מספר מפזרים כגון אמוניום ציטרט (מימי) ואמידזולין או אוליל אלכוהול  (לא מימי) נחשבים פתרונות מבטיחים כתוספים אפשריים לשיפור הפיזור ומניעת הצמדות. ננו-חלקיקים וקולואידים חד-גודליים מספקים פוטנציאל זה.

אבקות מונודיספרסיות של סיליקה קולואידלית, לדוגמה, עשויות להיות מיוצבות מספיק כדי להבטיח דרגה גבוהה של סדר בגביש הקולואידי  או במוצק הקולואידי הפוליקריסטלי  שנוצר מהצטברות. נראה כי מידת הסדר מוגבלת על ידי הזמן והמקום המוקצים ליצירת קורלציות ארוכות טווח. מבנים קולואידליים פוליקריסטליים פגומים כאלה נראים כמרכיבים הבסיסיים של מדע החומרים הקולואידליים תת-מיקרומטריים, ולכן מהווים את הצעד הראשון בפיתוח הבנה מדויקת יותר של המנגנונים המעורבים בהתפתחות מיקרו-מבנית בחומרים ורכיבים בעלי ביצועים גבוהים.

## ננו-חומרים במאמרים, פטנטים ומוצרים
הניתוח הכמותי של ננו-חומרים הראה כי ננו-חלקיקים, ננו-צינוריות, חומרים ננו-גבישיים, ננו-קומפוזיטים וגרפן הוזכרו ב-400,000, 181,000, 144,000, 140,000 ו-119,000 מאמרים המדורגים באינדקס ISI, בהתאמה, עד ספטמבר 2018. בכל הנוגע לפטנטים, ננו-חלקיקים, ננו-צינוריות, ננו-קומפוזיטים, גרפן וננו-חוטים מילאו תפקיד ב-45,600, 32,100, 12,700, 12,500 ו-11,800 פטנטים, בהתאמה. ניטור של כ-7,000 מוצרים מסחריים מבוססי ננו הזמינים בשווקים העולמיים גילה כי תכונותיהם של כ-2,330 מוצרים הושגו או שופרו בעזרת ננו-חלקיקים. ליפוזומים, ננו-סיבים, ננו-קולואידים ואארוג'לים נמנים גם הם עם החומרים הננומטריים הנפוצים ביותר במוצרי צריכה.

מרכז האיחוד האירופי לננו-חומרים  (EUON) יצר מאגר נתונים (NanoData) המספק מידע על פטנטים, מוצרים ופרסומים מחקריים ספציפיים בתחום החומרים הננומטריים.

## בריאות ובטיחות
### הנחיות ארגון הבריאות העולמי
ארגון הבריאות העולמי (WHO) פרסם בסוף שנת 2017 הנחיות בנושא הגנה על עובדים מפני סיכונים פוטנציאליים של ננו-חומרים מיוצרים. הארגון השתמש בגישת זהירה כאחד מעקרונות היסוד שלו. משמעות הדבר היא שיש להפחית חשיפה גם כאשר קיימת אי ודאות לגבי ההשפעות הבריאותיות המזיקות, כאשר ישנן אינדיקציות סבירות לעשות זאת. הדבר מודגש במחקרים מדעיים עדכניים המראים את יכולתם של ננו-חלקיקים לחצות מחסומי תאים וליצור אינטראקציות עם מבנים תאיים. בנוסף, עקרון "ההיררכיה של אמצעי הבקרה" היה עקרון מנחה חשוב. משמעותו היא שכאשר קיימות מספר אפשרויות של אמצעי בקרה, יש להעדיף תמיד את האמצעים שמטפלים בשורש הבעיה על פני אמצעים שמעמיסים יותר על העובדים, כגון שימוש בציוד מגן אישי (PPE). ארגון הבריאות העולמי הזמין סקירות שיטתיות לכל הנושאים המרכזיים כדי להעריך את מצב הידע הנוכחי ולבסס את ההמלצות בהתאם להליך שנקבע במדריך של ארגון הבריאות העולמי לפיתוח הנחיות. ההמלצות דורגו כ"חזקות" או "מותנות" בהתאם לאיכות הראיות המדעיות, לערכים ולהעדפות ולעלויות הקשורות לכל המלצה.

