納米材料

納米材料（Nanomaterials）是具有納米結構的材料。廣義上是三維空間中至少有一維處於納米尺度範圍或者由該尺度範圍的物質為基本結構單元所構成的材料的總稱。由於納米尺寸的物質具有與宏觀物質所謂異的表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應和量子限域效應，因而納米材料具有異於普通材料的光、電、磁、熱、力學、機械等性能。納米材料的性能往往由量子力學決定。

歐盟委員會則將納米材料定義為一種由基本顆粒組成的粉狀或團塊狀天然或人工材料，這一基本顆粒的一個或多個三維尺寸在1納米至100納米之間，並且這一基本顆粒的總數量在整個材料的所有顆粒總數中占50%以上。

## 定義

在ISO/TS 80004中，納米材料被定義為「任何外部尺寸處於納米尺度或具有納米尺度內部結構或表面結構的材料」，其中納米尺度定義為「大約1 nm至100 nm的長度範圍」。這包括作為獨立材料塊體的納米物體，以及具有納米尺度內部或表面結構的納米結構材料；一種納米材料可以同時屬於這兩類。

2011年10月18日，歐盟委員會為監管目的通過了以下納米材料定義：

一種天然的、偶發的或人工製造的材料，其中含有處於未結合狀態、聚集體或團聚體形態的顆粒，且對於數量粒徑分布中50%或更多的顆粒而言，一個或多個外部尺寸處於1 nm至100 nm的尺寸範圍內。在特定情況下，如果出於對環境、健康、安全或競爭力的關切，數量分布的50%閾值可替換為1%至50%之間的閾值。

## 來源

### 工程納米材料

工程納米材料是由人類有意設計和製造的、具有特定所需性質的材料。

遺產納米材料是指在納米技術發展之前已進入商業生產的材料，是對其他膠體或微粒材料的漸進式改進。這類材料包括炭黑和二氧化鈦納米顆粒。

### 非故意產生的納米材料

納米材料有時會作為機械或工業過程中燃燒和蒸發的副產品而被無意中產生。偶發性納米顆粒的來源包括車輛發動機廢氣、冶煉、焊接煙塵、家用固體燃料供暖和烹飪的燃燒過程。例如，稱為富勒烯的一類納米材料可在燃燒氣體、生物質和蠟燭時產生。它也可以是磨損和腐蝕產物的副產品。大氣中偶發的納米顆粒通常被稱為超細顆粒，它們在某一有意操作過程中無意產生，可能導致空氣污染。

### 天然納米材料

生物系統中常常存在天然的、具有功能性的納米材料。有孔蟲（主要是白堊）和病毒（蛋白質、衣殼）的結構、覆蓋蓮或旱金蓮葉片的蠟晶體、蜘蛛和蜘蛛蟎的絲、狼蛛的藍色光澤、壁虎腳底的「鏟狀突」、部分蝴蝶的翅鱗、天然膠體（乳、血）、角質材料（皮膚、爪、喙、羽毛、角、毛髮）、紙、棉花、珍珠母、珊瑚，乃至我們自身的骨基質，都是天然有機納米材料。

天然無機納米材料通過地殼多種化學條件下的晶體生長而形成。例如，黏土因其底層晶體結構的各向異性而呈現出複雜的納米結構，火山活動可以產生蛋白石，這是由於其納米級結構而天然形成的光子晶體的實例。火焰反應極為複雜，可產生顏料、水泥、氣相二氧化矽等。

天然納米顆粒的來源包括森林火災燃燒產物、火山灰、海洋飛沫以及氡氣的放射性衰變。天然納米材料也可通過含金屬或陰離子岩石的風化過程，以及在酸性礦山排水地點形成。

天然納米材料圖集

- 病毒衣殼
- "蓮花效應"，具有自潔能力的疏水效應
- 壁虎在玻璃牆上行走時腳底的特寫（鏟狀突：200 × 10–15 nm）
- 蝴蝶翅鱗的掃描電子顯微鏡圖像（× 5000）
- 孔雀羽毛（細節）
- 巴西水晶蛋白石。顏色變化由二氧化矽球體（直徑150–300 nm）之間的光干涉和衍射引起。
- 某種狼蛛的藍色光澤（450 nm ± 20 nm）