### הנחיות נוספות
מכיוון שננוטכנולוגיה היא תחום שהתפתח רק לאחרונה, ההשפעות הבריאותיות והבטיחותיות של חשיפה לננו-חומרים, וכן רמות החשיפה שעשויות להיות מקובלות, הן נושאים הנמצאים עדיין במחקר מתמשך. מבין הסיכונים האפשריים, נראה כי חשיפה בשאיפה  היא המדאיגה ביותר. מחקרים בבעלי חיים מצביעים על כך שננו-צינוריות פחמן וננו -סיבים מפחמן יכולים לגרום להשפעות ריאתיות, כגון דלקת, גרנולומות ופיברוזיס ריאתי, בעוצמה הדומה או אף גבוהה יותר מזו של חומרים ידועים כפיברוגניים כגון סיליקה, אסבסט ופחמן שחור  אולטרה-דק. חשיפה חריפה בשאיפה של בעלי חיים בריאים לננו-חומרים אנאורגניים מתכלים לא הראתה השפעות רעילות משמעותיות. אף שהמידה שבה ניתן להסיק מנתוני בעלי חיים על השפעות ריאתיות קליניות משמעותיות בבני אדם אינה ידועה, הרעילות שנצפתה במחקרים קצרי־טווח בבעלי חיים מצביעה על הצורך בפעולות הגנה על עובדים החשופים לחומרים אלה, אף כי עד שנת 2013 לא דווחו מקרים ממשיים של השפעות בריאותיות מזיקות בקרב עובדים המשתמשים או המייצרים ננו-חומרים אלה. חששות נוספים כוללים מגע עם העור וחשיפה בבליעה, וכן סכנת פיצוץ של אבק .

הסרה והחלפה  הן הגישות הרצויות ביותר לבקרת סיכונים . אף שהננו-חומרים עצמם לרוב אינם ניתנים להסרה או להחלפה בחומרים קונבנציונליים, ייתכן שניתן לבחור בתכונות מסוימות של הננו-חלקיקים כגון גודל , צורה, פונקציונליזציה , מטען פני השטח מסיסות, מסיסות, צבירה  ואגרגציה כדי לשפר את תכונותיהם הטוקסיקולוגיות תוך שמירה על התפקוד הרצוי שלהם. ניתן גם לשפר את נוהלי העבודה, לדוגמה, שימוש בתרחיף  או בתמיסה של ננו-חומר בממס נוזלי במקום באבקה יבשה יפחית את החשיפה לאבקה. אמצעי בקרה הנדסיים  הם שינויים פיזיים בסביבת העבודה שמבודדים את העובדים מהסיכונים, בעיקר מערכות אוורור כגון מנדפים, תאי כפפות , ארונות בטיחות ביולוגיים  ומאזניים עם יניקה. אמצעי בקרה מנהליים כוללים שינויים בהתנהגות העובדים כדי להפחית סיכונים, למשל הכשרה בשיטות עבודה בטוחות לטיפול, אחסון וסילוק ננו-חומרים, מודעות לסיכונים באמצעות סימון ואזהרות, ועידוד תרבות כללית של בטיחות. ציוד מגן אישי הוא אמצעי שיש ללבוש על גוף העובד והוא האפשרות הפחות רצויה לבקרת סיכונים. ציוד המגן האישי המשמש בדרך כלל לעבודה עם חומרים רגילים מתאים גם לעבודה עם ננו-חומרים, וכולל מכנסיים ארוכים, חולצות ארוכות שרוול, נעליים סגורות, כפפות מגן , משקפי מגן וחלוקי מעבדה אטומים. במקרים מסוימים ייתכן ויש להשתמש גם במסכות נשימה .