## 分類

納米材料通常按其有多少維度處於納米尺度進行分類。納米顆粒被定義為三個外部尺寸均處於納米尺度的納米物體，且最長軸和最短軸相差不大。納米纖維有兩個外部尺寸處於納米尺度，中空的納米纖維稱為納米管，實心的則稱為納米棒。納米板/納米片有一個外部尺寸處於納米尺度，若兩個較大的尺寸有明顯差異則稱為納米帶。對於納米纖維和納米板，其他維度可以超出納米尺度，但必須顯著更大。在所有這些情形中，「顯著差異」通常指至少相差3倍。

納米結構材料通常按其所含物相分類。納米複合材料是含有至少一個在納米尺度上物理或化學上有明顯區別的區域或區域集合的固體。納米泡沫具有液體或固體基體，其中填充著氣相，兩相之一的尺寸處於納米尺度。納米多孔材料是含有納米孔的固體材料，孔隙以亞微米長度尺度的開孔或閉孔形式存在。納米晶體材料具有相當比例處於納米尺度的晶粒。

根據物理狀態（納米結構）劃分，納米材料大致可分為納米粉末（納米顆粒）、納米纖維（納米管、納米線）、納米膜、納米塊體和納米相分離液體等五類。三維尺寸均為納米量級的納米粒子或人造原子被稱為零維納米材料，納米纖維為一維納米材料，而納米膜（片、層）可以稱為二維納米材料，有納米結構的塊體材料可以稱為三維納米材料。目前碳納米管（carbon nanotube）是納米科技的研究熱點之一。

根據化學成分劃分，納米材料通常分為有機（碳基）、無機（金屬、氧化物）或混合複合材料。

### 納米多孔材料

納米多孔材料這一術語涵蓋微孔材料和介孔材料兩個子集。微孔材料是平均孔徑小於2 nm的多孔材料，而介孔材料的孔徑處於2–50 nm範圍內。微孔材料的孔徑尺寸與小分子相當，因此可用於分離膜等有價值的應用。介孔材料因其高比表面積而具有重要應用前景，同時允許那些可能過大而無法進入微孔材料孔道的分子穿透。在某些文獻中，納米多孔材料和納米泡沫有時被視為納米結構而非納米材料，因為只有孔隙而非材料本身處於納米尺度。ISO定義僅將圓形納米物體視為納米顆粒，但其他文獻對所有形狀均使用納米顆粒這一術語。

### 納米顆粒

納米顆粒的三個維度均處於納米尺度。納米顆粒也可以嵌入塊體固體中形成納米複合材料。

#### 富勒烯

富勒烯是碳的同素異形體的一類，從概念上講是捲成管狀或球狀的石墨烯片。這包括碳納米管（或矽納米管），因其機械強度和電學性質而備受關注。

第一個被發現的富勒烯分子，也是該家族的命名者，巴克敏斯特富勒烯（C60），於1985年由萊斯大學的理察·斯莫利、羅伯特·科爾、詹姆斯·希思、肖恩·奧布萊恩和哈羅德·克羅托製備。其名稱是向巴克敏斯特·富勒的測地穹頂致敬，因為C60形似測地穹頂。此後富勒烯在自然界中也被發現存在。近年來，富勒烯在外太空中也被探測到。

在過去十年中，富勒烯的化學和物理性質一直是研究與開發領域的熱點。2003年4月，富勒烯在潛在醫療用途方面受到研究：將特定抗生素與耐藥細菌的結構結合，甚至靶向某些類型的癌症細胞，如黑色素瘤。2005年10月的《化學與生物學》雜誌載有一篇文章，描述了富勒烯作為光活化抗菌劑的應用。在納米技術領域，耐熱性和超導性是吸引大量研究的特性。

生產富勒烯的常用方法是在惰性氣氛中使兩個相鄰石墨電極之間通過大電流。由此產生的電極間碳等離子體弧冷卻成菸灰狀殘餘物，從中可分離出許多富勒烯。

#### 金屬基納米顆粒

無機納米材料（如量子點、納米線和納米棒）由於其有趣的光學和電學性質，可用於光電子學。此外，納米材料取決於其尺寸和形狀的光學和電子性質可通過合成技術進行調控，並可用於有機材料基光電子器件，如有機太陽能電池、OLED等。

由金屬、半導體或氧化物製成的納米顆粒或納米晶體，因其力學、電學、磁學、光學、化學及其他性質而受到特別關注。納米顆粒已被用作量子點和化學催化劑。近年來，一系列納米顆粒被廣泛研究用於生物醫學應用，包括組織工程、藥物遞送、生物傳感器。

納米顆粒作為塊體材料與原子或分子結構之間的有效橋梁，具有極高的科學研究價值。塊體材料的物理性質與其尺寸無關，但在納米尺度上情況往往並非如此。可以觀察到尺寸依賴的性質，例如半導體顆粒中的量子限域效應、某些金屬顆粒中的表面等離子體共振，以及磁性材料中的超順磁性。

納米顆粒相對於塊體材料表現出若干特殊性質。例如，塊體銅（導線、薄帶等）的彎曲發生在約50 nm尺度上的銅原子/團簇運動處。小於50 nm的銅納米顆粒被認為是超硬材料，不表現出塊體銅的延展性和韌性。小於10 nm的鐵電材料可以利用室溫熱能改變其極化方向，從而使其無法用於存儲器。納米顆粒的懸浮液之所以可能存在，是因為顆粒表面與溶劑的相互作用足以克服密度差異。納米顆粒通常表現出意想不到的視覺性質，因為它們足夠小，可以約束電子並產生量子效應。例如，金納米顆粒在溶液中呈深紅色至黑色。

納米顆粒通常極高的表面積與體積之比為擴散提供了巨大的驅動力，在高溫下尤為顯著。與較大顆粒相比，燒結可以在較低溫度和較短時間內完成。納米顆粒的表面效應也會降低初始熔點。

### 一維納米結構

可以在圓柱形約束中製備截面小至單原子的最小可能晶體線。碳納米管是一種天然的准一維納米結構，可作為合成模板。約束提供了機械穩定化並防止線性原子鏈分解；其他一維納米線結構被預測即使從模板中分離後也能保持力學穩定。

### 二維納米結構

二維材料是由單層原子構成的晶體材料。最重要的代表石墨烯於2004年被發現。具有納米尺度厚度的薄膜（納米膜）被視為納米結構，但有時不被視為納米材料，因為它們不能脫離基底而獨立存在。

### 體相納米結構材料

一些塊體材料在納米尺度上含有特徵結構，包括納米複合材料、納米晶體材料、納米結構薄膜和納米紋理表面。

盒形石墨烯（BSG）納米結構是三維納米材料的一個例子。BSG納米結構在熱解石墨的機械解理後出現，是一種沿表面分布的平行空心納米通道多層體系，通道截面為四邊形。通道壁厚約為1 nm，通道側面的典型寬度約為25 nm。

## 應用

納米材料被用於多種製造工藝、產品和醫療保健領域，包括油漆、過濾、隔熱材料和潤滑劑添加劑。在醫療保健領域，納米酶是具有酶樣特性的納米材料。它們是一種新興的人工酶，已被廣泛用於生物傳感、生物成像、腫瘤診斷、防生物污染等領域。高質量過濾器可利用納米結構製造，能夠去除小至病毒的微粒。納米材料膜生物反應器（NMs-MBR）作為傳統膜生物反應器（MBR）的下一代，近年來被提出用於廢水的高級處理。在空氣淨化領域，納米技術於2012年被用於對抗MERS在沙烏地阿拉伯醫院的傳播。納米材料被用於現代且對人體安全的隔熱技術。作為潤滑劑添加劑，納米材料能夠減少運動部件中的摩擦。磨損和腐蝕的零件也可以用稱為TriboTEX的自組裝各向異性納米顆粒進行修復。