הערכת חשיפה  היא מערכת של שיטות המשמשות לניטור פליטת מזהמים ולבחינת החשיפה של עובדים אליהם. שיטות אלה כוללות דגימה אישית, שבה מתקני הדגימה ממוקמים באזור הנשימה האישי של העובד, לעיתים קרובות מחוברים לצווארון חולצה כדי להיות קרובים ככל האפשר לאף ולפה; וכן דגימת שטח/רקע, שבה מתקני הדגימה ממוקמים במקומות סטטיים. ההערכה צריכה להשתמש הן במוני חלקיקים , המנטרים את כמות הננו-חומרים וחלקיקי רקע אחרים בזמן אמת; והן בדגימות מבוססות מסנן, בהן ניתן להשתמש לזיהוי הננו-חומר, בדרך כלל באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים וניתוח יסודות . נכון לשנת 2016, לא נקבעו מגבלות חשיפה תעסוקתיים  כמותיים לרוב הננו-חומרים. המכון הלאומי לבטיחות ובריאות תעסוקתית  בארצות הברית קבע גבולות חשיפה מומלצים (אך לא מחייבים) עבור ננו-צינוריות פחמן, ננו-סיבי פחמן , ולטיטניום דו-חמצני דק במיוחד . סוכנויות וארגונים ממדינות אחרות, כולל מכון התקנים הבריטי  והמכון לבטיחות ובריאות תעסוקתית  בגרמניה, קבעו גבולות חשיפה תעסוקתיים (OEL) עבור חלק מהננו-חומרים, וכמה חברות סיפקו ערכי OEL עבור מוצריהן.

### אבחון בקנה מידה ננומטרי
ננוטכנולוגיה זוכה לכותרות רבות בתחום הרפואה, במיוחד בשל תרומתה לדימות ביו-רפואי. התכונות האופטיות, המגנטיות והכימיות הייחודיות של חומרים בקנה מידה ננומטרי אפשרו את פיתוחם של גלאי דימות רב-תכליתיים, בעלי יכולת שיפור ניגודיות, מתן מידע מרחבי מדויק יותר, שליטה בפיזור הביולוגי ודימות רב-מודאלי באמצעות מכשירי סריקה שונים. פיתוחים אלה הביאו ליתרונות משמעותיים כגון האפשרות לאיתור מדויק של מיקומם של גידולים ודלקות, הערכה מדויקת של התקדמות מחלות והתאמה אישית של טיפולים רפואיים.

## ראו גם
* ננוטכנולוגיה
* ננו טוקסיקולוגיה
* ננוצלולוז
* ננומטרולוגיה

## קישורים חיצוניים

* מצפה הכוכבים של האיחוד האירופי לננו-חומרים (EUON)
* רכישה, הערכה והצגה ציבורית של נתונים וממצאים רלוונטיים לחברה בנוגע לננו-חומרים (DaNa)
* סיכום הערכת הסיכונים הבריאותיים של ננו-חומרים מאת GreenFacts של הערכת SCENIHR של הנציבות האירופית
* מעבדת ננוטכנולוגיה לטקסטיל באוניברסיטת קורנל
* חומר מובנה ננו
* קורס מקוון MSE 376 - ננו-חומרים מאת מארק סי. הרסאם (2006)
* ננו-חומרים: נקודות קוונטיות, ננו-חוטים וננו-צינוריות, מצגת מקוונת מאת ד"ר סנדס
* סרטוני הרצאות לסימפוזיון הבינלאומי השני בנושא הערכת סיכונים של ננו-חומרים מיוצרים, NEDO 2012
* נאדר אנגטה: אינטראקציית גלים עם מטא-חומרים, SPIE Newsroom 2016
* ניהול ננו-חומרים במקום העבודה על ידי הסוכנות האירופית לבטיחות ובריאות בעבודה
* 

## הערות שוליים

קטגוריה:ננוטכנולוגיה
קטגוריה:הנדסת חומרים