納米材料還被應用於多個行業和消費品中。礦物納米顆粒（如二氧化鈦）已被用於提高防曬霜的紫外線防護效果。在體育行業，利用碳納米管制造了更輕的球棒以提升性能。另一應用是在軍事領域，移動顏料納米顆粒被用於製造更有效的迷彩。納米材料還可用於三元催化轉化器應用，具有控制氮氧化物（NOx）排放的優勢，氮氧化物是酸雨和煙霧的前體。在核殼結構中，納米材料形成殼層作為催化劑載體，保護鈀和銠等貴金屬。其主要功能是載體可用於承載催化劑活性組分，使其高度分散，減少貴金屬用量，提高催化劑活性，並有可能改善穩定性。

目前只有納米粉末實現了工業化生產（如碳酸鈣、白炭黑、氧化鎢等），其他納米材料基本上還處於實驗室研究階段。

## 合成

納米材料任何合成方法的目標，都是獲得一種由其處於納米範圍（1–100 nm）的特徵長度尺度所決定性質的材料。因此，合成方法應對該範圍內的尺寸實現控制，以便獲得某種或某些特定性質。這些方法通常分為兩大類：「自下而上」和「自上而下」。

### 自下而上法

自下而上法通過將原子或分子組裝成納米結構陣列來合成材料。原料來源可以是氣態、液態或固態。固態原料在併入納米結構之前需要某種形式的分解處理。自下而上法通常分為兩類：混沌過程和受控過程。

混沌過程將組成原子或分子提升到混沌狀態，然後突然改變條件使該狀態不穩定。通過對多種參數的巧妙調控，產物在很大程度上由此後的動力學決定。從混沌狀態的崩潰難以或不可能控制，因此系綜統計通常決定最終的尺寸分布和平均尺寸。混沌過程的例子包括雷射燒蝕、爆炸導線、電弧、火焰熱解、燃燒以及沉澱合成技術。

受控過程將組成原子或分子可控地輸送到納米顆粒形成位點，使納米顆粒能以受控方式生長到規定尺寸。受控過程的例子包括自限性生長溶液法、自限性化學氣相沉積、整形脈衝飛秒雷射技術、植物和微生物法以及分子束外延。

### 自上而下法

自上而下法採用某種「力」（如機械力、雷射）將塊體材料分解為納米顆粒。一種常用方法是利用機械力將塊體材料破碎為納米材料的「球磨」法。此外，還可以通過雷射燒蝕來製備納米顆粒，即利用短脈衝雷射（如飛秒雷射）燒蝕靶材（固體）。

## 材料性質

### 表徵

當結構尺寸與任何一種可能的長度尺度相當時（如電子的德布羅意波長，或高能光子的光波波長），材料中可能出現新穎效應。在這些情況下，量子力學效應可以主導材料性質。一個例子是量子限域效應，其中固體的電子性質隨顆粒尺寸的大幅減小而改變。納米顆粒的光學性質（如螢光）也成為顆粒直徑的函數。這種效應在從宏觀到微米量級的過渡中並不顯現，但在達到納米尺度時變得顯著。

除光學和電子性質外，許多納米材料新穎的力學性質也是納米力學研究的課題。當納米顆粒加入塊體材料時，可以強烈影響材料的力學性質，如剛度或彈性。例如，傳統聚合物可以通過納米顆粒（如碳納米管）得到增強，產生可作為金屬輕量化替代品的新型材料。這類複合材料可實現減重的同時提高穩定性並改善功能性。

此外，具有小粒徑納米結構的材料（如沸石和石棉）被用作多種關鍵工業化學反應中的催化劑。此類催化劑的進一步發展可為更高效、更環保的化學工藝奠定基礎。

20世紀頭十年對納米顆粒進行了首次觀測和尺寸測量。齊格蒙迪（Zsigmondy）對金溶膠和其他納米材料進行了詳細研究，粒徑低至10 nm甚至更小，並於1914年出版了一本專著。他使用了利用暗場方法觀察尺寸遠小於光波長的顆粒的超顯微鏡。

20世紀界面與膠體科學發展了用於表徵納米材料的傳統技術，這些技術被廣泛用於「第一代」被動納米材料的表徵。這些方法包括多種用於表徵粒徑分布的技術，部分方法基於光散射，其他方法則利用超聲波，如用於檢測濃縮納米分散體和微乳液的超聲衰減譜法。

還有一組用於表徵納米顆粒在溶液中表面電荷或ζ電位的傳統技術，包括顯微電泳、電泳光散射和電聲學，例如膠體振動電流法，適用於表徵濃縮體系。

### 力學性質

已有研究表明，納米材料的力學性質與塊體材料相比可能有顯著差異。納米材料由於納米顆粒的體積、表面和量子效應而具有實質性的力學性質。當納米顆粒加入常見塊體材料時，納米材料細化晶粒並形成晶間和晶內結構，改善晶界，進而提升材料的力學性質。晶界細化通過提高引發晶間或穿晶斷裂所需的應力來提供強化效果。一個常見例子是向水泥中添加納米二氧化矽，通過上述機制提高抗拉強度、抗壓強度和抗彎強度。

所用技術：

Steinitz在1943年使用顯微壓痕技術測試微顆粒的硬度，如今納米壓痕技術已被用於測量約5微米尺度顆粒的彈性性質。這些方案常用於通過原子力顯微鏡（AFM）技術計算納米顆粒的力學特性。為測量彈性模量，通過將AFM力-位移曲線轉換為力-壓痕曲線來獲取壓痕數據。利用胡克定律確定懸臂梁變形量和針尖深度，壓力方程可寫為：

$P=k(\delta_{c}-\delta_{c0})$

其中$\delta_{c}$為懸臂梁變形量，$\delta_{c0}$為偏轉偏移量。

AFM使我們能夠獲得多種表面的高解析度圖像，而懸臂梁針尖可用於獲取力學性質資訊。電腦模擬也被日益廣泛地用於檢驗理論和補充實驗研究，最常用的電腦方法是分子動力學模擬，它使用牛頓運動方程來描述體系中原子或分子的行為。其他技術（如直接探針法）被用於測定納米材料的黏附性質，並與透射電子顯微鏡（TEM）和AFM技術結合使用以提供結果。

常見納米材料類別的力學性質：

晶體金屬納米材料：與塊體晶體材料類似，位錯是納米材料彈性性質的主要貢獻者之一。Ramos等的實驗工作表明，金納米顆粒的硬度遠高於其塊體對應物，因為材料中形成了層錯和位錯，激活了多種強化機制。進一步研究表明，通過納米壓痕技術，材料強度（壓應力）隨顆粒尺寸減小而增大。矽納米顆粒的強度和硬度是塊體材料的四倍。此外，添加納米顆粒可通過顆粒的釘扎抑制晶粒長大來強化基體，細化晶粒，進而提高力學性質。

非金屬納米顆粒和納米材料：聚合物納米材料力學性質的尺寸依賴行為尚不明確，但相關研究發現聚苯乙烯納米顆粒的壓縮模量低於其塊體對應物，這可與官能團被水化有關。此外，非金屬納米材料可能在所添加的基體內形成團聚體，在較低機械載荷下引發斷裂。然而，大多數有機納米材料具有柔性，其硬度等力學性質並不占主導。

納米線和納米管：某些納米線（如鉛和銀）的彈性模量隨直徑增大而減小，這與表面應力、氧化層和表面粗糙度有關。然而，ZnO納米線的彈性行為不受表面效應影響，但其斷裂性質受影響。

納米顆粒的黏附與摩擦：在討論材料的應用時，黏附和摩擦在決定應用效果方面發揮關鍵作用。AFM是最常用的測量這些性質的技術，用於確定納米顆粒對任何固體表面的黏附強度。研究發現，在塊體材料中添加納米材料可通過各種鍵合機制增強其強度，從而顯著提升黏附能力。MoS2納米顆粒動態接觸行為的原位直接觀測得出結論，富勒烯可通過滾動或滑動來進行剪切。

力學性質的具體應用：

- 潤滑
- 納米製造
- 塗層

### 均勻性

高性能技術部件的化學加工和合成需要使用高純度陶瓷、聚合物、玻璃陶瓷和複合材料。在由細粉末形成的緻密體中，典型粉末中納米顆粒不規則的尺寸和形狀往往導致非均勻的堆積形態，從而在粉末壓坯中產生堆積密度差異。

由於范德華力引起的粉末不受控團聚也會導致微觀結構不均勻。由非均勻乾燥收縮引起的差異應力與溶劑的去除速率直接相關，因而高度依賴於孔隙率分布。這種應力與緻密體中的塑性-脆性轉變有關，若不消除則可能導致未燒結體中的裂紋擴展。

此外，壓坯在進入窯爐準備階段的任何堆積密度波動，往往在燒結過程中被放大，導致緻密化不均勻。一些與密度變化相關的孔隙及其他結構缺陷已被證明在燒結過程中通過生長而對最終密度產生不利影響。由非均勻緻密化引起的差異應力也被證明會導致內部裂紋擴展，成為控制強度的缺陷。

因此，理想的做法是以在組分和孔隙率分布上物理均勻的方式加工材料，而不是採用會使綠色密度最大化的顆粒尺寸分布。在懸浮液中保持均勻分散、強相互作用顆粒的組裝體，需要對顆粒間相互作用實施全面控制。多種分散劑，如檸檬酸銨（水性）和咪唑啉或油醇（非水性），是增強分散和去團聚的有前景的添加劑。單分散納米顆粒和膠體提供了這一潛力。

例如，膠體二氧化矽的單分散粉末可被充分穩定，以確保由團聚形成的膠態晶體或多晶膠態固體中的高度有序性。有序程度似乎受到建立長程關聯所允許時間和空間的限制。這種有缺陷的多晶膠態結構似乎是亞微米膠態材料科學的基本元素，因此為更嚴格地理解高性能材料和部件中微觀結構演變機制邁出了第一步。

## 納米材料的統計

對納米材料的定量分析顯示，截至2018年9月，納米顆粒、納米管、納米晶體材料、納米複合材料和石墨烯分別在ISI收錄文章中被提及約40萬、18.1萬、14.4萬、14萬和11.9萬次。就專利而言，納米顆粒、納米管、納米複合材料、石墨烯和納米線分別涉及4.56萬、3.21萬、1.27萬、1.25萬和1.18萬件專利。對全球市場上約7000種商業納米產品的監測顯示，約有2330種產品的性能得益於納米顆粒的啟用或增強。脂質體、納米纖維、納米膠體和氣凝膠也是消費品中最常見的納米材料之一。

歐盟納米材料觀察站（EUON）建立了一個資料庫（NanoData），提供有關納米材料的具體專利、產品和研究出版物資訊。

## 健康與安全

### 世界衛生組織指南

世界衛生組織（WHO）於2017年底發布了關於保護工人免受人造納米材料潛在風險的指南。WHO採用了預防原則作為其指導原則之一。這意味著儘管對不良健康影響存在不確定性，但在有合理跡象時必須減少暴露。這一點因最近的科學研究而得到強調，這些研究表明納米顆粒能夠穿越細胞屏障並與細胞結構相互作用。此外，控制層級是另一重要指導原則，即應優先選擇那些更接近問題根源的控制措施，而不是選擇對工人要求更高的措施，如使用個人防護裝備（PPE）。WHO就所有重要問題委託了系統綜述，根據科學證據質量、價值觀和偏好以及相關成本，建議被評級為「強」或「條件性」。

WHO指南包含以下關於安全處置人造納米材料（MNMs）的建議：

A. 評估MNMs的健康危害

- WHO建議根據化學品全球協調製度（GHS）的分類和標籤對所有MNMs進行危害分類，以供安全數據表使用。指南中提供了有限數量MNMs的此類資訊（強烈建議，中等質量證據）。
- WHO建議使用MNM特定危害資訊更新安全數據表，或指明哪些毒理學終點未能進行充分檢測（強烈建議，中等質量證據）。
- 對於可吸入纖維和顆粒狀生物持久性顆粒組，GDG建議使用已有MNM分類對同組納米材料進行臨時分類（條件性建議，低質量證據）。

B. 評估MNMs的接觸情況

- WHO建議使用與MNM擬議特定職業接觸限值（OEL）相似的方法評估工作場所工人的接觸情況（條件性建議，低質量證據）。
- 由於工作場所對MNMs沒有特定的法規OEL值，WHO建議評估工作場所接觸是否超過MNM的擬議OEL值。所選OEL至少應與法定的該材料塊體形式的OEL具有同等保護水平（條件性建議，低質量證據）。
- 如果工作場所沒有MNMs的特定OEL，WHO建議採用逐步方法評估吸入暴露：首先評估暴露潛力，其次進行基本暴露評估，第三進行經濟合作與發展組織（OECD）或歐洲標準化委員會（CEN）等提議的綜合暴露評估（條件性建議，中等質量證據）。
- 對於皮膚接觸評估，WHO認為現有證據不足以推薦某一皮膚接觸評估方法優於其他方法。

C. 控制MNMs的接觸

- 基於預防原則，WHO建議將接觸控制重點放在防止吸入暴露上，目標是儘可能降低吸入暴露（強烈建議，中等質量證據）。
- WHO建議減少工作場所持續測量到的一系列MNMs的接觸，尤其是在清潔和維護、從反應容器收集材料以及將MNMs送入生產過程期間。在沒有毒理學資訊的情況下，WHO建議採取最高級別的控制措施（強烈建議，中等質量證據）。
- WHO建議根據控制層級原則採取控制措施，即首先消除暴露源，PPE只能作為最後手段使用。當吸入暴露水平較高或幾乎沒有毒理學資訊時，應使用工程控制措施（強烈建議，中等質量證據）。
- WHO建議通過職業衛生措施（如表面清潔）和使用適當手套來防止皮膚接觸（條件性建議，低質量證據）。
- 當無法獲得工作場所安全專家的評估和測量時，WHO建議使用納米材料控制分級法為工作場所選擇接觸控制措施（條件性建議，極低質量證據）。

在健康監測方面，由於缺乏證據，WHO無法建議針對性的MNM特定健康監測方案優於已在使用的現有健康監測方案。WHO預計將在2022年更新這些指南。

### 其他指南

由於納米技術是近期的發展成果，納米材料暴露的健康與安全影響以及可接受的暴露水平是持續研究的課題。在可能的危害中，吸入暴露似乎最受關注。動物研究表明，碳納米管和碳納米纖維可引起肺部效應，包括炎症、肉芽腫和肺纖維化，與已知的致纖維化材料（如二氧化矽、石棉和超細炭黑）相比，其效力相當或更強。健康動物急性吸入可生物降解無機納米材料後，未表現出顯著毒性效應。儘管短期動物研究中觀察到的毒性表明需要對暴露於這些納米材料的工人採取保護措施，截至2013年，尚無使用或生產這些納米材料的工人實際出現不良健康影響的報告。其他關切還包括皮膚接觸和攝入暴露，以及粉塵爆炸危害。

消除和替代是危害控制中最理想的方法。儘管納米材料本身通常無法被消除或替換為傳統材料，但可以通過選擇納米顆粒的尺寸、形狀、功能化、表面電荷、溶解度、團聚和聚集狀態等性質，在保留所需功能的同時改善其毒理學性質。操作程序也可以改進，例如，在液體溶劑中使用納米材料漿料或懸浮液代替乾粉將減少粉塵暴露。工程控制是將工人與危害隔離開來的工作場所物理改造，主要包括通風系統，如通風櫥、手套箱、生物安全櫃和排風天平安全罩。行政控制是改變工人行為以降低危害的措施，包括安全處置、儲存和處理納米材料最佳實踐培訓，通過標籤和警示標誌提高危害意識，以及培育良好的安全文化。個人防護裝備是控制危害中最不可取的選項，但通常用於普通化學品的個人防護裝備（安全手套、護目鏡、不透氣實驗室外套）同樣適用於納米材料。在某些情況下可使用呼吸器。

暴露評估是一套用於監測污染物釋放和工人暴露情況的方法，包括個人採樣和區域/背景採樣，應同時使用顆粒計數器和過濾器採樣器。截至2016年，大多數納米材料尚未確定定量職業接觸限值。美國國家職業安全衛生研究所已為碳納米管、碳納米纖維和超細二氧化鈦確定了非法規性的建議接觸限值。其他國家的機構和組織，包括英國標準學會和德國職業安全衛生研究所，已為部分納米材料建立了OEL，部分企業也為其產品提供了OEL。